Metoda badania standardowego ASTM D3802 dla pomiaru twardości węgla aktywnego w naczyniu kulistym

Norma Amerykańskiego Towarzystwa Badań i Materiałów (ASTM), „ASTM D3802 Standardowa metoda badania twardości węgla aktywnego w misie kulowej”, opisuje metodę badania służącą do określania twardości granulowanego węgla aktywnego w misie kulowej. Na potrzeby tego badania, granulowany węgiel aktywny to węgiel, w którym 90% cząstek jest większych niż 80 mesh (180 μm), zgodnie z definicją zawartą w normie „ASTM D2862 Standardowa metoda badania rozkładu wielkości cząstek granulowanego węgla aktywnego”.

W przeszłości stosowano różne metody określania odporności węgli aktywnych na degradację wielkości cząstek w warunkach eksploatacyjnych, w tym metodę panewki kulowej, metodę mieszadła prętowego oraz metodę elutriacji proszku. Żadna z nich nie była w pełni zadowalająca dla wszystkich zastosowań i wszystkie zostały zakwestionowane przez Komitet ds. Węgla Aktywowanego ASTM jako testy określające odporność na degradację. Jednakże metoda panewki kulowej była szeroko stosowana w przeszłości i ma długą historię w branży węgla aktywnego do pomiaru właściwości, którą z grubsza definiuje się jako twardość. W tym kontekście test jest użyteczny do określenia mierzalnej właściwości węgla. Zważywszy na to, że test ten nie mierzy faktycznie odporności na degradację w trakcie eksploatacji, może być on wykorzystany do określenia porównywalności partii węgla tej samej klasy.

Na potrzeby niniejszego standardu mają zastosowanie następujące terminy i definicje:

• Nominalna wielkość cząstek: węgle cząsteczkowe naturalne, ziarniste i o nieregularnym kształcie: zakres wielkości cząstek wyrażony w jednostkach rozmiaru sita, przy czym mniejszy koniec nie obejmuje ponad 5 procent rozkładu wielkości cząstek, a większy koniec nie obejmuje ponad 5 procent rozkładu (wagowo).
• Nominalna wielkość cząstek: węgiel granulowany: zakres wielkości cząstek wyrażony w jednostkach rozmiaru sita, przy czym mniejszy koniec nie obejmuje ponad 10 procent rozkładu wielkości cząstek, a większy koniec nie obejmuje ponad 5 procent rozkładu (według masy).
• Mały końcowy nominalny rozmiar cząstek: Odnosi się do rozmiaru cząstek, który definiuje część rozkładu wielkości cząstek wyłączoną z małego końcowego rozmiaru cząstek zgodnie z powyższymi kryteriami.

Przesianą i zważoną próbkę węgla umieszcza się w specjalnym pojemniku do pomiaru twardości z zestawem kulek ze stali nierdzewnej, a następnie poddaje się mieszance obrotów i uderzeń przez 30 minut. Po tym czasie stopień degradacji wielkości cząstek określa się, ważąc ilość węgla zatrzymanego na sicie o rozmiarze najbliższym połowie oczek sita, które określają minimalną nominalną wielkość cząstek pierwotnej próbki.

Wytyczne dotyczące pobierania próbek węgla aktywnego granulowanego zawarto w normie ASTM E300.

Wagi należy kalibrować standardowymi metodami laboratoryjnymi. Sita należy kalibrować w rozsądnych odstępach czasu, zgodnie z procedurą opisaną w normie ASTM E11.

Proces testowania składa się z następujących kroków:

• Nominalną wielkość cząstek próbki określa się zgodnie z metodą badawczą określoną w normie ASTM D2862, natomiast zawartość wilgoci określa się zgodnie z metodą badawczą określoną w normie ASTM D2867.
• Dodatkową reprezentatywną próbkę zawierającą około 125 ml węgla pobiera się zgodnie z normą ASTM E300.
• Próbkę przesiewa się zgodnie z nominalnym rozkładem wielkości cząstek, stosując metodę badawczą zgodną z normą ASTM D2862. Frakcje powyżej większego nominalnego rozmiaru cząstek i poniżej mniejszego nominalnego rozmiaru cząstek są odrzucane. Otrzymuje się co najmniej 100 ml materiału w zakresie nominalnego rozmiaru porów.
• W razie konieczności wykorzystuje się dodatkowo pozyskany materiał.
• 100 ml przesianej próbki odmierza się do wytarowanego cylindra miarowego zgodnie z metodą badawczą określoną w normie ASTM D2854 i waży z dokładnością do 0,1 g.
• Pojemnik do pomiaru twardości umieszcza się w standardowym pojemniku dolnego odbiornika. Przesianą i zważoną próbkę wlewa się do pojemnika do pomiaru twardości i dodaje stalowe kulki.
• Pięć pełnowymiarowych sit i pokrywa sita są ułożone na górze pojemnika na twardość, tworząc kompletny stos sit. W tym przypadku dodatkowe sita służą jedynie do utworzenia stosu, który wypełnia shaker, eliminując potrzebę zmiany mechanizmu ubijającego i regulacji uchwytu stosu sit.
• Stos sit umieszcza się na wstrząsarce sitowej i potrząsa nim przez 30–60,5 minut, przy włączonym młotku udarowym.
• Po zakończeniu wytrząsania, stos sit zostaje wyjęty z sita wstrząsającego, a kubek do pomiaru twardości zostaje z niego zdjęty. Sito do pomiaru twardości umieszczane jest na kubku odbiorczym.
• Wyjmij stalowe kulki z kubka do pomiaru twardości i przenieś próbkę na sito do pomiaru twardości, usuwając wszelkie przylegające cząsteczki. Umieść pięć pełnowymiarowych sit i pokrywkę na sicie do pomiaru twardości i kubku zbiorczym, a następnie umieść sito na wytrząsarce. Wytrząsaj przez 10 minut i 6 sekund, trzymając włączony młot.

W skrócie, norma ASTM D3802 zawiera metodę określania twardości granulowanego węgla aktywnego metodą pomiaru w szalce kulowej. Metoda ta mierzy odporność materiału na ścieranie (rozpad na mniejsze cząstki) pod wpływem naprężeń mechanicznych. Test symuluje naprężenia fizyczne, jakim poddawany jest węgiel aktywny podczas transportu, załadunku lub eksploatacji w systemach filtracyjnych. Twardość jest wyrażana w procentach, przy czym wyższe wartości oznaczają większą odporność na degradację. Niniejsza norma jest częścią zestawu testów ASTM dla węgla aktywnego i zapewnia stałą jakość w zastosowaniach wymagających silnych materiałów adsorpcyjnych.

Norma ASTM D3802 dotyczy węgla aktywnego granulowanego, w tym materiałów pochodzących z takich źródeł jak węgiel, skorupy orzechów kokosowych lub drewno, i jest stosowana do:

• Uzdatnianie wody: usuwanie zanieczyszczeń, takich jak związki organiczne lub zapachy z wody pitnej lub ścieków.
• Oczyszczanie powietrza i gazu: Adsorbowanie zanieczyszczeń lub lotnych związków organicznych (LZO) w zastosowaniach przemysłowych lub środowiskowych.
• Przetwarzanie chemiczne: W procesach katalizy lub oczyszczania, w których kluczowa jest integralność strukturalna węgla aktywnego.
• Kontrola jakości: weryfikacja, czy węgiel aktywny spełnia wymagania trwałości w zastosowaniach produkcyjnych i końcowych.

Norma ta ma zastosowanie do producentów, dostawców i użytkowników końcowych, którzy chcą mieć pewność, że węgiel aktywny wytrzyma naprężenia mechaniczne bez znacznego rozdrobnienia cząstek, co mogłoby obniżyć jego skuteczność lub zatkać systemy filtracji.

Norma ASTM D3802 jest istotna z następujących powodów:

• Gwarancja trwałości: gwarantuje, że węgiel aktywny wytrzyma naprężenia mechaniczne występujące podczas transportu, załadunku lub użytkowania, zapobiegając nadmiernemu wytwarzaniu pyłu lub utracie materiału.
• Niezawodność działania: Twardość odnosi się do zdolności węgla do zachowania swojej struktury i zdolności adsorpcyjnej w systemach filtracyjnych, co zapewnia stałą wydajność.
• Kontrola jakości: Zmniejsza ryzyko wadliwości produktu, zapewniając producentom i dostawcom standardową metodę weryfikacji, czy węgiel aktywny spełnia specyfikacje klienta.
• Opłacalność: Trwały węgiel aktywny zmniejsza potrzebę częstej wymiany lub konserwacji systemów filtracyjnych, co obniża koszty eksploatacji.
• Zgodność z przepisami: Zapewnia zgodność ze standardami branżowymi w zakresie uzdatniania wody, oczyszczania powietrza i innych zastosowań, w których węgiel aktywny podlega regulacjom.

W rezultacie norma ASTM D3802 jest kluczową normą do oceny twardości granulowanego węgla aktywnego metodą odrywania kulek oraz zapewnienia jego trwałości i wydajności w zastosowaniach takich jak uzdatnianie wody, oczyszczanie powietrza i przetwórstwo chemiczne. Zapewniając znormalizowaną i powtarzalną metodę, wspiera ona kontrolę jakości, zgodność z przepisami oraz opłacalność dla producentów i użytkowników końcowych. Jej wdrożenie w różnych branżach podkreśla jej znaczenie w dostarczaniu niezawodnych, wysokiej jakości produktów z węgla aktywnego.

Nasza organizacja, działająca od wielu lat i skrupulatnie śledząca globalny rozwój nauki i technologii, przeprowadza testy, pomiary i analizy w szerokim zakresie dziedzin dla firm ze wszystkich sektorów, dysponując wykwalifikowanym zespołem i rozbudowaną infrastrukturą. W tym kontekście świadczymy również usługi testowe zgodnie z normą ASTM D3802, Standardową Metodą Pomiaru Twardości Węgla Aktywowanego w Patelni Kulistej.