Oskar Borowiak, Lesław Bochan

1TM grupa Ca

TEMAT: Ocena zawartości wilgoci i granica płynności w koncentratach mineralnych oraz innych ładunkach drobnocząsteczkowych

Koncentraty otrzymywane z rud metali na drodze procesów flotacyjnych występują w transporcie morskim jako ładunki sypkie luzem. Są to ładunki o bardzo dużym rozdrobnieniu, o wymiarze mniejszym od 0,05 mm, a czasami poniżej 0,001 mm.

O właściwościach tych ładunków decyduje: obecność innych materiałów, kształt cząstek mineralnych, sposób ich ułożenia oraz wielkość por i wypełnienie ich powietrzem i wodą.

Zdolność do przesuwania się ładunku suchego, bądź upłynnienie nadmiernej wilgoci, jest funkcją sił tarcia działających między cząsteczkami i sił spójności (kohezja). Opór stawiany przez ładunek siłom przesuwającym, nazywa się wytrzymałością na ścinanie, określa to zależność:

gdzie:

- naprężenia normalne lub ściskające, prostopadłe do powierzchni ścinania [N/m],

- współczynnik tarcia wewnętrznego koncentratu,

- spójność pozorna cząsteczek koncentratu [N/m],

- spójność właściwa cząsteczek koncentratu [N/m],

Siła tarcia i spójności przeciwdziała siłom wywołującym przesunięcia.

Nadmiar wilgoci w koncentratach stwarza niebezpieczeństwo przejścia ładunku w stan płynny. Tworzy się wtedy błotnista, płynna masa, która przesuwa się w stronę burty, co może zwiększyć przechył i spowodować utratę stateczności.

mechanizm przejścia koncentratu e stan płynny przy drganiach oraz powrót do stanu stałego, gdy ładunek pozostaje w spoczynku jest związany z tikstropią, tj. wiązanie lub oddawanie przez substancję wody.

podczas załadunku poszczególne cząstki koncentratu nie są zbyt mocno skupione i podczas początkowej podróży następuje grawitacyjne migrowanie wilgoci w dół. Woda gromadzi się w postaci „poduszki” na dnie statku i powoduje upłynnienie dolnych warstw ładunku oraz przesuwanie się płynnych mas ładunku na burtę, powodując utratę stateczności. W dalszym etapie rejsu, następuje sprasowanie ładunku pod wpływem ciężaru i zmniejszenie się przestrzeni między cząsteczkami, a pod wpływem wibracji woda migruje do góry. Górne warstwy ładunku stają się płynne i ulegają przesuwaniu w kierunku większej amplitudy przechyłów bocznych.

Ładunki, które mogą ulec upłynnieniu - są to materiały, w których może zachodzić przemieszczanie wilgoci w porach między cząsteczkami i w następstwie upłynniania w przypadku załadowania materiału posiadającego nadmierną zawartość wilgoci ponad dopuszczalną transportową zawartość wilgoci.

Granica płynności - jest to procentowa zawartość wilgoci w koncentracje w stosunku do wilgotnego koncentratu, przy której możliwe jest uzyskanie stanu płynności.

Stan płynności - jest to stan, który występuje w czasie nasycenia pewnej ilości materiału zbudowanego z niewielkich cząsteczek, cieczą do tego stopnia, że pod wpływem działanie na niego sił zewnętrznych tj. wibracji, wstrząsów lub kołysanie statku, tracą on międzycząsteczkową wytrzymałość na ściskanie i zachowuje się jak ciecz.

Zawartość wilgoci - jest to część reprezentowanej średniej próbki laboratoryjnej składającej się z wody, lodu lub innej cieczy wyrażonej w % wagowych w odniesieniu do całkowitej ilości próbki.

Wędrówka wilgoci - jest to ruch wilgoci w materiałach sypkich spowodowany procesem osiadania i konsolidacji materiału w wyniku wibracji i kołysania statku. Woda ulega przesunięciu w części lub całym materiale, co staje się powodem uzyskania stanu płynności.

Dopuszczalna transportowa zawartość wilgoci - ładunku, który może ulec upłynnieniu, jest maksymalną zawartością wilgoci w ładunku, który uważa się za bezpieczną.

Statki towarowe są specjalnie wyposażone w przenośne przegrody w celu ograniczenia jakiegokolwiek przesunięcia ładunku do możliwego do przyjęcia minimum - oraz statki towarowe specjalnie skonstruowane.

Przed załadunkiem danego ładunku na statek wykonuje się badanie zawartości wilgoci. Są trzy metody badania;

- metoda „Flow Table”,

- metoda penetracyjna (japońska),

- metoda Proctora (Fagerberga).

Część doświadczalna:

Aktualną procentową zawartość wody obliczę przy pomocy wzoru:

gdzie;

m - masa próbki w parowniczce

- procentowa zawartość wilgoci w próbce w parowniczce przed dodaniem kolejnej porcji wody destylowanej

=12

b - ilość dodanej porcji wody

4 krople = 0,1

Mm + próbki = 210

Mm - masa parowniczki Mm = 159,29 [g]

Wyniki doświadczenia:

1). ilość uderzeń = 41

2). 0.2 - il. u = 32

3). 0.3 - il. u = 23

4). 0.4 - il. u = 14

5). 0.5 - il. u = 9

Wnioski:

Z doświadczenia wynika, że rośnie zawartość procentowa wody w danej próbce, tym szybciej występuje migracja wilgoci i w warunkach statkowych może dojść do upłynnienia ładunku.

Wykres:

1

---