影響激光粒度儀檢測稀土粒度分布的因素

      稀土材料的物理性能對其應用性能有著重要的影響，而顆粒的尺寸大小和分布參數與顆粒的特性密切相關，因此稀土粉體顆粒測試方法和測試技術是顆粒研究的一個重要方面。也是稀土產品物性指標控制中的關鍵技術內容。當前，測定顆粒粒度的方法和裝置很多，但由于其對粒徑測定的原理各不相同，因此對同一種物料用不同的方法測試，所得的結果可能也會不同。即使是對同一種物料用同一種方法，但由于操作者不同，也可能會得到相差較大的結果。激光粒度分析儀對顆粒粒度的分析具有快速、準確、便捷、工作狀態可靠、重復性好的特點，因而得以迅速推廣使用。同樣，雖然儀器本身對測定結果的影響很小，但樣品的分散條件、物料的性質以及操作條件的選擇等，都對測定結果有很大的影響。

     1、粉體試樣濃度對測定結果的影響

      激光粒度分析儀采用的是光散射法，它主要是測量散射光強及其空間分布，因此，顆粒濃度太高時應考慮多重散射影響。而由DLVO理論可知，懸浮液中的顆粒由于布朗運動發生碰撞聚沉，顆粒的碰撞頻率是影響顆粒聚沉的直接因素，因而在測定粒度時，懸浮液中的顆粒濃度也必須考慮。同時，由于粉體顆粒尺寸大小的不同，單位重量的粉體其顆粒數是不同的，因此，并不能以一般的濃度來表示粒度測定時的濃度，而應以測定時的遮光比來表示。
以水作分散介質，配制不同濃度的碳酸鈰、球磨氧化鈰試樣，超聲分散3分鐘，測定的粒度結果見圖1、圖2。

圖 1碳酸鈰遮光率與粒度測定值的關系

圖 2球磨氧化鈰遮光率與粒度測定值的關系

       由圖1可見，碳酸鈰粉體試樣濃度較小時，所測得的粒徑較小，當粉體濃度增大時，所測得的粒度增大，這是由于試樣濃度太高，懸浮顆粒的相互碰撞頻繁，顆粒間的粘結和團聚增加，從而使測量結果增大。但并不是試樣濃度越小越好，因為濃度小到一定程度時顆粒數已大大減小，而太少的顆粒數會產生較大的取樣及測量隨機誤差，致使樣品不具有代表性。而由圖2見到，球磨氧化鈰粉體試樣遮光率在30%以下時，粒度測定值重復性較好，當粉體濃度增大時，所測得的粒度值逐漸減小。由DLVO理論，膠體中當排斥力占優勢并達到足以阻礙膠粒由于布朗運動而發生碰撞聚沉時，膠體處于穩定狀態。此時球磨氧化鈰粉體試樣正是處于這種穩定狀態，而多重散射的影響就體現出來 ，使得粒度測定值變小。

       2、超聲分散時間對測定結果的影響

       超聲分散時間對稀土粉體粒度的測定精確度會有影響。圖3是結晶碳酸鈰和氧化鈰超聲分散時間對粒度測定的影響情況。

圖 3  分散時間與粒度測定的關系

       我們看到，分散時間少于2分鐘時所測粉體顆粒較大，2—5分鐘時的測試結果相差不大，5分鐘以后，氧化鈰的測試結果仍相差不大，而結晶碳酸鈰的測試結果逐漸變小。這是由于超細粉體具有較高的比表面能，它能通過團聚來降低比表面能而達到穩定狀態，這是一種軟團聚，用適當的超聲分散能打碎軟團聚，從而能準確地測定其粒度，前2分鐘的分散即是如此。有些團聚是在粉體的煅燒過程中形成的硬團聚，難以用超聲分散粉碎，氧化鈰就是這種情況。但是如果粉體顆粒結構比較松散，比如結晶碳酸鈰，較易被超聲波震動擊碎，則不宜用超聲波進行長時間分散，以免粉體試樣顆粒經超聲波分散后再次破碎，顆粒變小，導致測量誤差。

       3、分散劑的選擇對測定結果的影響

       分散劑的種類和濃度對測定結果也有一定影響。圖4表示幾種分散劑對氧化釔分散效率的影響。從中可以看出由于所用分散劑種類的不同，其分散效率也隨之變化。其中，六偏磷酸鈉具有最好的分散效率。

圖 4分散劑的分散效果

      圖5表示分散劑六偏磷酸鈉的濃度對氧化釔測定結果的影響。從中可以看到，選擇分散劑濃度在0.1—0.2%左右進行測定較好。

圖 5 分散劑濃度對粒度測定的影響

     5、試樣粉體形態對測定結果的影響

      在理論分析和設計計算中，往往將顆粒看作球形。由于球形粒子無方向性，這樣可以簡化分析過程，且實驗結果也容易重合。但實際生產過程中的顆粒，其幾何形狀一般是不規則的，這也常是理論計算與實際過程不相符的原因之一。激光粒度儀是采用光散射法的原理來測定顆粒粒度的，粉體顆粒的形狀對粒度測量結果有著重要影響。因為對于非球形顆粒，在不同方向上的光散射效應是不同的，測量的結果粒度分布寬度會大于實際寬度，連續測量的結果誤差相對也要大些，表一是不同形狀粉體顆粒的測定結果。由電鏡照片看到，球磨氧化鈰是單分散的球形狀態，氧化鈰是有棱邊的結晶體，而碳酸鈰是像花朵狀的結晶體。

表一  不同形狀粉體顆粒的測定結果

       因此，從試樣連續多次測量結果的重復性和均方差的結果來看，可以大致推斷試樣的球形狀態如何。如果均方差值在0.05以下，可以推斷試樣差不多是單分散的球形狀態，如果均方差值大于0.05，則試樣的形狀會有多種形態，因而重復性不佳，如果均方差值大于1，且連續多次測量結果相差較大，那么試樣可能具有大小不一的各種不規則形狀。

   小結：激光粒度分析過程中應控制粉體濃度在遮光比5—20%為宜。選擇合適的分散劑及相應的分散時間，無機粉體顆粒以六偏磷酸鈉作分散劑為佳，分散時間為2—5分鐘。測定前應了解顆粒的形態和顆粒結構狀況，考慮其對測定的影響程度。