一种光谱样品搅拌机搅拌效果影响因素研究

2020-01-01乐育生吴专

中国设备工程 2019年23期

乐育生，吴专

（湖北省地质勘查装备中心，湖北武汉 430034）

土壤是自然界中最重要的组成部分之一，是农作物生长的基础，也是人类和其他生物赖以生存的自然资源之一。随着工业化和城市化的急剧发展，土壤重金属污染也日益严重。重金属在土壤中迁移性较差，半衰期较长，残留性高，潜伏时间长，且能随食物链传递，所以土壤中的重金属将严重影响人们的健康和生活。因此，测定土壤中重金属含量，加强土壤治理是地质环保部门的紧急任务。而在测定土壤重金属含量时，如何高效地、均匀地混合样品是测定过程中的关键步骤。

目前，地质部门在进行地质土壤微量光谱分析时，在搅拌机上采用人工搅拌的方式进行混合，特别是大量地检测地质土壤样品时，采用人工搅拌，需要大量的测试人员进行人工搅拌，操作烦琐，费时费力，效率低下，且搅拌效果不佳。

在此基础上，本研究采用光谱样品自动搅拌机进行试验，采用加有内标元素Ge 的缓冲剂进行检测分析，考察其搅拌效果，并对其影响因素进行研究。

1 实验部分

1.1 试验仪器

本研究采用光谱样品自动搅拌机，主体结构如图1 所示。

图1 光谱样品自动搅拌机结构图

该搅拌机主振电机和旋转电机旋转带动倾斜的坩埚托盘和旋转托盘作上下旋转运动，坩埚托盘盘面上开有坩埚固定孔，坩埚固定孔内装有坩埚，其内装有研磨球。由于主振电机上的偏心轴和旋转电机带动使坩埚内的样品在研磨球的作用下不停地旋转，同时进行上下往复运动，高频振动，从而达到自动搅拌的目的。

1.2 试验材料

试验样品为室外采集的新鲜土壤，首先置于阴凉地方自然风干，去除掉其中的杂质异物。再于研钵中研磨后，采用-50 目筛子筛分，按四分法混匀后置于干燥清洁的广口瓶中备用。

缓冲剂为K2S2O7（25%）+NaF（20%）+Al2O3（40%）+C（14%）+的GeO2（1%），所有试剂均为光谱纯级，按上述质量百分比准确称量后配制，在研钵中反复研磨，保证粒度均匀，混合完全。

1.3 试验方法

分别称取1g 样品和1g 加有内标元素Ge 的缓冲剂加入处理干净的坩埚中，在光谱搅拌机上进行搅拌，根据试验需要调节振幅、振动频率、转速、搅拌时间等参数。搅拌完成后，取出样品，统计内标元素Ge 的强度稳定性。

1.4 检验指标

式中，n 为样品的个数； if 为第i 个试样的强度值，MPa。

根据其强度稳定性的标准偏差和相对标准偏差判断搅拌效果的优劣，相对标准偏差越小，物料混合越均匀，说明搅拌效果越好。且按照混料规定，合格混料的强度相对标准偏差应不大于12%。

2 搅拌效果影响试验

该光谱自动搅拌机工作时，既有下上振动，也有旋转运动，因此搅拌效果会受到振动和搅拌的影响。本研究开展了振动频率、振幅、搅拌转速、研磨球珠数等对搅拌效果的影响，并根据搅拌产品的Ge 元素强度相对标准偏差对其性能进行初步评估。

2.1 振动频率对搅拌效果的影响

进行振动频率试验时，振幅控制为1mm，搅拌转速为10r/min，搅拌时间为5min，研磨球珠数为1 颗。调节主振电机的频率，分别在1750Hz、2000Hz、2250Hz、2500Hz 和2750Hz 下考察各自的强度稳定性指标，从而判断其搅拌效果，试验结果如表1 所示。

表1 振动频率对强度指标的影响

由上表可以看出，相对标准偏差均小于12%，符合混料要求。随着振动频率的增加，强度平均值和相对标准偏差都呈逐渐减小的趋势。在振动频率为2500Hz 时，相对标准偏差为7.9%；而当振动频率为150Hz 时，相对标准偏差为7.84%。说明当振动频率超过2500Hz 后，搅拌效果提高幅度不大，因此，综合考虑搅拌效果和能耗，最适宜的振动频率应选取2500Hz。