Анализ размеров частиц

Приборы для определения дисперсности и гранулометрического состава материалов широко используются в лабораториях производственных предприятий, отраслевых научно-исследовательских институтов и вузов.

Без виброгрохотов не обходится ни одна заводская лаборатория, где надо анализировать фракционный состав порошков и гранул. Хороший виброгрохот должен удовлетворять трем основным требованиям:

1.       Обеспечивать эффективное просеивающее действие в рамках испытаний для достижения конечного результата.

2.       Конечный результат должен достигаться за максимально короткое время.

3.       Полученные результаты должны быть воспроизводимыми.

Конструкция виброгрохота также имеет большое значение для того, чтобы обеспечить продолжительный бесперебойный срок службы сита. Прибор с питанием от электромагнита имеет явное преимущество, сводящееся к отсутствию механических компонентов, требующих обслуживания или замены.

К другим полезным характеристикам виброгрохота, способствующим увеличению производительности, сокращению времени рассева или облегчающим работу пользователя, относятся возможность регулировать амплитуду и режим вибрации, наличие таймера, правильное и последовательное зажимное усилие, наличие антивибрационного основания и низкий уровень шума.

            Конструкторы английской компании Endecotts гарантируют, что расчетные эксплуатационные характеристики обеспечат оптимальное просеивание на ситах, а также оперативные и точные результаты. Компания производит лабораторные сита, и ее специалисты хорошо понимают специфику взаимодействия сит и виброгрохотов. Данные знания заложены в каждую модель оборудования, равно как опыт и строгие технические стандарты, благодаря которым лабораторные сита Endecotts прекрасно зарекомендовали себя.

            Каждое отдельное сито производится индивидуально в соответствии с самыми строгими процедурами контроля качества с использованием только лучших материалов.

Проволочная сетка контролируется на каждом этапе производства посредством оптической литографии либо с использованием высокотехнологичных методов компьютерного сканирования. Окончательный контроль сводится к высокоточному измерению отверстий, а также размеров корпуса сита. Только убедившись в том, что сито соответствует британским и международным стандартам в отношении точности, данному ситу присваивается сертификат соответствия компании Endecotts.

            Благодаря наличию необходимых навыков, опыта и современных технологий производства Endecotts имеет репутацию производителя лабораторных сит, соответствующих самым высоким мировым стандартам качества и, в частности, обеспечивающих точность определения гранулометрического состава, которую не может гарантировать ни один другой производитель.

            Кроме прямого рассева тонкость помола порошкообразного вещества можно характеризовать его удельной поверхностью, определяемой различными методами. Одним из наиболее простых и распространенных является метод определения воздухопроницаемости с помощью аппарата Блейна. Материал, например цемент, помещают в ячейку с фиксированной высотой, от которой зависит толщина слоя материала, и площадью поперечного сечения. Материал должен быть уплотнен. Метод основан на измерении сопротивления, которое оказывает слой мелкозернистого материала прокачиваемому через него воздуху.

Чем меньше размер частиц материала, т.е. чем больше его удельная поверхность, тем меньше размер промежутков между отдельными частицами. Из законов гидродинамики известно, что с изменением диаметра канала, по которому течет жидкость или газ, его пропускная способность изменяется обратно пропорционально квадрату диаметра канала. Таким образом, при уменьшении диаметра в 2 раза пропускная способность уменьшается в 4 раза. Удельная поверхность порошкообразного материала пропорциональна времени протекания имеющего заданный объем воздуха через уплотненный столбик пробы. Время прохождения заданного количества воздуха через слой образца, имеющий заданную толщину, определяется распределением частиц по крупности в слое.

Этот метод является скорее сравнительным, чем абсолютным, поэтому для калибровки аппарата Блейна требуется стандартный образец с известной удельной поверхностью.

   В настоящее время компания TESTING, Германия, выпускает автоматические аппараты Блейна  преимущественно для определения удельной поверхности порошков (тонкость помола по Блейну)и быстрой оценки производственных показателей.  Тонкость помола по Блейну не является характеристикой гранулометрического состава. По этой причине на основе тонкости помола возможна лишь ограниченная оценка качественных характеристик цемента.

   В сертифицированных производственных лабораториях и аналитических центрах с внедренной системой менеджмента качества в соответствии с ГОСТ Р ИСО 9001-2001 целесообразно использование лазерных анализаторов размеров частиц, которые позволяют быстро, с хорошей точностью и воспроизводимостью получать данные о распределении размеров частиц.  В данной статье рассматриваются лазерные анализаторы размеров частиц японской фирмы HORIBA.

   Метод лазерной дифракции позволяет определять размер частиц как в виде сухого порошка, диспергированного в воздухе, так и в виде суспензии, диспергированной в спирте, обычно изопропиловом, или в дистиллированной воде.

Результаты тонкого измельчения оцениваются не по агломератам, а по отдельным и распределенным частицам, поэтому стадия надлежащего диспергирования крайне важна. Лазерный дифракционный анализатор  определяет размер всех частиц, которые проходят через лазерный луч в зоне измерения. Таким образом, без полного диспергирования агломератов результат анализа будет некорректным. Например, при производстве цемента для оценки качества конечного продукта очень часто используются тонкость помола по Блейну или параметры распределения Розина-Раммлера-Шперлинга-Боннета (RRSB). Истинная удельная поверхность, измеренная с помощью лазерной дифракции и подсчитанная исходя их полного распределения частиц по размерам, может быть получена только для идеального диспергированного порошка.

    В случае сухого порошка применяется блок сухого диспергирования для прибора HORIBA LA-960 . Диапазон измеряемых размеров частиц  -0,01-3000 мкм. Система имеет широкий ряд возможностей. Агрегаты можно разбить с помощью сжатого воздуха, выбрав один их трех возможных уровней мощности, тем самым подбирая наилучшие условия для каждой пробы. Если нужно измерять размеры слипшихся агломератов, то можно вводить пробу без предварительного диспергирования. Измерение скорости автоматического податчика пробы позволяет проводить измерения даже при массе пробы, равной 10 мг. Так же легко можно провести их на этой же системе и при большей массе пробы. Большое число всевозможных аксессуаров позволяет настроить систему под разные типы пробы. Модуль сухой диспергации устанавливается на LA-960 и не требует дополнительного места. Работа с модулем жидкостного диспергирования возможна при установленном модуле сухого диспергирования, и таким образом,  нет необходимости для перестановок при смене метода измерений или дополнительных требований для хранения частей прибора.  Одной из трудностей измерения пробы в сухом виде является то, что порошок непостоянно ведет себя в процессе измерения. Путем отслеживания массы пробы, поступающей от вибропитателя, и настройки скорости последнего подача пробы автоматически  контролируется, что дает возможность сгладить результаты измерения.

   Преимущество данного метода в том, что он позволяет проводить измерения на большом количестве материала для достижения лучших результатов с точки зрения статистики, но при этом диспергирование не очень эффективно, так как оно происходит на малом участке и за очень короткое время- только тогда, когда порошковая проба проходит через фидер.

   Для измерения в жидкости применяется модуль жидкостного диспергирования – модель LA-960A и не требует дополнительного места. Работа с модулем жидкостного диспергирования возможна при установленном модуле сухого диспергирования, и таким образом, нет необходимости для перестановок при смене метода измерений или дополнительных требований или дополнительных требований для хранения частей прибора. Одной из трудностей измерения пробы в сухом виде является то, что порошок непостоянно ведет себя в процессе измерения. Путем отслеживания массы пробы, поступающей от вибропитателя, и настройки скорости последнего подача дает возможность сгладить результаты измерения.

   Преимущество данного метода в том, что он позволяет проводить измерения на большом количестве материала для достижения лучших результатов с точки зрения статистики, но при этом диспергирование не очень эффективно, так как оно происходит на малом участке и за короткое время – только тогда, когда порошковая проба проходит через фидер.

   Для измерения в жидкости применяется модуль жидкостного диспергирования  - модель LA-960A  (для частиц диапазона 0,01 – 5000 мкм) или LA -350 (для частиц диапазона 0,1мкм – 1 мм) . Измерения можно производить в спирте и в воде. Так как пробоподготовка и измерение занимают 3-4 мин, не может идти речи ни о каком искажении результатом. Частицы цемента не успевают за такое короткое время изменить свою форму и размер. Преимущество данного метода в том, что диспергирование цемента производится ультразвуком. Имеются 15 уровней мощности диспергирования, позволяющих подобрать  ее для любого типа частиц. Измерение, как и диспергирование, можно проводить несколько раз, так как жидкость находится в замкнутой системе, где измерение можно выполнить только 1 раз. 

В заключение отметим, что лазерная дифракция становится предпочтительным методом для анализа размеров частиц как более быстрый и точный метод анализа. Многие клиенты предпочитают выполнять измерения своих проб сухим способом, что исключает необходимость использования и утилизации спиртов. Другие все еще используют в качестве диспергатора изопропиловый спирт или воду.

Оба прибора LA-960A  и LA -350 – могут успешно использоваться для исследований и рутинного контроля качества.

Таким образом, выбор зависит от потребностей пользователя и, конечно, от выделенного бюджета.