筛分分析：粒度测试实用指南

筛分分析是一种测定粉末、颗粒和其他颗粒状材料粒度分布的实用方法。

在应用该方法之前，了解筛分分析在质量控制和工艺决策中的作用至关重要。对于针对砂土的特定测试，我们的砂土样品筛网尺寸选择指南解释了筛网、毫米和微米之间的关系。

该方法很简单：称取一份具有代表性的样品，将其依次通过一系列孔径逐渐减小的筛子，然后称量每个筛子上残留的物料。根据这些测量结果，可以计算出每个筛孔的残留百分比、累计残留百分比和通过百分比。

原理很简单。但要获得可靠的结果却并非易事。样品制备、筛网选择、装料方式、测试时间、水分含量以及筛孔堵塞等因素都会影响结果。而且，当利用筛分分析数据来选择工业筛分机时，粒度只是其中一个方面。

本指南解释了整个过程，从基本的筛分分析程序和计算到解释结果以用于实际筛分应用。

什么是筛分分析？

筛分分析是一种通过已知孔径的筛子分离颗粒来确定材料粒度分布的方法。

典型的筛分试验使用多个垂直堆叠的筛子。孔径最大的筛子放在最上面，其下方依次安装孔径逐渐减小的筛子，最底部放置收集盘。筛分过程中，较小的颗粒会通过筛孔，而较大的颗粒则会被筛子截留。试验结束后，对每个筛子上的物料进行称重。

结果告诉我们原始样本在不同粒径范围内的分布情况。

例如，如果物料能通过 1 毫米的筛子，但能留在 500 微米的筛子上，那么该部分物料的粒径大约介于这两个筛孔尺寸之间。

这使得筛分分析可用于检查粉末或颗粒状材料是否符合规定的粒度规格。

为什么筛分分析很重要？

在生产中，筛分分析通常用于：

• 检查进货原材料；
• 比较不同生产批次；
• 监测破碎或研磨结果；
• 识别过细颗粒或过大颗粒；
• 核实颗粒尺寸规格；
• 评估筛选过程的性能；
• 在选择设备前提供粒度信息。

与其简单地将材料描述为“细”或“粗”，不如确定样品中有多少百分比高于或低于特定的筛孔。

筛分分析的工作原理是什么？

基本原理是按颗粒大小进行物理分离。

典型的筛子堆垛排列如下：

将样品置于最上层筛网上，然后对筛堆进行可控筛分运动。足够小的颗粒可以通过筛孔进入下一层筛网，而无法通过的颗粒则留在该筛网上。经过充分筛分后，分别称量各层筛网的重量。

然后利用这些权重来计算粒度分布。

筛分分析所需设备

基本的筛分分析通常需要以下设备：

对于偶尔或简单的测试，在适用测试方法允许的情况下，可以手动摇动筛子。对于常规测试，机械式筛分机可以减少因操作人员使用不同摇动方式或测试条件而造成的差异。然而，仅靠设备本身并不能保证结果的准确性。取样和测试程序同样重要。

筛分分析流程：逐步详解

具体操作步骤应遵循适用的材料标准、测试方法或贵公司的内部质量控制程序。

一般而言，干筛分析可以通过以下步骤来理解。

第一步：获取代表性样本

首先选择一个能够真正代表您要评估的材料的样品。

这一点很容易被忽略。粉末和颗粒在运输和储存过程中可能会发生分离。较粗的颗粒和较细的颗粒可能无法均匀分布在整个容器中。因此，仅从表面取样可能与测试整批物料的结果不同。

必要时，在开始测试之前，应采用适当的抽样和样品缩减方法。

步骤二：检查材料状况

筛分前，先观察样品。

• 它干燥且流动性好吗？
• 细小颗粒会粘在一起吗？
• 是否有可见的团聚体？

水分和团聚作用会阻止单个颗粒通过它们通常会通过的开口。

因此，某些测试方法要求在筛分分析前对样品进行干燥或其他预处理。应遵循针对被测材料的具体操作步骤，而不是对所有样品都采用同一种预处理方法。

步骤 3：选择试验筛

选择筛孔尺寸能够覆盖所需测量颗粒大小范围的筛子。将筛孔最大的筛子放在最上面，其余筛子按筛孔尺寸递减的顺序排列。底盘放在最下面。

目的并非使用尽可能多的筛子。一套有效的筛分体系应该能够将样品分离成有意义的粒径级分。

步骤 4：称量初始样品

筛分前测量并记录样品质量。

• 例如：
  • 初始样品质量 = 500 克

该值稍后将用于计算保留率和及格率。

步骤 5：装载筛组

将样品放在上层筛网上，盖上盖子。避免在筛网上放置过厚的物料。物料层过厚会减少颗粒到达筛面的机会，从而减慢分离速度并影响最终结果。

如有必要，按照适用程序将大样品分成合适的测试部分。

步骤 6：进行筛分试验

将料堆安装在筛分机上，并按照要求的程序进行测试。

合适的测试时间取决于以下因素：

• 粒径；
• 颗粒形状；
• 材料特性；
• 筛孔；
• 样品数量；
• 适用的测试标准。

时间越长并非越好。某些易碎材料在长时间的机械作用下会发生分解，从而改变所测量的粒度分布。

步骤7：称量各保留馏分

测试结束后，小心地逐个取出筛子。收集并称量每个筛子上和底盘中残留的物料。记录每个数值。最后，将回收物料的总质量与初始样品质量进行比较。

显著差异值得调查。物料可能在转移过程中丢失、残留在设备中，或者称重错误。

如果您对产品的使用方法有任何疑问，请联系三元堂。我们的技术人员将指导您完成整个过程。

筛分分析计算

一旦知道了筛分质量，筛分分析计算就相对简单了。

三个数值通常很有用：

• 保留百分比
• 累计保留率
• 通过率

保留百分比

使用方法：

保留率 = (筛上保留的质量 ÷ 初始样品质量) × 100

假设：

• 初始样品 = 500 克
• 1.00毫米筛上残留的物料 = 75克

然后：

(75 ÷ 500) x 100 = 15%

因此，原样品的 15% 保留在该筛子上。

累计留存率

累计保留率是指在特定筛子上保留的百分比与在其上方所有较大筛子上保留的百分比之和。

例如，如果：

• 在 2.00 毫米处保留了 5%
• 在 1.00 毫米处保留了 15%

那么，在 1.00 mm 处保留的累积百分比为：

5％+ 15％= 20％

通过率

及格率的计算方法如下：

通过率 = 100 − 累计保留率

如果累计留存率为 20%，则：

及格率 = 100 − 20 = 80%

所以 80% 的样品都能通过筛孔。

筛分分析示例

以下是一个简单的例子，假设样品为 500 克。

以下数值仅用于计算演示。

这告诉我们什么？

在 500 μm 筛孔处，累积截留率为 50%。因此，该示例样品中有 50% 可通过 500 μm 孔径。

1.00 毫米时，80% 通过。

如果产品规格要求至少 90% 的材料通过 1.00 毫米的测试，那么这个假设的样品将无法满足该特定要求。

这就是为什么通过率通常比单独看体重保留情况更有用的原因。

如何解读筛分分析结果

筛分分析表描述的是颗粒的分布情况，而不是只给出一种颗粒尺寸。

假设一份规范中写道：

至少95%通过2.00毫米

您可以将 2.00 毫米处的合格率与该要求直接进行比较。

或者，规格说明中可能会这样写：

1.00 毫米以上残留物最多占 10%。

在这种情况下，可以使用累积留存率来检查材料是否符合限值。

粒度分布还可以帮助生产团队了解上游发生的情况。

例如，超大颗粒物料的增加可能表明研磨、破碎或其他加工条件发生了变化。而细粉的增加则可能表明存在其他问题。

筛分结果可以告诉你粒度分布发生了哪些变化。而要确定变化的原因，则需要了解实际的加工过程。

干筛分析与湿筛分析

并非所有材料都应该采用完全相同的测试方法。

干筛分析

干筛分析适用于许多流动性良好的粉末和颗粒状物料，这些物料无需液体即可分离。该方法操作简便，且易于回收筛分后的物料组分。

湿筛分析

一些细小颗粒在干筛过程中容易团聚或粘附在较大的颗粒上。在适用的测试方法允许的情况下，湿筛法使用合适的液体来帮助分散物料，使细小颗粒通过筛孔。该液体必须与样品、筛子和测试要求相容。

不应仅仅因为干筛速度慢就选择湿筛。筛分方法应与物料和适用的测试程序相匹配。

筛分分析标准

在质量控制工作中，筛子本身就是测量系统的一部分。

两个常用的标准是 ASTM E11 和 ISO 3310-1。

• ASTM E11 规定了编织金属丝试验筛布的要求，以及用于按粒度对材料进行分类的试验筛的设计和构造。
• ISO 3310-1 规定了金属丝网筛的技术要求和测试方法。

这些标准主要规定了试验筛的要求，但不应将其与适用于所有材料的完整试验程序混淆。正确的筛分分析方法可能取决于被测产品或行业。例如，骨料、粉末和其他材料可能有其自身的取样、制备和试验标准。

在制定正式的测试程序之前，务必先确认适用于您材料的标准。

影响筛分分析结果的常见错误

筛分分析方法较为简单，因此一些小细节有时会被忽略。但这些细节可能至关重要。

筛网过载

物料过多会在筛网上形成厚厚的物料层。颗粒可能无法有效地到达筛孔，导致分离不完全。

抽样不佳

即使采用完美的筛分方法，也无法纠正样品本身不能代表原始材料的错误。对于散装物料而言，取样往往是造成误差的最大潜在来源之一。

水分和结块

细颗粒会相互粘附，表现得像较大的颗粒一样。如果发生这种情况，测得的颗粒分布可能比单个颗粒的实际分布更粗糙。

堵塞的开口

颗粒物会卡在筛网中，减少有效孔隙面积。对于尺寸接近筛孔大小的颗粒物或易粘附的物料，这种现象尤为明显。

损坏的试验筛

磨损、变形或损坏的筛孔会改变哪些颗粒能够通过。因此，试验筛应按照适用的质量程序进行检查和维护。

测试条件不一致

改变测试时间、样品量、筛分方式或样品间的振荡条件都会增加比较难度。当筛分分析用于常规质量控制时，一致性至关重要。

筛分分析法与其他粒度分析方法的比较

筛分分析虽然有用，但它并不是唯一的粒度测量方法。

这些方法不一定能得出可以直接互换的结果，因为它们测量颗粒大小的方式不同。

根据材料、所需尺寸范围、规格和测试目的选择测试方法。

从筛分分析到工业筛分

这就需要将实验室测试和生产筛选明确区分开来。

筛分分析用于测量颗粒尺寸分布。工业振动筛在生产过程中用于分离物料。

两者相关，但并非同一过程。

假设筛分分析表明，粉末必须在 500 μm 处进行分离。

但这并不意味着知道“500 μm”就足以选择生产机器。

对于工业筛选，三元堂通常需要更多应用信息，例如：

考虑两种都需要在 500 μm 处分离的材料。

• 材料 A 中粒径大于 500 μm 的颗粒含量不得超过 5%。
• 材料 B 中可能含有 40% 大于 500 μm 的颗粒。

名义分离尺寸相同，但筛分功能明显不同。

因此，三元堂不建议仅根据筛网尺寸来选择工业振动筛。粒度分布固然是有用的参考信息，但必须结合实际处理能力和物料特性来考虑。

实验室粒度测试可使用试验筛振动器和一叠标准试验筛。对于连续或高产能生产，筛分设备应根据实际工艺条件选择。

关于筛分分析的常见问题

什么是筛分分析？

筛分分析是一种粒度测试方法，它将样品依次通过孔径已知的筛子进行分离。测量每个筛子上残留的物料质量，并将其转化为百分比，从而描述物料的粒度分布。

如何进行筛分分析？

准备一个有代表性的样品，称重，将合适的试验筛从大到小排列，将样品放在最上面的筛子上，进行规定的筛分程序，然后称量每个保留的馏分并计算结果。

如何计算留存率？

将留在特定筛子上的质量除以初始样品质量，再乘以 100。如果从 500 克样品中保留了 50 克，则保留率为 10%。

如何计算及格率？

首先计算筛子的累计截留率。用 100 减去该值。例如，如果某个筛孔的累计截留率为 35%，则 65% 的样品通过了该筛子。

筛分分析需要运行多长时间？

没有适用于所有材料的通用测试时间。筛分时间应遵循适用的标准或经验证的测试程序，并取决于样品、筛孔尺寸、颗粒特性和所用设备。

干筛分析和湿筛分析有什么区别？

干筛法无需液体即可分离流动性好的物料。湿筛法则在适用条件下，使用合适的液体来帮助分散和通过某些细小或易结块的颗粒。

什么原因会导致筛分分析结果不准确？

常见原因包括取样不当、筛分负荷过重、水分过多、结块、筛孔堵塞或损坏、搬运过程中物料损失以及测试条件不一致。当结果出现异常偏差时，应检查整个测试流程。

筛分分析能否帮助选择振动筛？

是的。粒度分布和所需的切割粒度是有用的出发点。工业振动筛的选择还需要考虑处理能力、堆积密度、水分、颗粒形状、物料特性以及接近所需分离粒度的物料百分比等信息。

结语

筛分分析可以将样品转化为有用的粒度数据。可靠的结果不仅取决于称重和计算，还取决于具有代表性的样品、合适的试验筛和一致的试验条件。

对于生产筛分而言，该分析只是一个起点，而非完整的设备规格。三元堂在评估适用于特定应用的筛分解决方案时，会综合考虑粒度信息、处理能力和物料特性。

关于三元堂

自 1994 年以来，三元堂一直专注于筛分和输送解决方案。对于粒度测试和生产筛分项目，我们的工程师会在推荐设备之前审查测试数据、产能、堆积密度、水分和材料特性。

了解更多关于三元堂的信息，或查看我们的工业筛分机。

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请提供物料名称、粒度分布、所需切割粒度、堆积密度、水分含量和目标产能。我们的销售和工程团队将审核这些数据，并建议是否需要进行实验室测试或生产筛选试验。

技术参考

• ASTM C136/C136M：细集料和粗集料的筛分分析
• ASTM E11：编织金属丝试验筛布和试验筛
• ISO 3310-1：金属丝网筛试验