Laserowa analiza uziarnienia - wpływ gęstości i kształtu ziaren na wyniki pomiarów

The paper concerns the accuracy of determining particle size distributions of the fine-grained materials by means of laser diffraction method. Selection of measuring method for determination of materials granulation depends on various properties of the sample, but mainly on the range of particle size in the sample. It must be taken into consideration that each of the measurement methods inherently generate different information about particle size distribution. The applied measurement method generates the main impact on the results of research because it uses various material properties, like: geometric properties, density or type of the surface (porosity). Influence of density and particle shape on the results of measurements by laser diffraction was studied in the paper. This method becomes a standard for measuring particle size of mineral powders. Analysis of raw materials particle size distribution was performed using a laser particle-meter Analysette 22. Investigations included measurements of particle size of raw materials characterized by various densities (coal, porphyry, barite) and the shape of the particles (copper shale ore, fly ash from coal combustion). The density of raw materials was determined by helium pycnometer, while the particle shape was expressed by coefficient which was calculated on the basis of particles geometric parameters. Geometry of the grains was measured using an optical microscope with a digital record of images by means of image analysis method. The accuracy of laser granulometric analyzes was expressed by variation coefficient of narrow particle fractions contents. Results of analyzes confirmed that the laser granulometric analysis provides accurate information about the finest particle size distribution. No significant effect of the material density on the accuracy of granulometric analysis was observed. Effect of particle shape of the tested materials caused more stable values of the variation coefficient for particles of more spherical shape what is related to the applied method of laser measurement. The accuracy of laser granulometric analyzes varies dependably on the measured particle size range of particles. The most accurate analyzed materials are these ones being the part of narrow particle fractions.Artykuł dotyczy dokładności określania składów ziarnowych materiałów drobnoziarnistych metodą laserową. Wybór metody pomiarowej do określenia składu ziarnowego materiałów uziarnionych zależy od różnych właściwości reprezentującej go próbki, głównie jednak od zakresu wielkości ziaren znajdujących się w badanej próbce. Należy jednak zdawać sobie sprawę, że każda z metod pomiarowych generuje z założenia różną informację o rozkładzie wielkości cząstek. Na wyniki oznaczeń główny wpływ ma bowiem stosowana metoda pomiaru, wykorzystująca różne właściwości materiałów: np. właściwości geometryczne, gęstość, charakter powierzchni (porowatość) itp. Badano więc wpływ gęstości oraz kształtu cząstek na wyniki pomiarów metodą dyfrakcji laserowej, która to metoda staje się standardową w pomiarach uziarnienia proszków mineralnych. Analizy składów ziarnowych surowców wykonano przy użyciu laserowego granulometru Analysette 22 firmy Fritsch. Badania obejmowały pomiary uziarnienia surowców różniących się gęstością (węgiel kamienny, porfir, baryt) oraz kształtem ziaren (łupkowa ruda miedzi, popiół lotny ze spalania węgla). Gęstość surowców określono metodą piknometrii helowej, natomiast kształt ziaren wyrażono współczynnikiem kształtu obliczonym na podstawie wielkości geometrycznych cząstek. Geometrię ziaren badano przy użyciu mikroskopu optycznego z cyfrowym zapisem zdjęć, które poddano komputerowej analizie obrazu. Dokładność laserowych analiz granulometrycznych wyrażono współczynnikiem zmienności udziału wąskich klas ziarnowych. Wyniki analiz potwierdziły, że laserowa analiza granulometryczna dostarcza dokładnych informacji o rozkładzie wielkości cząstek najdrobniejszych. Nie zaobserwowano istotnego wpływu gęstości materiału na dokładność analiz granulometrycznych. Wpływ kształtu ziaren badanych materiałów zaznaczył się stabilniejszymi wartościami współczynnika zmienności dla cząstek o kształcie bardziej sferycznym, co ma związek z zastosowaną laserową metodą pomiaru. Dokładność laserowych analiz granulometrycznych różni się w zależności od zakresu uziarnienia mierzonych cząstek, najdokładniej analizowane są materiały w wąskich klasach ziarnowych