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硅灰石粉末粒度粒形分析

 更新时间:2024-01-11 点击量:464
   硅灰石(Wollastonite)是一种含有钙、镁和硅的双链硅酸盐矿物,晶体形态呈针状、纤维状或片状,集合体呈放射状或纤维状块体,呈现半透明到透明的玻璃光泽。硅灰石颗粒的粒度和粒形分布对其在各个领域的应用性能有重要影响,不同的粒度粒形分布会影响硅灰石的物理、化学和力学性能,从而影响其应用效果。例如,在陶瓷工业中,加入不同的硅灰石颗粒可以控制烧成温度与时间,改变陶瓷的机械性能和釉面光泽。在涂料、塑料和橡胶工业中,硅灰石颗粒可以作为填充剂和补强剂,提高涂层的耐候性和耐磨性,增强塑料和橡胶的抗拉强度和冲击强度。在造纸工业中,不同的硅灰石颗粒可以改变纸张的白度、不透明度、平滑度和印刷适应性,从而降低生产成本。

  一、测量原理

  澳谱特科技MorphoVIEW MIP380静态图像粒度粒形分析仪基于显微镜结构,通过电动样品台带动颗粒在平面内移动,使用高分辨率相机逐张进行拍照,在图像采集过程中颗粒保持静止,确保获得高清晰的图像。通过USB3.0高速数据接口将图像传输至计算机,再通过控制软件对颗粒图像进行分析处理,自动生成粒度粒形参数,并以图表的方式展示测量结果。MIP380能够对每个颗粒进行准确表征,并且可以获得颗粒分散体的粒度粒形分布特征。

  图1 MorphoVIEW MIP380静态图像粒度粒形分析仪

  二、样品制备及测试条件

  测量之前,需要使用负压分散器将样品分散在显微镜载玻片上。将载玻片放置分散器下方,取5mg硅灰石样品置于分散器塑料薄膜上,启动真空泵将分散器内抽成负压,当薄膜破裂时样品被带入分散器腔室并均匀分布到载玻片上。真空泵工作时间以塑料薄膜破裂时长为准,分散后静置30s再拿起分散器。调整显微镜放大倍数,相机曝光时间、光源强度、焦距等参数,获得清晰的硅灰石颗粒图像如图2所示。由图可知,该样品为针状硅灰石。

  图2.硅灰石颗粒图像(透射光,10倍物镜)

  三、测量结果和结论

  3.1粒度测试结果

  硅灰石的粒度分布主要取决于原矿的晶体形态、破碎和研磨的工艺条件、分级和筛选的方法等因素。其粒度分布一般呈偏态分布,即大部分颗粒集中在较小的范围内,而少数颗粒分布在较大的范围内,在陶瓷、冶金、造纸等各个领域都对其有不同的粒度要求。对该硅灰石样品连续进行三次测量,分析得到其粒度分布曲线如图3、图4所示。由测量结果可知该样品粒度呈单峰分布,其等效圆面积直径平均值为10.3μm,长度平均值为22.3μm,由图可知粒度分布明细符合偏态分布特征。

  图3.等效圆面积直径分布曲线

  图4.长度分布曲线

  3.2粒形测试结果

  硅灰石的粒形对其在塑料、橡胶、油漆等领域的应用性能同样有着重要影响。一般来说,高长径比的针状硅灰石颗粒具有较强的补强作用,可以提高塑料等材料的力学性能、耐热性、耐候性和电学性能,同时可以降低这些材料的成本和耗量,赋予其自身所没有的特殊功能,在工业应用中具有极高的应用价值和巨大的潜在市场。对该硅灰石样品进行分析得到其粒形分布曲线如图5、图6所示。由测量结果可知,硅灰石颗粒的不规则度(Irregularity)平均为0.3,D50为0.32,D90为0.61。长宽比(Aspect Ratio)平均为0.4,D50为0.41,D90为0.76。说明该硅灰石分散体中针状颗粒较多,长径比较大,具有较好的针状性能,适合用作功能性增强填料等工业用途。

  图5.不规则度分布曲线

  图6.长宽比分布曲线

  3.3单颗粒表征

  测量过程中获取的所有颗粒图像都会保存到指定空间并可用于后续评估,MorphoVIEW软件提供了表征每个颗粒的面积、不规则度等25个形态参数,并可以对选定颗粒进行筛选、排序、显示等操作。筛选样品中长度为100μm-300μm,宽度为5μm-10μm,不规则度在0.03-0.05之间的颗粒,并按长度进行从小到大排序,图7显示了满足条件的12个硅灰石颗粒,其相关的尺寸信息和形状数据显示在颗粒图像下方。

  图7.硅灰石颗粒图像及其对应数据

  硅灰石样品的测量结果表明:MorphoVIEW MIP380静态粒度粒形分析仪能够对硅灰石颗粒进行快速、准确和自动的测量和分析,并且得到颗粒的不同表征参数和分布曲线。这些信息对于优化硅灰石的制备工艺,提高其在陶瓷、涂料、塑料橡胶等领域的应用性能,以及控制其对应用环境的影响具有重要意义。

  四、参考文献

  [1]蒋浩东,李树蔚,丁建等.国内外硅灰石资源现状及应用研究进展[J].矿产保护与利用,2023,43(01):162-168.

  [2]徐昊.硅灰石粉体表面改性及其机理研究[D].沈阳理工大学,2021.

  [3]张晓明,高长径比超细硅灰石纤维.江西省,江西广源化工有限责任公司,2021-01-09.

  [4]沈晶晶,薛飞,牛保峰.硅灰石在造纸工业中的应用研究[J].华东纸业,2020,50(06):37-40.

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