文章提交

至：工業(yè)礦物部 – Laura King

提交時間： 2006 年 10 月，質(zhì)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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claire@kapleronline.com

日期： 2006 年 8 月 31 日

代表：馬爾文儀器有限公司

標(biāo)題：在線濕法粒度測量

案號：  MAL/JOB/1174

作者： David Pugh

流程營銷經(jīng)理

&

Jim Scotland

歐洲工藝流程經(jīng)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(shù)：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(shù)據(jù)

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(jīng)理 David Pugh 和歐洲工藝流程經(jīng)理 Jim Scotland 撰寫。

顆粒細化設(shè)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(shù)，可以按照要求粒度生產(chǎn)產(chǎn)品。粒度是關(guān)鍵因素，因為它是影響產(chǎn)品性能的重要參數(shù)。比如，油漆制造中普遍使用的二氧化鈦的光學(xué)性質(zhì)，各種個人護理產(chǎn)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(guān)鍵變量有關(guān)。

通常來講，了解材料尺寸過大對產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)品粒度的減小，對電源的要求以指數(shù)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(yīng)用的要求）極其耗費成本。優(yōu)化流程的目標(biāo)是恰到好處地減小粒度，以符合規(guī)范。

為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，行業(yè)內(nèi)部越來越多地應(yīng)用在線粒度測量方案。習(xí)慣上采用的離線分析協(xié)議仍然很重要，對 QC 應(yīng)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(chǎn)生的持續(xù)數(shù)據(jù)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(shù)在在線粒度分析中得到了廣泛應(yīng)用。采用這項技術(shù)的可靠集成解決方案起初應(yīng)用于干法工藝，現(xiàn)在也可應(yīng)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。現(xiàn)在，即使高濃度、高粘度和高溫的流質(zhì)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(tǒng)。本文將討論用于濕法在線分析的激光衍射系統(tǒng)的特征。同時，就有關(guān)碳酸鈣產(chǎn)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(shù)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(zhǔn)即可持續(xù)生成粒度數(shù)據(jù)。激光衍射系統(tǒng)一個眾人皆知的局限是，必需準(zhǔn)備相對透明的樣品，因為激光必須能夠穿透液體介質(zhì)。粒度根據(jù)透過懸浮顆粒的激光被顆粒散射時產(chǎn)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最終衍射模式的解釋。因此，很多應(yīng)用需要稀釋樣品。

在線系統(tǒng)設(shè)計

為了從在線系統(tǒng)中全面獲益，工藝人員需要一個可靠的自動設(shè)備，能夠和現(xiàn)有流程控制平臺集成。維護和操作性輸入必須降到最低程度。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(shù)非常完善，同離線系統(tǒng)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(shè)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(jīng)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(chǎn)流水線。

對于濃度較高的流體，持續(xù)的流動設(shè)計不大可能實現(xiàn)。固體顆粒較大時，低流速的小孔管和相關(guān)的閥門容易阻塞，對連續(xù)操作造成影響。針對這種系統(tǒng)，馬耳文儀器公司開發(fā)了一種以嵌片形式提取流質(zhì)的旋轉(zhuǎn)閥門。球閥孔和旋轉(zhuǎn)速度可以調(diào)節(jié)，為稀釋提供所需的樣品數(shù)量。在多數(shù)測試條件下，該系統(tǒng)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，但最普遍的應(yīng)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最低。當(dāng)顆粒的性質(zhì)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(jié)合使用預(yù)稀釋器和級聯(lián)稀釋器。預(yù)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(lián)稀釋器是專利設(shè)計，它以同軸文氏管為基礎(chǔ)，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(shù)量和內(nèi)部噴嘴尺寸控制。兩個稀釋儀均可進行自我清理，以便最大限度地減少任何應(yīng)用中的稀釋液用量。

碳酸鈣生產(chǎn)中的在線分析

碳酸鈣的應(yīng)用很多，其中每一種應(yīng)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(yīng)用中，顆粒大小應(yīng)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(chǎn)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(shù)據(jù)。

在線分析可以在每一生產(chǎn)線的出口監(jiān)控成品質(zhì)量。圖 2 顯示了這種位置的典型屏幕抓圖。數(shù)據(jù)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(chǎn)品質(zhì)量，還可減少材料和能源浪費。但是，如果每個生產(chǎn)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(shù)調(diào)整不當(dāng)，給料中的變量經(jīng)常會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)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(shè)備的參數(shù)都不同，以保持生產(chǎn)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(guān)系，且其可信度級別不如成品質(zhì)量監(jiān)控。

總結(jié)

現(xiàn)在，干濕兩種工藝流程中皆可使用可靠的激光衍射系統(tǒng)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(xié)議能夠與現(xiàn)有工廠系統(tǒng)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(wù)于市場不斷擴大而成本和質(zhì)量規(guī)范要求卻日益苛刻的客戶，這無疑是一大福音。

結(jié)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(shù)據(jù)

Insitec LPS