水泥中粒度检测方案

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◎2006珠海欧美克科技有限公司专业知识普及文档 论文八 水泥粒度 (颗粒级配)测试方法及应用 内容简介 本文是专门为水泥行业的颗粒级配(粒度)测试人员而写的。目的在于在水泥行业普及粒度测试知识，引导用户选用合适的仪器，探讨粒度数据对水泥企业节能降耗、提高水泥性能、研制新型(特种)水泥的指导作用。 水泥粒度(颗粒级配测试方法及应用 张福根 郭 华 徐薛雁 (珠海欧美克科技有限公司 广东 珠海) 随着我国水泥国家标准与国际标准(ISO)的接轨以及科学技术的进步，国内越来越多的学者和工程技术人员关注和研究水泥的颗粒级配及其对水泥性能的影响L例如1，2. 水泥是一种粉体产品。在大多数粉体行业，颗粒级配又称粒度分布。它是粉体的重要物理指标之一， 对粉体性能有着重要影响”。由于现实的粉体产品由成万上亿个颗粒组成，，各颗粒大小不同、形状各异、无法用肉眼直接观察，因此粒度测量显得复杂、抽象和困难。在我国水泥企业中，颗粒级配测试开展得还不普遍，因此相关工作人员对颗粒级配的测试理论、适用的测试仪器、颗粒级配数据的运用等还不十分了解。本文专门为满足广大水泥企业对颗粒级配测试知识的迫切需求而撰写。请注意，为了和其他粉体行业在专业术语上相一致，本文一般用“粒度分布”一词代替“颗粒级配”，，二者的含义完全相同。 本文首先介绍粒度分布的一般概念($2)， 接着叙述水泥的细度、比表面积、特征粒径和均匀性系数同粒度分布之间的关系(S3)。在84简单介绍现代常用的各种粒度测试仪器及其性能特点，指出这些仪器不适合水泥粒度测试的原因。第85节介绍专门为水泥的颗粒级配测试而设计的干粉激光粒度仪的原理、结构和性能特点。第S6节介绍实验，以验证干法激光粒度仪对水泥粒度测试的适用性。第7节探讨粒度数据对水泥企业熟料粉磨工序的指导意义。 2.粒径和粒度分布(颗粒级配) 在讨论粒度分布之前，先明确粒径的概念是有必要的。所谓粒径，就是颗粒的直径、大小或尺寸。如果颗粒是圆球形的，粒径就是圆球的直径，其数值是确定的，物理意义也非常明确。但是现实的粉体颗粒，如水泥颗粒，其形状是不规则的，在粒度测量中，我们又不得不用“一个”参数去描述它的大小。对不规则物体，哪个参数代表它的大小呢?先看传统粒度测量方法中最为常见的筛分法。在这种方法中，人们以能否通过筛孔来判断颗粒是小于筛孔还是大于筛孔(见图1)。如果是圆球形颗粒，能通过筛孔的其直径当然小于孔的宽度。但是对不规则颗粒，结论却带有随机性。同样的颗粒，能否通过筛孔同颗粒接近筛面时的取向有关。即，有时会被认为大于筛孔，有时则被认为小于筛孔。实际上，迄今为止的任一种粒度测量仪器，都是假定颗粒是圆球形的条件下测量颗粒大小的，即认为“如果颗粒是个圆球，那么它应该是(等效于)这么大”。文 献(3)对粒径作了如下定义： 图1 颗粒落向筛面的情形 当被测颗粒的某种物理特性或物理行为与某一直径的同质球体(或其组合)最相近时，就把该球体的直径(或其组合)作为被测颗粒的等效粒径(或粒度分布)。 根据该定义，当我们借以将待测颗粒与球体进行比较的物理特性或物理行为不同，即仪器的原理不同时，测量结果一般是不同的。例如：激光粒度仪给出的粒径可称为等效散射光粒径；库尔特计数器给出的粒径可称为等效电阻粒径等等。用它们测量同一不规则颗粒时，结果将是不同的。有时甚至同一种原理的仪器，测试条件不同，结果也可能不同，例如，筛分测量的结果同筛分的时间有关。 2.2 粒度分布(颗粒级配) 粒径是用来描述一个颗粒的大小的。一种粉体样品的各个颗粒，大小往往互不相同，这时要用粒度分布才能较全面地描述粉体的整体颗粒大小。粒度分布在水泥行业又称颗粒级配，是指各种大小的颗粒占颗粒总数的比例。将粒径分成多个粒径区间： 各区间内的颗粒数占总数的百分比： 就组成了粒度分布。这种以各粒径区间内的颗粒占总颗粒的百分比表示的粒度分布，又称为粒度的微分分布或频度分布。此外还可以用累积(积分)分布来表示。累积分布表示小于某代表粒径x的颗粒占颗粒总数的百分比，用大写的W表示： 在现实的粒度测试报告中，粒度分布经常用表格(称为“粒度分布表”，见表1)或曲线(称为“粒度分布曲线”，见图2)表示。 图2 典型的水泥粒度分布(((曲线)示例 表1 典型的水泥粒度分布(表)示例 粒径(mm) 微分(%) 累积(%) 粒径(mm) 微分(%) 累积(%) 0.5 13.24 4.29 42.36 0.58 0.21 0.21 15.48 4.84 47.2 0.68 0.43 0.64 18.09 5.19 52.39 0.8 0.74 1.38 21.14 5.64 58.03 0.93 1.22 2.6 24.72 6.69 64.72 1.09 1.19 3.8 28.89 7.79 72.51 1.28 1.25 5.05 33.77 7.56 80.07 1.49 1.21 6.25 39.47 6.34 86.5 1.74 1.37 7.62 46.13 4.94 91.43 2.04 1.88 9.5 53.92 4.15 95.59 2.38 1.95 11.45 63.03 2.64 98.23 2.78 2.15 13.6 73.67 1.18 99.41 3.25 2.17 15.77 86.11 0.12 99.53 3.8 2.32 18.08 100.65 0.05 99.58 4.44 2.57 20.66 117.64 0.06 99.64 5.19 2.74 23.39 137.51 0.13 99.77 6.07 2.67 26.07 160.72 0.12 99.89 7.09 2.62 28.69 187.86 0.11 99.99 8.29 2.64 31.32 219.58 0.01 100 9.69 3.07 34.39 256.66 0 100 11.33 3.68 38.07 300 0 100 以上粒度分布是用离散的代表粒径组成的粒径区间内的颗粒百分比来表示的，现实仪器的测量结果均这样表示。在进行理论研究时，有时用连续函数表示会更方便些。先看累积分布，可用函数W(x)表示。代代表小于x的颗粒占颗粒总数的百分比。显然 用连续函数表示的“微分分布”称为粒度分布密度w(x)， 2.3 RRSB分布函数 RRSB函数是一种理想化的粒度分布的表示。据研究，绝大多数单一材料的固体材料经机械方 法粉碎得到的粉体，基本上满足该规律。现在被普遍应用于水泥颗粒级配的研究。其方程如下： 式中，x表示粒径，W(x)表示小于x的颗粒百分比，D和N分别称作特征粒径和均匀性(宽度)系数。D是累积百分比为63.4%时对应的粒径，并与体积平均粒径(D(4，3))在数值上相近。N越大，颗粒的均匀性越好。水泥的N值在1左右。图3是一种典型水泥的RRSB曲线，其中D=21.66微米，N=1.03. 图3 RRSB布布曲线示例 长期以来，水泥行业都用RRSB曲线描述水泥的粒度分布。它的优点是表述简洁，参数的物理意义明确，且能够从筛余数值求出分布(只要做两种筛孔的筛余)。需要指出的是， RRSB分布只是水泥实际粒度分布的一种近似表达，详细讨论见下节。 3.颗粒级配与传统物理检验数据之间的关系 筛余、比表面积、RRSB分布的特征粒径和均匀性系数均可从粒度分布数据推算出来，本节讨论具体细节。 3.1 筛余与粒度分布 按照水泥行业的定义，筛余是指80pm标准筛的筛上物占被筛粉料总量的百分比，所以 它在粒度分布曲线上的表示如图4. 图4 筛余在粒度分布图上的表示 将现代粒度仪的测量结果同传统的筛分方法对比时，应注意以下几点： (1)由于两种方法所依据的原理不同，测量结果也可能不同，这是正常的；我们说两种方法得到的结果一致性好，是指二者的相关性好， 不是说绝对值完全相等。 (2)细度接近于零时，用仪器测得的W(80)和传统筛分法测得的筛余的重复精度都将变得很低，这是由小概率事件的随机涨落规律决定的。这时不宜将两种方法获得的结果进行对比。 3.2 比表面积与粒度分布 比表面积(SSA)定义为单位重量粉料的总的表面积。比表面积越大，起化学反应的速度越快。当颗粒是圆球形时，比表面积可由粒度分布数据计算而得。 设有1单位重量的粉体，各组分的重量为w(i=1，2，……n)，显然W=1。各组分的平均粒径一为x(i=1，2，……n)， 则各组分的颗粒个数为II-3N=W/(6xp) 此处p为粉体的真密度。一个直径为 x的颗粒的表面积为 故第i组分的总面积为 1单位重量的全部颗粒的表面积，即比表面积为 - -