碳酸钙的激光衍射粒度分析

2020-12-16 11:23:41, 应用经理吴瑾珠海欧美克仪器有限公司

吴瑾

珠海欧美克仪器有限公司应用经理。自2002年加入欧美克仪器以来，主要负责粒度检测技术产品的应用和技术支持工作。对于粒度粒形表征基础理论、测量原理和应用技术积累了丰富、深入的实战经验，能够从粉体质量和行业要求等多个维度来分析颗粒检测与表征，为客户提供科学、独到的解决方案。

碳酸钙在众多行业中发挥着各种不同的功能：

粘合剂和密封剂：作为填料和粘度控制剂

动物和宠物饲料：作为钙和助消化剂的来源

建筑：作为混凝土、水泥浆、沥青和天花板材料的填料

肥料：作为填料和钙的来源

食物：作为钙的附加来源

家用和卫生产品：作为一种温和的摩擦剂

采矿：作为钻井泥浆的堵漏剂/暂堵剂

涂料和表面涂层：作为颜料、填充剂和增量剂，具有改进涂料流变性、附着力、光泽、遮盖力和防腐性能等功能

纸张：用作填料、涂料和酸度控制剂

药品：作为填料或缓冲剂

塑料：作为填料和流变控制剂

橡胶和人造橡胶：用作填料和增量剂

测量碳酸钙的粒径

各种不同粒径和不同表面改性处理的碳酸钙，能满足前面提到的各种应用。Topsizer激光衍射粒度仪能够测量从纳米到毫米级别的颗粒尺寸，在短短几分钟的时间内就可以完成全量程的测量，帮助实现在生产过程中以及在最终产品的质量控制中对碳酸钙粒度的精确表征。

● 测试范围：0.02-2000μm（湿法）

0.1-2000μm（干法）

● 重复性：≤0.5%（标样D50偏差）

● 准确性：≤±0.6%（标样D50偏差）

● 测量速度：常温测量10秒内完成

▲ 欧美克Topsizer激光粒度分析仪

如何进行碳酸钙的分散

Topsizer依赖其配置的不同可以实现湿法和干法测量。碳酸钙的加工方法和粒径将决定是湿法分散还是干法分散更可取。干分散取样量大，为粗颗粒尺寸表征提供可重现结果。然而，对于细颗粒，湿法分散可以更好地控制颗粒分散状态，从而得到重现性更好的结果。干、湿法分散装置的灵活、快速切换保证了单一的Topsizer机型即可实现多种类型样品的分析。

DPF-110干法进样器采用压缩空气对样品进行分散，为了确保分散，合适的空气压力选择很重要。在湿法分散中，可以使用SCF-108A分散装置在水中进行测量。通常需要进行短时间的超声来分散团聚体，并使用适量稳定剂（如六偏磷酸钠或焦磷酸钠）来保证分散体系的稳定性。

图1是使用湿法（超声30sec后）和干法（2bar）测量的碳酸钙样品的粒度分布。结果表明，湿法分散与干法分散结果相一致，证明了样品在两种状态下都是充分分散的。

▲ 在湿法和干法分散中测量的碳酸钙样品

碳酸钙粒度的表述

激光衍射法产生基于体积统计的颗粒粒径分布，其中有一系列典型特征值用来表述碳酸钙的粒度分布。例如， D97可用于表征粒度分布中的粗颗粒。以小于2μm颗粒的百分含量表征细粉的占比，以大于10μm或45μm颗粒的百分含量表征粗粉的占比。图2是四种典型碳酸钙的粒径分布，包括纳米碳酸钙、沉淀碳酸钙（PCC）和重质碳酸钙（GCC），粒径范围从40nm到200μm，表1是这些样品的特征值。

▲ 四种碳酸钙的粒度分布

▲ 四种碳酸钙的粒度特征值

重复性和重现性

立式磨生产的重质碳酸钙（GCC）由于其粒度分布非常宽，成为许多激光衍射法粒度仪面临的应用挑战。通过卓越的产品设计，Topsizer可以为客户提供高准确性、高重复性和高重现性的数据。图3和表2是同一立磨钙的三等份样品的重复性结果，由同一台Topsizer仪器测量。图4和表3是三台不同的Topsizer仪器所测量的同一批次立磨钙的粒度分布。

▲ 方法重复性：同一台Topsizer仪器测量同一批立磨钙的三等份试样的粒度分布

▲ 同一台Topziser仪器测量同一批立磨钙的三等份试样的粒度分布

▲ 系统重现性：三台不同的Topsizer仪器测量同一批立磨钙的粒度分布

▲ 三台不同的Topsizer仪器测量同一批立磨钙的粒径分布

总结：激光衍射技术具有动态范围宽、分散方式灵活可选、测量速度快、结果重现性好等优点，在碳酸钙分析中得到了广泛的应用。

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