Metody przesiewania w analizie sitowej

Sieving analysis is a method for determining the particle size distribution of various bulk materials, described in a multitude of international standards. Sieve analysis is one of the most established methods in quality assurance and can be performed as either dry or wet sieving.

Manual sieving is also possible, but due to the individual influences of the operator like speed and strength, it is to be disregarded in a professional context.

Sieving analysis allows the characterization of particle size distributions of bulk materials of various shapes and sizes, enabling the determination and comparison of specific product properties such as solubility, flow behavior, and reactivity of different materials.

Overview of Sieving Principles

PRZESIEWANIE WIBRACYJNE

Próbka jest podrzucana w górę przez drgania dna sita i opada z powrotem w dół z powodu sił grawitacji. Amplituda wskazuje pionową wysokość drgań dna sita.
Dzięki temu połączonemu ruchowi materiał próbki jest równomiernie rozprowadzany na całej powierzchni sita. Cząstki są przyspieszane w kierunku pionowym, obracają się swobodnie, a następnie opadają z powrotem w orientacji statystycznej. W wytrząsarkach sitowych firmy RETSCH napęd elektromagnetyczny wprawia w ruch system obciążenia oraz sprężyn i przenosi oscylacje na stos sit. Amplituda może być regulowana bezstopniowo do kilku milimetrów.

Horizontal sieving 

W przesiewaczach o ruchu horyzontalnym sita umieszczane są na platformie wykonującej ruch cyrkulacyjny w płaszczyźnie poziomej. Przesiewacze poziome używane są w przypadku cząstek wydłużonych, płatków czy włókien. W wyniku ruchu horyzontalnego cząstki praktycznie nie zmieniają swojej orientacji na sicie.

Przesiewanie za pomocą uderzania

W przesiewaczach z funkcją stukania, poziomy, okrężny ruch jest nakładany na ruch pionowy generowany przez impuls z uderzenia. Przesiewacze z funkcją stukania są określone w różnych normach dotyczących analizy wielkości cząstek. Liczba kontaktów między cząstkami a otworami sita jest znacznie mniejsza w przesiewaczach z funkcją uderzania niż w przesiewaczach wibracyjnych (2,5 s-1 w porównaniu do ~50 s-1), co skutkuje dłuższym czasem przesiewania. Z drugiej strony, ruch stukający daje cząstkom większy impuls, dlatego w przypadku niektórych materiałów, takich jak materiały ścierne, frakcja drobnych cząstek jest zwykle wyższa. Jednak w przypadku lekkich materiałów, takich jak talk lub mąka, frakcja drobnych cząstek jest niższa. 

PRZESIEWANIE STRUMIENIEM POWIETRZA

Przesiewacz pneumatyczny to urządzenie przesiewające do pojedynczego procesu przesiewania, tj. do każdego procesu przesiewania używane jest tylko jedno sito. Samo sito nie porusza się podczas przesiewania.
Materiał na sicie jest przesuwany przez obracający się strumień powietrza: Odkurzacz podłączony do przesiewacza wytwarza podciśnienie wewnątrz komory przesiewania i zasysa powietrze przez obracającą się dyszę szczelinową. Po przejściu przez wąską szczelinę dyszy strumień powietrza jest przyspieszany i wydmuchiwany na siatkę sita, rozpraszając znajdujące się tam cząstki. Nad siatką strumień powietrza jest rozprowadzany po całej powierzchni sita i zasysany z małą prędkością przez siatkę sita. W ten sposób drobniejsze cząstki są transportowane przez otwory w sicie do odkurzacza lub, opcjonalnie, do cyklonu.

W przesiewaniu pneumatycznym używane jest tylko jedno sito i nie jest ono poruszane podczas procesu przesiewania. Obracająca się dysza pod sitem kieruje strumień powietrza na przesiewany materiał, powodując dezaglomerację cząstek, które następnie wysysane z komory przechodzą przez sito lub na nim pozostają. Przesiewanie strumieniem powietrza jest odpowiednie dla zakresów wielkości od 10 µm do 4 mm.

Przesiewanie na sucho

Przesiewanie na sucho jest najpopularniejszą metodą powtarzalnej analizy sitowej, obejmującą przesiewanie wibracyjne, horyzontalne i uderzeniowe. Przesiewanie strumieniem powietrza jest również uważane za metodę przesiewania na sucho, ale jest to specjalny proces (patrz poniżej). W razie potrzeby próbka jest wcześniej suszona, aby uniknąć zbrylenia. Przed przesiewaniem próbka jest ważona, a następnie umieszczana w systemie przesiewania i ważona ponownie w późniejszym czasie.
Przesiewanie służy do określenia procentu próbki, która pozostaje na sicie lub jest mniejsza niż wybrany rozmiar oczek. Jeśli ma zostać przeprowadzone określenie wielkości cząstek różnych frakcji (przesiewanie zestawu), stosuje się stos sit zawierający kilka sit o różnych rozmiarach oczek (40 µm - 125 mm).
Jednakże, aby zapewnić powtarzalność wyników bez żadnych wątpliwości, maszyna powinna być skonfigurowana całkowicie cyfrowo. Ponadto zintegrowana jednostka sterująca powinna być stale monitorowana, aby uniknąć niezamierzonych zmian i odchyleń podczas testu.

Przesiewanie na mokro

Przesiewanie na mokro służy do określania wielkości cząstek w wilgotnych, tłustych lub oleistych próbkach. Jest to również stosowana metoda, gdy analizowany materiał jest już obecny w postaci zawiesiny i nie można go wysuszyć, a także w przypadku cząstek, które mają tendencję do aglomeracji (zwykle < 45 µm), które mogłyby w innym razie zatkać otwory sita.
Materiał do przesiewania jest podawany w postaci zawiesiny i, podobnie jak w przypadku przesiewania na sucho, nakładany na najwyższe sito, a następnie płukany wodą podczas wibracji, aż ciecz wypływająca spod stosu sit będzie pozbawiona zmętnień. Przesiewanie na mokro odbywa się w zakresie 20 µm - 20 mm.

Analiza uziarnienia

Formalny rozmiar pojedynczych cząstek w mieszaninie jest określany jako „wielkość ziarna”, a analiza wielkości ziarna służy do określenia tego rozmiaru. Późniejszy rozkład wielkości cząstek ma znaczący wpływ na właściwości materiału, zarówno z naukowego, jak i technicznego punktu widzenia.
Ze względu na liczne różnice, a nawet różne metody określania, analiza wielkości ziarna jest uważana za niezależną dyscyplinę granulometrii.

Metody analizy wielkości ziarna

Chociaż istnieją różne metody analizy i określania wielkości ziaren, we wszystkich wariantach zawsze określana jest równoważna średnica. To, która metoda zostanie ostatecznie zastosowana, zależy w dużej mierze od danego wyzwania, możliwych regulacji i samego zakresu wielkości ziaren.
Większe cząstki, od wielkości około 40 mm, są zwykle mierzone ręcznie lub na podstawie zdjęć, podczas gdy przesiewanie jest często stosowane do analizy wielkości cząstek bardzo małych, do wielkości 10 µm. W przypadku przesiewania, sita o różnych rozmiarach są najpierw układane jedno na drugim i mocowane w maszynie przesiewającej. Próbka jest następnie umieszczana na górnym sicie (o największym rozmiarze otworów) i poddawana określonym ruchom przesiewania przez określony czas, aby zapewnić precyzyjne przesiewanie.
Cząstki próbki są oddzielane zgodnie z ich rozmiarem na sitach. Następnie określany jest procentowy udział poszczególnych frakcji pozostałych na sitach o różnych rozmiarach otworów. Procentowe udziały masowe poszczególnych frakcji są określane jako p3. Krzywa skumulowanego rozkładu Q3 dostarcza informacji o dodanych masach poszczególnych frakcji. Powszechne jest podawanie informacji o wielkości próbki mniejszej niż 90%, 50% i 10%.

ANALIZA SITOWA NA POTRZEBY KONTROLI JAKOŚCI

Wszyscy znamy termin „jakość”. Jest on powszechnie używany do opisania produktu o szczególnie wysokiej wartości. Jednak dokładna definicja jakości jest następująca: Jakość to zgodność zdefiniowanych właściwości z wykrytymi właściwościami produktu, ustalonymi podczas przeprowadzania testów. Produkt można określić jako wysokiej jakości, jeśli pomiar testowy wykaże, że pożądane właściwości mieszczą się w określonej tolerancji. Jeśli zmierzone wartości zbytnio odbiegają, jakość jest niższa. Wiele materiałów, zarówno naturalnych, jak i sztucznych, występuje w postaci rozproszonej (materiał, który nie tworzy spójnej jedności, ale jest podzielony na elementy, które można od siebie oddzielić, np. kupka piasku). Rozmiary cząstek i ich rozmieszczenie w materiale - tj. frakcje cząstek o różnych rozmiarach - mają kluczowy wpływ na właściwości fizyczne i chemiczne.

Niektóre przykłady właściwości materiałów w zależności od rozkładu wielkości cząstek:

• wytrzymałość betonu
• smak czekolady
• właściwości rozpuszczalności tabletek
• rozpuszczalność proszków i płynów do prania
• aktywność powierzchniowa materiałów filtracyjnych

Przykłady te pokazują jak istotne znaczenie ma informacja o rozkładzie wielkości cząstek, szczególnie w kontekście określenia jakości materiałów sypkich. Jeżeli w procesie produkcji zmieni się rozkład cząstek, zmienią się również właściwości produktu końcowego.

Skontaktuj się z nami w celu uzyskania bezpłatnej konsultacji

RETSCH oferuje kompleksowe portfolio przyrządów do procesów recyklingu - od kontroli jakości i przygotowania próbek po innowacyjne metody mechanochemiczne. Niezależnie od tego, czy chodzi o wstępne mielenie, przesiewanie, granulowanie czy wykorzystanie młynów kulowych do zrównoważonych rozwiązań recyklingowych: Mamy odpowiednie instrumenty dla Twoich wymagań.
Nasza globalna sieć i eksperci są dostępni, aby zapewnić spersonalizowane porady. Skontaktuj się z nami i współpracuj z naszymi specjalistami, aby znaleźć najlepsze rozwiązanie dla Twojej aplikacji!