Laser particle size analysis - the influence of density and particle shape on measurement results
 
More details
Hide details
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2012;28(4):101–112
 
KEYWORDS
ABSTRACT
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.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Laserowa analiza uziarnienia - wpływ gęstości i kształtu ziaren na wyniki pomiarów
laserowe analizy granulometryczne, dokładność analiz granulometrycznych
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.
 
REFERENCES (16)
1.
Allen T., 1992 - Particle Size Measurement. Chapman & Hall, 1992.
 
2.
De Boer et al. 1987 - De Boer G. B. J., De Weerd C. D., Thoenes D., Goossens H. W. J., 1987 - Laser Diffraction Spectrometry: Fraunhofer Diffraction VersusMie Scattering. Particle & Particle Systems Characterization 4, s. 14-19.
 
3.
Haustein E., Quant B., 2011 - Charakterystyka wybranych właściwości mikrosfer - frakcji popiołu lotnego - ubocznego produktu spalania węgla kamiennego. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 27, z. 3.
 
4.
Instrukcja obsługi laserowego miernika cząstek "Analysette 22", materiały firmy "Silesia Projekt", Katowice 1994.
 
5.
Konert M., Vandenberghe J., 1997 - Comparison of Laser Grain Size Analysis with Pipette and Sieve Analysis: a Solution for the Underestimation of the Clay Fraction. Sedimentology 44, s. 523-535.
 
6.
Kordek J., 1994 -Współczesne podejście do pomiarów granulometrycznych ziarn skrajnie drobnych. Technika i technologia w procesach wzbogacania surowców mineralnych i odpadowych, XXVI Krakowska Konferencja Naukowo-Techniczna Przeróbki Kopalin - Ustroń 1994, Kraków, Oficyna Wydawnicza Jaxa.
 
7.
Kordek J., 1999 - Analiza granulometryczna wąskich klas ziarnowych materiału przygotowanego na sitach analitycznych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 15, z. spec.
 
8.
Loizeau et al. 1994 - Loizeau J.-L., Arbouille D., Santiago S., Vernet J.-P., 1994 - Evaluation of a Wide Range Laser Diffraction Grain Size Analyser forUse with Sediments. Sedimentology 41, s. 353-361.
 
9.
Mączka W., Trybalski K., 1981 - Kontrola procesów technologicznych cz. V. Skrypt uczelniany AGH, Kraków, nr 836.
 
10.
Peszko et al. 2000 - Peszko B., Szymańska-Czaja M., Foszcz D., 2000 - The dependence of the size distribution on the granulometric method of analysis. 5th Conference on Environment and mineral processing, Ostrava, s. 837-845.
 
11.
Peszko B., Niedoba T., 2006 - Comparison of methods determining grain composition on base of various materials. AI Aggregates International iss. 4, pp. 16-22.
 
12.
Peszko et al. 2007 - Peszko B., Kordek J., Niedoba T., Krawczykowska A., 2007 - The analysis of shape coefficients for selected raw materials. Journal of Applied Sciences vol. 7, pp. 2084-2087.
 
13.
Ramaswamy V., Rao P. S., 2006 - Grain Size Analysis of Sediments from the Northern Andaman Sea: Comparison of Laser Diffraction and Sieve-Pipette Techniques. Journal of Coastal Research 22(4), s. 1000-1009.
 
14.
Rodriguez J. G., Uriarte A., 2009 - Laser Diffraction and Dry-Sieving Size Analyses Undertaken on Fineand Medium-Grained Sandy Marine Sediments: A Note. Journal of Coastal Research 25(1), s. 257-264.
 
15.
Syvitski J. P. M., ed., 1991 - Principles, Methods and Application of Particle Size Analysis. Cambridge University Press, UK, s. 119-128.
 
16.
Trybalski et al. 2004 - Trybalski K., Kędzior A., Krawczykowski D., 2004 - Urządzenia i metody pomiarowe uziarnienia w polskich zakładach przeróbki rud metali nieżelaznych. Górnictwo i Geoinżynieria, z. 2/1, s. 125-146.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953