純?nèi)趸f樣品在不同型號馬爾文儀器中干法等效測試試驗

2022-03-21 07:37:46馬曉艷樂春燕

中國鉬業(yè) 2022年1期

馬曉艷，樂春燕，楊陽

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司質(zhì)量計量監(jiān)測中心，陜西渭南 714000)

0 引言

純?nèi)趸f是鉬制品深加工的主要原料，尤其在發(fā)達國家，許多鉬制品生產(chǎn)廠家出于環(huán)保要求，逐漸采用純?nèi)趸f代替鉬酸銨作為鉬制品生產(chǎn)的原料，而大規(guī)模的傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)用金屬鉬粉，一般都采用氫還原三氧化鉬的方法制取[1]。三氧化鉬作為原料，粒度分布及其控制對其后續(xù)還原過程和鉬粉質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。因此，嚴格控制三氧化鉬顆粒粒度分布是為了確保還原質(zhì)量，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鉬粉的基礎(chǔ)[2]。純?nèi)趸f粉末形貌一般是枝狀或球狀的二次顆粒，在工業(yè)應(yīng)用中，因其生產(chǎn)工藝與用途不同，粒度分布也往往不同；作為原料，金屬鉬粉的粒度分布對制品的性能影響較大，而還原鉬粉的粒度分布與純?nèi)趸f的粒度分布有一定的繼承性，因此，在生產(chǎn)上控制三氧化鉬的粒度分布并準確測量就顯得非常重要。

對于粉末粒度的測定方法，激光散射式測試儀已獲公認并得到了廣泛的應(yīng)用[3-4]。本文使用英國馬爾文公司的Mastersizer2000(以下簡稱MS2000)與Mastersizer3000(以下簡稱MS3000)對純?nèi)趸f粒度分布進行分析，在MS2000和MS3000參數(shù)等效情況下進行了相關(guān)測試，證明同等標準作業(yè)程序 (Standard Operation Procedure，簡稱SOP) 模式參數(shù)下，測試結(jié)果不同。通過對比試驗對同一廠家不同型號的兩臺粒度儀之間等效測試進行方法試驗，調(diào)整MS3000參數(shù)來探究兩臺儀器在何種條件下針對同一樣品檢測結(jié)果最為接近。

1 試驗部分

1.1 儀器及參數(shù)簡介

本次試驗選用MS2000和MS3000，具體性能參數(shù)見表1。

表1 MS2000與MS3000技術(shù)參數(shù)比較

1.2 儀器工作原理

由于純?nèi)趸f微溶于水，在水中容易被分散，會對團聚態(tài)的粒度分布測定結(jié)果有影響，因此本次試驗采用干法進行樣品分散。

干法分散以空氣作為介質(zhì)，通過施加一定的分散壓力將顆粒輸送至樣品池并將顆粒團聚打開。由He-Ne激光器發(fā)射出的一束一定波長的激光，該光束經(jīng)過濾鏡后成為單一的平行光束。該光束照射到顆粒樣品后發(fā)生散射現(xiàn)象，而散射角與顆粒的直徑呈反比，散射光經(jīng)傅立葉或反傅立葉透鏡后成像在排列有多個檢測器的焦平面上，散射光的能量分布與顆粒直徑的分布直接相關(guān)。通過接受和測量散射光的能量分布就可以得出顆粒的粒度分布特征。工作原理見圖1。

圖1 干法分散的原理示意圖

1.3 試驗參數(shù)

樣品進行干法激光粒度測定前，需建立測定方法(即SOP)，包括儀器的參數(shù)選擇，純?nèi)趸f顆粒的激光粒度分布沒有所謂的“準確值”，其測定結(jié)果往往隨儀器測定條件的變化而變化，因此不同型號的儀器之間、不同的實驗室之間需要進行方法比對，以保證對同一樣品的檢測結(jié)果盡可能一致。本文旨在通過條件試驗確定MS3000的測定參數(shù)，使其與原有MS2000的測定結(jié)果保持一致，原有MS2000的測定參數(shù)見表2。

表2 MS2000試驗參數(shù)

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 不同激光粒度衍射儀之間等效測試法建立的影響因素

為使兩臺儀器測量結(jié)果達到很好的一致性，需對MS3000的SOP參數(shù)進行試驗，以便建立更好的等效測試方法。為確保兩種系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)具有可比性，應(yīng)設(shè)定有參考價值的測量參數(shù)，并考慮這些參數(shù)對測量結(jié)果的影響。通過查閱文獻，確定本次試驗主要從調(diào)節(jié)空氣壓力、進樣速率、料斗間隙三個因子進行現(xiàn)場試驗。

分別對空氣壓力、進樣速率、料斗間隙3個因子進行設(shè)置，檢測結(jié)果與影響因子之間的關(guān)系見圖2～圖4。

圖2 樣品在不同氣壓下粒度檢測

圖3 樣品在不同進樣速率下粒度檢測

圖4 樣品在不同料斗間隙下粒度檢測

由圖2～圖4可見：針對同一樣品，氣壓值越大，檢測值越小；進樣速率越大，檢測值越小；料斗間隙越大，檢測值越小。

2.1.1 干法試驗參數(shù)影響分析

2.1.1.1 空氣壓力

保證在兩個系統(tǒng)中達到相同的分散狀態(tài)是建立等效測試方法的關(guān)鍵。在測量中，通常使用壓縮空氣實現(xiàn)樣品分散，因此可通過調(diào)節(jié)空氣壓力來控制分散程度。本次試驗在其他參數(shù)保持不變的前提下，設(shè)置不同的氣壓值0.01～0.2 MPa，試驗數(shù)據(jù)表明：氣壓越小，檢測結(jié)果值越大，越接近MS2000數(shù)值。通過對不同樣品在不同氣壓設(shè)置下多次重復(fù)性測量，最終選定壓力為0.01 MPa和0.02 MPa進行試驗數(shù)據(jù)比對，比對結(jié)果見圖5和圖6。

圖5 樣品在兩種氣壓下的D50測定值

圖6 樣品在兩種氣壓下的D90測定值

由圖5和圖6可見：針對同一樣品壓力為0.01 MPa比0.02 MPa檢測結(jié)果較高一些，基本持平，由于0.01 MPa壓力較小，在測試過程中易出現(xiàn)系統(tǒng)無法進樣而終止測試的情況，故選擇壓力為0.02 MPa進行下一步試驗。

2.1.1.2 進樣速率

選定MS3000中壓力為0.02 MPa進行試驗，在0～100%范圍內(nèi)設(shè)置不同的進樣速率，試驗表明：進樣速率越小，檢測結(jié)果越接近MS2000結(jié)果，最小進樣速率設(shè)置為10%，否則系統(tǒng)不進樣，儀器無法正常運行。兩臺儀器在不同進樣速率下的檢測結(jié)果通過試驗結(jié)果分析，最終選定壓力為0.02 MPa時，進樣速率優(yōu)選10%。

2.1.1.3 料斗間隙

干法測試時樣品需先加入到 Aero S料斗中，料斗間隙可根據(jù)SOP設(shè)置手動調(diào)好。在壓力0.02 MPa，進樣速率10%的條件下，調(diào)節(jié)不同的料斗間隙，進行試驗數(shù)據(jù)比對，結(jié)果數(shù)據(jù)表明，在壓力和進樣速率保持不變的條件下，料斗間隙越大，檢測值越低。料斗間隙為1.25 mm時，個別樣品在MS2000與MS3000比對效果最佳，但個別樣品會出現(xiàn)系統(tǒng)不進樣現(xiàn)象，分析是分散壓力過低導(dǎo)致，表明此套參數(shù)不適用于所有樣品。試驗證明：在氣壓值，進樣速率，料斗間隙均小的情況下，MS3000檢測值越接近MS2000。

2.1.1.4 參數(shù)調(diào)整試驗

氣壓值太小，會導(dǎo)致個別樣品不進樣現(xiàn)象，針對此情況，選擇調(diào)整壓力為0.03 MPa和0.04 MPa進行同一樣品試驗，試驗數(shù)據(jù)表明：適當(dāng)?shù)膲毫ο拢M樣速率太小或料斗間隙太小均會出現(xiàn)不進樣現(xiàn)象，所以參數(shù)設(shè)置要合適，通過數(shù)據(jù)的一致性比對及精密度試驗得出，MS3000的最佳參數(shù)應(yīng)設(shè)置為壓力0.03 MPa，進樣速率20%，料斗間隙為1.2 mm時，等效過程能夠使MS2000和MS3000測試結(jié)果之間達到較好的一致。

2.1.1.5 其他干擾因素

MS3000儀器中有5種分析模型，有一個通用模型可選，其余模型適用于特殊樣品測定，故不再考慮。

2.2 精密度試驗

選擇3種不同規(guī)格的純?nèi)趸f樣品，在上述參數(shù)確定的前提下每個樣品平行測定8次，結(jié)果見表3。

表3 精密度試驗數(shù)據(jù)

由表3數(shù)據(jù)可以看出：3個樣品多次測量后的D50和D90的相對標準偏差均小于1%，表明此方法滿足測定要求。

2.3 結(jié)果一致性試驗(準確度試驗)

選取8批純?nèi)趸f樣品分別在MS2000與MS3000上進行檢測，結(jié)果差異對比見圖7和圖8。

圖7 兩種儀器檢測的D50比對效果圖

圖8 兩種儀器檢測的D90比對效果圖

曲線擬合程度表明：在不同型號的兩臺馬爾文儀器中SOP設(shè)置適當(dāng)參數(shù)：MS2000系統(tǒng)檢測值比MS3000系統(tǒng)的檢測值普遍偏高，MS3000檢測值普遍較接近MS2000，對應(yīng)的檢測項目誤差均在允差范圍內(nèi)，表明此方法可靠穩(wěn)定。