Rozkład wielkości ziaren wpływa na to, jak zachowuje się kruszywo w betonie, jak rozpuszcza się tabletka, jak sypie się mąka i jak przebiega wzbogacanie rudy. Dlatego laboratoria jakości, instytuty badawcze i zakłady produkcyjne regularnie sprawdzają, z jakich frakcji składa się dany materiał. Jedną z najstarszych i nadal najczęściej stosowanych metod jest analiza sitowa, a jej powtarzalność w dużej mierze zależy od sprzętu i sposobu pracy. Tekst wyjaśnia, na czym polega to badanie, jakie są typy urządzeń do przesiewania, z jakich elementów się składają i jak dobiera się sita. Omawia też parametry, które decydują o rzetelności wyników, oraz branże, w których analiza sitowa jest codziennością.
Na czym polega analiza sitowa i jaką rolę pełni w niej przesiewacz
Analiza sitowa polega na rozdzieleniu próbki materiału sypkiego na frakcje za pomocą zestawu sit o coraz mniejszych oczkach. Sita układa się w kolumnie od największego oczka u góry do najmniejszego na dole, pod spodem ustawia się denko zbierające najdrobniejszą część. Po zakończeniu przesiewania waży się materiał pozostały na każdym sicie i przelicza jego udział w całej próbce. Wynikiem jest krzywa rozkładu uziarnienia, którą porównuje się z wymaganiami normy lub specyfikacji produktu.
Można przesiewać ręcznie, ale wynik zależy wtedy od siły i rytmu wykonującego badanie, więc trudno go odtworzyć. Tę rolę przejmują przesiewacze laboratoryjne, które nadają kolumnie sit stały, kontrolowany ruch i pozwalają ustawić czas oraz intensywność. Dzięki temu dwie osoby w różnych dniach mogą uzyskać porównywalne rezultaty, a badanie przestaje być kwestią wprawy.
Rodzaje przesiewaczy laboratoryjnych i sposób ich pracy
Najczęściej spotykane są przesiewacze wibracyjne, w których napęd elektromagnetyczny lub elektromechaniczny wprawia kolumnę sit w drgania w kierunku pionowym z lekkim składnikiem poziomym. Ruch podrzuca cząstki nad powierzchnią siatki, co daje im wiele okazji do znalezienia oczka. Sprawdzają się przy materiałach sypkich, kruszywach, proszkach i granulatach, a amplitudę drgań zwykle można regulować.
Drugą grupę stanowią przesiewacze o ruchu poziomym, kołowym lub eliptycznym. Kolumna sit przesuwa się w płaszczyźnie poziomej, a materiał rozprowadza się równomiernie po powierzchni. Takie rozwiązanie bywa wybierane dla próbek o kształcie igiełkowym lub płytkowym oraz dla większych ilości materiału. Osobną kategorią są urządzenia pracujące z przepływem powietrza lub na mokro, z dodatkiem wody.
-
przesiewacze wibracyjne z napędem elektromagnetycznym, do większości suchych materiałów sypkich,
-
urządzenia o ruchu poziomym, do próbek o większej objętości i nieregularnych kształtach,
-
przesiewacze strumieniowe z podciśnieniem, do bardzo drobnych i zbrylających się proszków,
-
układy do przesiewania na mokro, gdy cząstki łączą się w aglomeraty lub trzeba oddzielić je płynem.
Budowa urządzenia i dobór sit analitycznych
Typowy przesiewacz składa się z korpusu z napędem, stołu lub platformy na kolumnę sit, mechanizmu mocującego oraz sterownika z regulacją czasu i amplitudy. Kolumnę dociska się od góry pokrywą, żeby sita nie przesuwały się podczas pracy. W wielu modelach dostępne są też pamięć nastaw i funkcja przerywanej pracy, ułatwiająca rozbijanie skupisk cząstek.
Sita analityczne mają metalową lub z tworzywa ramę, zazwyczaj o standardowej średnicy, i siatkę tkaną z drutu stalowego albo wykonaną jako blachę perforowaną. Wielkość oczek dobiera się do spodziewanego rozkładu uziarnienia i do metody badawczej. Sita powinny tworzyć szereg o stopniowanych wymiarach, a ich stan trzeba kontrolować, bo uszkodzona lub zabrudzona siatka zniekształca wynik. Do czyszczenia stosuje się miękkie szczotki lub myjki ultradźwiękowe, a nie narzędzia, które mogłyby rozciągnąć oczka.
Parametry przesiewania wpływające na powtarzalność wyników
Na rezultat wpływa kilka powiązanych ze sobą wielkości. Pierwsza to masa próbki: zbyt duża powoduje przeładowanie sit i zatrzymanie cząstek, które powinny przejść, zbyt mała obniża reprezentatywność. Druga to czas przesiewania, który ustala się doświadczalnie, aż zmiana masy na sitach między kolejnymi odcinkami pracy stanie się pomijalna. Trzecia to amplituda lub częstotliwość drgań, dobierana do gęstości i skłonności materiału do zbrylania.
Znaczenie mają także wilgotność próbki, ładunki elektrostatyczne i sposób pobrania materiału do badania. Wilgotne proszki sklejają się i blokują oczka, a suche, drobne bywają naelektryzowane. Pomagają wtedy dodatki antystatyczne, kulki lub pierścienie czyszczące na sicie albo wstępne suszenie. Zapis parametrów w procedurze badawczej sprawia, że kolejne serie pomiarów można rzetelnie porównywać.
Zastosowanie przesiewaczy w budownictwie, farmacji, spożywce i górnictwie
W budownictwie analiza sitowa służy do oceny kruszyw, piasku, żwiru i cementu, bo uziarnienie wpływa na wytrzymałość i urabialność mieszanek betonowych oraz asfaltowych. W farmacji kontroluje się wielkość cząstek substancji czynnych i granulatów, od której zależą sypkość, dozowanie i tempo rozpuszczania. Wymagania w tej branży zwykle opisują farmakopee i wewnętrzne procedury jakości.
W przemyśle spożywczym bada się mąkę, cukier, sól, przyprawy, kawę czy kakao, gdzie wielkość cząstek decyduje o strukturze, wyglądzie i zachowaniu produktu w procesie. W górnictwie i przeróbce kopalin przesiewanie pozwala ocenić uziarnienie rudy, węgla lub koncentratów oraz skuteczność mielenia i klasyfikacji. Podobne badania wykonuje się w produkcji chemicznej, ceramice, nawozach i recyklingu, wszędzie tam, gdzie rozmiar ziarna wpływa na właściwości gotowego wyrobu.
