文章提交

至：工業(yè)礦物部 – Laura King

提交時間： 2006 年 10 月，質量控制中心

提交單位： Claire England,

Kapler Communications

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12 Huntingdon Street

St Neots, Cambs PE19 1BD  UK

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日期： 2006 年 8 月 31 日

代表：馬爾文儀器有限公司

標題：在線濕法粒度測量

案號：  MAL/JOB/1174

作者： David Pugh

流程營銷經理

&

Jim Scotland

歐洲工藝流程經理

馬爾文儀器有限公司

Enigma Business Park

Grovewood Road

Malvern

Worcestershire

WR14 1XZ

電話： 01684 892456

傳真： 01684 892789

www.malvern.co.uk

字數：1232

圖和表： X3（文檔末尾處帶題注的縮略圖，僅供參考。也有單獨文件提供。）

圖 1： 不同稀釋率下滑石的粒度測量。

圖 2： 碳酸鈣成品粒度數據

圖片： Insitec LPS

在線濕法粒度測量

由馬爾文儀器有限公司流程營銷經理 David Pugh 和歐洲工藝流程經理 Jim Scotland 撰寫。

顆粒細化設備是礦物處理行業(yè)的獨有特征。破碎、研磨、磨粉、磨碎及微粉化都是廣泛使用的完善技術，可以按照要求粒度生產產品。粒度是關鍵因素，因為它是影響產品性能的重要參數。比如，油漆制造中普遍使用的二氧化鈦的光學性質，各種個人護理產品中的成分滑石的滑感以及硅石的催化性能，都直接與這個關鍵變量有關。

通常來講，了解材料尺寸過大對產品質量的影響，要比全面理解過度處理對可變成本造成的負面影響要容易一些。要減小粒度，需要耗費能量。此外，隨著產品粒度的減小，對電源的要求以指數形式增加。因此就能量消耗方面而言，過度處理（粒度過小，超出特定應用的要求）極其耗費成本。優(yōu)化流程的目標是恰到好處地減小粒度，以符合規(guī)范。

為了實現這一目標，行業(yè)內部越來越多地應用在線粒度測量方案。習慣上采用的離線分析協議仍然很重要，對 QC 應用而言尤其如此。但是，對于流程控制和優(yōu)化來說，在線測量產生的持續(xù)數據流非常有利。實時分析極大地增強了對流程的了解，為全自動化流程控制鋪平了道路。

激光衍射技術在在線粒度分析中得到了廣泛應用。采用這項技術的可靠集成解決方案起初應用于干法工藝，現在也可應用于濕法工藝。這對礦物工藝人員來說是一個好消息，因為濕法粒度減小工藝非常普遍�，F在，即使高濃度、高粘度和高溫的流質也可以使用分析儀進行測量，比如 Insitec LPS (Malvern Instruments)，是專門針對工業(yè)用途而開發(fā)的全自動系統。本文將討論用于濕法在線分析的激光衍射系統的特征。同時，就有關碳酸鈣產品的實用優(yōu)勢進行概述和說明。

分析濕法流程

對于流程環(huán)境來說，激光衍射技術是一種很有魅力的分析方法。它迅速、沒有破壞性，相對來說不太受環(huán)境條件的影響。除此之外，它無需外部校準即可持續(xù)生成粒度數據。激光衍射系統一個眾人皆知的局限是，必需準備相對透明的樣品，因為激光必須能夠穿透液體介質。粒度根據透過懸浮顆粒的激光被顆粒散射時產生的衍射模式來確定。如果顆粒濃度非常高，激光無法穿透；另外，多次散射效果將會影響對*終衍射模式的解釋。因此，很多應用需要稀釋樣品。

在線系統設計

為了從在線系統中全面獲益，工藝人員需要一個可靠的自動設備，能夠和現有流程控制平臺集成。維護和操作性輸入必須降到程度。取樣、任何樣品的制備和稀釋以及分析必須全自動化。采用激光衍射的自動化粒度分析技術非常完善，同離線系統一樣只需要按一下按鈕，使用廣泛。在線分析面臨的主要挑戰(zhàn)是流程分析儀界面的設計。

取樣

對于流動性較好的流體來說，帶有自動閥門的支路環(huán)路是一個合適的取樣選擇。主流體中具有代表性的一部分持續(xù)流經分析儀進行稀釋和分析，同時，從分析儀流出的流體會反回給生產流水線。

對于濃度較高的流體，持續(xù)的流動設計不大可能實現。固體顆粒較大時，低流速的小孔管和相關的閥門容易阻塞，對連續(xù)操作造成影響。針對這種系統，馬耳文儀器公司開發(fā)了一種以嵌片形式提取流質的旋轉閥門。球閥孔和旋轉速度可以調節(jié)，為稀釋提供所需的樣品數量。在多數測試條件下，該系統能夠避免發(fā)生阻塞。

樣品稀釋/制備

樣品制備的形式多種多樣。比如，聲波降解可以防止樣品發(fā)生凝聚，但*普遍的應用是用于稀釋。理想的稀釋過程是使用可以流程兼容的溶劑，這樣可以使廢料處理的成本降到。當顆粒的性質由于濃度突然降低而改變時需要小心操作，避免稀釋休克。此時，稀釋過程可以分多步來完成。所有的稀釋必須以典型的方式操作。

Insitec LPS 結合使用預稀釋器和級聯稀釋器。預稀釋器是一種玻璃容器，它裝有氣動攪拌器以及用于控制稀釋狀態(tài)的液位傳感器。級聯稀釋器是設計，它以同軸文氏管為基礎，沒有運動部件，專門用于稀釋。它的稀釋方式非常典型（見圖 1）。稀釋率由階段數量和內部噴嘴尺寸控制。兩個稀釋儀均可進行自我清理，以便限度地減少任何應用中的稀釋液用量。

碳酸鈣生產中的在線分析

碳酸鈣的應用很多，其中每一種應用都需要不同的粒度分布。其中，造紙業(yè)用碳酸鈣來制造閃亮、平滑的紙面。該市場正在成長。碳酸鈣的細微顆粒填補了紙纖維之間的縫隙，從而使紙面變得有光澤。在該應用中，顆粒大小應該為 Dv(50) 1 微米或者 Dv(90)  2 微米左右。這些顆粒通過濕法研磨流程制造，通常有多條生產線。在兩個位置中的任一位置安裝在線粒度分析，均可以提供有用的數據。

在線分析可以在每一生產線的出口監(jiān)控成品質量。圖 2 顯示了這種位置的典型屏幕抓圖。數據可以用來開發(fā)人工或自動控制策略，確保始終符合規(guī)范。這種方法非常有效，不但能夠提高產品質量，還可減少材料和能源浪費。但是，如果每個生產線上都安裝專用分析儀，成本將會非常高。

替代的方法是在給料線上安裝在線分析。如果研磨參數調整不當，給料中的變量經常會導致產品質量不合格。此時，可以采用一種給料提前控制策略。測量所有磨粉機的普通給料，并且每個設備的參數都不同，以保持生產的材料符合規(guī)范。這種方法能夠以相對較低的資本投資獲得極高的流程效率。只不過，它需要花費很大的前期努力來建立所需的相互關系，且其可信度級別不如成品質量監(jiān)控。

總結

現在，干濕兩種工藝流程中皆可使用可靠的激光衍射系統進行在線粒度測量。對于幾乎所有濕法工藝流程來說，馬爾文儀器的 Insitec LPS 都是一種靈活強勁的解決方案�？刂茀f議能夠與現有工廠系統集成，每個組件、流程接口、樣品稀釋和分析儀均可定制，以符合特定要求。值得信賴的干濕粒度分析的問世，對于礦業(yè)工藝人員來說，要竭力服務于市場不斷擴大而成本和質量規(guī)范要求卻日益苛刻的客戶，這無疑是一大福音。

結束

圖 1 –  不同稀釋率下滑石的粒度測量

圖 2 – 碳酸鈣成品粒度數據

Insitec LPS

原創(chuàng)作者：英國馬爾文儀器有限公司