Analisi al setaccio riproducibile

La setacciatura viene utilizzata per determinare la distribuzione granulometrica di vari materiali sfusi. La sua gestione e valutazione è descritta in diversi standard internazionali. È inoltre considerata una procedura di garanzia della qualità importante e indispensabile ancora oggi. La setacciatura si divide in setacciatura a secco e setacciatura a umido. Il movimento di setacciatura può basarsi sui principi della setacciatura a lancio, della setacciatura a piano, della setacciatura a battitura, della setacciatura a getto d'aria e della setacciatura a ultrasuoni. La setacciatura manuale non è facilmente riproducibile a causa delle influenze individuali dell'operatore (resistenza, velocità, forza).

Per la caratterizzazione di materiali con differenti forme e dimensioni, è fondamentale conoscerne la distribuzione granulometrica; ad esempio un'elevata disomogeneità dimensionale del materiale può influire sulle proprietà chimico-fisiche del prodotto stesso , come la solubilità, la fluidità e la reattività superficiale.

Setacciatura

In molte industrie come quella alimentare, farmaceutica e chimica la tradizionale setacciatura risulta il procedimento standard per la produzione e il controllo qualità di polveri e granuli. I vantaggi della setacciatura includono la semplice gestione, bassi costi di investimento, risultati precisi e riproducibili in un tempo relativamente breve e la possibilità di separare le frazioni granulometriche. Pertanto, questo metodo è un'alternativa accettata dai metodi di analisi che utilizzano la luce laser o l'elaborazione delle immagini.

Per garantire un alto grado di riproducibilità e affidabilità, i setacciatori e gli accessori devono soddisfare i requisiti degli standard nazionali e internazionali. Ciò significa che i setacci, i setacciatori e tutti gli altri strumenti di misurazione (ad esempio le bilance) che vengono utilizzati per la caratterizzazione delle distribuzioni granulometriche devono essere calibrati e sottoposti al controllo come parte del sistema di gestione della qualità. Oltre a ciò, è assolutamente necessario eseguire la preparazione del campione con grande cura. Solo allora è possibile ottenere risultati di setacciatura che permettono una caratterizzazione affidabile di un prodotto.

Vibrosetacciatori Settacci analitici

Metodi di controllo granulometrico attraverso la Setacciatura

Durante la setacciatura il campione è sottoposto a un movimento verticale (setacciatura vibratoria) o orizzontale (setacciatura orizzontale). Con i vibrosetacciatori ad aria entrambi i movimenti vengono sovrapposti. Durante questo processo le particelle vengono confrontate con le aperture di ogni singolo setaccio. La probabilità che una particella passi attraverso la maglia del setaccio è determinata dal rapporto tra la dimensione della particella e le aperture del setaccio, l'orientamento della particella e il numero di incontri tra la particella e le aperture della maglia. Il metodo di setacciatura appropriato dipende dal grado di finezza del materiale (fig. 1). La setacciatura a secco è il metodo preferito per il range granulometrico tra 40 µm e 125 mm. Tuttavia, il campo di misura è limitato dalle proprietà del campione come la tendenza ad agglomerarsi, la densità o la carica elettrostatica.

SETACCIATURA A VIBRAZIONE

Il campione viene proiettato verso l'alto dalle vibrazioni del fondo del setaccio e ricade verso il basso a causa delle forze gravitazionali. L'ampiezza indica l'altezza di oscillazione verticale del fondo del setaccio.

Grazie a questo movimento combinato, il materiale del campione viene distribuito uniformemente su tutta l'area del setaccio. Le particelle vengono accelerate in direzione verticale, ruotano liberamente e poi ricadono orientate statisticamente. Nei setacciatori RETSCH, un azionamento elettromagnetico mette in movimento un sistema di molle/massa e trasferisce le oscillazioni alla pila di setacci. L'ampiezza può essere regolata in modo continuo fino a pochi millimetri.

SETACCIATURA ORIZZONTALE

Durante una setacciatura orizzontale i setacci si muovono orizzontalmente formando dei cerchi. La setacciatura orizzontale è consigliata per campioni aghi-formi, lunghi o fibrosi in quanto con una setacciatura orizzontale, difficilmente le particelle setacciate cambieranno il proprio orientamento sul setaccio.

Setacciatura a colpi verticali (Tap)

In un setacciatore a rubinetto, un movimento orizzontale e circolare è sovrapposto a un movimento verticale generato da un impulso di battitura. I setacci a nastro sono specificati in vari standard per l'analisi granulometrica.

Il numero di confronti tra le particelle e le aperture del setaccio è sostanzialmente inferiore nei setacci a rubinetto rispetto a quelli a vibrazione (2,5 s-1 rispetto a ~50 s-1), il che comporta tempi di setacciatura più lunghi. D'altra parte, il movimento di battitura imprime alle particelle un impulso maggiore, pertanto, con alcuni materiali, come gli abrasivi, la frazione di particelle fini è solitamente più elevata. Con materiali leggeri come il talco o la farina, invece, la frazione di particelle fini è inferiore.

SETACCIATURA A GETTO D'ARIA

Il setacciatore a getto d'aria è uno strumento per la setacciatura singola, cioè per ogni processo di setacciatura viene utilizzato un solo vaglio. Il setaccio stesso non viene spostato durante il processo.

Il materiale sul setaccio viene spostato da un getto d'aria rotante: Un aspiratore collegato al setacciatore genera il vuoto all'interno della camera di setacciatura e aspira aria fresca attraverso un ugello a fessura rotante. Passando attraverso la stretta fessura dell'ugello, il flusso d'aria viene accelerato e soffiato contro la maglia del setaccio, disperdendo le particelle. Al di sopra della maglia, il getto d'aria si distribuisce sull'intera superficie del setaccio e viene aspirato a bassa velocità attraverso la maglia del setaccio. In questo modo, le particelle più fini vengono trasportate attraverso le aperture della rete nell'aspiratore o, facoltativamente, in un ciclone.

Nella setacciatura ad aria viene utilizzato un solo setaccio alla volta, che non viene spostato durante il processo di setacciatura. Un ugello rotante sotto il setaccio dirige un getto d'aria sul materiale da setacciare, facendo sì che le particelle si deagglomerino e vengano poi aspirate attraverso il setaccio. La setacciatura a getto d'aria è adatta per intervalli di dimensioni da 10 µm a 4 mm.)

Setacciatura a secco

La setacciatura a secco è il metodo più diffuso per la setacciatura riproducibile e comprende la setacciatura a vibrazione, orizzontale e a colpi verticali (detta anche Tap). Anche la setacciatura a getto d'aria è considerata un metodo di setacciatura a secco, ma si tratta di un processo speciale (vedi sotto). Se necessario, il campione viene preventivamente essiccato per evitare la formazione di grumi. Prima della setacciatura, il campione viene pesato, quindi inserito nel sistema di setacciatura e pesato nuovamente in un momento successivo.

La setacciatura viene utilizzata per determinare la percentuale del campione che rimane sul setaccio o che è più piccola della dimensione delle maglie selezionata. Se si deve effettuare una determinazione granulometrica delle varie frazioni (setacciatura), si utilizza una pila di setacci contenente diversi setacci con maglie di dimensioni diverse (40 µm - 125 mm).

Tuttavia, per garantire che i risultati siano riproducibili senza ombra di dubbio, il setacciatore deve essere impostato in modo completamente digitale. Inoltre, l'unità di controllo integrata deve essere costantemente monitorata per evitare modifiche e deviazioni involontarie durante il test.

Setacciatura a umido

La setacciatura a umido viene utilizzata per determinare le dimensioni delle particelle in campioni umidi, grassi o oleosi. È anche il metodo di scelta quando il materiale da analizzare è già presente in sospensione e non può essere essiccato, nonché per le particelle che tendono ad agglomerarsi (di solito < 45 µm), che altrimenti intaserebbero le aperture del setaccio.

Il materiale da setacciare viene sospeso e, come per la setacciatura a secco, applicato al setaccio più alto e poi risciacquato con acqua sotto vibrazione fino a quando il liquido che emerge da sotto la pila di setacci non è limpido. La setacciatura a umido viene effettuata nell'intervallo 20 µm - 20 mm.

Analisi granulometrica

La dimensione formale delle singole particelle in una miscela viene definita “granulometria” e l'analisi granulometrica viene utilizzata per determinarla. La successiva distribuzione dimensionale delle particelle ha un'influenza significativa sulle proprietà di un materiale, sia dal punto di vista scientifico che tecnico.

A causa delle numerose differenziazioni e anche dei diversi metodi di determinazione, l'analisi granulometrica è considerata una disciplina indipendente dalla granulometria.

Metodi di analisi granulometrica

Sebbene esistano diversi metodi per analizzare e determinare le granulometrie, il diametro equivalente viene sempre determinato in tutte le varianti. La scelta del metodo da utilizzare dipende in larga misura dalla domanda, dalle possibili regolamentazioni e dalla gamma di granulometria stessa.

Le particelle più grandi, a partire da una dimensione di circa 40 mm, vengono solitamente misurate a mano o sulla base di fotografie, mentre la setacciatura viene spesso utilizzata per l'analisi granulometrica di particelle molto piccole, fino a una dimensione di 10 µm. Per la setacciatura, i setacci di diverse dimensioni vengono prima impilati l'uno sull'altro e bloccati in un setacciatore. Il campione viene quindi posto nel setaccio superiore (con il foro più grande) e sottoposto a un movimento di setacciatura definito per un certo periodo di tempo per garantire una setacciatura precisa.

Le particelle del campione vengono separate in base alle loro dimensioni sui setacci. Successivamente, viene determinata la percentuale delle singole frazioni rimaste sui setacci con fori di dimensioni diverse. Le percentuali di massa delle singole frazioni sono indicate come p3. La curva di distribuzione cumulativa Q3 fornisce informazioni sulle masse aggiunte delle singole frazioni. È comune fornire informazioni sulla dimensione del campione inferiore al 90%, al 50% e al 10%.

Caratterizzazione ottica delle particelle

L'analisi delle dimensioni delle particelle può essere effettuata anche con la tecnologia di misurazione ottica. A seconda della variante di misurazione, si possono fare affermazioni anche sulla forma delle particelle. L'intervallo di misurazione è compreso tra 0,3 nm e 30 mm, a seconda del sistema. La caratterizzazione delle particelle può essere effettuata in sospensioni, emulsioni, sistemi colloidali, polveri, granuli e materiali sfusi.

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MICROTRAC

Analysis of Particle Size Distribution - Panoramica di prodotto

SETACCIATURA PER IL CONTROLLO QUALITÀ

Tutti conosciamo il termine "qualità". È ampiamente utilizzato per descrivere un prodotto di valore particolarmente elevato. Tuttavia, la definizione esatta di qualità è la seguente: La qualità è la conformità delle proprietà definite con le proprietà rilevate di un prodotto, determinata dall'esecuzione di test. Un prodotto può essere definito di alta qualità se una misurazione di prova accerta che le proprietà desiderate rientrano in una determinata tolleranza. Se i valori misurati si discostano troppo, la qualità è inferiore. Molti materiali, naturali o artificiali, si presentano in forma dispersa (materiale che non forma un'unità coerente, ma è diviso in elementi che possono essere separati l'uno dall'altro, ad esempio un mucchio di sabbia). Le dimensioni delle particelle e la loro distribuzione all'interno di una quantità di materiale - cioè le frazioni di particelle di dimensioni diverse - hanno un'influenza cruciale sulle proprietà fisiche e chimiche.

Alcuni esempi di proprietà che possono essere influenzate dalla distribuzione granulometrica:

La Forza del Cemento
Il gusto del Cioccolato
le proprietà di dissoluzione delle compresse
la capacità di versamento e la solubilità delle polveri di lavaggio
l'attività superficiale dei materiali filtranti

Questi esempi mostrano chiaramente quanto sia importante conoscere la distribuzione granulometrica, in particolare nel contesto dell'assicurazione della qualità dei prodotti sfusi per i processi di produzione. Se la distribuzione granulometrica cambia durante il processo di produzione, anche la qualità del prodotto cambierà.

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