立磨碳酸钙的激光粒度仪检测方法探讨

摘要：

关键词：立磨碳酸钙、粒度分析、激光粒度仪

近些年，随着碳酸钙行业发展，立式磨机由于其相对传统球磨机具有更高效、节能、环保、干燥能力较高、占地空间小、易维护等特点，在碳酸钙行业中的应用日益广泛。立磨生产碳酸钙物料在辊式磨内停留时间短，辊套和衬板不直接接触，其所得粉体能较好地保持原有晶型，粒形较规则，生产粉体流动性好，分散性能好，白度高，分布宽度更大，这些都是与球磨机生产重钙粉有所差异的。

重钙粉体的粒度特性的检测，对于了解和控制产品质量，指导磨机参数调节，节能降耗是非常必要的。欧美克仪器有限公司于1996年起推出的LS-POP系列激光粒度分析仪是重钙生产领域使用最为广泛的经典产品，可以快速简便地获得检测样品的粒度分布，中值粒径，D97，2um含量及比表面积等重要参数信息，已经在传统重钙粉的检测领域获得了良好的口碑。

在激光粒度仪指导生产实践中，其重复性和分辨能力都是至关重要的。良好的重复性，是检测结果真实可靠的保障。优良的分辨能力，能更好地分辨粉体间细微差异，指导磨机调节，最大程度避免过磨或者研磨不足。从而可以在保障提供合格产品的前提下，将能耗控制到最低水平。

典型的湿法重钙检测方法是将重钙粉末加入到介质水中，超声几分钟后，加入激光粒度仪中循环，检测其粒度分布。立磨粉由于其宽分布特性，一个样品可能同时具有亚微米到百来微米大小的颗粒，在用传统方法对其进行检测时，出现了结果重复性和分辨能力不佳的问题。测微米、亚微米粉体时，最常见的影响粒度检测结果的因素是颗粒的团聚，应对的主要方法是超声分散和加入分散剂；而在检测大颗粒时，进样器对大颗粒的悬浮分散能力显得至关重要。本文中主要探讨欧美克公司新推出的LS-POP(9)及系列进样器，结合不同测试方法对立磨粉测试的效果，并探讨如何在不同样品，仪器条件下确定最佳测试方法。

在激光粒度检测中，常见分散稳定剂有六偏磷酸钠、十二烷基磺酸钠、乙醇等，其中六偏磷酸钠由于其具有强的螯合能力和水溶性使用最为广泛。由于六偏磷酸钠对碳酸钙颗粒表面钙离子的螯合作用，在颗粒表面逐渐吸附一层带电的六偏磷酸钠分子层，增加了颗粒之间的静电排斥作用和空间位阻，使得颗粒之间的团聚得到显著抑制。此外六偏磷酸钠对重钙颗粒的包覆作用，减少了其与水分子的直接接触，对碳酸钙的溶解亦有显著的抑制作用【1】。

本文着重此从检测方法的开发与检测设备性能方面来进行相关探讨，以期能找到合适的方案，解决当前立磨碳酸钙检测所面临的问题。

1 实验部分

1.1 检测材料、试剂与仪器

立磨碳酸钙粉、2%六偏磷酸钠（简称六偏）、1%十二烷基磺酸钠、LS-POP(6)、LS-POP(9)激光粒度仪及SFC-105B、SFC-126C、SFC-106进样器。

本文中所有检测均采用干粉直接加样，以达到便捷、快速检测的目的。

1.2 不同浓度六偏磷酸钠对粒度测试结果的影响

使用LS-POP(9)+SFC-105B进样器检测立磨碳酸钙样品1的粒度。向500ml分散介质中各加入不同浓度六偏磷酸钠，连续超声开启时加样至遮光比在7~12%之间，待液面无漂浮重钙粉末时超声2min后，连续检测5次，并统计检测D50、D97随六偏浓度变化的情况。

图表1：各加入0,1,3,5,10滴六偏磷酸钠D50、D97测量平均结果及相对均方差

如图表1所示，在未添加六偏磷酸钠时，检测结果较添加六偏普遍偏大，D10 , D50值偏大更为显著，主要是受到碳酸钙颗粒团聚的影响。加入少量六偏，由于其不能将碳酸钙颗粒表面完全覆盖形成保护层，伴随其分散作用，使得更多颗粒表面与介质水接触，加速了碳酸钙的溶解，检测结果明显偏小。持续增加六偏的量，直到其能将碳酸钙颗粒完全覆盖，能最大程度的满足颗粒的分散和抑制溶解效果【2】，在D50,D97平均值上逐渐趋于稳定，多次检测之间的相对均方差达到最小，也就意味着此时粒度检测结果最稳定。持续加入更多六偏，除了包覆在碳酸钙颗粒表面，介质中有更多六偏会使得体系趋于不稳定，检测结果波动加大。

1.3 不同检测时间、超声条件对粒度测试结果的影响

图表2：不同测试条件下，随时间推移D97，D50结果变化

如图表2所示，D97和D50数值，在六偏加入5滴时是最稳定的，加入过多六偏D97随时间变化曾下降趋势，说明大颗粒在介质中存在过多六偏的情况下开始溶解；不加六偏D50则随时间明显上升，有可能是小颗粒团聚持续加剧或者大颗粒部分溶解造成的。与此同时也印证了1.2中，加入5滴六偏能有最佳分散和抑制溶解效果的结论。

同样是加入5滴六偏，不同的超声方法，结果的波动也略有不同，连续超声与不超声的波动相对较大，超声2分钟后再进行检测，D50，D97数值均在8分钟的检测时间内是最稳定的。

1.4 不同湿法循环泵速对粒度测试结果的影响

在加入5滴六偏，加样超声2min后，分别设定进样器离心泵转速从4000rpm逐次下降至1000rpm后，再逐次升高离心泵转速至4000rpm，将两段所得到的D97，D50参数进行趋势分析。

图表3：不同泵转速下，LS-POP(9)+SFC-105B测试样品D97、D50变化趋势

如图表3所示，泵速在1600转至3200时，D97结果保持稳定，略有升高趋势，泵速过大超过3200rpm，则容易产生气泡，导致测量结果偏大。泵速太小，对大颗粒悬浮能力不足，检测结果有偏小趋势。从小到大转速设定测量时，样品已经循环超过15分钟，波动较从大到小转速设定时大。

参考文献：【1】沈静、宋湛谦等磷酸及磷酸／辅助剂对PCC的溶解抑制作用  《中国造纸》2008年第27卷第8期 23-27.

【2】张勇、杨洁等 聚羧酸钠盐分散剂分散超细重质碳酸钙的探讨 《非金属矿》2005年11月 第28卷第6期