Sieving analysis is a method for determining the particle size distribution of various bulk materials, described in a multitude of international standards. Sieve analysis is one of the most established methods in quality assurance and can be performed as either dry or wet sieving.
Manual sieving is also possible, but due to the individual influences of the operator like speed and strength, it is to be disregarded in a professional context.
Sieving analysis allows the characterization of particle size distributions of bulk materials of various shapes and sizes, enabling the determination and comparison of specific product properties such as solubility, flow behavior, and reactivity of different materials.
Sieve analysis
Sieve analyses are indispensable for production and quality control of powdery and granular bulk materials in many industries (including food, pharmaceutical, and chemical). Advantages of sieve analysis include:
- easy handling
- low investment costs
- rapid delivery of precise and reproducible results
- the ability to obtain individual particle size fractions
Questo metodo può quindi competere efficacemente con le più moderne tecniche analitiche, come la diffusione laser o l’analisi d’immagine.
Per garantire la massima riproducibilità e affidabilità, il setacciatore e i relativi accessori devono soddisfare rigorosi requisiti conformi agli standard (inter)nazionali. I setacci analitici RETSCH, i setacciatori e tutte le altre apparecchiature di misura (come le bilance), utilizzate per la caratterizzazione della distribuzione granulometrica, sono calibrabili e sottoposti a monitoraggio come parte integrante dei sistemi di gestione della qualità. Per una reale affidabilità di processo, è fondamentale anche una preparazione accurata del campione. Solo la combinazione di questi fattori permette di ottenere risultati di setacciatura in grado di garantire una caratterizzazione affidabile dei vostri prodotti.
Overview of Sieving Principles
Il campione viene proiettato verso l'alto dalle vibrazioni del fondo del setaccio e ricade verso il basso a causa delle forze gravitazionali. L'ampiezza indica l'altezza di oscillazione verticale del fondo del setaccio.
Grazie a questo movimento combinato, il materiale del campione viene distribuito uniformemente su tutta l'area del setaccio. Le particelle vengono accelerate in direzione verticale, ruotano liberamente e poi ricadono orientate statisticamente. Nei setacciatori RETSCH, un azionamento elettromagnetico mette in movimento un sistema di molle/massa e trasferisce le oscillazioni alla pila di setacci. L'ampiezza può essere regolata in modo continuo fino a pochi millimetri.
Durante una setacciatura orizzontale i setacci si muovono orizzontalmente formando dei cerchi. La setacciatura orizzontale è consigliata per campioni aghi-formi, lunghi o fibrosi in quanto con una setacciatura orizzontale, difficilmente le particelle setacciate cambieranno il proprio orientamento sul setaccio.
In un setacciatore a rubinetto, un movimento orizzontale e circolare è sovrapposto a un movimento verticale generato da un impulso di battitura. I setacci a nastro sono specificati in vari standard per l'analisi granulometrica.
Il numero di confronti tra le particelle e le aperture del setaccio è sostanzialmente inferiore nei setacci a rubinetto rispetto a quelli a vibrazione (2,5 s-1 rispetto a ~50 s-1), il che comporta tempi di setacciatura più lunghi. D'altra parte, il movimento di battitura imprime alle particelle un impulso maggiore, pertanto, con alcuni materiali, come gli abrasivi, la frazione di particelle fini è solitamente più elevata. Con materiali leggeri come il talco o la farina, invece, la frazione di particelle fini è inferiore.
Il setacciatore a getto d'aria è uno strumento per la setacciatura singola, cioè per ogni processo di setacciatura viene utilizzato un solo vaglio. Il setaccio stesso non viene spostato durante il processo.
Il materiale sul setaccio viene spostato da un getto d'aria rotante: Un aspiratore collegato al setacciatore genera il vuoto all'interno della camera di setacciatura e aspira aria fresca attraverso un ugello a fessura rotante. Passando attraverso la stretta fessura dell'ugello, il flusso d'aria viene accelerato e soffiato contro la maglia del setaccio, disperdendo le particelle. Al di sopra della maglia, il getto d'aria si distribuisce sull'intera superficie del setaccio e viene aspirato a bassa velocità attraverso la maglia del setaccio. In questo modo, le particelle più fini vengono trasportate attraverso le aperture della rete nell'aspiratore o, facoltativamente, in un ciclone.
Nella setacciatura ad aria viene utilizzato un solo setaccio alla volta, che non viene spostato durante il processo di setacciatura. Un ugello rotante sotto il setaccio dirige un getto d'aria sul materiale da setacciare, facendo sì che le particelle si deagglomerino e vengano poi aspirate attraverso il setaccio. La setacciatura a getto d'aria è adatta per intervalli di dimensioni da 10 µm a 4 mm.)
La setacciatura a secco è il metodo più diffuso per la setacciatura riproducibile e comprende la setacciatura a vibrazione, orizzontale e a colpi verticali (detta anche Tap). Anche la setacciatura a getto d'aria è considerata un metodo di setacciatura a secco, ma si tratta di un processo speciale (vedi sotto). Se necessario, il campione viene preventivamente essiccato per evitare la formazione di grumi. Prima della setacciatura, il campione viene pesato, quindi inserito nel sistema di setacciatura e pesato nuovamente in un momento successivo.
La setacciatura viene utilizzata per determinare la percentuale del campione che rimane sul setaccio o che è più piccola della dimensione delle maglie selezionata. Se si deve effettuare una determinazione granulometrica delle varie frazioni (setacciatura), si utilizza una pila di setacci contenente diversi setacci con maglie di dimensioni diverse (40 µm - 125 mm).
Tuttavia, per garantire che i risultati siano riproducibili senza ombra di dubbio, il setacciatore deve essere impostato in modo completamente digitale. Inoltre, l'unità di controllo integrata deve essere costantemente monitorata per evitare modifiche e deviazioni involontarie durante il test.
La setacciatura a umido viene utilizzata per determinare le dimensioni delle particelle in campioni umidi, grassi o oleosi. È anche il metodo di scelta quando il materiale da analizzare è già presente in sospensione e non può essere essiccato, nonché per le particelle che tendono ad agglomerarsi (di solito < 45 µm), che altrimenti intaserebbero le aperture del setaccio.
Il materiale da setacciare viene sospeso e, come per la setacciatura a secco, applicato al setaccio più alto e poi risciacquato con acqua sotto vibrazione fino a quando il liquido che emerge da sotto la pila di setacci non è limpido. La setacciatura a umido viene effettuata nell'intervallo 20 µm - 20 mm.
Different Requirements, Different Sieving Parameters
The optimal parameter settings depend on the respective material. Depending on the chosen sieve shaker, interval, speed, sieving time, amplitude, or even negative pressure may come into play. Although numerous (inter)national standards and guidelines exist for product-specific sieve analysis parameters, for some materials, suitable parameters must be determined experimentally. We are happy to assist you.
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Horizontal sieving:
For flakes, sticks...
-> Long particles stay on the sieve
Vibratory sieving:
Lenghtwise passing of the particles through the pores.
-> Sample seems to be finer
Different sieving methods lead to different sieving results, which can be reflected in the particle size distribution. The diagrams illustrate how the horizontal sieving method and the vibratory sieving method each affect the particle size fractions. While the horizontal method achieves specific sorting through uniform movements, the vibratory sieving method utilizes 3D throwing motions for alternative separation. This results in different particle distributions, clearly shown in the diagrams.
AS 450 control: 5 min, amplitude 1mm
AS 400 control: 5 min, 170 rpm
Both times an identical sample of wood pieces was sieved
Sieving is a comparative method. Every particle that can pass through the mesh is accordingly smaller than the mesh size. Sieving usually considers the volume or mass fractions of a sample. Number (Q0), length (Q1), or area (Q2) are usually determined by optical methods (e.g., Camsizer). The problem: Camsizers only capture the measurement parameters without being able to fractionate the sample.
In most cases, the Q3 dimension (volume) is suitable as a parameter for reliable quantification of particle size distribution. This is because volume is directly proportional to mass and thus the simplest property to use to reliably determine particle size distribution with minimal effort.
Only optical instruments provide information about particle shape
- Dependening on the falling orientation of the particles, it can be detected in different ways.
- Sticks might be detected as spheres or coins.
Quantification
Q0 number
Q1 length
Q2 area (surface or projection surface)
Q3 mass or volume
Comparability
Distribution of volume, surface and number, e.g. of cubes which have the same total volume.
| Q0 number | 1 | 10<sup>3</sup> | 10<sup>6</sup> |
| Q1 length | 10 | 1 | 0.1 [mm<sup>1</sup>] |
| Q2 surface | 600 | 6,000 | 60,000 [mm<sup>2</sup>] |
| Q3 volume | 10<sup>3</sup> | 10<sup>3</sup> | 103 [mm<sup>3</sup>] |
Equivalent Diameter
- Sphere: Diameter independant from site of view - 1 mm real size
- Stick: Particle can pass mesh lengthwise - particle is longer than 1 mm equivalent diameter.
- Coin: Has also equivalent diameter of 1 mm, but can be up to 1.3 mm in real.
Analisi granulometrica
La dimensione formale delle singole particelle in una miscela viene definita “granulometria” e l'analisi granulometrica viene utilizzata per determinarla. La successiva distribuzione dimensionale delle particelle ha un'influenza significativa sulle proprietà di un materiale, sia dal punto di vista scientifico che tecnico.
A causa delle numerose differenziazioni e anche dei diversi metodi di determinazione, l'analisi granulometrica è considerata una disciplina indipendente dalla granulometria.
Metodi di analisi granulometrica
Sebbene esistano diversi metodi per analizzare e determinare le granulometrie, il diametro equivalente viene sempre determinato in tutte le varianti. La scelta del metodo da utilizzare dipende in larga misura dalla domanda, dalle possibili regolamentazioni e dalla gamma di granulometria stessa.
Le particelle più grandi, a partire da una dimensione di circa 40 mm, vengono solitamente misurate a mano o sulla base di fotografie, mentre la setacciatura viene spesso utilizzata per l'analisi granulometrica di particelle molto piccole, fino a una dimensione di 10 µm. Per la setacciatura, i setacci di diverse dimensioni vengono prima impilati l'uno sull'altro e bloccati in un setacciatore. Il campione viene quindi posto nel setaccio superiore (con il foro più grande) e sottoposto a un movimento di setacciatura definito per un certo periodo di tempo per garantire una setacciatura precisa.
Le particelle del campione vengono separate in base alle loro dimensioni sui setacci. Successivamente, viene determinata la percentuale delle singole frazioni rimaste sui setacci con fori di dimensioni diverse. Le percentuali di massa delle singole frazioni sono indicate come p3. La curva di distribuzione cumulativa Q3 fornisce informazioni sulle masse aggiunte delle singole frazioni. È comune fornire informazioni sulla dimensione del campione inferiore al 90%, al 50% e al 10%.
Caratterizzazione ottica delle particelle
L'analisi delle dimensioni delle particelle può essere effettuata anche con la tecnologia di misurazione ottica. A seconda della variante di misurazione, si possono fare affermazioni anche sulla forma delle particelle. L'intervallo di misurazione è compreso tra 0,3 nm e 30 mm, a seconda del sistema. La caratterizzazione delle particelle può essere effettuata in sospensioni, emulsioni, sistemi colloidali, polveri, granuli e materiali sfusi.
La nostra consociata MICROTRAC è un leader tecnologico, con una vasta rete globale e un'offerta impareggiabile nella caratterizzazione delle particelle.
SETACCIATURA PER IL CONTROLLO QUALITÀ
Tutti conosciamo il termine "qualità". È ampiamente utilizzato per descrivere un prodotto di valore particolarmente elevato. Tuttavia, la definizione esatta di qualità è la seguente: La qualità è la conformità delle proprietà definite con le proprietà rilevate di un prodotto, determinata dall'esecuzione di test. Un prodotto può essere definito di alta qualità se una misurazione di prova accerta che le proprietà desiderate rientrano in una determinata tolleranza. Se i valori misurati si discostano troppo, la qualità è inferiore. Molti materiali, naturali o artificiali, si presentano in forma dispersa (materiale che non forma un'unità coerente, ma è diviso in elementi che possono essere separati l'uno dall'altro, ad esempio un mucchio di sabbia). Le dimensioni delle particelle e la loro distribuzione all'interno di una quantità di materiale - cioè le frazioni di particelle di dimensioni diverse - hanno un'influenza cruciale sulle proprietà fisiche e chimiche.
Alcuni esempi di proprietà che possono essere influenzate dalla distribuzione granulometrica:
- La Forza del Cemento
- Il gusto del Cioccolato
- le proprietà di dissoluzione delle compresse
- la capacità di versamento e la solubilità delle polveri di lavaggio
- l'attività superficiale dei materiali filtranti
Questi esempi mostrano chiaramente quanto sia importante conoscere la distribuzione granulometrica, in particolare nel contesto dell'assicurazione della qualità dei prodotti sfusi per i processi di produzione. Se la distribuzione granulometrica cambia durante il processo di produzione, anche la qualità del prodotto cambierà.
RETSCH Sieve Shakers for Reproducible Results
I setacciatori RETSCH coprono un ampio spettro di misurazione e applicazione per soddisfare le vostre esigenze. Diversi tipi di movimento di setacciatura e varie dimensioni dei setacci consentono di scegliere il setacciatore RETSCH più adatto a ogni materiale setacciabile. In questo modo si garantiscono risultati sempre precisi e riproducibili, naturalmente in conformità con il monitoraggio delle apparecchiature (DIN EN ISO 9001 e successivi).
Ci contatti per una consulenza gratuita
Grazie alla sua fitta rete internazionale composta da filiali, agenzie locali e società satellite, RETSCH è presente in più di 80 paesi garantendo elevati standard qualitativi e di competenza tecnica. Nei nostri laboratori applicativi, utilizzatori e potenziali clienti possono processare GRATUITAMENTE i propri campioni, in modo da poter valutare l'idoneità di sistemi proposti, prima di un eventuale acquisto. Le prove effettuate saranno inoltre accompagnate da un report di macinazione, riportante tutte le informazioni inerenti la prova (setting strumentali, strumenti ed accessori utilizzati)
