现代颗粒粒度测量技术

　　目前,在现代化工业生产、国防建设和高科技领域中,颗粒材料,特别是超细粉体材料的地位越来越重要,并广泛应用于医药、化工、冶金、电子、机械、轻工、建筑及环保等行业。颗粒材料的许多重要特性是由颗粒的平均粒度及粒度分布等参数所决定的,例如,粒度的分布影响白砂糖的晶体群质量[1];水泥粒度决定水泥的凝结时间;颜料粒度决定其着色能力;荧光粉粒度决定电视机、监视器等屏幕的显示亮度和清晰度;催化剂粒度也部分地决定其催化活性等。此外,颗粒粒度对食品的味感、药物的效用、冶金粉末的烧结能力及炸药的爆炸强度等也有很大的影响。因此,随着科学技术的发展,有关颗粒粒度测量技术受到人们的普遍重视,已经逐渐发展成为现代测量学中的一个重要分支。

　　颗粒粒度测定的方法有很多,现已研制并生产了200多种基于不同工作原理的测量装置,并且不断有新的颗粒粒度测量方法和测量仪器研究成功[2]。传统的颗粒测量方法有筛分法、显微镜法、沉降法、电感应法等,近年来发展的方法有激光衍射法、在显微镜法基础上发展的计算机图像分析技术、基于颗粒布朗运动的粒度测量法及质谱法等。

　　1　颗粒粒度测量方法及原理

　　1·1　筛分法(Sieving Analysis)

　　颗粒粒度的测定方法中历史最长、最通行的是筛分法[3],它是借助人工或不同的机械振动装置,将颗粒样品通过一系列具有不同筛孔直径的标准筛(即筛系),分离成若干个粒级,再分别称重,然后求得以质量分数表示的颗粒粒度分布。按不同的标准有不同的筛系,目前国际上通行的筛系有美国TYLES筛系、美国ASTM筛系、国际标准化组织ISO筛系、日本JIS筛系、英国BS筛系等。筛分法适于测量粒度为30μm以上的颗粒。

　　筛分法的优点在于其设备简单、操作简便、易于实行。但是筛分法有一个很大的缺点,就是在筛分操作过程中,颗粒有可能破损或断裂,因此筛分特别不适合测定长形针状或片状颗粒的粒度。同时必须注意到,非球形的颗粒通过筛子在一定程度上取决于颗粒的方向,造成测量误差。此外,含有结合水的颗粒粒度的测量不适宜采用筛分法。

　　1·2　显微镜法(Microscopy)

　　显微镜法是另一种测定颗粒粒度的常用方法。根据晶体粒度的不同,既可采用一般的光学显微镜,也可以采用电子显微镜。光学显微镜测定范围为0·8~150μm,大于150μm者可用简单放大镜观察,小于0·8μm者必须用电子显微镜观察,透射电子显微镜常用于直接观察大小在0·001~5μm范围内的颗粒。

　　显微镜法有可能查清在制备过程中颗粒产品结合成聚集体以及破碎为碎块的情况,因此在测量过程中有可能考虑颗粒的形状,绘出特定表面的粒度分布图,而不只是平均粒度的分布图。但是在用电子显微镜对超细颗粒的形貌进行观察时,由于颗粒间普遍存在范德华力和库仑力,颗粒极易形成球团,给颗粒粒度测量带来困难,需要选用分散剂或适当的操作方法对颗粒进行分散[4]。