筛分分析(也称筛分分析或测试筛分)用于确定各种散装材料的粒度分布。各种国际标准都对筛分分析的处理和评估进行了说明。时至今日,筛分分析仍被视为不可或缺的重要质量保证程序。筛分分析分为干筛和湿筛。筛分运动可基于抛掷筛分、平面筛分、敲击筛分、喷气筛分和超声波筛分等原理。由于操作者的个体影响(耐力、速度、力量),人工筛分不易重复。
为了表征不同形状和尺寸的散料,必须了解其粒度分布。粒径分布,即不同粒径颗粒的量,决定了重要的物理和化学性质,如溶解度、流动性和表面反应。
在食品、医药、化学等许多行业,传统的筛分分析是粉末和颗粒生产和质量控制的标准。筛分分析的优点包括操作简单,投资成本低,在相对较短的时间内得到精确和可重复的结果,以及粒径分级的可能性。因此,筛分分析法是一种公认的使用激光法或图像法的替代分析方法。 为了保证高度的再现性和可靠性,振动筛和配件必须满足国家和国际标准的要求。这意味着,作为质量管理体系的一部分,用于表征颗粒分布的试验筛、振动筛分仪和所有其他测量仪器(如天平)必须进行校准并接受试验监测。除此之外,非常有必要小心地进行样品前处理。只有这样,才有可能获得筛分结果,从而对产品进行可靠的表征。
在筛分过程中,样品进行垂直运动(振动筛分)或水平运动(水平筛分)。使用拍击式振动筛分仪,两种运动是叠加的。在此过程中,将颗粒与每个分析筛的孔径进行比较。颗粒通过筛孔的概率取决于颗粒大小与筛孔的比率、颗粒的方向以及颗粒与筛孔之间的接触次数。适当的筛分方法取决于样品材料的细度(图1)。对于40µm至125 mm的粒度范围,干法筛分是首选方法。然而,测量范围受到样品特性的限制,例如结块性、密度或静电电荷。
样品在筛底振动的作用下向上抛起,然后在重力的作用下向下回落。
由于这种联合运动,样品物质在整个筛子区域内均匀扩散。颗粒在垂直方向上被加速,自由旋转,然后按静态方向回落。在 RETSCH 筛分振动器中,电磁驱动装置带动弹簧/质量系统运动,并将振荡传递到筛堆。振幅可连续调节至几毫米。
在水平振动分析筛中,分析筛在平面内做水平圆周运动。水平振动筛优选用于针状、扁平、长或纤维状样品。由于水平筛分运动,几乎没有任何颗粒改变其在筛子上的取向。
在丝锥筛振动器中,水平圆周运动与丝锥冲力产生的垂直运动相叠加。
在各种粒度分析标准中都指定了轻敲式筛分机。
轻敲式筛分机中颗粒和筛孔之间的比较次数大大低于振动筛分机(2.5 s-1 比 ~50 s-1),因此筛分时间更长。另一方面,敲击运动会给颗粒带来更大的冲击力,因此,对于某些材料(如磨料),细颗粒的比例通常会更高。而对于滑石粉或面粉等轻质材料,细颗粒的比例则较低。
喷气筛是一种用于单筛分的筛分机,即每次筛分过程只使用一个筛子。
筛子上的物料通过旋转的气流移动:与筛分机相连的真空吸尘器在筛分室内产生真空,并通过旋转狭缝喷嘴吸入新鲜空气。气流通过喷嘴的窄缝时被加速并吹向筛网,使颗粒分散。在筛网上方,气流分布在整个筛网表面,并以较低的速度通过筛网被吸入。这样,较细的颗粒就会通过筛网开口进入真空吸尘器或旋风分离器。
在喷气筛分法中,每次只使用一个筛子,而且在筛分过程中筛子不会移动。筛网下方的旋转喷嘴将气流喷射到要筛分的材料上,使颗粒分散,然后被吸过筛网。喷气筛分适用于 10 微米到 4 毫米的粒度范围。
干法筛分是最常用的可重复筛分分析方法,包括振动筛分、水平筛分和龙头筛分。喷气筛分也被认为是一种干筛分方法,但它是一种特殊的工艺(见下文)。如有必要,可提前将样品烘干,以避免结块。
筛分用于确定留在筛子上或小于所选网目尺寸的样品百分比。
如果要对各种馏分进行粒度测定(集合筛分),则应使用包含多个不同网目尺寸(40 µm - 125 mm)筛子的筛堆。
不过,为确保结果的重复性毋庸置疑,机器的设置应完全数字化。此外,还应对集成控制单元进行持续监控,以避免在测试过程中出现意外变化和偏差。
湿筛用于确定潮湿、油腻或油性样品中的颗粒大小。
当要分析的材料已呈悬浮状态且无法干燥时,以及当颗粒容易聚集(通常为 45 µm),否则会堵塞筛孔时,湿筛法也是首选方法。
待筛分的材料被悬浮起来,与干筛法一样,将其置于最上层的筛子上,然后在振动下用水冲洗,直到从筛堆下方流出的液体不混浊为止。湿筛的筛分范围为 20 µm - 20 mm。
混合物中单个颗粒的形式尺寸被称为 "粒度",粒度分析就是用来确定粒度的。随后的颗粒粒度分布在科学和技术上都会对材料的特性产生重大影响。
由于存在许多差异,甚至测定方法也不尽相同,粒度分析被认为是粒度学的一门独立学科。
虽然分析和确定粒度的方法各不相同,但所有变体的等效直径都是确定的。
较大的颗粒(大小约为 40 毫米)通常采用手工测量或照片测量,而极小颗粒(小至 10 微米)的粒度分析通常采用筛分法。筛分时,首先将不同尺寸的筛子叠放在一起,然后夹在筛分机中。
然后将样品放入最上面的筛子(孔径最大),并在一定时间内进行规定的筛分运动,以确保精确筛分。
然后,确定在不同孔径的筛子上残留的单个馏分的百分比。各个馏分的质量百分比称为 p3。累积分布曲线 Q3 提供了各个馏分的添加质量信息。通常会提供小于 90%、50% 和 10%的样品大小信息。
我们都知道 "质量 "一词。它被广泛用于描述价值特别高的产品。然而,质量的确切定义如下:质量是指通过测试确定的产品的规定属性与检测属性之间的一致性。如果测试测量能确定所需的特性在给定的公差范围内,那么该产品就可以被称为优质产品。如果测量值偏差过大,则质量较低。许多材料,无论是天然的还是人工的,都是以分散的形式存在的(材料并不形成一个一致的整体,而是分为可以相互分离的元素,例如一堆沙子)。颗粒大小及其在材料中的分布(即不同大小颗粒的比例)对物理和化学特性有着至关重要的影响。
可受粒径分布影响的一些特性示例:
这些例子清晰地表明,了解粒度分布是多么重要,特别是在生产过程中散装货物的质量保证方面。如果在生产过程中粒度分布发生变化,产品的质量也会发生变化。