4.2.4. Ситовый анализ
Рассев сыпучего материала с целью определения его гранулометрического состава называют ситовым анализом. Методы проведения ситовых анализов унифицированы.
Методика проведения ситового анализа, которая применяется в практике сепарации измельченного материала, следующая. Для рассева используют набор проволочных сит с квадратными отверстиями, соответствующими стандартной шкале.
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.
Массу пробы для ситового анализа принимают в зависимости от крупности наибольшего куска в пробе:
|
Размер наибольшего куска, мм Минимальная масса пробы, кг |
0,1 0,025 |
0,3 0,05 |
0,5 0,1 |
1 0,2 |
3 0,3 |
5 2,25 |
10 18 |
Пробы рассеивают сухим или 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 течение 10÷30 мин. Остаток на каждом сите взвешивают с точностью до 0,01 г на технических весах. Сумма масс всех полученных классов не должна расходиться более чем на 1% с массой исходной пробы. Если это условие выполняется, 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 рассевают 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 с 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 отмывался шлам. Подрешетный продукт этого последнего сита прибавляют к полученной ранее массе отмытого шлама.
Результаты ситового анализа оформляют в виде таблицы, подобной табл. 4.12. Вычисляют суммарные выхода, представляющие собой сумму выходов всех классов крупнее (суммарный выход по плюсу) и мельче (суммарный выход по минусу) отверстий данного сита. Суммарные выхода классов иногда называют кумулятивными, что буквально означает накопленные.
Таблица 4.12
Результаты типичного ситового анализа
|
Классы крупности, мкм |
Частичный выход |
Номинальный размер отверс-тия х, мкм |
Суммарный выход, % | ||
|
г |
_ γ, % |
по
минусу
|
по
плюсу
| ||
|
355+250 |
0,02 |
0,1 |
250 |
99,9 |
0,1 |
|
250+180 |
1,32 |
2,9 |
180 |
97,0 |
3,0 |
|
180+125 |
4,23 |
9,5 |
125 |
87,5 |
12,5 |
|
125+90 |
9,44 |
21,2 |
90 |
66,3 |
33,7 |
|
90+63 |
13,10 |
29,4 |
63 |
36,9 |
63,1 |
|
63+45 |
11,56 |
26,0 |
45 |
10,9 |
89,1 |
|
45+0 |
4,87 |
10,9 |
|
0 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 ,9996 |
2,3979 |
3,0000 |
0,4771 |
105 |
0,001 |
|
1,9868 |
2,2553 |
1,5224 |
0,1818 |
70 |
0,040 |
|
1,9420 |
2,0969 |
0,9031 |
0,0443 |
55 |
0,172 |
|
1,8215 |
1,9542 |
0,4771 |
0,3215 |
35 |
0,605 |
|
1,5670 |
1,7993 |
0,1761 |
0,7545 |
27 |
1,089 |
|
1,0374 |
1,6352 |
0,0492 |
1,3070 |
18 |
1,444 |
|
|
|
|
|
45 |
0,222 |
,
мкм1
Гранулометрический состав измельченных природных материалов определяется методами, установленными ГОСТ 2093-82, 17495-80 и 24236-80 (последние два относятся к отбору и подготовке проб).
ГОСТом предусматривается раздельный рассев материала крупнее и мельче 5 мм. При разовом рассеве (разовым называется рассев, при котором надрешетный продукт остается на просеивающей поверхности до окончания рассева.) материала крупнее 5 мм навеска материала подбирается такой, чтобы на верхнем сите набора образовался слой толщиной не более двух максимальных кусков. Время просеивания класса крупнее 5 мм составляет 10 мин. Для материала мельче 5 мм навеска составляет 500÷1000 г, а для материала мельче 0,1 мм - 100 г. Время просеивания 30 мин. Мокрый рассев мелких материалов с непрерывной подачей воды проводится в течение 3 мин. Потери материала при выполнении ситового анализа должны быть не более 1%.
Для ситового анализа применяют встряхиватели сит разных конструкций. В отечественных лабораториях наиболее распространены механические встряхиватели, сообщающие набору (колонке) сит круговые качания в горизонтальной плоскости и удары по крышке набора (встряхивания). Механические встряхиватели постепенно вытесняются более совершенными и простыми электромагнитными вибрационными встряхивателями, которые имеют регулируемую частоту и амплитуду вибраций. Например, встряхивающий аппарат Фрич (ФРГ) может устанавливаться на частоту 3000 вертикальных колебаний в минуту при амплитуде до 3 мм или на 6000 кол/мин при амплитуде 0,5 мм. Для предотвращения резонансных колебаний сеток сит при режиме 3000 кол/мин предусмотрено автоматическое прерывание вибраций на 0,5 с через каждые 3÷10 с. Частота 6000 кол/мин применяется при мокром просеивании на микроситах, рабочие поверхности которых имеют отверстия до 5 мкм. Для мокрого просеивания на встряхивателе трудно просеваемых комкующихся материалов разработаны крышки, сита и поддоны, к которым можно прикрепить форсунки-брызгала и подвести воду к колонке сит (рис. 4.12).
Рис. 4.12. Набор сит для мокрого ситового анализа с орошением: 1 - сито; 2 - обечайка сита; 3 - форсунка с брызгалом
Для точных анализов очень тонких пылей применяют микросита, рабочая поверхность которых представляет собой никелевую фольгу с квадратными отверстиями, расширяющимися вниз. Такие сетки изготовляются электрогальваническим и электродуговым способами или травлением. Точность размера отверстий в микроситах значительно выше, чем в тканых сетках; отклонение от номинального размера ±2 мкм. Рабочая поверхность оправляется в массивный обод из нержавеющей стали; эффективный диаметр сита 110 мм. Изготовляют микросита с отверстиями размерами от 5 до 100 мкм с интервалами 5 или 10 мкм. Живое сечение для сетки с отверстиями размером 5 мкм составляет 6,25%, размером 10 мкм - 16% и размером 40 мкм - 25%. На ситах с отверстиями размером 25 мкм возможно сухое просеивание, но чаще микросита применяют при мокром рассеве. Просеивание ведется в жидкостном столбе, т. е. в крышку набора сит подводится вода, которая заполняет их и отводится от поддона. Это предохраняет сита от повреждений и исключает задержку прохождения воды через сетку вследствие действия сил поверхностного натяжения.
Навеска материала для анализа равна 1÷3 г (1÷2 см3). Сита после анализа очищаются в ультразвуковой ванне.
Рис. 4.13. Схема устройство для рассева: 1 - механизм рассеивания; 2 - электронные весы; 3 - руки; 4 - устройство управления и вычисления (центральный процессор); 5 - печатающее устройство; 6 - координатный графопостроитель; 7 - манипулятор
Полную механизацию и автоматизацию трудоемких операций ситового анализа можно обеспечить применением роботов. Так, японский электронный робот RPS-75 (рис. 4.13) для рассева, работа которого основана на использовании акустических колебаний набора из шести сит, обеспечивает анализ смесей от 5000 до 5 мкм. Все операции, начиная от установки сит и кончая расчетом и выдачей результатов на принтер компьютера, механизированы и автоматизированы.