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        三種不同產地鋯英砂的特征分析

        2019-09-13 00:56:20秦學政邱占疆秦學紅苑少強楊躍輝
        山東化工 2019年16期
        關鍵詞:篩分粉體粒度

        秦學政,邱占疆,秦學紅,苑少強,楊躍輝

        (1.江蘇鑄友鋯鈦科技有限公司 , 江蘇 南通 226100;2.唐山學院機電工程系,河北 唐山 063000 )

        鋯英砂粉體(ZrSiO4)具有良好的化學穩(wěn)定性和耐高溫、線膨脹系數(shù)低、抗腐蝕性好等優(yōu)良特征[1-3],被廣泛應用于精密鑄造、高級陶瓷、耐火涂料及輕質合金的耐磨添加劑中[4-6]。一般情況下,鋯英砂需要經過雷蒙磨、砂磨機或其他設備加工研磨至一定粒度后[7],方可應用于不同場合。因此,不同來源產地的鋯英砂原砂的粒度分布、形貌及主要氧化物的含量對于后續(xù)的加工工藝制定顯得尤為重要。本文針對進口的兩種及國產的一種鋯英砂原砂進行了粒度、形貌等特征分析,以此為實際的工業(yè)生產提供理論依據(jù)和參考數(shù)據(jù)。

        1 實驗材料與方法

        鋯英砂在XSB-88型頂擊式震篩機上測量粒度分布范圍,在奧林巴斯光學顯微鏡下觀察其形貌。利用BT-9300ST激光粒度儀分析鋯英砂的粒度分布特征。將三種鋯英砂按質量百分數(shù)稱得300g粉體,自然沉積24h后量取其體積大小,計算堆積密度。

        2 實驗結果及討論

        2.1 三種鋯英砂的篩分析粒度組成

        頂擊式震篩機即可垂直振動,又能保持水平移動,保證了篩分的可重復性。分別量取100g鋯英砂,設置時間為3min,其篩分結果如表1所示。可見,進口砂A粒度主要分別在150目和250目之間,含量超過了93%,粒徑非常集中。小于120目及大于325目的含量極少;進口砂B粒度分布集中在120目至200目,含量超過了83%。同樣,大于325目的含量極少。從表1可以看出,進口砂B比進口砂A的粒徑粗,大于325目的細砂含量甚微。國產砂的整個粒度分布較寬,從120目至500目均能被稱出粉體含量,但是,粒度主要分布在150目至325目之間,占整個含量的89%以上,在150目和250目之間,含量超過69%。

        表1 篩分析粒度組成Table 1 Sieve analysis of grain size distribution

        2.2 三種鋯英砂的粒度分布特征

        事實上,通過最簡單的篩分法去測量粉體的粒度分布是有局限的,特別是當粉體的平均粒度大于500目時,即粉體的直徑在40 μm以下時[8]。圖1 是對應三種鋯英砂粉體的激光粒度儀測試的顆粒分布特征曲線。從圖1可知:三種砂的分布呈標準的正態(tài)分布,說明粒徑分布比較窄。測試結果顯示:進口砂A的D50為124.2 μm,進口砂B的D50為176.3 μm,國產砂的D50為117.5 μm。三種砂的D50與峰值有較好的對應關系,使得正態(tài)分布曲線非常對稱。但是,進口砂B的曲線整體右移,顯示平均粒度較粗;而國產砂同進口砂的粒度分布類似,國產砂的粒徑相對更小一些。

        激光粒度分析的結果同表1篩分的結果是完全一致的。但是激光粒度測試的結果更加直觀,對于兩個極端情況,最細的粒徑和最粗的粒徑也有所顯示。即D03和D97的結果也可以跟蹤測量。因此,測量結果幾乎可以完全替代篩分的結果。但是,對于實際生產而言,特別是級配理論的應用,用目數(shù)表示粒度分析結果,更加方便操作和實際應用。

        2.3 三種鋯英砂的形貌特征

        圖1 粒度分布 (a)進口砂A,(b) 進口砂B,(c)國產砂Fig.1 Grain size distribution of imported zircon sand A (a), imported zircon sand B (b) and (c) local zircon sand

        由于鋯英砂顆粒較大,在光學顯微鏡下可以觀察到單層鋯英砂顆粒大小及形貌特征。圖2所示的是三種鋯英砂的光學顯微照片??梢姡w?;旧铣蕶E圓形或近似鵝卵石形狀,大小比較均勻,極少量的顆粒形狀是不規(guī)則的。從圖2可以明顯看出進口砂B的顆粒最粗,進口砂A次之,國產砂最細。而且國產砂的細顆粒占有一定的比例,這同篩分和激光粒度分析結果是完全一致的。

        圖2 鋯英砂顆粒形貌 (a)進口砂A , (b)進口砂B, (c) 國產砂Fig.2 Optical micrograph of zircon sand (a) imported zircon A, (b) imported zircon B and (c) local zircon

        2.4 三種鋯英砂的堆積密度變化

        利用電子天平稱重300g(精確到0.1g)的三種鋯英砂,然后在200ml量筒中自然沉積24h,測量其體積變化值,同時換算成堆積密度,結果如表2所示。表2結果表明:進口砂B的堆積密度最大,達到了3.07g/cm3,進口砂A和國產砂分別是2.99 g/cm3和2.94 g/cm3。一般情況下,粉體顆粒的堆積密度要小于真實密度,鋯英砂的真實密度一般為4.6~4.72之間[9],而三種砂的堆積密度有所不同。從上述的觀察和測量結果來看,進口砂B的粒度最大,進口砂A的粒度次之,國產砂的粒度最細,因而其堆積密度隨著粒度的變細而減少。也就是說明,粉體破碎后由于裂紋及表面積的增加,占有的空間增大,粒度越細小,效果越明顯。所以,超細小的粉體堆積密度遠遠小于真實密度。表2數(shù)據(jù)還說明:雖然進口砂A的粒度明顯大于國產砂,但是相同質量情況下的堆積密度相差不大,不到1.68%。這是由于國產砂的粒度分布較寬,而且存在一定數(shù)量的細小粉體,導致較大顆粒的空隙能夠被細小顆粒所填充,因而堆積體積減小,堆積密度增加。

        表2 鋯英砂的體積及密度Table 2 Value of volume and bulk density of zircon sand

        3 結論

        (1) 進口鋯英砂粒度較大,粒徑分布集中;國產鋯英砂粒度較小,粒徑分布較寬。三種鋯英砂均呈正態(tài)分布,峰值與D50對應較好。

        (2) 在金相顯微鏡下,鋯英砂呈鵝卵石形狀或橢球形,國產砂中存在極少量不規(guī)則形狀。堆積密度隨著顆粒度的減小而降低。

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