硅灰石粉长径比测定方法的优化研究

摘要： 提高硅灰石粉的长径比是对非金属矿硅灰石进行深加工、改善其附加值的主要技术。以湖北大冶地区的样品为例，探讨了硅灰石加工技术中的统计方法、粒级、长径比分布特点对平均长径比测定的影响。通过实验结果及其分析表明，由于统计方法的不同，同种硅灰石粉体偏光显微镜测定的平均长径比可以相差20%左右；硅灰石平均长径比与硅                       灰石粉体颗粒的粒级范围有关；把平均长径比的评定和长径比分布特点进行综合分析，更能反映硅灰石的粉碎效果。 

                                                                                   非金属矿硅灰石高附加值、深加工的主要技术指标是硅灰石粉的高长径比。高长径比硅灰石(15：1-20：1)主要是作为增强功能填料，用于涂料、塑料和橡胶中以提高硬度、弯曲强度和撞击阻力，同时也可改进塑料电学性质，提高其热稳定性，增强抗腐蚀性和提高*性。高长径比硅灰石还可替代石棉用于生产摩擦材料和绝缘材料，例知2006年硅灰石有40%用于塑料行业，约20X 104t。尽管国内外对高长径比硅灰石的需求量愈来愈多，加工的企业技术不断提高，但是目前国内外仍然没有统一的标准来测定硅灰石粉的平均长径比，国际上大的硅灰石公司NYCO公司，也没有公开的测定标准。国内文献仅有陈文怡71从图像分析方法探讨测定硅灰石平均长径比，杨利民研究了针状硅灰石颗粒长径比与等体积直径的相关                                            性，但都不是系统研究。以实验室加工的湖北大冶硅灰石为例，系统研究了不同统计方法、不同粒级、不同的分布特点等因素对平均长径比的影响，旨在为规范硅灰石平均长径比的测定提供参考。
   

实验

1.1硅灰石原料和加工工艺

    实验原料为湖北大冶市协力硅灰石矿业有限公司和黄石金铜硅灰石矿业开发有限公司的硅灰石矿石，两地硅灰石矿加工工艺和条件相同。

1.2加工设备与测试仪器

颚式破碎机：PE-150×250型，武汉探矿机械厂；颚式破碎机：SP-60×100型，贵阳探矿机械厂；辊式破碎机：Ⅺ，SPS-Φ250×150型，武汉探矿机械厂；冲击粉碎机：Φ300型，武汉探矿机械厂；圆盘式气流粉碎机：QS100型，上海化工机械三厂。图像分析仪：VDP-1750型，美国VICOM公司；激光粒度分布仪：GSL-101B型，辽宁丹东仪表研究所；矿物形貌观测仪，成都理工大学；显微镜：HFX- II型，Nikon公司。

2  结果与讨论

统计方法对平均长径比的影响

为了得到具有统计意义的测量结果，保证统计和计算误差控制在合理的范围内，每个样品统计数据大于600个颗粒。用成都理工大学生产的矿物形貌观测仪对11、1-2、2-1、2-2四种样品的平均长径比进行测定，并用所带软件程序默认的统计方法（方法A）进行统计，结果见表1。4种矿样测得的乎均长径比分别为8.85、7.98、8.03、6.74。软件程序默认的计算方法A为式中，ARA为A统计方法的平均长径比大小；X、分别代表样品每个颗粒的直径和长度（下同）；EX、EY分别代表每个样品所有统计颗粒直径和长度的加权平均值，即期望值。

方法A是把所有统计颗粒的长度平均，把所有统计颗粒的直径平均，然后相除得到平均长径比。若采用另一种统计方法B重新对长径比进行统计，B计算方法为10121式中，ARB为B统计方法的平均长径比大小；E量代表每个样品所有统计颗粒长度除以直径所得值的加权平均值。

方法B计算方法是把每个统计颗粒的长度与其直径相比，得到每个颗粒的长径比，然后把统计的长径比平均后得到平均长径比，4个样品测得的平均长径比见表1，分别为10.37、9.46、8.69、8.05。

由表1结果可知，方法B测定的平均长径比比方法A测定的平均长径比大，4个样品2种方法的比分别为：117%、119%、108%、119%。表明测试方法相同，统计方法不同，对同一种样品，所得出的平均长径比大小不同。

因此测走平均长径比大小应规定统计方法。

2.2粒级范围对平均长径比的影响

    激光粒度仪测定的4种矿样用的粒度特征见表2。4种样品的粒度特征不同，以Dv90。为准，I-I样的粒度为13. 02 μm，1-2样为7.46μm ，2-1样为15.77 μm，2-2样为9.25 μm。

    表2样品粒度分布表比对比表。以Dv90。为准，对比样品I-I和样品1-2可知，随着颗粒细度的增加，平均长径比大小越来越小，因此粒度范围对平均长径比是有影响的。并且平均长径比大小与粒度级别大小有一定关泵，粗粒度级别对应高长径比，细粒度级别对应低长径比。由1-1样和2-1样的特点也可以印证此结论。因此在测定平均长径比大小时应该给出对应的粒度级别，随着细度的增加，平均长径比减小。

2.4长径比分布特点对平均长径比的影响

    为了进一步探讨由于长径比分布的不同，对平均长径比大小的影响，统计了分段长径比和累计长径比。由图2和图3可知，在长径比大小<10的范围中，1-2样要多于1-1样的数量。长径比大小在10 -15的范围内，1-1样和1-2样数量接近。在长径比大小<15的范围内，1-1样的数量多于1-2样，这与1-1样为通过气流磨粉碎后粗颗粒产品，1-2样为细颗粒产品相符合。由表3可表3粒级范围对长径比的影响知，1-1样的平均长径比大于1-2样的平均长径比，结合图2分析可知，卜1样的高长径比的颗粒多于1-2样，低长径比的颗粒少于1-2样。

    从图3可知，I-I样的累计长径比曲线比1-2样波动程度要明显，表明1-1样的长径比分布没有1-2样均匀，即存在很多小颗粒和大颗粒，所以平均长径比大小应该对应长径比分布特点来评定。对比1-1样和1-2样2种样品而言，1-2样的粉碎效果要好于1-1样，但1-1样的平均长经比大于1-2样，因此不能只以平均长径比大小来评价矿粉的优劣。图4、图5的2-1样和2-2样出现了同样的规律，所以也可以进一步说明对平均长径比的评定要结合长径比的分布特点。

2.5硅灰石粉的形貌特征

由图6扫描电子显微镜照片可知，1-1样硅灰石颗粒细而长，高长径比颗粒比较多。由图7照片可知，2-1样的硅灰石颗粒相对较粗，高长径比颗粒较少，但统计的平均长径比大小1-1样与2-1样并没有明显的区别，从形貌特征上进一步说明，硅灰石的平均长径比大小，应该考虑长径比的分布特征。

3结论

a.平均长径毗的计算方法用方法B比较合适，即把每个统计颗粒的长度与其走私相比，得到个颗粒的长径经，然后把统计工作的长径比平均后得到平均比。

b.平均长径比的测定与平均长径比的统计方法、样品的粒级范围有关。

c.平均长径比的评定要结合长径比的分布特点。