标题在线湿法粒度测量

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至：工业矿物部 – Laura King

提交时间： 2006 年 10 月，质量控制中心

提交单位： Claire England,

Kapler Communications

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日期： 2006 年 8 月 31 日

代表：马尔文仪器有限公司

标题：在线湿法粒度测量

案号：  MAL/JOB/1174

作者： David Pugh

流程营销经理

&

Jim Scotland

欧洲工艺流程经理

马尔文仪器有限公司

Enigma Business Park

Grovewood Road

Malvern

Worcestershire

WR14 1XZ

电话： 01684 892456

传真： 01684 892789

www.malvern.co.uk

字数：1232

图和表： X3（文档末尾处带题注的缩略图，仅供参考。也有单独文件提供。）

图 1： 不同稀释率下滑石的粒度测量。

图 2： 碳酸钙成品粒度数据

图片： Insitec LPS

在线湿法粒度测量

由马尔文仪器有限公司流程营销经理 David Pugh 和欧洲工艺流程经理 Jim Scotland 撰写。

颗粒细化设备是矿物处理行业的独有特征。破碎、研磨、磨粉、磨碎及微粉化都是广泛使用的完善技术，可以按照要求粒度生产产品。粒度是关键因素，因为它是影响产品性能的重要参数。比如，油漆制造中普遍使用的二氧化钛的光学性质，各种个人护理产品中的成分滑石的滑感以及硅石的催化性能，都直接与这个关键变量有关。

通常来讲，了解材料尺寸过大对产品质量的影响，要比全面理解过度处理对可变成本造成的负面影响要容易一些。要减小粒度，需要耗费能量。此外，随着产品粒度的减小，对电源的要求以指数形式增加。因此就能量消耗方面而言，过度处理（粒度过小，超出特定应用的要求）极其耗费成本。优化流程的目标是恰到好处地减小粒度，以符合规范。

为了实现这一目标，行业内部越来越多地应用在线粒度测量方案。习惯上采用的离线分析协议仍然很重要，对 QC 应用而言尤其如此。但是，对于流程控制和优化来说，在线测量产生的持续数据流非常有利。实时分析极大地增强了对流程的了解，为全自动化流程控制铺平了道路。

激光衍射技术在在线粒度分析中得到了广泛应用。采用这项技术的可靠集成解决方案起初应用于干法工艺，现在也可应用于湿法工艺。这对矿物工艺人员来说是一个好消息，因为湿法粒度减小工艺非常普遍。现在，即使高浓度、高粘度和高温的流质也可以使用分析仪进行测量，比如 Insitec LPS (Malvern Instruments)，是专门针对工业用途而开发的全自动系统。本文将讨论用于湿法在线分析的激光衍射系统的特征。同时，就有关碳酸钙产品的实用优势进行概述和说明。

分析湿法流程

对于流程环境来说，激光衍射技术是一种很有魅力的分析方法。它迅速、没有破坏性，相对来说不太受环境条件的影响。除此之外，它无需外部校准即可持续生成粒度数据。激光衍射系统一个众人皆知的局限是，必需准备相对透明的样品，因为激光必须能够穿透液体介质。粒度根据透过悬浮颗粒的激光被颗粒散射时产生的衍射模式来确定。如果颗粒浓度非常高，激光无法穿透；另外，多次散射效果将会影响对最终衍射模式的解释。因此，很多应用需要稀释样品。

在线系统设计

为了从在线系统中全面获益，工艺人员需要一个可靠的自动设备，能够和现有流程控制平台集成。维护和操作性输入必须降到最低程度。取样、任何样品的制备和稀释以及分析必须全自动化。采用激光衍射的自动化粒度分析技术非常完善，同离线系统一样只需要按一下按钮，使用广泛。在线分析面临的主要挑战是流程分析仪界面的设计。

取样

对于流动性较好的流体来说，带有自动阀门的支路环路是一个合适的取样选择。主流体中具有代表性的一部分持续流经分析仪进行稀释和分析，同时，从分析仪流出的流体会反回给生产流水线。

对于浓度较高的流体，持续的流动设计不大可能实现。固体颗粒较大时，低流速的小孔管和相关的阀门容易阻塞，对连续操作造成影响。针对这种系统，马耳文仪器公司开发了一种以嵌片形式提取流质的旋转阀门。球阀孔和旋转速度可以调节，为稀释提供所需的样品数量。在多数测试条件下，该系统能够避免发生阻塞。

样品稀释/制备

样品制备的形式多种多样。比如，声波降解可以防止样品发生凝聚，但最普遍的应用是用于稀释。理想的稀释过程是使用可以流程兼容的溶剂，这样可以使废料处理的成本降到最低。当颗粒的性质由于浓度突然降低而改变时需要小心操作，避免稀释休克。此时，稀释过程可以分多步来完成。所有的稀释必须以典型的方式操作。

Insitec LPS 结合使用预稀释器和级联稀释器。预稀释器是一种玻璃容器，它装有气动搅拌器以及用于控制稀释状态的液位传感器。级联稀释器是专利设计，它以同轴文氏管为基础，没有运动部件，专门用于稀释。它的稀释方式非常典型（见图 1）。稀释率由阶段数量和内部喷嘴尺寸控制。两个稀释仪均可进行自我清理，以便最大限度地减少任何应用中的稀释液用量。

碳酸钙生产中的在线分析

碳酸钙的应用很多，其中每一种应用都需要不同的粒度分布。其中，造纸业用碳酸钙来制造闪亮、平滑的纸面。该市场正在成长。碳酸钙的细微颗粒填补了纸纤维之间的缝隙，从而使纸面变得有光泽。在该应用中，颗粒大小应该为 Dv(50) 1 微米或者 Dv(90)  2 微米左右。这些颗粒通过湿法研磨流程制造，通常有多条生产线。在两个位置中的任一位置安装在线粒度分析，均可以提供有用的数据。

在线分析可以在每一生产线的出口监控成品质量。图 2 显示了这种位置的典型屏幕抓图。数据可以用来开发人工或自动控制策略，确保始终符合规范。这种方法非常有效，不但能够提高产品质量，还可减少材料和能源浪费。但是，如果每个生产线上都安装专用分析仪，成本将会非常高。

替代的方法是在给料线上安装在线分析。如果研磨参数调整不当，给料中的变量经常会导致产品质量不合格。此时，可以采用一种给料提前控制策略。测量所有磨粉机的普通给料，并且每个设备的参数都不同，以保持生产的材料符合规范。这种方法能够以相对较低的资本投资获得极高的流程效率。只不过，它需要花费很大的前期努力来建立所需的相互关系，且其可信度级别不如成品质量监控。

总结

现在，干湿两种工艺流程中皆可使用可靠的激光衍射系统进行在线粒度测量。对于几乎所有湿法工艺流程来说，马尔文仪器的 Insitec LPS 都是一种灵活强劲的解决方案。控制协议能够与现有工厂系统集成，每个组件、流程接口、样品稀释和分析仪均可定制，以符合特定要求。值得信赖的干湿粒度分析的问世，对于矿业工艺人员来说，要竭力服务于市场不断扩大而成本和质量规范要求却日益苛刻的客户，这无疑是一大福音。

结束

图 1 –  不同稀释率下滑石的粒度测量

图 2 – 碳酸钙成品粒度数据

Insitec LPS