2 - analiza granulometryczna

ZAKŁAD TECHNIKI
WODNO-MUŁOWEJ
I UTYLIZACJI ODPADÓW
INSTRUKCJA DO LABORATORIUM
Z UNIESZKODLIWIANIA ODPADÓW PRZEMYSŁOWYCH
ANALIZA
GRANULOMETRYCZNA
KOSZALIN 2016
UNIESZKODLIWIANIE ODPADÓW PRZEMYSŁOWYCH
ANALIZA GRANULOMETRYCZNA
OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PROCESU
Przesiewanie – klasyfikacja ziarnowa stanowi zasadniczy węzeł technologii
utylizacji stałych odpadów przemysłowych. Parametrem decydującym o klasyfikacji
ziarna jest jego wielkość, traktowana jako średnica umowna, np. dla ziarn kulistych
jest to średnica kuli, dla sześciennych – przekątna sześcianu, dla prostopadłościennych oznaczenie średnicy jest sprawą umowną.
Proces przesiewania odbywa się na sitach i może być przeprowadzony:
 na sucho,
 na mokro (przy użyciu wody pod ciśnieniem w postaci natrysków. Woda spełnia
rolę pomocniczą, rozluźnia materiał i pomaga ziarnom przejść przez otwory sita).
W wyniku przesiewania na sicie mieszaniny ziarn o różnych wymiarach i dowolnym kształcie otrzymuje się dwie klasy ziarnowe:
 klasę górną - najmniejsze ziarna powinny być większe od otworów sita (Qg),
 klasę dolną - największe ziarna powinny być mniejsze od otworów sita (Q d).
Q N  Q g  Q d [g]
/1/
gdzie:
 QN – całkowita ilość [g],
 Qg – klasa górna [g],
 Qd – klasa dolna [g].
W praktyce jednak proces rozdziału nie jest idealny i w produkcie górnym Qg
obok ziaren większych od średnicy oczek sita (Qg(+Φ)), występują także ziarna mniejsze od średnicy oczek sita – takie ziarna nazywamy podziarnem (Qg(-Φ)).
Q g  Q g (  )  Q g (-) [g]
/2/
gdzie:
 Qg – produkt górny [g],
 Qg(+Φ) – nadziarno [g],
 Qg(-Φ) – podziarno [g].
Wielkość podziarna często podaje się w procentach:
p
Q g (- )
Qg
 100 [%]
/3/
gdzie:
 p – wielkość podziarna [%],
 Qg(-Φ) – podziarno [g].
 Qg – produkt górny [g],
Dzieje się to tak, gdy obciążenie sita jest zbyt duże lub czas przesiewania jest
zbyt krótki.
Podobnie wskutek niedokładności przesiewania w produkcie dolnym obok
ziarn mniejszych od średnicy oczek sita (Qd(-Φ)) występują ziarna większe od średnicy
oczek. Takie ziarna nazywamy nadziarnem (Qd(+Φ)).
Q d  Q d (  )  Q d (-) [g]
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
/4/
2
UNIESZKODLIWIANIE ODPADÓW PRZEMYSŁOWYCH
ANALIZA GRANULOMETRYCZNA
gdzie:
 Qd – produkt górny [g],
 Qd(+Φ) – nadziarno [g],
 Qd(-Φ) – podziarno [g].
Wielkość nadziarna podaje się również w procentach:
n
Q d()
Qd
 100 [%]
/5/
gdzie:
 n – wielkość nadziarna [%],
 Qd(+Φ) – nadziarno [g].
 Qd – produkt górny [g],
Dzieje się tak, gdy uszkodzone jest sito lub też warunki dynamiczne przesiewania są źle dobrane.
W praktyce przemysłowej, jak i w laboratoryjnej stosuje się następujące układy
sit:
 nadsobny,
 podsobny,
 mieszany.
Najczęściej stosowanym układem sit jest układ nadsobny.
Krzywa składu ziarnowego
W procesie projektowania węzła przesiewania ważne znaczenie ma znajomość przeciętnego typowego składu ziarnowego danego zbioru.
Aby wykreślić krzywą składu ziarnowego, należy poddać procesowi przesiewania w układzie nadsobnym specjalnie pobraną i przygotowaną próbę. Poszczególne frakcje badanej substancji (q1, q2, ..., qn) z poszczególnych sit waży się na wadze
analitycznej.
N
Q N   q i [g]
/6/
i
Ilość każdej klasy ziarnowej qi w stosunku do całej ilości nadanego do procesu
przesiewania zbioru ziarn QN podana w procentach nazywa się wychodem danej klasy ziarnowej γi.
q
/7/
 i  i 100 [%]
QN
Otrzymane wartości wychodów, nanosimy na oś rzędnych w układzie prostokątnym, natomiast oś odciętych stanowią poszczególne średnice sit. Łącząc punkty
powstaje krzywa składu ziarnowego.
Mając wykres składu ziarnowego możemy z dużym prawdopodobieństwem
sądzić o ilości danych klas ziarnowych i na tej podstawie projektować technologię
dobierając odpowiednią ilość urządzeń.
Istotnym czynnikiem w procesie przesiewania jest dokładność (skuteczność)
przesiewania.
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
3
UNIESZKODLIWIANIE ODPADÓW PRZEMYSŁOWYCH
ANALIZA GRANULOMETRYCZNA
Stosunek ciężaru ziarn klasy dolnej, które przeszły przez sito, do ciężaru tej
klasy w nadawie (które powinny były przejść przez sito), nazywa się dokładnością lub
skutecznością przesiewania.
Skuteczna wydajność przesiewania
Każdy przesiewacz przy przesiewaniu tego samego materiału w tych samych
warunkach ma różną wydajność przy różnej skuteczności, czyli dokładności przesiewania. Natomiast warunki konstrukcyjne przesiewacza pozwalają na pewne maksymalne jego obciążenie ze względu na możliwość przepuszczania materiału przez
przesiewacz. Wydajność tą można określić jako przepustową wydajność przesiewacza. W pewnych korzystnych warunkach przepustowa wydajność przesiewacza jest
równa skutecznej wydajności przesiewania.
Skuteczna wydajność przesiewania wyznacza stosunek ilości przesianego materiału
do czasu przy określonej zawartości podziarna w klasach górnych.
Skuteczna wydajność przesiewania zależy od:
 kinematycznych właściwości przesiewacza,
 wielkości powierzchni sit,
 ilości klas ziarnowych,
 wielkości otworów sit,
 współczynnika prześwitu sit,
 rozdziału klas dolnych lub klas odpowiadającym klasie ocenianego podziarna,
 wielkości klas dolnych lub podziarna,
 dowolnej zawartości podziarna w klasach górnych,
 ciężaru usypowego materiału,
 lepkości materiału.
ĆWICZENIA LABORATORYJNE
Cel i zakres ćwiczeń
Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie analizy granulometrycznej danego surowca mineralnego, np. kwarcu, wykreślenie krzywej składu ziarnowego oraz wyznaczenie optymalnego czasu i amplitudy przesiewania w danych warunkach, tj. dla danego układu sit i urządzenia.
Rys. 1. Przesiewacz
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
4
UNIESZKODLIWIANIE ODPADÓW PRZEMYSŁOWYCH
ANALIZA GRANULOMETRYCZNA
Sposób przeprowadzenia ćwiczenia
Część I (optymalny czas przesiewania)
1. Zestawić sita w układzie nadsobnym – rysunek 1:
 0,25 mm,
 0,63 mm,
 0,80 mm,
 1,00 mm,
 2,00 mm.
2. Odważyć Q=200 g surowca mineralnego.
3. Odważoną ilością surowca Q zasypać stos sit.
4. Wstrząsać w czasie t=2 minuty (amplituda A0=50 mm).
5. Po danym czasie t wyłączyć wstrząsarkę a następnie dokładnie zebrać
(pędzelkiem) materiał z sita.
6. Zważyć uzyskane frakcje.
Przeprowadzić identyczne doświadczenie (pkt: 2÷6), wstrząsając w czasie t=6,
oraz 12 minut (amplituda A0=50 mm).
Część II (optymalna amplituda przesiewania)
1. Zestawić sita w układzie nadsobnym – rysunek 1:
 0,25 mm,
 0,63 mm,
 0,80 mm,
 1,00 mm,
 2,00 mm.
2. Odważyć Q=200 g surowca mineralnego.
3. Odważoną ilością surowca Q zasypać stos sit.
4. Wstrząsać przy wartości amplitudy A0=30 mm (czas t=6 min).
5. Po danym czasie t wyłączyć wstrząsarkę a następnie dokładnie zebrać (pędzelkiem) materiał z sita.
6. Zważyć uzyskane frakcje.
7. Do części III pozostawić na zważonej i oznaczonej szalce materiał otrzymany na
sicie o średnicy oczek 1,00 mm.
Przeprowadzić identyczne doświadczenie (pkt: 2÷6), wstrząsając przy wartości
amplitudy A0=50 mm oraz 70 mm; czas t=6 min, za każdym razem pozostawiając na
zważonych i oznaczonych szalkach materiał otrzymany na sicie o średnicy oczek
1,00 mm.
Część III (przesiewanie na mokro)
1. Zamontować na przesiewaczu wyposażenie do przesiewania na mokro – rysunek 2.
2. Zestawić sito 1,00 mm.
3. Pozostawioną z części II frakcję z przesiewania na sucho przesiać na mokro przy
wartościach amplitudy A0=70 mm i czasu t=10 min.
4. Sito z mokrym surowcem umieścić w suszarce.
5. Po wysuszeniu materiał z sita dokładnie zebrać (pędzelkiem) i zważyć.
6. Dla pozostałych dwóch frakcji z części II przeprowadzić identyczne doświadczenie (pkt.: 2÷6).
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
5
UNIESZKODLIWIANIE ODPADÓW PRZEMYSŁOWYCH
ANALIZA GRANULOMETRYCZNA
Rys. 2. Przesiewacz z opcją przesiewania na mokro
Sposób opracowania ćwiczenia
Wyniki otrzymane w części I umieścić w tabeli 1.
Tabela 1. Wpływ czasu t [min] na dokładność procesu przesiewania (A0=50 mm)
CZAS PRZESIEWANIA
KLASA ZIARNOWA
WAGA FRAKCJI
WYCHÓD
t [min]
d [mm]
> 2,00
2,00÷1,00
1,00÷0,80
0,80÷0,63
0,63÷0,25
0,25÷0,00
qi [g]
 [%]
2
itd. dla czasu t = 6 oraz 12 minut.
Wyniki otrzymane w części II umieścić w tabeli 2.
Tabela 2. Wpływ amplitudy A0 [mm] na dokładność procesu przesiewania (t=6 min)
AMPLITUDA
KLASA ZIARNOWA
WAGA FRAKCJI
WYCHÓD
qi [g]
 [%]
A0 [mm]
d [mm]
> 2,00
2,00÷1,00
1,00÷0,80
30
0,80÷0,63
0,63÷0,25
0,25÷0,00
itd. dla amplitudy A0 = 50 oraz 70 mm.
Wyniki otrzymane w części III umieścić w tabeli 3.
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
6
UNIESZKODLIWIANIE ODPADÓW PRZEMYSŁOWYCH
ANALIZA GRANULOMETRYCZNA
Tabela 3. Wpływ amplitudy A0 [mm] na ilość podziarna
AMPLITUDA
WAGA
FRAKCJI SUCHEJ
WAGA
FRAKCJI MOKREJ
A0 [mm]
qis [g]
qim [g]
PODZIARNO
pi =
q is  q im
100 [%]
q is
30
50
70
Na podstawie tabeli 1 i 2 sporządzić krzywe składu ziarnowego. Na podstawie
tabeli 3 sporządzić wykres wpływu amplitudy na ilość podziarna oraz wyznaczyć
optymalną amplitudę A0opt [mm].
Otrzymane wykresy zanalizować oraz opisać wnioski z przeprowadzonego
ćwiczenia.
LITERATURA
[1]. Poradnik górnika, T. IV, Wyd. Górniczo-hutnicze, Katowice 1960.
[2]. Blaschke J.: „Procesy technologiczne w przeróbce kopalin użytecznych”, skrypt
uczelniany nr 1058 AGH Kraków, 1987.
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
7