插入度试验法测定萤石粉中适运水份极限

张海峰钟志光*禤健文谭智毅田琼刘敏燕颜培简

（1.广东出入境检验检疫局 广东广州 510623；2.交通运输部水运科学研究院；3.广东海事局）

插入度试验法测定萤石粉中适运水份极限

张海峰1钟志光1*禤健文1谭智毅1田琼1刘敏燕2颜培简3

（1.广东出入境检验检疫局 广东广州 510623；2.交通运输部水运科学研究院；3.广东海事局）

采用插入度试验法对船载运输的萤石粉中适运水份极限的测定条件进行了研究。该方法快速简便，24小时可得到满意的检测结果,可应用于船载运输萤石粉中适运水份极限的日常检验。

船载固体散货；插入度试验法；易流态化；萤石；适运水份极限

1 前言

国际海事组织于2008年12月在《固体散装货运安全操作法规》（BC Code）中引入了“适运水份极限”（Transportable Moisture Limit，TML）来限定散装货物可安全运输的最高含水量，并将可能发生“液化”的散装货物归入A类危险品（液化危害性货物）。萤石粉（又称氟石粉）由细粉、小颗粒（最大粒径为1 mm）组成，主要成分为氟化钙（CaF2），主要用于生产氢氟酸、牙膏、塑料、玻璃制造等轻工行业。散装萤石粉属A+B类危险品（同时具有化学危害性和液化危害性的货物），《国际海上生命安全公约》（SOLAS公约）第六章中规定A类危险品其实际含水量必须低于TML才可进行装载。从2005的5月到7月，仅仅3个月，就有3艘从中国装运走私萤石的船只在海上发生倾斜、倾覆事故［1］，肇事原因与货舱内的萤石货物流态化有关。散装萤石粉在振动力的作用下，紧密度增大而孔隙减少，在含水量不变的情况下，空隙中水压上升，随之发生剪切效应下降。一旦外力振动幅度和次数超过一定限度，这些散装货物突然失去剪切强度，像流体一样发生流动。这种现象被称为“流态化”，是导致散装货物移位的重要原因。而货物的移位，曾导致多起严重沉船事故。

水路运输易流态化固体散装货物适运水份极限的测定通常有流盘试验法、插入度试验法、葡式试验法［2］，采用流盘试验法测定矿产品中适运水份极限［3，4］已有报道，而采用插入度试验法测定萤石中适运水份极限未见报道。本文以《国际海运固体散装货物规则》（IMSBC）及相关资料［5-8］为试验基础，寻找最佳试验条件，建立了快速、准确的插入度试验法测定萤石粉中适运水份极限，为我国出口萤石粉水路运输的安全提供了有力保障，在国际散装货物TML检验分析的实际应用中具有重要意义。

2 材料与方法

2.1材料

2.1.1试验样品

试样采自广东口岸出境萤石粉货物。

2.1.2仪器及器具

MI-1000型插入度试验仪：捣棒一套，深国技仪器有限公司；电子天平（量程范围0-20 kg，感量0.01 g）：德国Sartorius；5E-MIN6150智能通氮红外干燥箱（温度范围0℃-210℃，精度要求105℃±5℃，可利用空气/氮气强制循环进行通风）：湖南长沙开元；量筒：容量为50 mL、200 mL；塑料刻度滴管：用于0-5 mL定量加水，分度值0.2 mL；搅拌容器：直径约为30 cm的不锈钢盆，能满足8 kg试样的搅拌，也可用相当大小的自动搅拌器进行搅拌操作，但应注意确保机械搅拌器不会降低试验物质的粒度和均匀性；样品盘：由不锈钢等耐腐蚀、耐高温材料制作，尺寸要求为试样铺开后厚度小于30 mm，且应考虑烘箱内腔的面积；称量盒：用于烘干试样的扁平容器，由不锈钢等耐腐蚀、耐高温材料制作，圆形，直径100-120 mm，高20-30 mm。

2.2方法

2.2.1原理

试样的含水率通过与水混合来调整。混合后的试样置于圆缸中以（19.6±2.0）m/s2加速度振动6.0 min。如果试样表面上的标尺插入深度大于50 mm，则表明试样达到流动态，流动水份点为刚达到流动状态前后两个水份含量的平均值。

2.2.2试样准备

试验中试样用量因散货密度不同而有所差异。试样经晾干或烘干（凉后手摸不得有潮湿感），对于含有粘性土团的试样，先将土团碾散，过5 mm标准筛。取小于5 mm的试样24 kg（对于来样已板结的，直接取试样24 kg），充分混匀后，将试样分成A、B、C 3份，分别用于预实验及两次平行主实验。

2.2.3试验程序

2.2.3.1样品预试验

取预试验试样A放入搅拌容器中充分搅拌，一旦确认试样还未达到流动水分点时，则继续放入搅拌盆中，加入试样质量0.4%-0.5%的水，再充分搅拌，以备填装圆缸。如果需要的话，可直接继续加水。装填试样前，可在圆缸内涂抹凡士林，以便试验后取出试样。将试样分4层填装圆缸，装入每一层后使用夯具夯实。每一层均应在整个试样的表面上连续均匀夯实至边缘共40次，直到产生均匀的平面。将插入棒穿过托架，置于试样表面上（使用两支同样质量的插入棒）。预试验的目的是尽可能找出流动水份点的大约数值。

2.2.3.2流动水份点的识别与确定

若插入深度小于50 mm，即未达到流动水分点，则重复本文2.2.3.1所述步骤；若插入深度等于50 mm，即刚达到流动水分点；若插入深度大于50 mm，即刚超过流动水分点，该次所测得未填装圆缸两份试样的含水率分别记为w21、w22；同时，前一次插入深度未达到50 mm时，未装填圆缸两份试样的含水率，分别记为w11、w12。分别计算w11、w12的平均值和w21、w22的平均值，分别记为w1和w2，根据IMSBC规则规定，两者差值不得大于0.5%，两者的平均值即为流动水分点FMPp。

2.2.3.3流动水份点的主试验程序

分别取试样B和试样C，一次加水至低于预试验中得到的流动水分点0.5%-1%的含水率，在此基础上，加入试样质量0.2%-0.3%的水，重复本文2.2.3.1-2.2.3.2所述步骤，测得的流动水分点FMPBP、FMPCP，两者的平均值即为该货物的流动水分点FMP。

2.2.3.4结果计算

式中：w1-刚达到流动状态前，试样的平均含水率；w11、w12-分别为刚达到流动状态前时，试样的每次含水率；

w2-刚达到流动水分点时或刚超过流动水分点后，试样的平均含水率；

w21、w22-分别为刚达到流动水分点时或刚超过流动水分点后，试样的每次含水率；

FMPp-试样的流动水分点；

FMPBP-试样B的流动水分点；

FMPCP-试样C的流动水分点；

FMP—该货物的流动水分点。

适运水份极限按照流动水份点的90%进行计算：

TML=FMP×90%

3 结果与讨论

3.1影响因素

（1）夯具压力

夯实样品的目的是将试样压实到类似在船舶舱底积载时的程度，随着散货密度的增加，夯具压力也增加，压力最终定为40 kPa，当达到适运水份极限值时，货物产生明显的易流态化现象。

（2）积载因数

随着散货积载因数的减少，捣棒压力增加，当达到适运水份极限值时，货物产生明显的易流态化现象。

（3）货物最大装载深度

随着货物最大装载深度的增加，捣棒压力增加，当达到适运水份极限值时，货物产生明显的易流态化现象。

（4）重力加速度

随着重力加速度的增加，捣棒压力增加，当达到适运水份极限值时，货物产生明显的易流态化现象。

（5）货物粒度

对A类水路运输货物来说，随着货物粒度的逐渐减少，当达到适运水份极限值时，货物产生明显的易流态化现象。

（6）振动时间

同一样品随着受振动的时间增加，在较低的含水率时样品即可发生易流态化现象，当振动时间超过6 min后，发生易流态化的样品的含水率趋向一致。为了确保及时准确地观测到样品出现易流态化现象，根据IMSBC规则规定，并经试验得知试验样品以频率50 Hz，加速度为（19.6±2.0）m/s2振动6 min时为最佳读取插入深度时机。

3.2实验室间检验结果比对情况

广东检验检疫技术中心（简称A1）、广东中检公司湛江分公司（简称A2）、厦门检验检疫技术中心（简称A3）、宁波检验检疫技术中心（简称A4）4个实验室对相同萤石样品进行适运水份极限测定，结果见表1。

表1　萤石粉适运水份极限测定结果（%）

表1结果显示，使用插入度试验法测定相同萤石样品的适运水份极限差异不大，根据IMSBC规则规定：插入度试验法实验结果偏差均应小于0.3%。

4 结论

当前，我国广东沿海港口大量出口到美国、日本、欧洲的萤石粉均需要在装船前出具适运水份极限、积载因数、颗粒分布的检测报告，国内无相关研究和标准可以借鉴。用插入度试验法测定萤石粉中适运水份极限在港口实际应用中方便快捷，所出具的TML检测报告可作为船方、海事部门、港口管理部门的可靠参考依据，为物流运输安全提供了技术保障。

［1］欧义芳.海运易流态化货物安全技术初探［J］.世界海运，2012，2：15-18.

［2］IMSBC规则：2008《国际海运固体散装货物规则》［S］.

［3］李晨，江丽，刘曙，等.氟石粉适运水份限量的测定［J］.化学世界，2010，11：660-662，674.

［4］袁晓鹰，金伟，张咏春，等.煤炭适运水份极限的测定［J］.煤质技术，2013，2：1-3.

［5］王保红.《IMSBC》规则应对与规范执行［J］.中国水运，2011，5：34-35.

［6］杨英超.船舶安全运输镍矿探讨［J］.中国海事，2012，4：21-24.

［7］张向辉.RINA攻克镍矿石运输安全难题［J］.中国船检，2011，9：22.

［8］唐绪谦，李士国.船舶载运易流态化货物安全措施的探讨［J］.中国海事，2015，1：33-34.

The Determination of the Transportable Moisture Limit in Fluorspar Powder with Penetration Testing Method

Zhang Haifeng1，Zhong Zhiguang1*，Xuan Jianwen1，Tan Zhiyi1，Tian Qiong1，Liu Minyan2，Yan Peijian3
（1.Guangdong Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Guangzhou,Guangdong,510623；2.China Waterborne Transport Research Institute；3.Guangdong Maritime Safety Administration）

The research for the determination of the transportable moisture limit in fluorspar has been developed with penetration testing method.The method is simple and rapidly with satisfactory results of real samples within 24 h.It will be of practical significance in analysis of the transportable moisture limit in fluorspar from international shipment solid bulk cargos with liquefaction.

Shipment Solid Bulk Cargos；Penetration Testing Method；Liquefaction；Fluorspar；Transportable Moisture Limit

T-651

E-mail：zhanghf@iqtc.cn；*通讯作者E-mail：zhongzg2008@sina.com

交通运输部制标项目（2013-429-222-200）；广东出入境检验检疫局科研基金项目（2014GDK52）

2015-05-05