Способы определения гранулометрического состава сыпучих материалов. Гранулометрический состав и методы его определения

В качестве метода оценки зернового состава материалов могут быть использованы ситовой, микроско­пический, кондуктометрический, седиментационный методы гранулометрического анализа.

Ситовой метод гранулометрического анализапорошкообразных материалов, полу­ чивший наибольшее распространение в горно-обогатительной практи­ ке, заключается в рассеве на наборе сит с различными размерами от верстий общей пробы анализируемого материала.

В результате ситового анализа получают продукты различных классов, которые взвешиваются, а отмытые шламы после сушки при­соединяют к последнему тонкому классу и тоже взвешивают. Резуль­таты анализа могут быть представлены в виде таблицы, в которой при­водится выход классов в процентах, либо в виде графика, в котором по оси абсцисс отложены величины размеров зерен, а по оси ординат - выход классов в процентах.

Ситовой анализ шлифпорошков производится по ГОСТ 3647-80 «Материалы шлифовальные. Классификация. Зернистость и зерновой состав. Методы контроля».

Схема ситового анализа представлена на рис. 1. Порошок насыпается в верхнее сито и протрясывается, затем взвешивается, что позволяет оценить процентное содержание частиц разного размера.

Рис. 1. Схема ситового анализа

Этот метод исследования дисперсного состава порошков может осуществляться как вручную, так и с применением механического вибросита, что является более простым и точным.

Микроскопический метод гранулометрического анализапроизводится с помощью све­ тового (оптического) микроскопа, с двумя степенями увеличения - объективом и окуляром, в котором общее увеличение определяется как произведение увеличения объектива на увеличение окуляра. Основное достоинство этого метода состоит в том, что только с его помощью могут быть измерены поперечные размеры частиц, а к недостаткам можно отнести большую трудоемкость метода и субъективность в оценке результатов различными операторами. Этот метод гранулометрического а нализа требует больших затрат времени и высокой квалификации персонала.

Для получения достоверных результатов микроскопического анализа необходимо большое число частиц, подсчитанное при опреде­лении зернового состава порошка (рис. 2).

Рис. 2. Результаты микроскопического анализа зернового состава микропо­ рошка по данным

измерений числа зерен:

1 - 444;2 - 230;3 - 150;4 - 80.

По данным статистического анализа микропорошков карбида кремния М63 - М5 для более точных результатов микроскопического анализа необходимо подсчитать более 500 зерен основной и смежной фракций.

Кондуктометрический метод анализаоснован на определении изменения электропроводности (электрического сопротивления) в мо­ мент прохождения частиц через микроотверстие. Возникающие при этом импульсы прямо пропорциональны объему частиц, что позволяет произвести обработку этих импульсов таким образом, чтобы разделить частицы по количеству или объему в зависимости от их диаметра.

Седиментационный метод анализаоснован на разной скорости оседания мелких частиц в жидкости илигазе под действием гравита­ционного поля или центробежных сил. Используется для исследования дисперсности порошковых материалов с размером частиц менее 40 мкм. При этом методе гранулометрического анализа в качестве дисперсной среды использу­ется, как правило, дистиллированная вода, как наиболее доступное и экологические чистое вещество.

При изучении скорости оседания твердых частиц в жидкости предполагается, что измереннаяпостояннаяскоростьоседаниячастицвжидкойсредепод действиемсилытяжестисвязанасих размеромзакономСтокса.ДлясферическихчастицзаконСтоксаимеетследующий вид:

ГдеD – диаметрсферическойчастицы;

V – равновеснаяскоростьосаждения частицы;

ρ – плотность частицы;

η – вязкостьжидкойсреды;

ρ о – плотностьжидкойсреды;

g – ускорениесилытяжести.

Существует несколько разновидностей этого метода изучения дисперсного состава. Однако наибольшее распространение в по­ следние годы получил фотоэлектрический метод, заключающейся в том, что при прохождении светового потока через слой осаждающейся суспензии величина абсорбции света пропорцио­ нальна суммарной поверхности частиц (концентрации частиц) и может быть измерена при помощи фотоэлектрических датчиков. В реальных условиях интенсивность светового потока, прошед­шего через суспензию, определяют из эмпирической зависимости:

где S - полная поверхность всех частиц; I 0 - интенсивность света, про­шедшего через чистую дисперсную среду; I t - интенсивность света, про­ шедшего через суспензию; К- константа.

Из зарубежных приборов этого типа следует отметить фотосе- диментографы «Седиграф 5000» и «Седиграф 5500» фирмы «Культроникс» (Франция) « SKC -2000» фирмы «СЭИСИН» (Япония) и « Analisette » фирмы « Fritsch», позволяющие осуществлять анализ порошко­ образных материалов, крупность частиц в которых изменяется в диа­ пазоне от 100 до 0,1 мкм, 930 - 0 мкм и от 500 до 0,1 мкм соответст­ венно.

Отличительной особенностью прибора «Седиграф 5000» являет­ ся использование рентгеновских лучей вместо света, а в приборе « Analisette -22» - лазерного луча. Неоспоримым достоинством этих приборов является автоматическая обработка получаемых результатов анализа с воспроизведением их на дисплее в виде распечатки процентного содержания отдельных фракций и кривых распределения частиц по их размерам.

Анализаторы для определения распределения частиц по размерам посредством лазерной дифракции используют физический принцип рассеяния электромагнитных волн.

На рис. 3, а приведена общая схема анализатора. Частицы в параллельном лазерном луче рассеивают свет на постоянный телесный угол, величина которого зависит от диаметра частиц. Линза собирает рассеянный свет кольцеобразно на детекторе, который установлен в фокальной плоскости линзы. Нерассеянный свет всегда сходится в фокальной точке на оптической оси. Из распределения интенсивности рассеянного света с помощью комплексной математики можно рассчитать распределение частиц по размерам в пробе рассеивающих частиц. В результате получают диаметр частицы лазерной дифракции, диаметр которой эквивалентен шару с одинаковым распределением рассеянного света. Измеряются средние объемные диаметры и получающееся распределение частиц по размерам является распределением по объему.

Рис. 3. Схема лазерного дифракционного анализа

А – общий принцип

Б – прибор фирмы « Fritsch »

В анализаторе фирмы «Fritsch» проба порошка помещается в сходящийся лазерный луч (рис. 3, б). Расстояние между измерительной ячейкой и детектором эквивалентно фокусному расстоянию фокусирующей линзы f, тем самым можно получить такую же дифракционную картину, как с помощью обычной конструкции без недостатка, связанного с перестройкой при смене области измерения. Простым перемещением измерительной ячейки вдоль оптической оси без смены линзы область измерения можно изменять как с помощью объектива с переменным фокусным расстоянием, что приводит к большей динамике измерений.

Гранулометрический состав материала в зависимости от крупности частиц определяют одним из способов, приведенных в таблице 3.1.

Наиболее часто для контроля процессов грохочения, дробления и измельчения на обогатительных фабриках применяют ситовой анализ, поэтому в этой работе применяется именно он.

Таблица 3.1 - Методы определения гранулометрического состава угля

Ситовым анализом называют рассев на ситах сыпучего материала с целью определения его гранулометрического состава. Методы проведения ситовых анализов унифицированы.

Материал крупнее 25 мм рассеивается на качающихся горизонтальных грохотах и ручных ситах, а мельче 25 мм – на лабораторных ситах. Сетка лабораторного сита натянута на цилиндрическую обечайку диаметром 200 мм и высотой 50 мм. В верхнюю кромку обечайки для придания ей жесткости закатано проволочное кольцо. Нижняя кромка обечайки имеет несколько меньший диаметр, чем верхняя, что позволяет набирать комплекты сит, вставляя их одно в другое, и одновременно вести рассев материала на нескольких ситах. Верхнее сито закрывают крышкой, а нижнее вставляют в чашку-поддон, куда собирается подрешетный продукт последнего сита.

Пробы рассеивают сухим и мокрым способом в зависимости от крупности материала и необходимой точности ситового анализа. Если не требуется особой точности и материал не слипается, то применяют сухой способ рассева. Сита устанавливают сверху вниз от крупных размеров отверстий к мелким. Пробу засыпают на верхнее сито и весь набор сит встряхивают на механическом встряхивателе в течении 10-30 минут. Остаток на каждом сите взвешивают с точностью до 0,01 г на технических весах. Сумма всех полученных классов не должна расходиться более чем на 1 % с массой исходной пробы. Если это условие выдерживается, то сумму масс всех классов принимают за 100%. Выход классов получают делением массы каждого класса на общую их массу.

При наличии в пробе значительной доли мелкого материала и необходимости повышенной точности анализа пробу рассеивают мокрым способом. Ее засыпают на сито с отверстиями наименьшего размера, например 0,074 мм, и отмывают мельчайшие частицы (шлам) слабой струей воды или погружая сито в бак водой. Промывку ведут до тех пор, пока промывочная вода не станет прозрачной. Остаток на сите высушивают, взвешивают и по разности масс определяют массу отмытого шлама. Высушенный остаток рассеивают сухим способом на ситах, включая и самое мелкое, на котором оставался шлам. Подрешетный продукт этого последнего сита прибавляют к полученной ранее массе отмытого шлама.

Для точных анализов очень тонких пылей применяют микросита. Точность размера отверстий в микроситах значительно выше, чем в тканых сетках; отклонение от номинального размера ±2 мкм.

Результаты ситового анализа заносят в таблицу по соответствующим классам крупности. Вычисляют суммарные выхода, представляющие собой сумму выходов всех классов крупнее и мельче отверстий данного сита.

Методы гранулометричского анализа почв разделяются на две группы: визуальные (их применяют в основном в полевых условиях) и более точные лабораторные. Визуальные методы основаны на определении гранулометрического состава по внешним признакам почвы. Среди них различают мокрый и сухой способы определения гранулометрического состава почв.

Сухой метод. Сухой комочек или щепотку почвы испытывают на ощупь, кладут на ладонь и тщательно растирают пальцами или раздавливают в ступке. Гранулометрический состав при этом определяют по состоянию сухого образца, ощущению при растирании и количеству песка (табл. 11).

Таблица 11 – Определение гранулометрического

состава сухим методом

Мокрый метод. Образец растертой почвы увлажняют несколькими каплями воды и перемешивают до тестообразного состояния, при котором почва обладает наибольшей пластичностью. Далее почву раскатывают на ладони в шар, а затем в шнур толщиной 3мм и сворачивают его в кольцо диаметром 3см (табл. 12).

Таблица 12 – Определение гранулометрического состава

мокрым методом

Задание 1. На основании результатов гранулометрического состава (преподаватель выдает карточки) дать название (разновидность) каждого горизонта почвы. На основании полученных результатов оценить степень дифференциации профиля по гранулометрическому составу. Построить график, отражающий изменения гранулометрического состава по профилю почвы. Результаты работы отразить в виде таблицы.

Гранулометрический состав и методы его определение

Обрабатываемое на обогатительной фабрике минеральное сырье (руда, горная масса) и получаемые из него продукты обогащения представляют собой смесь зерен неправильной формы различного размера. Распределение зерен по классам крупности характеризует гранулометричесский состав исходного сырья и продуктов обогащения.

Для определения гранулометрический используют следующие способы:

измерение крупных кусков по трем взаимно перпендикулярным направлениям;

ситовый анализ - рассев на наборе сит на классы различной крупности.

Ситовой анализ крупных материалов- продуктов дробления- производится вручную на наборе сит или с помощью автоматического вибрационного гранулометра; ситовый анализ мелких материалов- продуктов измельчения- производится на механическом анализаторе (встряхивателе);

седиментационный анализ - разделение материала по скорости падения частиц различной крупности в водной среде для материала крупностью от 40(50) до5 мкм (для более мелких материалов применяют седиментацию в центробежном поле).

микроскопический анализ - измерение частиц под микроскопом и классификация их на группы в узких границах определенных размеров (для материалов крупностью от 50мкм до десятых долей микрометра).

Гранулометрический состав материала позволяет на обогатительных и сортировочных фабриках определять выходы различных классов, производительность дробильных и измельчительных аппаратов, осуществлять контроль процессов грохония, дробления, измельчения. Чаше всего гранулометрический состав исходного сырья и продуктов обогащения определяется посредством ситового анализа.

Ситовый анализ заключается в рассеве пробы материала на нескольких ситах с различными стандартными размерами отверстий заданного модуля. Ситовый анализ материала крупнее 25 мм производится вручную на наборе сит или на качающихся горизонтальных грохотах. Материал крупностью менее 25 мм рассеивается на лабораторных ситах. В зависимости от крупности материала и необходимой точности ситового анализа пробы рассеиваются сухим или мокрым способом. Если позволяет крупность и материал не подвержен слипанию, применяется сухой способ рассева на механическом встряхивателе, сита в котором устанавливают друг над другом сверху вниз от крупных размеров отверстий к мелким. Пробу засыпают на верхнее сито, закрывают крышкой и встряхивают в течение 10-30 мин. Под нижним ситом имеется поддон, куда собирается наиболее мелкий класс (подрешетный продукт последнего сита).

После рассева пробы каждый класс крупности взвешивается на технических весах. Выход каждого класса определяется делением массы класса на общую массу пробы. Для тонко измельченного материала применяют мокрое просеивание. Для этого пробу засыпают на сито с мелкими отверстиями и производят отмывку мельчайших частиц многократным погружением сита в бачок с водой или промывкой материала на сите слабой струей воды. Отмывку производят до тех пор, пока промывная вода не станет прозрачной. Оставшийся на сите материал высушивают и взвешивают. По разности определяют массу отмытого шлама Высушенный материал повторно рассеивают сухим способом на ситах, включая и самое мелкое, на котором производилась отмывка шлама. Определив массу подрешетного продукта последнего сита, ее прибавляют в полученной ранее массе отмытого шлама. Результаты ситового анализа приводятся обычно в виде таблиц или графиков. Суммарные выходы «по плюсу» (+) или «по минусу» (-) представляют собой сумму выходов всех классов соответственно крупнее или мельче отверстий данного сита.

По данным ситовых анализов строится в прямоугольной системе координат характеристики крупности. На оси координат откладывают суммарный выход классов (в процентах), на оси абсцисс - размеры отверстий сит в миллиметрах. На основании суммарных выходов материала крупнее диаметра отверстий сита строится кривая «по плюсу», меньше - «по минусу». Сумма выходов по обеим кривым должна всегда равняться 100%. Поэтому обе кривые характеристик» по плюсу» и «минусу» являются зеркальным отражением одна другой. Они всегда пересекаются в точке, соответствующей суммарному выходу50%. Точка пересечения кривой с осью абсцисс показывает максимальный размер куска материала в данной пробе.

Результаты ситового анализа суммарные характеристики» по плюсу» бывают вогнутыми, выпуклыми и прямолинейными.

гранулометрический шлам зерно сырье

Вогнутая кривая указывает на преобладание мелких зерен в пробе, выпуклая - крупных, прямолинейная характеристика свидетельствует о равномерном распределении классов крупности.

Вогнутые кривые характерные для хрупких полезных ископаемых, выпуклые - для крепких руд. По суммарной характеристике крупности можно определить выход любого класса. Для этого находят на оси абсцисс размер нужного класса, и из этой точки перпендикулярно к оси проводят прямую до пересечения с кривой, откуда проводят параллельную оси абсцисс прямую до ее пересечения с осью ординат. Точка пересечения определяет суммарный выход искомого класса.

При построении суммарных характеристик в широком диапазоне размеров отверстий сит графики получаются сильно растянутыми. Чтобы избежать этого, графики строят в системе координат с полулографмическими (по оси абсцисс откладывают логарифмы размеров сит) или логарифмическими (по оси ординат также откладывают логарифмы суммарных выходов классов) шкалами. В отличие от обыкновенных кривых, полулогарифмические кривые левой ветвью не доходят до ординаты, так как ig0=-?.Построенные в логарифмической шкале кривые легко поддаются математической обработке.