اندازه گیری پرت حرارتی دولومیت و خاکهای کربناتی - 2

روشي غير مستقيم براي اندازه‌گيري پرت حرارتي دولوميت و خاکهاي کربناتي

بخش دوم – شرايط پخت نمونه‌ها، فرمول‌ها و مثال عملي

نوشته: ابوالفضل گروئی

نمونة 100 درصد رس و نمونة فرموله شده (مثلاً 15-85) را پس از خشک کردن کامل در کوره‌اي با حداقل دماي ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد پخت دهيد. خشک شدن کامل نمونه‌ها اهميت بسيار زيادي دارد؛ چرا که اگر نمونه‌ها داراي رطوبت باشند، بر نـتايـج درصد پرت حرارتي اثر گذار خواهد بود. از کوره‌هاي صنـعتي پخت سريـع رولري با محدودة دمائي ۱۱۰۰-۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد نيز مي‌توان استفاده کرد.

جرم خشک (D) و جرم پخت (F) تمام نمونه‌ها را با ترازوي يک‌صدم گرم تعيـين کنيد. تنها مشخصه‌اي که بايد اندازه‌گيري شود، درصد پرت حرارتي (L.O.I.) است. پس، پرت حرارتي نمونة 100 درصد رس و نمونة فرموله شدة (مثلاً 15-85) رس- بنتونيت را با استفاده از فرمول يک تعيين کنيد.

فرمول یک

% L.O.I. = (D - F)×100 / D

براي محاسبة پرت حرارتي دولوميت آزمايشي (يعني نمونة 100 درصد دولوميت)، از فرمول دو استفاده کنيد.

فرمول دو

( % L.O.I.) D = [ (% L.O.I. 85-15 ) - (0.15 × L.O.I. B) ] / 0.85

در اين فرمول

( % L.O.I.) D پرت حرارتي نمونة دولوميت 100 درصد

پرت حرارتي نمونة فرموله شدة 15-85 (% L.O.I. 85-15 )

پرت حرارتي نمونة 100 درصد رس (L.O.I. B)

هستند.

◄ نکتة مهم:

توجه داشته باشيد که رابطة پرت حرارتي براي يک ترکيب از مواد اوليه مي‌تواند خطي باشد، اما اين حالت براي انقباض، جذب آب، استحکام پخت و ديگر خواص پخت (که در اين آزمون نياز به اندازه‌گيري آنها نيست) برقرار نيست.

◄ مثال عملي:

پرت حرارتي نمونه‌هاي 100 درصد بنتونيت سوراوجين (رُس)، ترکيب فرمولة 15-85 از بنتونيت سوراوجين-دولوميت تکاب که در کورة پخت بيسکوئيت کاشي ديوار (۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد و 45 دقيقه) پخته شدند، به ترتيب برابر بودند با 6.29 و 40.19 درصد. با استفاده از فرمول دو، پرت حرارتي دولوميت 100 درصد خواهد بود 46.17 درصد.

***

اين آزمون پس از تعريف يک پروژة کارآموزي توسط خانم « ليلا اکبر شاهي» دانشجوي سال آخر مهندسي مواد - سراميک دانشگاه بين المللي امام خميني (ره) به انجام رسيد.

اندازه گيري پرت حرارتي دولوميت و خاکهاي کربناتي - 1

روشي غير مستقيم براي اندازه گيري پرت حرارتي دولوميت و خاکهاي کربناتي

بخش نخست – آشنائي با مسأله، تعريف ها و روش تهية نمونه

نوشته: ابوالفضل گروئی

دولوميت يک کربنات مضاعـف کلسيم و منيزيـم است و فرمول آن را مي توان به شکل (Ca , Mg)(CO3)2 يـا CaCO3∙MgCO3 نشان داد. ماده‌اي غير پـلاستيک است و نمي‌توان با روش‌هاي متداول آن را پـرس کرد.

علاوه بر آناليز شيميائي، روش‌هائي چون اندازه‌گيري ميزان کربنات با استفاده از اثر اسيد کلريدريک (HCl)، استفاده از دستگاه کربنات‌سنج پيزارلي (کلسيمتر يا Pizzarelli) و نيز اندازه‌گيري ميزان پرت حرارتي (L.O.I) براي تعيين ميزان خلوص اين مادة اوليه استفاده مي‌شوند.

بوتة ديرگداز در پوش دار براي اندازه گيري ميزان پرت حرارتي (L.O.I)

در کارخانه‌هاي کاشي ديوار معمولاً از دستگاه پيزارلي يا روش پرت حرارتي استفاده مي‌شود. در روش پرت حرارتي، به بوتة ديرگداز و کوره‌اي تا دماي دست‌کم ۱۰۰۰-۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد نياز است. اگر قرار باشد پرت حرارتي دولوميت از طريق کوره‌هاي صنعتي اندازه‌گيري شود، بايد اين مادة اوليه غيرشکل‌پذير را به صورت يک بدنة سراميکي و معمولاً از طريق پرس شکل‌دهي کرد. استـفاده از چسب‌هاي آلي مانند CMC و PVA چندان راهگشا نيست؛ چرا که اين ماده از پلاستيسيتة بسيار پائيني برخوردار است و تقريباً فاقد پلاستيسيته مي‌باشد.

روشي که در زير ارائه مي‌شود، مي‌تواند نياز هر کارخانة مواد اوليه يا کاشي‌سازي را براي اندازه‌گيري ميزان پرت حرارتي دولوميت برآورده سازد. اساس اين روش، مبتـني بر وجود رابطة خطي در «پرت حرارتي» براي ترکيب مواد اوليه است. اين رابطة خطي را به صورت زير مي‌توان نشان داد:

Total (% L.O.I.) = (% L.O.I.) i × Xi (i = 1, 2, .... n)

که در آن Xi کسر جرمي جزء i ام در ترکيب و i(% L.O.I.) پرت حرارتي جزء i ام است.

ابتدا مادة پلاستيک مناسبي (بنتونيت يا رس) را در نسبت‌هاي 10-90، 15-85 يا 20-80 به دولوميت بـيفزائيد. هم مادة پلاستيک و هم دولوميت بايد کاملاً خشک شده باشند. هر چه نسبت بنتونيت در اين ترکيب بالاتر باشد، دقت آزمايش صرفاً به خاطر استحکام بالایِ قطعه بيش‌تر خواهد بود چرا که وجود شکستگی و لب‌پريدگی هر چند جزئی در قطعه، دقت اندازه‌گيری را به شدت کاهش خواهد داد. افزايش درصد دولوميت (يا ماده کربناتیِ ديگر) منجر به افزايش حساسيت روش (البته با قبول ريسک تُرد شدگی قطعه و تمايل زياد آن به لب‌پريدگی و شکست) خواهد شد. معمولاً نسبت 15 رس + 85 دولوميت جوابگو خواهد بود.

بسته به سختي و درشت دانه بودن مواد اوليه، زمان سايش مناسب و ميزان آب لازم براي تهية دوغابي با ويسکوزيتة مناسب را در آسياي آزمايشگاهي (فست‌ميل) انتخاب کنيد. دوغاب به دست آمده را پس از خشک کردن با 5 تا 6 درصد رطوبت و با استفاده از الک آزمايشگاهي (براي نمونه، 18 مش) در هاون چيني گرانول کنيد.

مقدار بچ مواد اوليه بايد به اندازه‌اي باشد که دست کم دو نمونه براي شکل‌دهي (پرس) به دست آيد. يک نمونه از بنتونيت يا رس را نيز به صورت تک خاک (100 درصد) شکل‌دهي کنيد.

پاسخ به پرسش های خوانندگان - 1

 

خوانندگان محترم مي توانند پرسش هاي خود را به صورت نظر در انتهاي هر پست مطرح کنند تا به ترتيب اولويت و پس از بررسي منابع و مدارک علمي و فني به آنها پاسخ داده شود. اگر به دليل مشغلة کاري تأخيري در پاسخها پيش آمد، پيشاپيش پوزشم را پذيرا باشيد.

***

خوانندة عزيزي پرسش هائي را مطرح فرمودند که بنا به اهميت آنها در زير پاسخ داده ميشوند. متن نظر اين خواننده به صورت زير است :

سلام دوست من خسته نباشي
وبلاگ تخصصي و بسيار مفيدي داري. بنده به تازگي در يکي از شرکت ها مشغول به کار شده ام و از جنابعالي چند سئوال دارم؛ ضمن اين که رشتة تحصيلي بنده سراميک نمي باشد.
1- ضريب انبساط حرارتي چيست ؟
2- تاثير سيليس در لعاب چيست؟ و آيا سيليس ضريب بالا مي باشد؟
3- آلفا در سراميک چيست؟ منظور تخصصي سراميک است؟
با تشکر از جنابعالي

 

پاسخ پرسش شمارة 1 شما در پست زير جواب داده شده است. براي مشاهده ميتوانيد بر اين نشانه کليک کنيد.

پاسخ پرسش شمارة 2 شما در پست ديگري در اين وبلاگ داده شده است. براي مشاهده ميتوانيد بر اين نشانه کليک فرمائيد. در اين پست خواص فيزيکي، شيميائي و کاربردهاي سيليس (SiO₂) در صنعت سراميک به صورت مختصر و مفيد بيان شده است. تنها اضافه ميشود که سيليس و چندشکلي (پلي مورف)هاي آن به صورت شيشه و در لعاب، ضريب انبساط گرمائي پائيني دارند اما در بدنه هاي کاشي (بر خلاف لعاب) باعث افزايش ضريب انبساط گرمائي ميشوند.

در مورد پرسش شمارة 3 شما يادآور ميشوم که در صنعت و ميان اهل فن سراميک گاهي به اختصار به جاي ضريب انبساط گرمائي از کلمة آلفا که حرف نخست الفباي يوناني است، استفاده ميشود.

ضریب انبساط گرمائی خطی

 

آن چه بايد دربارة

ضريب انبساط گرمائي بدانيم

 

 منبع: www.ami.ac.uk

 

ترجمه اي که در زير ميخوانيد، به درخواست يکي از خوانندگان محترم وبلاگ ارائه شده است. شما نيز ميتوانيد پرسشهاي خود را به صورت نظر مطرح کنيد تا به ترتيب اولويت به آن پرداخته شود.

---

 مواد با افزايش درجه حرارت منبسط ميشوند که به دليل افزايش ارتعاش گرمائي اتمها در يک ماده است و بنابراين به افزايش فاصلة جدائي ميانگين اتمهاي متقابل منجر ميشود.

ضريب انبساط گرمائي خطي (با حرف يوناني آلفا) با فرمول زير به دست مي آيد و بيان ميکند که براي هر درجه افزايش دما، ماده چه اندازه انبساط خواهد يافت:

 

 

                                  alpha = dL / ( L . dT )

 

وقتي

dl  : تغيـير در درازاي ماده (طول) در جهتي که اندازه گيري ميشود؛

l  :  طول کلي ماده در جهتي که اندازه گيري ميشود و

dT  : تغيـير در دما که dl اندازه گيري شد.

اگر چه آلفا يک نسبت بدون بعد است اما انبساط، واحدِ « بر درجه » دارد و به طور عادي بر حسب چند بر «ميليون بر درجه سلسيوس افزايش در دما» بيان ميگردد. ضريب انبساط گرمائي حجمي نيز وجود دارد اما حرفهاي اختصاري CTE به طور نوعي تنها به انبساط خطي اشاره دارد.

 

تغيـير CTE با مواد

 

بزرگي CTE به ساختار ماده بستگي دارد. همان طور که ميتوان از شکل زير ديد، تنها در صفر مطلق (273 درجة سلسيوس زير صفر) است که اتمها در فاصله اي ثابت باقي ميمانند. بالاتر از صفر مطلق وقتي انرژي گرمائي بيشتر ميشود، جنبشي در حدود ميانگين به وجود مي آورد و اين ميانگين خودش به دليل اين که منحني انرژي پيوند شکل نامتقارن دارد، به آرامي افزايش مي يابد.

 

  

 

طرحي از انرژي پيوند در برابر فاصلة بين اتمي (از شکلفورد Shackelford 1999).

 

همين شکل به ما کمک ميکند تا ببينيم که چرا عايقهاي با استحکام پيوندي قوي مانند سراميکها CTE نسبتاً کمتري در مقايسه با فلزها دارند و چرا ساختارهاي با استحکام پيوندي ضعيف (شل) نظير بسپار (پليمر)ها CTE بالا دارند به ويژه آنهائي که گرمانرم (ترموپلاستيک) يا کشيار (الاستومر) هستند ...

 

                       ( لطفاً بر روي لينک ادامة مطلب کليک فرمائيد )

ادامه نوشته