激光衍射法應用于石灰石粉粒度分析的可行性研究

葉小君，韓洪濱，鄭志明，李海燕，明菊蘭，湯 治，程一杰（．杭州意能電力技術有限公司，杭州 300；．國網浙江省電力有限公司電力科學研究院，杭州 3004）

0 引言

石灰石/石灰鈣基脫硫工藝是應用最廣泛的脫硫工藝，國內有90%以上燃煤機組采用了鈣基脫硫工藝[1]。石灰石/石灰鈣基脫硫中固體石灰石溶解的總表面積直接影響到循環漿液的運行pH值和吸收塔內溶解石灰石的總量，從而決定脫硫效率[2-3]。石灰石粉研磨越細，單位質量石灰石的表面積越大，但磨細的同時研磨設備的投資、運行成本會增加，因此需要選擇石灰石最佳粒徑分布[4]。

美、日、德等國的石灰石細度典型技術要求90%～95%石灰石粉通過325 目（45 μm）金屬篩網。HJ/T 179—2005《火電廠煙氣脫硫工程技術規范石灰石/石灰-石膏法》規定：“石灰石粉的細度應根據石灰石的特性和脫硫系統與石灰石粉磨制系統綜合優化確定。對于燃燒中低含硫量燃料煤質的鍋爐，石灰石粉的細度應保證250 目（63 μm）90%過篩率；當燃燒中高含硫量煤質時，石灰石粉的細度宜保證325 目（45 μm）90%過篩率”[5]。

1 石灰石粉粒度分析的現狀

目前為止國內沒有制定針對石灰石粉粒度分析檢測的相關標準，火電廠和相關檢測單位多參考DL/T 567．5—2015《火力發電廠燃料試驗方法第5 部分：煤粉細度的測定》或GB/T 1345—2015《水泥細度檢驗方法 篩析法》對石灰石粉粒度進行分析。采用煤粉細度的測定方法分析石灰石粉粒度，過篩時石灰石粉相互成團，團聚現象比較明顯，采用振動過篩時其過篩率相當低，無法真實反應石灰石粉的粒度[6]。采用水泥細度的測定方法分析石灰石粉粒度，水篩法因分析過程中需要進行干燥處理，費時較長；振動篩法操作較繁瑣，且分析過程中石灰石粉有團聚現象，試驗結果精密度較差[7]。

近年來，激光衍射法被廣泛用于測定懸浮液和干態粉末的粒度分布[8-11]。激光衍射法是20 世紀70 年代發展起來的方法，具有檢測速度快、檢測范圍寬、精度高、操作簡便、重復性好、人為因素造成的誤差小等優點[12]。激光衍射法已成為顆粒檢測的主要方法[13]，本文研究了激光衍射法檢測石灰石粉粒度的條件，并通過與國家標準方法進行比較和精密度試驗，驗證了激光衍射法用于分析石灰石粉粒度的可行性。

2 試驗部分

2.1 儀器和試驗條件

儀器：馬爾文激光粒度儀mastersize 2000；檢測范圍：0．02～2 000 μm；進樣器：HYDRO2000MU（A）型；攪拌速度：2 000 r/min。

分散劑：純水（電導率小于2 μs/cm），折射率為1．33。

樣品：石灰石粉，折射率為1．57。

2.2 試驗方法

設定儀器參數，用循環進料泵將500 mL 純水引入樣品池，待儀器完成對焦后，進行背景數據測量，測量結束后添加樣品，當遮光度達到測試要求，停止加樣并保持穩定（通常30 s）。當樣品穩定分散后，開始對樣品進行測試，測試信息由測試軟件收集和分析。

3 影響因素

3.1 讀數時間

樣品遮光度穩定后在1 min，3 min 和5 min時分別讀數，分別記錄45 μm 過篩率、63 μm 過篩率和中位直徑，測試結果如表1 所示。

表1 不同讀數時間測試結果

由表1 數據可知，3 個不同樣品在不同讀數時間測試得到的45 μm 過篩率、63 μm 過篩率和中位直徑差別很小，說明讀數時間對測試結果影響很小，讀數時間宜選擇為遮光度穩定后1 min。

3.2 超聲分散

一組樣品遮光度穩定后，選擇不超聲直接檢測；另外一組樣品超聲頻率選擇3．5～10 kHz，遮光度穩定后檢測。讀數時間均為1 min，測試結果如表2 所示。

表2 未超聲和超聲分散后測試結果

由表2 數據可知，3 個不同樣品在未超聲和超聲分散后測試得到的45 μm 過篩率、63 μm 過篩率和中位直徑結果基本一致，說明石灰石粉在水中分散性好，無需進行超聲分散處理，因此，試驗條件宜選擇不超聲處理。

3.3 遮光度

該試驗儀器允許的遮光度范圍為10%～20%。選擇某一樣品，在儀器遮光度允許范圍內每次加入不同量樣品，待遮光度值穩定后，測試樣品的45 μm 過篩率、63 μm 過篩率和中位直徑，測試結果如表3 所示。

由表3 數據可知， 不同遮光度測試結果的RSD（相對標準偏差）很小，在儀器遮光度允許范圍內，樣品加入量的變換對測試結果影響較小，因此，試驗過程遮光度宜選擇在10%～20%。

表3 不同遮光度測試結果

通過上述試驗，確定激光衍射法檢測石灰石粉粒度的最佳條件為：讀數時間1 min、不采用超聲處理、遮光度范圍在10%～20%。

4 方法評價

4.1 激光衍射法和負壓篩析法的比較

目前關于石灰石粉粒度檢測，一般參考GB/T 1345—2005《水泥細度檢驗方法 篩析法》[14]。采用激光衍射法和負壓篩析法對同一組樣品進行測試，測試結果如表4 所示。

根據表4 中數據得到激光衍射法和負壓篩析法比較，如圖1 所示。

由表4 和圖1 可知，2 種方法檢測結果雖然存在一定差別， 但其檢測結果的最大RSD 為2．82%，可認為兩者檢測結果的一致性較好。

4.2 精密度試驗

精密度是評價測試方法的重要指標之一[15]，在最佳試驗條件下測試某樣品7 次，測試結果如表5 所示。

表4 2 種方法測試結果

圖1 2 種分析方法比較結果

表5 精密度試驗結果

由表5 的數據可知，激光衍射法測試精密度非常好，45 μm 過篩率、63 μm 過篩率、中位直徑指標的標準偏差均小于0．20，45 μm 過篩率和63 μm 過篩率的RSD≤0．2%，中位直徑的RSD為1．51%。

5 結論

通過試驗研究了激光衍射法應用于石灰石粉粒度分析的可行性，得到以下結論：

（1）激光衍射法應用于石灰石粉粒度檢測的最佳條件為：讀數時間1 min，不采用超聲處理，遮光度范圍在10%～20%。

（2）對比發現激光衍射法和負壓篩析法的檢測結果一致性較好，且激光衍射法檢測結果精密度良好，適用于石灰石粉粒度的分析。