一種膨脹性快速檢測裝置的設(shè)計(jì)?

王士民

（中國非金屬礦工業(yè)有限公司，北京 100142）

一種膨脹性快速檢測裝置的設(shè)計(jì)?

王士民

（中國非金屬礦工業(yè)有限公司，北京 100142）

介紹一種膨脹性快速檢測裝置，用于非金屬礦物膨潤土膨脹性能的自動快速檢測。優(yōu)化該裝置的離心機(jī)系統(tǒng)，操作時按照標(biāo)準(zhǔn)要求將定量蒸餾水、膨潤土粉體、藥劑按順序加入離心管中，振蕩、離心、讀數(shù)，裝置采用離心原理，將重力場下24 h的檢測時間，縮短到10 min，可以快速定性產(chǎn)品質(zhì)量，同時使技術(shù)人員擺脫繁重的檢測工作。該裝置行業(yè)推廣性強(qiáng)。

快速檢測；膨潤土；膨脹性

1 引 言

在文獻(xiàn)［1］中筆者介紹了一種微量粉體自動加樣裝置BS－2，用于膨潤土這種非金屬礦的膨脹指數(shù)檢測，裝置的采用使技術(shù)人員擺脫了繁重重復(fù)的勞動并得到了行業(yè)的廣泛認(rèn)可。

非金屬礦是關(guān)乎國計(jì)民生的重要礦產(chǎn)資源，中國是非金屬礦大國，目前國內(nèi)已探明非金屬礦91種，但由于開發(fā)利用晚，產(chǎn)業(yè)集中度過低，國家重視程度不夠，國內(nèi)技術(shù)開發(fā)水平普遍不高［1］。

膨潤土是我國儲量十分豐富的一種非金屬礦種，具有良好的懸浮、吸附、膨脹性能，有“萬能粘土”的美譽(yù)，可廣泛應(yīng)用于冶金、鑄造、石油、化工等領(lǐng)域。膨潤土有多種測試指標(biāo)，其膨脹性能（膨脹容、膠質(zhì)價和膨潤值）至關(guān)重要，根據(jù)膨潤土試驗(yàn)方法［2］（JC／T 593－1995），以上三種測試指標(biāo)檢測方法可統(tǒng)一描述為：①在100 mL具塞量筒中預(yù)加入一定體積蒸餾水；②按要求加入一定質(zhì)量烘干過200目的膨潤土粉，加蓋 晃均勻（約3 min）；③按要求加入試劑，補(bǔ)液至100 mL，蓋上蓋子 勻（約3 min）；④靜置24 h，讀取固液分界面即為結(jié)果。

由標(biāo)準(zhǔn)可知，該檢測操作描述雖不復(fù)雜，但存在以下問題：

（1）質(zhì)量較好的膨潤土，由于其自身的特點(diǎn)，與水 勻存在一定困難，需連續(xù)不停 晃200～300次，在樣品較多的情況下尤其考驗(yàn)實(shí)驗(yàn)員的體力。

（2） 勻后試樣需放置24 h后讀數(shù)，不利于企業(yè)迅速判斷產(chǎn)品質(zhì)量。

為此，作者設(shè)計(jì)研制了BE－1型膨脹性快速檢測裝置。

2 裝置介紹

2.1 裝置原理

該裝置主要理論依據(jù)是利用機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行振蕩并采用離心機(jī)加速沉降 勻漿液，回避自由沉降時間慢導(dǎo)致的測試時間過長問題，該法適用膨脹容、膠質(zhì)價、膨潤值指標(biāo)。由于這幾項(xiàng)指標(biāo)實(shí)際表征膨潤土在不同介質(zhì)中的膠體性能，并不能完全等同于普通顆粒的沉降過程。因此，該法僅可定性反映產(chǎn)品性能，幫助企業(yè)快速判定產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2 裝置結(jié)構(gòu)

BE－1型裝置由殼座（含控制部分）、離心管、連接桿、步進(jìn)電機(jī)［3－4］、萬向節(jié)等組成，裝置結(jié)構(gòu)簡圖和控制面板圖如圖1、2所示。裝置由設(shè)計(jì)在殼座中的控制系統(tǒng)指揮，通過步進(jìn)電機(jī)、連接桿和萬向節(jié)帶動離心管完成振蕩、離心兩個關(guān)鍵過程。

該裝置將振蕩和離心兩個過程分離，振蕩時間為1～10 min逐級可調(diào)，離心時間2～20 min逐級可調(diào)。其中離心管10 mL，最大離心半徑9 cm，離心轉(zhuǎn)速為1 500 r／min。可計(jì)算質(zhì)量為m的顆粒在該裝置轉(zhuǎn)速下離心力計(jì)算公式F離心力＝mω2r＝2 218 m，而其在重力場下F重力＝mg，則F離力／F離心力≈226。根據(jù)斯托克斯沉降公式，在其他條件相同的情況下，顆粒沉降速度與其離心力大小成正比，因此其在離心場中理論沉降時間應(yīng)為24 h／226≈0.106 h＝6.4 min。

圖1 BE－1型裝置結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 BE－1型裝置控制面板圖

2.3 操作步驟

該裝置操作簡單，測試參照以下步驟進(jìn)行：

（1）取下裝置專用離心管（樣品數(shù)需為偶數(shù)，對稱放置），采用蒸餾水清洗3遍。

（2）加入5 mL蒸餾水和一定質(zhì)量干燥后的膨潤土粉末。

（3）擰緊管蓋，通過限位卡使離心管保持與連接桿90°夾角，如圖1（a）、（c）所示，按下裝置面板的振蕩開關(guān)，此時離心管在控制系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)的作用下模擬人手 晃動作30°小角度快速振蕩，此過程默認(rèn)3 min，時間可根據(jù)樣品具體情況在面板上設(shè)置。

（4）振蕩完畢取下離心管，根據(jù)需要加入規(guī)定藥劑，補(bǔ)加水至10 mL后，裝在裝置中振蕩3 min，停止。

（5）撥動離心管，使其保持與連接桿180°夾角，如圖1（b）、（d）所示，按下裝置離心開關(guān)，裝置進(jìn)入離心狀態(tài)，默認(rèn)時間10 min，時間可根據(jù)樣品具體情況在面板上設(shè)置。

（6）小心取下離心管，豎直放置于離心管架上輕輕旋轉(zhuǎn)，片刻讀數(shù)，數(shù)據(jù)乘以10后即為測試結(jié)果。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)分別取A～F 6種膨潤土樣品進(jìn)行膨脹容、膠質(zhì)價、膨潤值的對比檢測，離心時間均為10 min，測試結(jié)果如表1～3所列。

表1 膨脹容兩種方法測試結(jié)果比較

表2 膠質(zhì)價兩種方法測試結(jié)果比較

表3 膨潤值兩種方法測試結(jié)果比較

由結(jié)果可知，兩種測試方法有一定偏差。此設(shè)備測試的數(shù)據(jù)雖不能作為產(chǎn)品評判依據(jù)，但可定性反映產(chǎn)品性能，幫助企業(yè)快速判定產(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié) 語

（1）該法可以大大簡短測試時間，在最快的時間內(nèi)獲知產(chǎn)品大體性能，可節(jié)省實(shí)驗(yàn)員的體力。

（2）該法的精度存在一定問題，不同膨潤土產(chǎn)品使用的轉(zhuǎn)速和時間會略有不同，故建議使用前最好進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，尋找合適的轉(zhuǎn)速和時間。

（3）理論計(jì)算在離心場中6.4 min可以達(dá)到重力場24 h沉降效果，但由于外界條件等因素影響，最終試驗(yàn)離心時間為10 min。

［1］ 王士民.微量粉體自動加樣設(shè)備的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2013（2）：123－126.

［2］ JC／T 593－1995，膨潤土試驗(yàn)方法［S］.

［3］ 弭洪濤，曲萍萍，張秀菊.步進(jìn)電機(jī)在高精度位置控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.北華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003（3）：252－254.

［4］ 吳文英.基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)［J］.電子世界，2012（7）：55－56.

Design of a Quick Expansion Detection Equipment

WANG Shi－min
（China National Nonmetallic Minerals Industrial Corporation，Beijing 100142，China）

A kind of quick expansion detection equipment used for bentonite is introduced.The device is a optimization centri?fuge system.According to the standard，distilled water，bentonite powder and agent are mixed into the centrifuge tube and then oscillation，centrifugal，reading.Using centrifugal principle of the equipment，the quality of the products the can judge quickly and the test time can be in 10min instead of 24h.Meanwhile it could get rid of the heavy test works to technician.It will be widely used in the industry.

quick detection；bentonite；expansion

TH122

A

1007－4414（2013）04－0122－02

2013－06－15

王士民（1963－），男，北京人，工程師，主要從事膨潤土等非金屬礦深加工方面的科研工作。