粒度分析和測量

關(guān)于粒度分析和測量第1頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三一、粒度的概念顆粒

顆粒是具有一定尺寸和形狀的微小的物體，是組成粉體的基本單元。它宏觀很小，但微觀卻包含大量的分子、原子。粒度

粒度是顆粒在空間范圍所占據(jù)大小的線性尺度。顆粒群是指含有許多顆粒的粉末或分散體系中的分散相。第一節(jié)概述第2頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三顆粒顆粒群第3頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三直徑D直徑D、高度H？粒度第4頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三二、粒度分布

是指顆粒群以一定的粒度范圍按大小順序分為若干級別（粒級），各級別粒子占顆粒群總量的百分數(shù)。通常采用簡單的表格、繪圖、函數(shù)形勢表示粒度的分布。表格法：用列表的方式表示粒徑所對應(yīng)的百分比含量。通常有區(qū)間分布和累計分布。圖形法：用直方圖和曲線等圖形方式表示粒度分布的方法。第5頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三直方圖直方圖是最常用的粒度組分圖件，它是由一系列相鄰的長方塊構(gòu)成的。各長方形的底邊可等長，也可不等長。其長度代表粒度區(qū)間；長方形的高代表每種粒度區(qū)間占顆粒總量百分比。過去橫坐標一般用對數(shù)標度，現(xiàn)在應(yīng)用更廣的是φ值標度和顆粒的粒徑；縱坐標是算數(shù)百分坐標。這種圖的優(yōu)點是能一目了然地表現(xiàn)出樣品的粒度變化和各粒級的百分含量。

第6頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三2.頻率曲線將直方圖上各方塊的頂邊中點連接起來，繪制成一條圓滑曲線，這就是頻率曲線圖。與直方圖類似，頻率曲線也表示了樣品的粒度分布。因頻率曲線圖形簡單、直觀，因此應(yīng)用的更廣。通常把直方圖中突出于周圍方塊之上的高方塊或頻率曲線中的高點稱作峰（亦稱眾數(shù)，mode）。如果樣品中只有一個峰，叫作單峰；若有兩個或兩個以上的峰則為雙峰或多峰。第7頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三3第8頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三

篩下累積：按粒徑從小到大進行累積。所得到的累積分布表示小于某一粒徑的顆粒數(shù)(或顆粒質(zhì)量)的百分數(shù).

篩上累積：從大到小進行累積。所得到的累積分布表示大于某一粒徑的顆粒數(shù)(或顆粒質(zhì)量)的百分數(shù)。第9頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三第10頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三篩下累積第11頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三三、粒度參數(shù)

粒度參數(shù)是以一定的數(shù)值定量地表示物質(zhì)的粒度特征。常用的粒度參數(shù)包括：平均粒度、分選系數(shù)、偏度、峰度。1、平均粒徑（Mz）和中值（Md）

（1）中值（Md）：是指累積曲線上顆粒含量為50%處對應(yīng)的粒徑，用毫米（或φ值）表示。中值的含意是指它在粒度上居于樣品的中央，有一半重量的顆粒大于它，另有一半小于它。

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（2）平均粒徑（Mz）：φ16、φ50和φ84分別代表累積曲線上百分含量為16%、50%、84%三處的粒徑（φ值）。平均粒徑和中值的意義：代表粒度分布的集中趨勢，即物質(zhì)的粒度一般是趨向于圍繞著一個平均的數(shù)值分布，這個數(shù)值就是平均粒徑或中值或眾數(shù)。

第13頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三2、標準偏差和分選系數(shù)：標準偏差和分選系數(shù)是用來表示顆粒大小均勻程度的參數(shù)。（1）分選系數(shù)（SO）：

式中P25和P75分別代表累積曲線上顆粒含量25%和75%處所對應(yīng)的顆粒直徑。當顆粒分選很好時，P25和P75兩值很靠近，所以SO值就接近于1；相反，SO值越大則說明分選性越差。根據(jù)SO值可以劃分分選等級：SO=1～2.5，分選好；SO=2.5～4.0，分選中等；SO＞4.0，分選差。

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（2）標準偏差（σ1）

用標準偏差確定的六個分選級別：

σ1＜0.35，分選極好；σ1=0.35～0.50，分選好；

σ1=0.50～0.71，分選較好；σ1=0.71～1.00，分選中等；

σ1=1.00～2.00，分選較差；σ1=2.00～4.00，分選差；

σ1＞4.00，分選極差。第15頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三3、偏度（SK1）偏度是用來表示頻率曲線對稱性的參數(shù)，實質(zhì)上反映粒度分布的不對稱程度的。

第16頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三頻率曲線按其對稱形態(tài)特征可分為三類：

第17頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三（1）正態(tài)：峰兩側(cè)粗細粒徑的百分比含量互相對應(yīng)地減少，形成以峰為對稱軸的對稱曲線。此時中值、平均粒徑和眾數(shù)三者為同一數(shù)值，說明樣品分選好。SK1=0（2）正偏態(tài)：曲線形態(tài)不對稱，峰偏向粗粒度一側(cè)，細粒一側(cè)有一低的尾部，說明樣品以粗組分為主，分選性變差。SK1＞0（3）負偏態(tài)：曲線形態(tài)不對稱，峰偏向細粒度一側(cè)，粗粒一側(cè)有一低的尾部，說明樣品以細組分為主，分選性變差。SK1＜0。

第18頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三

偏度的分級：SK1=－1～－0.3，很負偏；SK1=－0.3～－0.1，負偏；SK1=－0.1～＋0.1，近對稱；SK1=＋0.1～＋0.3，正偏；SK1=＋0.3～＋1，很正偏；第19頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三4、峰度（KG）：峰度是用來衡量粒度頻率曲線尖銳程度的參數(shù)。峰度值一般是用頻率曲線尾部展開度與中部展開度之比來表示的，其公式為：

在對稱正態(tài)曲線中，φ95與φ5之間粒度間距（尾部展開度）是φ75與φ25之間粒度間距（中部展開度）的2.44倍，因此正態(tài)粒度分布的KG=1。

第20頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三

是和正態(tài)頻率曲線相比時，曲線的尖銳或鈍圓程度

第21頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三峰值的等級界限：值越大峰越尖，越小越平KG＜0.67，很平坦；KG=0.67～0.90，平坦；KG=0.90～1.11，中等（正態(tài)）；KG=1.11～1.56，尖銳；KG=1.56～3.00，很尖銳；

KG＞3.00，非常尖銳。第22頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三第23頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)粒度測試一、粒度測試的方法第24頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三

1.篩分法篩分分析法是讓試樣通過一系列不同篩孔的標準篩或非標準篩，將其分離成若干個粒級。分別稱重，求得以質(zhì)量百分數(shù)表示的粒度分布。篩分法適用于約100mm至40μm之間的粒度測量。由于各國采用的標準不同，所以有各種各樣的標準篩。單位長度的篩面上所具有的篩孔數(shù)稱為網(wǎng)目數(shù)，簡稱網(wǎng)目。有的標準篩的網(wǎng)目是指每英寸長度上的篩孔數(shù)。我國主要應(yīng)用上海標準篩和美國泰勒篩。適用于40m以上的粉體。

第25頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三篩分的優(yōu)缺點優(yōu)點統(tǒng)計量大,代表性強便宜重量分布缺點下限40微米人為因素影響大重復(fù)性差非規(guī)則形狀粒子誤差速度慢第26頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三2.顯微鏡

采用定向徑方法測量第27頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三光學顯微鏡0.25——250μm電子顯微鏡0.001——5μm顯微鏡測定粒度要求統(tǒng)計顆粒的總數(shù)：粒度范圍寬的粉末———10000以上粒度范圍窄的粉末———1000左右第28頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三顯微鏡方法的優(yōu)缺點優(yōu)點可直接觀察粒子形狀可直接觀察粒子團聚光學顯微鏡便宜缺點代表性差重復(fù)性差速度慢第29頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三3激光法激光粒度儀的原理

激光粒度儀是根據(jù)顆粒能使激光產(chǎn)生散射這一物理現(xiàn)象測試粒度分布的。由于激光具有很好的單色性和極強的方向性，所以在沒有阻礙的無限空間中激光將會照射到無窮遠的地方，并且在傳播過程中很少有發(fā)散的現(xiàn)象。

激光束在無阻礙狀態(tài)下的傳播示意圖

第30頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三米氏散射理論表明，當光束遇到顆粒阻擋時，一部分光將發(fā)生散射現(xiàn)象，散射光的傳播方向?qū)⑴c主光束的傳播方向形成一個夾角θ，θ角的大小與顆粒的大小有關(guān)，顆粒越大，產(chǎn)生的散射光的θ角就越小；顆粒越小，產(chǎn)生的散射光的θ角就越大。即小角度(θ)的散射光是有大顆粒引起的；大角度(θ1)的散射光是由小顆粒引起的。進一步研究表明，散射光的強度代表該粒徑顆粒的數(shù)量。這樣，測量不同角度上的散射光的強度，就可以得到樣品的粒度分布了。

不同粒徑的顆粒產(chǎn)生不同角度的散射光

第31頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三為了測量不同角度上的散射光的光強，需要運用光學手段對散射光進行處理。在光束中的適當?shù)奈恢蒙戏胖靡粋€富氏透鏡，在該富氏透鏡的后焦平面上放置一組多元光電探測器，不同角度的散射光通過富氏透鏡照射到多元光電探測器上時，光信號將被轉(zhuǎn)換成電信號并傳輸?shù)诫娔X中，通過專用軟件對這些信號進行處理，準確地得到粒度分布。

激光粒度儀原理示意圖

激光器激光束透鏡樣品池透鏡衍射光束未衍射光束光傳感器列陣中心傳感器粉末第32頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三

缺點：結(jié)果受分布模型影響較大，儀器造價較高。激光法優(yōu)缺點優(yōu)點：操作簡便，測試速度快，測試范圍大，重復(fù)性和準確性好，可進行在線測量和干法測量。第33頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三電傳感法是將被測顆粒分散在導(dǎo)電的電解質(zhì)溶液中，在該導(dǎo)電液中置一開有小孔的隔板，并將兩個電極分別于小孔兩側(cè)插人導(dǎo)電液中。在壓差作用下，顆粒隨導(dǎo)電液逐個地通過小孔。每個顆粒通過小孔時產(chǎn)生的電阻變化表現(xiàn)為一個與顆粒體積或直徑成正比的電壓脈沖。儀器對脈沖按其大小歸檔（顆粒體積或粒度的間隔），進行計數(shù)，因此可以給出顆粒體積或粒度（體積直徑）的個數(shù)分布。通常測量范圍約為0.5－1000μm。4．電傳感法—庫爾特計數(shù)器第34頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三5.沉降法測量原理

在具有一定粘度的粉末懸濁液內(nèi)，大小不等的顆粒自由沉降時，其速度是不同的，顆粒越大沉降速度越快。如果大小不同的顆粒從同一起點高度同時沉降，經(jīng)過一定距離(時間)后，就能將粉末按粒度差別分開。第35頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三測量原理示意圖t=0t=t1t=t2t=t3光吸收率時間t1t2t30第36頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三

是光透過原理與沉降法相結(jié)合的一種粒度儀。根據(jù)光源不同，可細分為可見光、激光和X射線幾種類型；按力場不同又細分為重力場和離心力場兩類。當光束通過裝有懸浮液的測量容器時，一部分光被反射或吸收，一部分光到達光電傳感器，將光強轉(zhuǎn)變成電信號。透過光強與懸浮液的濃度或顆粒的投影面積有關(guān)。另一方面，顆粒在力場中沉降，可用斯托克斯定律計算其粒徑大小，從而得到累積粒度分布。

光透過沉降粒度儀r:粒徑；v：顆粒的沉降速度；ρ：樣品密度；ρ’：介質(zhì)密度；η：戒指的粘滯系數(shù)第37頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三

(1)重力場光透過沉降法

其測量范圍在0.1～1000μm。光源為：可見光、激光和X射線。顆粒的沉降速度與顆粒及懸浮液的密度有關(guān)，當密度差大時沉降速度快，反之沉降速度慢。

第38頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三在離心力場中，顆粒的沉降速度明顯提高，本法適合測量納米級顆粒?？蓽y量0.007～30μm