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(wǎng)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(nèi)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(huán)漿液的運行pH值和吸收塔內(nèi)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(zhì)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(wǎng)。HJ/T 179—2005《火電廠煙氣脫硫工程技術規(guī)范石灰石/石灰-石膏法》規(guī)定：“石灰石粉的細度應根據(jù)石灰石的特性和脫硫系統(tǒng)與石灰石粉磨制系統(tǒng)綜合優(yōu)化確定。對于燃燒中低含硫量燃料煤質(zhì)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(zhì)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(xiàn)狀

目前為止國內(nèi)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(fā)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(xiàn)象比較明顯，采用振動過篩時其過篩率相當?shù)?，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(xiàn)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(tài)粉末的粒度分布[8-11]。激光衍射法是20 世紀70 年代發(fā)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(yōu)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(shù)，用循環(huán)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(shù)據(jù)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(wěn)定（通常30 s）。當樣品穩(wěn)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(shù)時間

樣品遮光度穩(wěn)定后在1 min，3 min 和5 min時分別讀數(shù)，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(shù)時間測試結果

由表1 數(shù)據(jù)可知，3 個不同樣品在不同讀數(shù)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(shù)時間對測試結果影響很小，讀數(shù)時間宜選擇為遮光度穩(wěn)定后1 min。

3.2 超聲分散

一組樣品遮光度穩(wěn)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(wěn)定后檢測。讀數(shù)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(shù)據(jù)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(nèi)每次加入不同量樣品，待遮光度值穩(wěn)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(shù)據(jù)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(nèi)，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(shù)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(jù)表4 中數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)時間1 min，不采用超聲處理，遮光度范圍在10%～20%。

（2）對比發(fā)現(xiàn)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。