Лабораторная работа 1 по Управлению промышленными отходами ТЕМА:Определение физико-механических характеристик отходов.

автор: valdik от 22-03-2011, 15:57 |

Лабораторные работы |

Лабораторная работа 1
Тема: Определение физико-механических характеристик отходов.

Цель: Научиться определять важнейшие физико-механические пока-затели отходов.
Ход работы
При хранении и утилизации отходов необходимо учитывать их физико-механические характеристики такие как твёрдость, плотность, фракционность, адгезионность и другие. Методики определения физико-механических характеристик зависят от агрегатного состояния отходов.
Исследованию подвергались отходы строительного производства.
1. Определение истинной плотности. Для определения истинной плотности из отобранной и тщательно перемешенной пробы отвешивают 200-220 г. Пробу подсушивают в сушильном шкафу при температуре 110 + - 5 °С, затем тонко измельчают в фарфоровой ступке. Полученный порошок просеивают через сито с сеткой № 02. Просеянную пробу вновь подсушивают и взвешивают навеску в 80 г. Затем эту навеску помещают в объёмометр или цилиндр и определяют объём Истинную плотность мате-риала р, кг/м3 вычисляют по формуле:
p=m/v ;
где m - масса отколиброванного порошка, m = 27,7 г
v - объем занимаемый порошком, v = 23 м3;
р =27,7/23 =1,2 кг/м3
Вывод: Вещество содержит органические примеси.
2. Определение средней плотности образца неправильной геометрической формы.
Образец высушивают, взвешивают, а затем покрывают тонким слоем расплавленного парафина. После парафинирования образец перевязывают прочной нитью и вторично взвешивают. Образец погружают в объёмометр. При этом вытесненная вода будет вытекать из трубки в предварительно взвешенный стакан. Стакан вновь взвешивают.
Сначала определяют объём парафина Vn, м3, затраченного на покрытие образца по формуле:
Vn = (m1 - m)/рп,
где m - масса сухого образца, кг
m1 -масса сухого образца, покрытого парафином, кг
рп - средняя плотность парафина, равная 930 кг/м3
После этого вычисляют среднюю плотность образца ро, г/мл по формуле:
po = m/(V1-Vn)
где V1 - объём образца с парафином, V1 = 330м3
Vn - объём парафина, Vn =320 м3
m - масса сухого образца, m =9,3 кг
po =9,3/(330-320) = 0,93 г/мл
3. Определение насыпной плотности.
Под термином насыпная плотность понимают массу на единицу объема порошкообразного или гранулированного рыхлого материала, который просыпается через воронку определенной конструкции. Насыпную плотность обычно измеряют весовым методом с помощью прибора волюмометра. Для измерения насыпной плотности в РФ разработан стандарт ГОСТ 11035.1-93, основанный на базе международного стандарта ИСО 60-77. Метод, изложенный в стандарте основан на пересыпании измеряемого порошка из воронки специальной конфигурации в измерительный цилиндр определенного объема и известной массы. После пересыпания порошка измерительный цилиндр взвешивается.
Насыпная плотность определяется по формуле:
р = (m1 - m0)/V;
где m0- масса пустого цилиндра, m0=33,5
m1 - масса цилиндра с загрузкой, m1 = 40,1 г
V - объем загрузки, V = 10мл
р =(40,1-33,5)/10=0,66 г/мл
Насыпная плотность - характеристика вещества, учитывающая пористость материала и является полезным критерием на этапах производства и фасовки. Насыпная плотность зависит от состава, формы и шероховатости частиц, величины трибоэлектрического заряда частиц, а также параметров окружающей среды (температуры и влажности).
4. Определение пористости
Пористость, доля объема пор в общем объеме тела. В широком смысле понятие пористость включает сведения о морфологии пористого тела. Часто структурные характеристики (размер пор, распределение по размерам, объем пор, уд. поверхность) объединяют термином текстура пористого тела". Пористые тела широко распространены в природе (минералы, растит. организмы) и технике (адсорбенты, катализаторы, пенопласты, строительные материалы, фильтры, наполнители, пигменты и т.п.). Согласно рекомендациям ИЮПАК, пористые тела классифицируют по преимущественному размеру пор на микропористые (поры до 2 нм), мезопористые (от 2 до 50 нм) и макропористые (св. 50 нм); по однородности этих размеров - однородно- и разнороднопористые; по жесткости структуры -на жесткие и набухающие. Для пористых тел характерны повышенная, удельная поверхность, пониженные (в сравнении со сплошными телами) плотность, прочность и теплопроводность
Определение пористости. Объем пор V определяется двумя методами: 1) по предельной адсорбции количества вещества, полностью заполняющего все поры, в предположении, что плотность вещества в порах равна плотности нормальной жидкости; 2) по кажущейся (rкаж) и истинной (rист) плотностям пористого тела (V= 1/ rкаж - 1/ rист). Для определения rкаж пикнометр с образцом заполняют несмачивающей жидкостью (ртуть), для определения rист смачивающей жидкостью.
Е = (rист- rкаж)/rист
Средний размер пор dcp (нм) определяют из соотношения объема пор V (см3/г) и площади их поверхности А (м2/г) на основе принятой модели пор. Для цилиндрических капилляров dcp = 4-103 V/A; для щелевидных пор dcp = 2-103 V/A, для пор между глобулами, имеющими форму горла, dcp =2,8-103V/A.
5. Определение водопоглощение
Водопоглощение - способность материала поглощать воду при дли-тельном выдерживании в воде, при нормальном атмосферном давлении и температуре 18—20° С.
Для определения водопоглощение берут три - шесть проб, высуши-вают до постоянной массы при температуре 105-110° С, охлаждают и взвешивают (m). Затем образцы погружают в воду на 48 ч так, чтобы слой воды был на 2 см выше образцов. Через 48 ч образцы вынимают, вытирают влажной мягкой тканью и сразу каждый отдельно взвешивают (m1). Водопоглощение вычисляют в процентах по массе Wm или по объему W0б по следующим формулам:
Wm = (m1 - m / m)•100%
W0б =( m, - m / V)•100%
где m- масса сухого образца, m= 0,9 г
m1 - масса образца с поглощенной водой, m1 = 25,4 г
m- масса воды, m1- m= 25,4-0,9=24,5 г
Wm = (25,4-0,9/0,9)•100% = 27722,2 %
В зависимости от водопоглощение (в процентах по массе) каменные материалы подразделяются: с очень большим водопоглощением - более 8; с большим водопоглощением от 3 до 8; со средним водопоглощением - от 1,5 до З,0; с малым водопоглощением - менее 1,5.
Водопоглощение различных каменных материалов колеблется в больших пределах, например, водопоглощение гранита составляет около 0,5%, а артикского туфа - 30-34% по массе. Водопотребление позволяет судить о пористости камня, о его морозостойкости, теплопроводности. Обычно водопоглощение материала меньше пористости, так как вода не проникает в замкнутые поры, а в крупных порах не удерживается. У крупнопористых материалов водопоглощение значительно меньше пористости (пустотности), например пористость известняка-ракушечника составляет от 40 до 65%, а водопоглощение - только 20-30% по объему. Каменные материалы с водопоглощением менее 0,5% считаются морозостойкими и не подвергаются испытаниям на морозостойкость. Водопоглощение отрицательно влияет также и на прочность камня.
Водоотдача или влагоотдача - это свойство, характеризующее ско-рость удаления из материала воды (высыхание), когда упругость паров воды в образце выше их упругости во внешней среде. Водоотдача у разных ка-менных материалов различна и зависит от их структуры и условий внешней среды. Свойство это определяется в лаборатории путем высушивания водонасыщенных образцов до получения постоянной массы. Показателем водоотдачи является время в часах, потребовавшееся для высушивания образца до постоянной массы.
6. Определение твёрдости.
Твёрдость - свойство материала сопротивляться проникновению в него другого тела, не получающего остаточной деформации.
Исходные данные для выбора средств и условий измерений твёрдости, а именно, метод измерений, число твёрдости и толщина испытуемого образца, должны быть указаны в технической документации.
В «СИ» за единицу измерений твёрдости принят Н/м2 . Единица имеет наименование Паскаль (Па).
Измерение твёрдости металлов осуществляется методом Бринелля, Роквелла, Супер-Роквелла и Виккерса.
Применение различных методов измерений твёрдости металлов обусловлено механическими свойствами металлов и конструктивно - техно-логическими особенностями изделий.
Измерение твёрдости по методу Бринелля основано на вдавливании в испытуемое изделие стального закаленного шарика определенного диаметра, под действием заданной нагрузки в течение определенного времени. При определении твёрдости по методу Бринелля, расстояние от центра отпечатка до края испытуемого изделия должно быть не менее 2,5 диаметров отпечатка, расстояние между центрами двух соседних отпечатков - не менее 4 диаметров; для металлов с твёрдостью до 35НВ эти расстояния должны быть соответственно равны 3 диаметрам отпечатка
и 6 диаметрам отпечатка.
Измерение твёрдости по методу Роквелла основано на вдавливании алмазного конуса с углом при вершине 120° или стального закаленного шарика диаметром 1,588 мм под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок. Расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее четырех диаметров отпечатка (но не менее 2 мм), расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 2,5 диаметра отпечатка (но не менее 1 мм).
Поправки при измерении твёрдости на вогнутых поверхностях устанавливаются в нормативной документации на металлопродукцию.
Измерение твёрдости по методу Виккерса основано на вдавливании четырехгранной алмазной пирамиды с углом между гранями 136° под действием определенной нагрузки, поддержании постоянства приложенной нагрузки в течение установленного времени и измерении диагоналей от-печатка, оставшихся на поверхности образца после снятия нагрузки. Расстояние между центрами отпечатка и краем образца или краем сосед-него отпечатка должно быть не менее 2,5 длины диагонали отпечатка.
Проведение испытаний, обработку результатов измерений, а также погрешность измерений диагоналей отпечатка регламентирует ГОСТ 2999 п.5.
Основные требования, предъявляемые к измерению твёрдости по ме-тоду Бринелля, Роквелла и Супер-Роквелла:
- температура измеряемого металла (20 ± 10) °С;
- при измерении твёрдости должна быть обеспечена перпендикулярность приложения действующего усилия к поверхности образца или детали;
- поверхность испытуемого образца должна быть свободна от окалины, масла, краски, окисных пленок и других посторонних веществ;
- поверхность испытуемого образца обрабатывается в виде плоскости так, чтобы края отпечатка были достаточно отчётливы для измерения его размера с требуемой точностью;
-при подготовке поверхности испытуемого образца необходимо принять меры предосторожности против возможного изменения твёрдости испытываемого образца вследствие нагрева или наклепа поверхности в результате механической обработки.
Измерение твёрдости по шкале Мооса - это сопротивление, которое оказывает минерал при внедрении иного вещества; определяется она царапанием.
Точно выразить твердость можно определенной физической величиной (например, числом кгс/мм2 или ГПа, воздействующих на предмет определенной твердости, который проникает в минерал), но до сего дня на практике этот способ широко не применяется. Поэтому мы определяем лишь относительную твердость - по твердости ряда минералов, образующих определенную шкалу. Признаваемая во всем мире шкала твердости, составленная Фридрихом Моосом (1773-1839), состоит из следующих минералов:
1. Тальк 6. Полевой шпат (ортоклаз)
2. Каменная соль 7. Кварц (горный хрусталь)
3. Кальцит 8. Топаз
4. Флюорит 9. Корунд
5. Апатит 10. Алмаз
При определения твердости какого-либо минерала царапаем им по-следовательно все более твердые минералы шкалы твердости, пока определяемый минерал уже не оставляет царапины на очередном минерале шкалы. Таким образом примерно находим границы твердости определяемого минерала. При этом возможны следующие случаи:
а) определяемый минерал не царапает минерал шкалы твердости, однако последний царапает определяемый минерал - твердость определяемого минерала, меньше твердости минерала из шкалы;
б) определяемый минерал с большим трудом царапает минерал шкалы твердости (и наоборот) - твердость определяемого минерала такая же, как у минерала шкалы;
в) определяемый минерал оставляет царапину на минерале шкалы твердости, но последний не царапает определяемый минерал - твердость исследуемого минерала больше, чем твердость минерала шкалы.
Когда определяемый минерал (например, эпсомит) имеет твердость, промежуточную между твердостями двух минералов шкалы твердости, твердость минерала считается по нижней ступени с добавлением 0,5 (на-пример, минералом можно царапать каменную соль и нельзя - кальцит, следовательно, его твердость находится между 2-й и 3-й ступенями шкалы, т. е. Т=2,5)
Определение твердости минералов не всегда однозначно и просто, имеет ряд осложняющих эту процедур моментов и нередко приводит к ошибочным результатам, Поэтому в определительной части нашего руководства этот признак использован ограниченно, но, учитывая быстроту выявления, он оставлен для тех случаев, когда легко может быть получен однозначный ответ. Несмотря на это следует хорошо усвоить условия правильного определения твердости, особенно их важно знать, если значению твердости отводится роль дополнительного или контрольного признака.
Выбранный образец царапается ногтем и царапается гипсом, значит его твердость менее 3.
Вывод: образцы не будут выдерживать большую механическую нагрузку.
Общие выводы: среди строительных отходов присутствуют органические примеси, вещества с высокой водопоглащаемостью и с малой твердостью.

похожие статьи:

Поиск

Партнеры