粒度分析原理与应用.ppt

粒度分析原理与应用 一个相以细颗粒状态分布在另一相中就构成了分散体系，前者称为分散相，后者称为分散介质。 固体颗粒的松散堆集体通常称为粉末或粉体。 分散体系和粉末中颗粒的粒度和比表面（单位体积或单位质量分散相所具有的表面积）决定着分散体系和粉末的性质，因此粒度的测量在材料科学的研究中是一种最基本的测量。 粒度与颗粒形状 粒度是颗粒在空间范围所占据大小的线性尺度。粒度越小，颗粒的微细程度越大。 表面光滑的球形颗粒只有一个线性尺度，即其直径，粒度就是直径。 非球形颗粒或虽然大体上球形，但表面不光滑的颗粒，则可按某种规定的线性尺度表示粒度。其中有一些规定是以某种意义的相当球或相当圆的直径作为其粒度的。有些规定的粒度并不是相当球或圆的直径，也可统称为颗粒的直径。 根据颗粒几何尺寸规定的一些粒度 矩形图（直方图） 频率分布曲线 按??/?D?D矩形图作一折线或光滑曲线,当测量的粒度间隔?D足够小时获得的曲线成为频率分布曲线. 其意义是:任一粒度间隔内颗粒的百分比等于曲线下方该间隔内的面积占曲线下方总面积的百分数. 三个特征粒度: 对应于最高点的最多数径或最多量径Dm. 对应于累计百分数为50%的中位径D1/2. 平均径 累计分布 测出的累计百分数?与粒度D的关系可用表格表示,也可用累计分布曲线表示.累计分布曲线与频率分布曲线互为积分与微商的关系.对等粒度间隔而言,对应于累计分布曲线越陡处即d?/dD越大处,间隔内的百分比就越大. Stokes重力沉降公式 考察一个球体在无界流体受重力、浮力和阻力的运动情况： mdu/dt=W-f-F 其中阻力 F=3??Du 其中?为流体粘滞系数，D为球体直径。当F=W-f时，du/dt=0，球体达到一恒定的最终沉降速度ust，又称Stokes速度。可求出Stokes速度与球直径的关系为： D=[18?ust/(?s-?f)]1/2 若流体中的物体不是球形,则求出的D称为该物体的Stokes直径，一般来讲颗粒经过极短的时间就可由静止加速到ust，由u=0达到u=0.99ust所经过的距离也极短。因此可以认为在颗粒沉降的全部距离内是以ust等速沉降的。这是一切重力沉降法计算粒度的基础。另外，在利用Stokes公式计算粒度时还要考虑到其它因素所引起的修正，例如沉降筒的大小，流体的不连续性，颗粒的形状和浓度，布郎运动和对流的影响等。 重力沉降法 求粒度分布，就是通过测量，根据Stokes公式计算出颗粒群的一系列粒度D和与之相应的累计分数?(D)或分布函数F(D)。通常用的沉降法是测量颗粒群在流体介质特别是液体中沉降时某个效应的变化，而非直接测量各单个颗粒的沉降速度来求粒度分布的。 铺层方式与均匀悬浮体方式：沉降开始时，颗粒物质若都集中于沉降介质的顶部，均匀呈一薄层，称为铺层。若在介质内均匀分布，则称为均匀悬浮体。采用铺层，所有颗粒可以实际上视为从同一高度开始沉降。 具体测量中的两类沉降法 增量法 从沉降介质表面算起朝沉降方向的某个距离，定义为沉降深度h。凡是测量悬浮体在h处的某个量随h和时间t的变化，都称为增量法。至于被测量的量，可以是颗粒重量浓度，也可以是与颗粒重量浓度成正比的其它性质。如悬浮体密度与其介质密度之差，X光浊度，相应薄层两界面处的压力差等。 累计法 它是测量悬浮体中在一定深度以上所留颗粒的总重的变化，或者是测量穿过该深度平面的颗粒总重的变化。 均匀悬浮体增量法基本理论 考察以下含三种粒径颗粒的均匀悬浮液作重力沉降，由开始经时间t后悬浮液中浓度分布的情况。有 D=[18?h/(?s-?f)gt]1/2 由于D1D2D3，所以h1h2h3。 就直径为D3颗粒而言，起始时处于任何位置的颗粒在时间t后都应下降h3这么长的距离。 在深度小于h3的范围内不再含有D3的颗粒 在深度大于h3的任一薄层内，即有一定量的D3颗粒离开，又有同量的D3颗粒进入，故在深度大于h3的范围内， D3颗粒的浓度仍然与起始均匀悬浮液中D3颗粒的浓度相等。 原来存在于从底部向上高度为h3范围内的D3颗粒，这时已完全沉积到底部。 实际被测悬浮液中的颗粒常可视为是连续分布的。因此一定时间t后，上面有一层澄清介质，其厚度为相当于最小粒径Dmin的深度hmin。由hmin向下，浓度呈逐渐增加的分布。在某一定的深度h以上的范围内，凡粒径大于与此h相对应的D的颗粒都不复存在。 在增量法测量中，h可以固定，也可以变化。对测量区无限薄的情况，由以上讨论可见，测量区中已无大于D(h,t)的颗粒；凡小于D(h,t)的所有颗粒，其粒度分布和各自对浓度的贡