應(yīng)用筆記

中國(guó)粉體網(wǎng)訊  基于Stokes定律的沉降分析為確定粒徑分布（PSD）提供了簡(jiǎn)便的方法。在流體中沉降的單個(gè)固體（或無(wú)孔）小球所具有的最終沉降速度與直徑相關(guān),。SediGraph使用沉降法確定顆粒粒徑分布，通過(guò)測(cè)量在已知特性的液體中不同粒徑的顆粒由重力誘導(dǎo)的沉降速度，從而確定顆粒粒徑。Stokes定律中無(wú)孔顆粒在液體中下落速度描述如下：

測(cè)得的粒徑分布與顆粒骨架密度相關(guān),。骨架密度為固體材料離散顆粒質(zhì)量除以顆粒及內(nèi)部閉孔體積。使用氦比重瓶法能夠輕松獲得信息,。對(duì)于多數(shù)純凈物質(zhì),，手冊(cè)提供的密度已經(jīng)足夠。

而在液體中完全潤(rùn)濕沉降的多孔顆粒,，其有效密度與骨架密度不同,。有效密度是顆粒孔隙率百分比與流體密度的乘積加上（100%-孔隙率%）與顆粒骨架密度的乘積,，兩者的線(xiàn)性組合,。等式形式如下：

粉末狀硅鋁催化劑載體就是典型的例子。該材料的骨架密度為2.60g/cm3,。SediGraph粒徑分布如圖1所示。

圖1 硅鋁催化劑粉末的SediGraph粒徑分布PSD,，骨架密度2.60g/cm3

該分析假設(shè)顆粒是無(wú)孔的,，而實(shí)際上材料是多孔的且孔隙率為59%。為了獲得準(zhǔn)確的PSD,，將沉降密度改為1.65g/cm3,。計(jì)算如下：

其中0.99g/cm3是占據(jù)粉末孔容的沉降液體密度（本案例中為35°C下的水），而41%是沉降顆粒的固體體積,，其骨架密度已知為2.60g/cm3,。圖2顯示了與圖1曲線(xiàn)相比，使用有效沉降密度1.65g/cm3時(shí)SediGraph的粒徑分布結(jié)果,。

圖2 硅鋁催化劑粉末的SediGraph粒徑分布PSD,，分別使用沉降密度1.65 g/cm3（+）以及沉降密度2.60 g/cm3（*）。

使用密度1.65g/cm3獲得的粗顆粒粒徑分布,。質(zhì)量中位粒徑d50從40.9增加到64.0μm,。

SediGraph粒徑分布式粉末加工的重要質(zhì)量控制指標(biāo)。如圖2曲線(xiàn)所示,，SediGarph對(duì)多孔材料的粒徑分析須納入粉末孔隙率的密度修正,。這對(duì)從三水合氧化鋁（ATH）生成多孔氧化鋁的質(zhì)量控制至關(guān)重要。

ATH是一種無(wú)孔粉末,，骨架密度為2.42g/cm3,。ATH煅燒后水分流失，從而骨架密度增加并形成孔隙,。在A(yíng)ccuPyc,，SediGraph和AutoPore上分析ATH樣品和煅燒產(chǎn)物,。煅燒產(chǎn)物的骨架密度為2.9265 g/cm3，孔隙率為35%,。

圖3比較了SediGraph得到煅燒產(chǎn)品的粒徑分布,，首先按照無(wú)孔粉末進(jìn)行分析，之后按照孔隙率為35%的粉末進(jìn)行分析,。按照無(wú)孔分析時(shí)沉降密度為2.92 g/cm3,，而多孔模型的沉降密度為2.05 g/cm3。多孔模型的分布具有更多大顆粒,。數(shù)據(jù)總結(jié)見(jiàn)表1,。

圖3 煅燒產(chǎn)品的SediGraph粒徑分布PSD，分別使用密度2.05 g/cm3（*）以及密度2.92 g/cm3（+）,。

表1

圖4疊加了圖3的曲線(xiàn)與原始ATH的SediGraph粒徑分布,。ATH的質(zhì)量中位粒徑為8.12μm。煅燒后材料（35%孔隙率）的曲線(xiàn)與ATH曲線(xiàn)幾乎重疊,。

圖4 前驅(qū)體ATH（o）,，煅燒粉末無(wú)孔模型（+）和煅燒粉末有孔模型（*）的SediGraph粒徑分布PSD。

理論上ATH的煅燒過(guò)程不應(yīng)該大幅度改變產(chǎn)品的粒徑分布,。如果煅燒過(guò)程產(chǎn)生的孔隙不納入分析,，那么煅燒產(chǎn)物的粒徑分布看似發(fā)生了變化，但這并非真實(shí)情況,。如果將孔隙率納入粒徑分析,，煅燒產(chǎn)物的粒徑分布才與起始材料的相近。其中粉末材料的孔隙率可通過(guò)壓汞法快速獲得,。

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（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/蘇米）

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