海砂中粒径分布检测方案(激光粒度仪)

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www.fritsch.cnFRITSCH 激光法和筛析法分析作为两种最常见的用于沉积地质粒度分析的方法，其间的数据转换校正是在数据对比、数据对接时经常遇到且无法回避的问题。激光粒度分析法用于天然沉积物粒度分析时，由于实际样品的具体情况远远复杂于米氏理论的设定条件，样品条件参数并未全部带入计算过程，所以激光法粒度求解在全量程粒度测量中精确性会有所下降。 实验一：对比了窄粒度范围样品两种分析方法的分析结果，统计分析了筛析法比激光法偏大的幅度，并提出一个校正方法。 实验二：对不同磨圆程度的样品进行分析，研究了磨圆度与两种分析方法差异程度之间的相关关系，认为实验一提出的校正方法适合一般条件下的天然沉积物粒度分析校正。 标准筛：2000~63 um， 筛网配置详见附件。校验认证合格。显微镜下观察筛孔未见明显偏差、变形。 振动筛分机：德国飞驰 Analysette 3 振动筛分仪。校验认证合格。 激光粒度分析仪：德国飞驰Analysette22激光粒度仪，配湿法样品分散装置。厂方认证合格。校验认证合格。 样品：某地辫状河河道砂。经过人工混合。成分主要为石英、长石、长英质岩屑及少量不透明矿物、少量云母。颗粒磨圆度多呈次棱状。 样品粒度范围选择：710~63 um。这是比较合适的范围，太粗颗粒不适合激光分析；小于63 um 筛析效果难以保证。 实验步骤 筛析：将大约200g样品，使用振动筛分机在710~63um范围，分级筛分。振筛一般在10min 左右，各粒级质量基本稳定后停止。由于振动筛分机单次筛分最多可叠加10个筛盘，故分两次对样品进行筛分。 激光分析：将筛分后的各粒级颗粒，也就是各个标准筛上的样品分别做激光粒度分析。分散介质为水；样品分散最短时间30s；泵速设置为5，超声波分散功能关闭。将计算范围设置为宽/自动模式。单次加样循环测量3次。 激光粒度仪参数设置界面，①指令名称②参数设置 自然粉体粒度分布的cp值峰形常呈很好的正态分布的峰形。在下表中，首先按筛析孔径序，计算出各个筛析区间中值，即相邻两个标准筛孔径的平均值。以此表示该标准筛筛上样品的粒度。筛析区间中值是孔径o值的平均值，而不是长度值的平均值。 经过筛分后，粒级内的颗粒粒度分布范围较窄，只有0.25c，激光粒度分析的峰形都比较对称、光滑。从叠加的数次粒度分布曲线总是可以直观地看到实验重复性极好，无需进行不确定性误差统计。 筛网孔径 筛析法与激光法 序号 筛析区间中值激光粒度 pm um 仪平均值粒径差 粒径比 1 710 2 600 652.7 882.7 0.32 1.27 3 500 547.7 645.5 0.24 1.22 4 425 461 515.2 0.19 1.15 5 355 388.4 447.8 0.14 1.09 6 300 326.3 365.2 0.19 1.14 7 250 273.9 296.5 0.18 1.13 8 212 230.2 259.8 0.2 1.15 9 180 195.3 219.3 0.16 1.11 10 150 165 189.2 0.17 1.12 11 125 150 170.8 0.16 1.11 12 103 115.1 130.9 0.21 1.16 13 90 97.7 107.8 0.23 1.2 14 75 82.2 95.7 0.21 1.19 15 63 68.7 82.1 0.24 1.22 筛分区间中值o 球体颗粒的筛析法和激光法粒度结果是一致的，不规则颗粒则激光法粒度会偏粗一些。原因是颗粒形状的不规则对两种分析有不同的影响效果。 x[pm] 筛选几个区间段样品进行粒度测量 (<63微米，<106微米，<250微米，<500微米，>710微米) 结果显示，粒度仪测量结果经常在小粒度区间内出现双峰。当粒径越小的时候，粒度仪尾部越易出现拖尾峰。由于筛分效果很大程度上依赖于筛分时间长短，粒度仪在全测量范围的灵敏性能够捕捉遗留在筛上物中的细小颗粒，从而得出拖尾或多峰的结果。 注：该粒度分布曲线之间没有明确的体积或质量比例关系 用大量程测量样品也出现了一定程度的双峰趋势，并检测出了1%的小颗粒存在 自然沉积物颗粒长轴、中轴之比，显然是与磨圆程度紧密相关的，磨圆程度高长轴、中轴之比就会小一些。一般情况下，经过长途搬运的河流下游砂体、海滩砂的颗粒磨圆程度会比较高；同一沉积物样品的不同粒级的磨圆程度也会有所差别，较粗的颗粒磨圆程度一般会比较高。实验将对不同磨圆程度的样品进行分析，以量化磨圆度与两种分析方法差异程度之间的相关关系。 为了进一步探究样品在不同测量方法中结果差异的原因，我们使用德国飞驰Analysette28颗粒图像分析仪进一步对全部样品进行颗粒的图像分析，通过观测颗粒的形貌及特征参数，探究河海沉积物的粒径分布，经过3min14s的拍照处理，得到2984张高清图像。 (下图为截取的部分图像示例) 选取样品的圆度作为测量量，得到的结果如下图： Aspect Ratio 该颗粒的磨圆度集中在0.72-0.82左右，基本良好，如果自然沉积物颗粒的高长轴与中轴之比数值较大，则激光粒度仪的测量结果与振动筛分仪的筛分结果之间的偏差也会随之变得更大。 用A28测量数据分别分析样品的投影面积等效径及外接圆等效径的结果如下： Circle Fit Diameter Circle Fit Diameterpm Area Equivalent Diameter 8 得到的分析结果显示，各区间段的投影面积等效径都要小于投影面积等效径，在磨圆度较高的样品中，易产生筛分结果大于激光力度测量结果的现象。又由于筛析仪器对于细微颗粒的不敏感性，在小粒度区间内容易产生失真等现象。这就需要粒度仪与筛分仪相互矫正，得到尽可能还原出样品真实粒径分布的曲线。 将初步分级筛分后的样品(选取710um、500um、250um与150um的筛网)分别使用飞驰Analysette28颗粒图像分析仪进行分析测试，多次送样测量取各段粒径的平均值，分别计算等投影面积当量径与外接圆径与筛分结果比对如下表： 1 710 710 874 164 1.23099 912 202 1.28451 2 500 547.7 602 54.3 1.09914 631 83.3 1.15209 3 250 273.9 318 44.1 1.16101 326 52.1 1.19022 4 150 165 179 14 1.08485 184 19 1.11515 发现在两种测量结果中，投影面积当量径的值更接近筛分结果。不难理解，在高频的振动作用下，在振动时间充足的情况下样品颗粒能够以短径通过筛孔，该数值在磨圆度为0.72-0.82(测量结果见图： Aspect Ratio) 的样品中有20%6(±10%)的减小是比较合理的结果。 将测量数据做矫正后，得到下图： 可以将偏移量修正到与筛分分析结果相近的曲线。随着激光粒度仪的广泛应用，激光粒度 分析方法的优越特性得到了充分的体现，但任何分析方法都不可能是完美的。从实验可以看到两个值得注意的问题，分析时需要设定分析模型，不同的模型有不同的分析结果。有时，甚至出现明显的异常、错误峰形结果。这不能不说是激光法分析的一个缺陷，因为样品的粒度分布模型大多是事先无从得知的。该方案的意义在于，在进行数据对比或筛分仪与激光粒度仪联合使用时进行一定程度上有益的校正能够更加细致的描述沉积物样品的粒度分布，得到从几十纳米到几个毫米的全粒度分布。 附图：筛分所使用的筛网型号及孔径 30.3500.03 710um. 35.3520.03 25 =...710um 630 um 30.3600.03 30.3605.03 600 um 35.3620.03 30 =600um 30.3700.03 30.3800.03 560um 500 um· 35.3820.03 35 = 500..um 30.3900.03 450 um 30.4000.03 400um 35.4020.03 40 =...425.um 30.4100.03. 355um. 315 um 35.4120.03 45 =355.um 30.4200.03 30.4205.03. 300 um 35.4220.03 50 .......300 um 30.4300.03 30.4400.03 280 um 250 um. 35.4420.03 60 ...=. 250 um 30.4500.03 224 um 212um 30.4505.03 30.4600.03 35.4620.03 70 一=212 um.... 200 um 180um.. 160um 150 um 30.4700.03 35.4720.03 80 ..=180um.... 30.4800.03 30.4805.03 35.4820.03 100 .......150um 30.4900.03 140.um 30.5000.03. 125 um. 35.5020.03 120 = 125um...... 30.5100.03 112 um 30.5105.03 106.um 35.5220.03 140 =106um 30.5200.03 100.um 30.5400.03 90 um 35.5420.03 170 = 90 um 30.5600.03 30.5700.03 80.um. 75um 35.5820.03 200 =75um 30.5800.03 71.um 30.6000.03 63um· 35.6020.03 230 =63 um 激光法、筛析法和颗粒图像分析作为三种最常见的用于沉积地质粒度分析的方法，三种测量方式之间的数据转换校正是在数据对比、数据对接时经常遇到且无法回避的问题。天然沉积物粒度分析时，由于实际样品的具体情况远远复杂于米氏理论的设定条件，样品条件参数并未全部带入计算过程，所以激光法粒度求解在全量程粒度测量中精确性会有所下降。采用颗粒图像分析法对其进行验证和校正，探究样品形貌与结果偏离之间的关系。实验一：对比了窄粒度范围样品两种分析方法的分析结果，统计分析了筛析法比激光法偏大的幅度，并提出一个校正方法。实验二：对不同磨圆程度的样品进行分析，研究了磨圆度与两种分析方法差异程度之间的相关关系，认为实验一提出的校正方法适合一般条件下的天然沉积物粒度分析校正。振动筛分机：德国飞驰 Analysette 3 振动筛分仪。校验认证合格。激光粒度分析仪: 德国飞驰Analysette22激光粒度仪，配湿法样品分散装置。德国飞驰Analysette28颗粒图像分析仪样品: 某地辫状河河道砂。成分主要为石英、长石、长英质岩屑及少量不透明矿物、少量云母。颗粒磨圆度多呈次棱状。样品粒度范围选择: 710 ～ 63 μm。这是比较合适的范围，太粗颗粒不适合激光分析; 小于63 μm 筛析效果难以保证。