Investigation of surface and rheology properties of modified lime dust
 
More details
Hide details
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2010;26(1):73–81
 
KEYWORDS
ABSTRACT
Materials characterized by hydrophobic properties are used in many domains of industry. They are particularly applied in building industry. But they are also used more specifically. For example hydrophobized lime dust is generally used as an anti-explosive agent in coal mining industry. The decrease in wettability of solids characterized by large surfaces is achieved by coating final products with a hydrophobic layer by means of painting, spraying or dipping bath or by the addition of special modifiers in the production process. In the case of powders we did not find it easy to apply those standard modification methods. The determination of modified powder characteristics is also more difficult than for bulk solids, but it is very important because it enables us to control the course of many processes and gives us the knowledge for the production of new materials Lime dust from the Czatkowice Quarry of Lime was used as a raw material during research. It is a good agent for research because it is possible to compare the properties of samples modified in this work to the properties of anti-explosive lime dust (PH) used in mining industry in Poland. In this work two methods of hydrophobization (from vapour phase and from silicone solution) have been used in order to manufacture hydrophobized lime powder. One of the most important issues is the determination of the index of hydrophobization of samples. It is easy to determine this index when stearic acid is used as a modifier because there is a standard which defines it. In the case of the second method of powder hydrophobization the authors had to work out the method for determination of hydrophobization SH coefficient. The film flotation method was used for this purpose. The SH coefficient defines to what extent the hydrophobic properties of the obtained (P_SH15) sample are different from the hydrophobic properties of the commercial PH sample on contact with a suitable methanol solution. The film flotation method gives us the possibility of making the comparison of properties of samples modified in various ways. We measured the adhesive force of the coarser lime grain fraction: 0.385-0.400 mm. The obtained results for modified material were neglected. For raw material the adhesive force appeared at humidity of about 60%, then grew to value of 0.008 N at humidity of 95%. It is rather a small force but measurements show that the modified material lost its adhesive properties. It seems that it could be an interesting method of testing the hydrophobization degree of samples modified in different ways. But a more precise method of taking the measurement should be developed in the future. We performed shear tests. Data from shear tests is mainly an important basis for the design of bulk solids handling equipment. In this work, these results were also tried to be used as an index of hydrophobisation state. We used the shear tester which was made according to the European Standard. On the basis of shear tests we calculated the values of cohesion and angle of internal friction. Data from shear tests show that the effect of surface modification on powders flowability is similar so it is rather difficult to formulate general conclusions on the basis of shear test results, concerning the hydrophobization state of lime dust. However it is noticeable that the way of modification is reflected in it.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Badanie właściwości powierzchniowych i reologicznych modyfikowanego pyłu wapiennego
pył wapienny, siła adhezji, test ścinania
Materiały o właściwościach hydrofobowych są stosowane w wielu dziedzinach przemysłowych. Szczególnie szeroko są one używane w budownictwie, znajdują również bardziej specyficzne zastosowania, jak przykładowo hydrofobowy pył wapienny, który jest używany w charakterze czynnika przeciwwybuchowego w górnictwie węglowym. Proces hydrofobizacji ciał stałych charakteryzujących się dużą powierzchnią jest głównie przeprowadzany przez otaczanie powierzchni produktu stałego warstwą hydrofobową poprzez: malowanie, natryskiwanie, zanurzanie w kąpieli oraz dodatek specjalnych modyfikatorów podczas procesu produkcji. Metody te nie mogą być bezpośrednio stosowane do hydrofobizacji materiałów proszkowych. Również określenie właściwości modyfikowanych proszków jest trudniejsze niż określenie właściwości hydrofobowych ciał stałych o dużych powierzchniach. Jednakże uzyskanie takiej charakterystyki jest bardzo ważne. Znajomość właściwości umożliwia bowiem kontrolowanie przebiegu wielu procesów technologicznych oraz dostarcza wiedzy użytecznej podczas produkcji nowych materiałów. W pracy do badań użyto pyłu wapiennego z Kopalni Wapienia w Czatkowicach. Surowiec ten jest dobrym materiałem do tego typu badań, gdyż istnieje możliwość porównania właściwości próbek modyfikowanych z właściwościami komercyjnego pyły przeciwwybuchowego (PH) używanego w kopalniach w kraju. Pył wodoodporny otrzymywano dwiema metodami (z fazy parowej oraz z roztworu silikonowego). Określenie stopnia hydrofobizacji otrzymanych próbek było jednym z ważniejszych problemów do rozwiązania podczas badań. Łatwo jest określić ten parametr w przypadku, gdy jako modyfikator jest używany kwas stearynowy, ponieważ Polska Norma (1994) definiuje odpowiednią metodę pomiarową. W przypadku próbki otrzymanej drugim sposobem autorzy musieli opracować nową metodę określenia stopnia hydrofobizacji. W tym celu użyto metody 'film flotation' i zdefiniowano tzw. współczynnik hydrofobowości (SH). Współczynnik ten podaje, w jakim stopniu właściwości hydrofobowe modyfikowanych materiałów różnią się od właściwości hydrofobowych przeciwwybuchowego pyłu wapiennego (PH) w kontakcie z odpowiednimi roztworami alkoholu metylowego. Dla grubszej frakcji pyłu wapiennego (0,385-0,400 mm) zostały wykonane pomiary siły adhezji. Zamieszczone wartości dla próbki modyfikowanej były zaniedbywalne. Natomiast dla próbki surowej siła adhezji pojawiła się przy wilgotności otoczenia równej 60% i wzrosła do wartości 0,008 N przy wilgotności równej 95%. To jest niewielka wartość siły, ale wykonane pomiary pokazują, że modyfikowany materiał traci swoje adhezyjne właściwości. Wydaje się, że pomiar sił adhezji mógłby być interesującym sposobem oceny stopnia hydrofobizacji materiałów modyfikowanych w różnorodny sposób, przy czym precyzyjna metoda wykonywania pomiarów powinna być opracowana. Na frakcjach pyłu wapiennego zostały wykonane również testy ścinania. Wyniki uzyskiwane w tych testach są podstawą do projektowania urządzeń współpracujących z materiałami rozdrobnionymi. W pracy podjęto próbę zaadaptowania tych wyników do określenia stopnia hydrofobizacji. Testy ścinania wykonano zgodnie z wytycznymi zawartymi w Europejskiej Normie (2003). Na podstawie otrzymanych wyników obliczono kohezję i wewnętrzny kąt tarcia. Otrzymane wyniki są porównywalne dla wszystkich próbek, tak więc wyciągnięcie na ich podstawie ogólniejszych wniosków dotyczących stanu hydrofobizacji jest raczej trudne. Jednakże jest zauważalne, że sposób modyfikacji odzwierciedla się w tych wynikach.
 
REFERENCES (13)
1.
Buczek B., Vogt E., 2007 - A new method of production of non-explosive stone dusts. Twenty - Fourth Annual International Pittsburgh Coal Conference, Johannesburg, South Africa, PCC©2007, s. 1-9.
 
2.
Buczek B., Vogt E., 2006 - Hydrofobizacja pyłu wapiennego dla potrzeb górnictwa węglowego. Ecological Chemistry and Engineering 13/S4, s. 391-398.
 
3.
Dang-Vu T., Hupka J., 2005 - Characterization of porous materials by capillary rise method. Physicochemical Problems of Mineral Processing t. 39, s. 47-65.
 
4.
Dutkiewicz E., 1998 - Fizykochemia powierzchni. Warszawa, WNT.
 
5.
European Standard CEN, 2003 - Eurocode1-Action on structures, Part 4: Actions on silos and tanks, C.9 Strength parameters: cohesion c and internal friction angle φ.
 
6.
Fuerstenau D.W.,Williams M.C., 1987 - Characterization of hydrophobicity of particles by film flotation. Colloids and Surfaces t. 22, s. 87-91.
 
7.
Harnby N., Hawkins A.E. and Opalinski I., 1996 -Trans IChemE, 74, Measurement of the adhesional force between individual particles withmoisture present. Part 2: A novel measurement technique, 616- 626.
 
8.
Institution of Chemical Engineers, 1989 - Standard Shear Testing Technique for Particulate Solids Using the Jenike Shear Cell, ISBN No. 0-85295-232-5.
 
9.
Jenike A.W., 1964 - Storage and Flow of Solids, Bull 123, 53, 26, Eng. Expt. Sta. Utah State Univ.
 
10.
Molenda M., Montross M.D., Horabik J., Ross I.J., 2001 - Mechanical properties of granular feed ingredients. ASAE Int. Meeting, Sacramento, USA, Paper No 014019.
 
11.
Opaliński I., 2001 - Siły adhezji kapilarnej w materiałach rozdrobnionych. Mechanizm oddziaływania i modelowanie. Inżynieria Chemiczna i Procesowa t. 22, s. 99-121.
 
12.
Polska Norma PN-G-11020, 1974 - Pył kamienny przeciwwybuchowy.
 
13.
Vogt E.,Buczek B., 2007 -Rola i znaczenie pyłu wapiennego w systemie zabezpieczeń przeciwwybuchowych w kopalniach węgla kamiennego, Gospodarka Surowcami Mineralnymi T. 23, z. spec. 3, s. 235-242.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953