التحليل الحجمي للحبيبات

التحليل الحجمي للحبيبات

 

معرفة التوزيع الحجمي للحبيبات أحد الوسائل الهامة ليس فقط في معالجة و تركيز الخامات و لكن في الكثير من التطبيقات و الصناعات الاخرى التي تتطلب الوصول لاشتراطات محددة في التوزيع الحجمي للحبيبات او الوصول لحجم النانو.

اما بالنسبة لتركيز الخامات فانه ضروري لمراقبة كفاءة عملية الطحن و الوصول لحجم الحبيبات المطلوب (حجم التحرر) او الحجم الملائمة لأجهزة الفصل و تجنب الطحن الزائد او الطحن قليل الكفاءة.

و اول خطوة للحصول عل التوزيع الحجمي بشكل صحيح هو اخذ عينة ممثلة من الخام او المنتج (و لمزيد من التفاصيل عن العينة الممثلة يمكن الرجوع الى المقالة الثانية من المدونة).

الامر الآخر الهام هو شكل الحبيبات حيث يمكن ان تكون كروية، إبرية، مكعبة، غير منتظمة الشكل او غير ذلك. لكن دائما ما يتم تسجيل النتائج بحساب قطر الحبيبات على اساس الشكل الكروي او ذكر ان للحجم هو القطر المكافئ في حالة الحبيبات ذات الشكل غير المنتظم.

طرق التحليل الحجمي للحبيبات:

1-  تحليل الغربلة (sieve analysis):

يمكن اجراؤه جاف او بالماء كما انه يمكن استخدامه من حجم ~ 27 مم حتى حجم 5 ميكرون. هناك العديد من انواع الغرابيل من حيث شكل الفتحات به من مربعة و مستديرة و مستطيلة الا ان الاكثر استخداماً هي ذات الفتحات المربعة الشكل. جدول – 1 يظهر مقاسات غرابيل لاحد المصنعين حيث ان الرقم الدال على حجم فتحات الغربال هو حجم الفتحة الظاهري (Nominal Aperture Size) و يكون بالميكرون. اما رقم الغربال (Mesh Number) فيعبر عن عدد الفتحات في البوصة المربعة و هو ما يعني انه كلما كان رق الغربال اكبر كلما كان حجم الفتحات به اصغر و العكس صحيح. و لعمل التحليل الحجمي بالغرابيل يتم ترتيب الغرابيل ذات الاحجام المطلوب معرفتها بحيث تكون الغرابيل ذات الرقم الاقل (ذو الفتحات الاوسع) في الاعلى و ذات الرقم الاعلى في الاسفل بحيث ان الحبيبات تمر اولا على الغربال ذو الفتحات الاوسع اولا ثم الاضيق فالأضيق وصولا الى المرور من الغربال الاخير. بعد ذلك يتم تجهيز و وزن العينة الممثلة التي سيتم اختبارها.

جدول – 1: BBS 1796 Wire-mesh Sieves

 

ثم بعد ذلك يبدأ تمرير العينة على مجموعة الغرابيل التي تبدو كما في (شكل 1) حيث يتم هز الغرابيل لمدة معينة و بعد الانتهاء يتم تجميع الجزء المتبقي اعلى كل غربال و يرمز لها بالرمز (+) قبل رقم الغربال المتبقية اعلاه و رمز (-) للغربال السابق مباشرة و الذي مرت منه. مثال ذلك ان الجزء المتبقي على غربال رقم 200 يسمى +200-170 (اذا تم استخدام غربال رقم 170 قبل 200 في التحليل). يتم وزن كل جزء و المتبقي على كل غربال على حدة و كذلك الجزء الذي يمر من آخر غربال و يتم حساب النسبة المئوية لكل جزء منهم من الوزن الكلي للعينة.

 

 

 

شكل 1. مجموعة غرابيل مرتبة لإجراء تحليل التوزيع الحجمي

 

يتم عمل جدول للنتائج بحيث يحتوي على:

- احجام الغرابيل المستخدمة في الاختبار

- وزن الجزء المتبقي على الغربال

- النسبة المئوية لكل جزء

- النسبة المئوية التراكمية للأجزاء المتبقية فوق الغرابيل او الاجزاء المارة من خلالها (كلاهما صحيح) او كلاهما معا.  

بعد ذلك يتم رسم شكل يحتوي على حجم الغرابيل على المحور س و النسبة المئوية التراكمية للأجزاء المتبقية او المارة من الغرابيل على محور ص كما يظهر في شكل 2.  و احد المعلومات الهامة التي تستخرج من التوزيع الحجمي للحبيبات هو الحجم الاوسط (The median size). و الحجم الاوسط هو الحجم الحبيبي الذي تكون عنده 50 % من الحبيبات اصغر منه و 50 %  منها اكبر منه و يرمز له ق₅₀ (d₅₀). اما القيمة الاكثر اهمية في تركيز الخامات لتقييم كفاءة الطحن هي ق₈₀ (d₈₀) و هو الحجم الذي يكون عنده حجم 80 % من الحبيبات اصغر منه و 20 % اكبر منه. و كمثال فإذا اردنا استخراج الحجم ق₇₀ من شكل 2 فإن ذلك يكون برسم خط افقي من عند 70 % على المحور الرأسي (ص) حتى يتقاطع مع المنحنى. و من عند نقطة التقاطع يُرسَم خط رأسي حتى يتقاطع مع المحور الافقي عند قيمة ق₇₀  و تكون في هذه الحالة 99 ميكرون.

 

شكل 2. يوضح طريقة رسم نتائج الحجم الحبيبي مع النسبة المئوية التراكمية للأجزاء المارة من الغرابيل

 

2- طريقة الترويق (Elutriation):

تتم باستخدام جهاز التصنيف الحجمي المتعدد (Cyclosizer) (شكل 3). و هو يستخدم لتحديد حجم الحبيبات الناعمة و ينتج منه ستة اجزاء و هي احجام +45، +33، +25، +15، +11، -11 ميكرومتر. الا ان هذه الاحجام ليست ثابتة حيث تتأثر بكثافة الحبيبات و درجة حرارة الماء. و هناك معادلات لتصحيح الخطأ و حساب الحجم الصحيح من كل وحدة. حيث انه يشتمل على خمسة وحدات متصلة من المصنفات الحجمية المائية الإعصارية (Cyclones) و التي جاءت تسميتها نتيجة لشكل تيارات الماء بداخلها و التي تشبه تيارات الإعصار (شكل 4). و يعد هذا الجهاز من اكثر الطرق المستخدمة لقياس التوزيع الحجمي للحبيبات  في تركيز الخامات.  

3- طرق أخرى:

هناك العديد من الطرق الاخرى و التي لن يتسع المجال لشرحها تفصيلا كما انها غالبيها غير مطبقة. اهم هذه الطرق هي اجهزة القياس بالليزر و التي اصبح بامكانها قياس حجم الحبيبات وصولا لحجم النانو و هو ما جعلها الاكثر استخداما للكشف عن التوزيع الحجمي للحبيبات لدقتها و سرعتها و حساب الحجم الاوسط ق₅₀ و تحديد نسبة الاحجام مثل ق₈₀ و ق₉₀ و ق₉₉ اوتوماتيكيا. هناك ايضا طرق الترسيب و قطر ستوكس المكافئ و تحليل الصور.

(شكل 3)

(شكل 4)

 

في انتظار تعليقاتكم و مقترحاتكم