Транспортные характеристики навалочных грузов

Железная руда в природе встречается, в основном, в виде че­тырех минералов – магнетита, гематита, гетита, сидерита – в смеси с пустой породой, включающей кремнезем, глинозем, окиси магния и кальция. Ценность руды характеризуется основными показателями: процентным содержанием основного компонента (железа) в руде, на­личием примесей и грануляцией. В зависимости от вида подготовки к плавке железную руду подразделяют на: рядовую (несортированную), кусковую, мелкую для агломерации (аглоруду), концентрат, окатыши.

Марганцевые руды делятся на три основных типа: окисные, карбонатные и окисленные. Марганцевая руда по своему внешнему виду представляет черную рыхлую породу, влажную на ощупь.

Серный колчедан (пирит, железный колчедан, сульфид) представляет собой сернистые соединения железа. В чистом виде встречаются крайне редко и, как правило, вырабатывается промыш­ленностью при обогащении медных или полиметаллических руд. Руды серного колчедана имеют желтоватый или зеленовато–серый цвет и металлический блеск. Различают серный колчедан (пирит), магнитный колчедан (пирротин) и медный колчедан (халькопирит). Серный колчедан широко используется в химической промышлен­ности для получения серной кислоты. Вторичный продукт переработки серного колчедана – пиритные огарки (окись железа) используются при выплавке чугуна.

Апатитовый концентрат – мелкодисперсный порошок серого цвета, получают из апатито-нефелиновых руд флотационным обогащением. Является сырьем для производства фосфорных удобрений. Апатитовый концентрат сильно пылит. Апатитовый концентрат требует закрытого хранения, защищающего от влаги и загрязнения. При хранении уплотняется и нижние слои переувлажняются. Сухой апатитовый концентрат (влажность до 0,25%) обладает высокой текучестью.

Магнезит – природный минерал из класса карбонатов, группы кальцита. Товарный магнезит представляет собой дробленый материал бе­лого или желтовато–серого цвета. Магнезит хранится в открытых штабелях.

Бокситы – горная порода, состоящая, в основном, из гидратов глинозема, соединений железа и примесей других минеральных компонен­тов, красного цвета различного оттенка (от розового до тем­но–красного) и серого (почти черного).

Глинозем – продукт переработки бокситов, служит сырьем для получения алюминия. Представляет собой полидисперсный кристаллический порошок белого цвета.

Руда и рудные концентраты могут нарушать общую и местную прочность корпуса судна.

Угли представляют собой черную и серую твердую блестящую породу. Ископаемые угли подразделяются на бурые, каменные и ант­рацит. Уголь состоит из органического вещества и минеральных примесей. Основными элементами, входящими в органическую массу угля, являются углерод, водород, кислород, азот и органическая сера. В углях содержатся и химические соединения некоторых металлов. Каменные угли СНГ классифицируются по маркам и группам. По маркам они делятся на: длиннопламенный (Д), газовый (Г), жирный (Ж), коксовый (К), обогащенный спекающийся (ОС), тощий (Т), полуантрацит (ПА), антрацит (А), газовый жирный (ГЖ), коксовый жирный (КЖ), коксовый второй (К2), слабоспекающий­ся (СС).

Минеральные удобрения выпускаются и применяются в виде по­рошков и гранул, мелкокристаллических веществ. В зависимости от состава минеральные удобрения делятся на азотные, фосфорные, калийные и др.

Азотные удобрения. Основными средствами для получения азотных удобрений явля­ются аммиак и азотная кислота. В зависимости от технологии произ­водства и составных компонентов азотные удобрения разделяются на твердые (сыпучие) и жидкие. Степень опасности, токсичности (ядо­витости) для человека азотных удобрений определяется их химичес­ким составом и агрессивностью их отдельных компонентов.

Мочевина (карбамид) – амид угольной кислоты. Карбамид представляет собой продукт бесцветный, белого, желтоватого или розоватого цветов с характерным неприят­ным запахом.

Сульфат аммония (сернокислый аммоний) – кристаллическая аммониевая соль серной кислоты, основное азотное удобрение. Сульфат аммония – продукт белого или серо–зеленого цвета с синеватым оттенком

Аммиачная селитра (азотнокислый аммоний) – выпускается в основном, промышленностью в гранулированном виде. Препарат белого цвета, иногда с желтым оттенком. Обладает повышенной гигроскопич­ностью. Кристаллическая селитра имеет способность к слеживанию и уплотнению. Обладает повышенной гигроскопичностью. Аммиачная се­литра – сильный окислитель. Это свойство определяет ее повышенную пожарную опасность.

Натриевая селитра (нитрат натрия) представляет собой бесцветный кристаллический материал.

Кальциевая селитра (нитрат кальция) содержит 15,5% азота, представляет собой кристаллический материал в виде чешуек и явля­ется универсальным щелочным удобрением.

Фосфорные удобрения – химические соединения, относящиеся к определенному типу фосфатов, фосфор которых находится в легкодоступной для растений форме. Фосфорные удобрения получаются в результате разложения апатитового концентрата или фосфорита серной кислоты. Составы су­перфосфатов и их качество зависят от исходного сырья.

Суперфосфат простой (порошкообразный) – наиболее распрост­раненное фосфорное удобрение и представляет собой порошок серого цвета, влажный на ощупь, частично растворимый в воде. Имеет характерный запах. Гигроскопичен, способен поглощать влагу из окру­жающего воздуха или отдавать ее. Высокое содержание влаги в су­перфосфате и последующее непрерывное ее испарение является основ­ной причиной слеживаемости. Суперфосфат порошкообразный химически агрессивен. Наличие свободной фосфорной и кремнефтористоводородной кислот активизиру­ют коррозионные процессы металла и разрушение железобетона. Суперфосфат разъедает одежду и кожаную обувь; суперфосфат­ная пыль уплотняется в движущихся соединениях механизмов в цементоподобную массу. Воздействие на дерево и резину незначительно. Выделяющиеся из суперфосфата фтор и сернистый газ, а также пылящие фракции его, оказывают вредное воздействие на органы ды­хания и глаза. Особенно ядовит фтор, содержание которого в возду­хе более 0,005%. Гранулированный суперфосфат, двойной гранулированный суперфосфат. суперфосфат обогащенный.

К калийным удобрениям относятся – хлористый калий, смешан­ная калийная соль, калимагнезия, сернокислый калий, сильвинит, каинит. Получают в результате переработки калийных руд (сильвини­та, карналнита), Качество калийных удобрений и сырья для их изго­товления оценивается содержанием основного компонента или содер­жанием калия.

Хлористый калий – мелкокристаллический рассыпчатый продукт в виде порошка или гранул белого или белого с серым или краснова­тым оттенком без запаха. Хорошо растворяется в воде. Мало гигроскопичен, интенсивность поглощения влаги зависит от относительной влажности окружающей среды и груза. Порошкообразный хлористый калий – слеживающийся груз, одна из главных причин слеживаемости – повышенная влажность. При поглощении влаги хлористый калий хорошо в ней растворя­ется и при контакте с металлом активизирует коррозионные процессы аналогично действию поваренной соли. При влажности хлористого калия более 20% – разжижается. Хлористый калий обладает повышенной способностью к налипанию на поверхности из различных материалов, прочность сое­динения растет с увеличением влагосодержания груза. При погрузке хлористый калий пылит и рассеивается.

Сульфат калия (сернистый калий) – мелкокристаллический материал серого цвета. В отличие от хлористого калия он негигроскопичен и почти не слеживается.

Смешанная калийная соль – смесь хлористого калия с сильви­нитом или каинитом. Кристаллический серый порошок с примесью красных кристаллов. Мало гигроскопичен, при длительном хранении слеживается.

Калимагнезия – кристаллический порошок или гранулы серого цвета с розоватым оттенком, содержит сернокислый калий и магний.

Каинит – природная крупнокристаллическая соль, содержащая от 8 до 12% калия. Каинит имеет различный цвет – от серого до ро­зового и бурого. Хорошо растворяется в воде, мало гигроскопичен, слеживается.

Сильвинит – природная соль, имеет вид крупнокристаллическо­го порошка розовато–бурого цвета с включением отдельных красных кристаллов. В состав сильвинита входит хлористый калий с примесью хлористого натрия. Порошок мало гигроскопичен, при хранении слеживается.

Фосфориты – осадочная, пористая порода серого или черного цвета, получившаяся из апатитов путем вторичного образования. Фосфориты состоят в основном из фосфата кальция, а также кварца, кальцита, доломита и др. Фосфат кальция входит в фосфориты в виде мелких зерен фторапита. Фосфориты используются главным образом для производства ми­неральных удобрений, в меньшей степени – для получения элементар­ного фосфора, фосфорсодержащих промышленных продуктов, а также в черной и цветной металлургии. Так как фосфоритные руды содержат большой процент примесей, перед отправкой потребителям производится обогащение руды. Обра­зовавшийся продукт – флотационный концентрат, либо фосфоритная мука. Внешний вид фосмуки серый, желтоватый или бурый порошок в зависимости от месторождения. При попадании в фосмуку воды происходит комкова­ние и цементация.

Сера – минерал, получаемый при переработке серных руд и из сероводорода при плавке медных колчеданов. Сера используется для производства серной кислоты, сероуг­лерода, красителей, резиновых изделий, в целлюлозно-бумажной, текстильной и других отраслях промышленности. В зависимости от применяемого сырья серу делят на природную и газовую, выпускают следующих видов: комовую, молотую, гранули­рованную, чешуированную, литьевую и жидкую. При обычных условиях сера представляет собой твердое кристаллическое вещество желтого цвета. Сера практически не слеживается, не гигроскопична, не налипает на рабочие органы машин и механизмов. Твердая сера не агрессивна. В воде сера практически не растворяется. При ПРР комовая сера сильно пылит. В связи со свойствами серы накапливать электростатические заряды, металлоконструкции, соприкасающиеся с серой необходимо заземлять для отвода статических зарядов. При хранении из серы выделяется сероводород.

К минерально-строительным материалам, перевозимым водным транспортом и перегружаемым в портах, относятся: песок, щебень, гравий, глина, цемент, клинкер, песчано-гравийная смесь.

Песком называют рыхлую смесь зерен крупностью 0,14 – 5 мм, образовавшуюся в результате естественного разрушения массивных горных пород или их дробления (природные пески). Кроме природных песков для различных целей используют искусственные, получаемые дроблением или грануляцией металлургических и топливных шлаков или специально приготовленных материалов. Природные пески по минеральному составу разделяются на кварцевые, полевошпатные, известняковые и доломитовые. Песок состоит из зерен различного размера в пределах 0,14– 5 мм. Форма зерен дробленого песка должна быть близка к кубической. В зависимости от зернового состава песок разделяют на крупный, средний, мелкий и очень мелкий.

Гравий представляет собой каменные зерна размером от 5 до 70 мм, образовавшиеся в результате естественного разрушения гор­ных пород. Зерно гравия имеет скатанную форму и гладкую поверх­ность. По крупности зерен гравий разделяют на следующие фракции: 5 – 10, 10 – 20, 20 – 40, 40 – 70 мм.

Щебень – остроугольные планки – размером до 70 – 150 мм, обра­зующиеся при выветривании горных пород (природный щебень) или в результате их дробления и последующего рассева продукта дробле­ния. Изготовляют щебень из различных горных пород, что определяет его марку. По пределу прочности при сжатии щебень из изверженных горных пород подразделяют на марки 1200, 1000 и 800; из метаморфи­ческих горных пород – 1200, 1000, 800 и 600; из осадочных горных пород – 1200, 1000, 800, 600, 400, 300 и 200. Щебень, как правило, состоит из однородных по качеству обломков породы, приближающихся по форме к кубу или тетраэдру, с содержанием вытянутых и плоских щебенок не более 25%.,

Глиной называют землистые минеральные массы или землистые обломочные горные породы, способные с водой образовывать пластич­ное тесто, по высыхании сохраняющее приданную ему форму, а после обжига получающее твердость камня. Глины образовались в результате выветривания изверженных полевошпатных горных пород. Химическое разложение пород происхо­дит под воздействием различных реагентов, например воды и угле­кислоты на полевой шпат, в результате чего образуется минерал ка­олинит. Каолинит обычно встречается в виде белых или окрашенных рыхлых землистых или плотных масс и является основной частью глин. Наиболее чистые глины, состоящие преимущественно из каоли­нит, называют каолинами. Обычные глины отличаются от каолинов хи­мическим и минеральным составом; помимо каолинита они содержат кварц, слюду, полевые шпаты, кальцит, магнезит и др. По условиям образования глины делят на остаточные и перене­сенные. Остаточные глины первичных отложений обычно засорены частицами горной породы, из которой они образовались. Перенесен­ные, или осадочные, глины более дисперсные, свободны от крупных фракций материнских пород, но могут быть засорены песком, извест­няком, железистыми соединениями и т.п. Глины состоят из различных окислов, свободной и химически связанной воды и органических примесей. В число окислов, состав­ляющих глины, входят: глинозем; кремнезем; окислы желе­за; кальция; натрия; магния; калия. Поми­мо окиси железа в состав глин входят закись железа; пирит и другие соединения железа. Основным (по количеству) окислом является кремнезем.

Насыпные грузы

3ерно – зерно пшеницы, маиса (кукурузы), овса, ржи, ячменя, риса, семена бобовых и обработанное зерно этих культур, когда его свойства схожи со свойствами натурального зерна.

Зерновые грузы, предъявляемые к перевозке, должны соответствовать требованиям государственных стандартов, ме­ждународных стандартов или техническим условиям.

Зерновые культуры (насыпные) при перевозке морским транспортом принято подразделять на три основные группы:

злаки: хлебные – пшеница, рожь, ячмень, овес и просовидные – просо, кукуруза, сорго, рис, бор;

бобовые: горох, фасоль, соя, арахис;

масличные: подсол­нечник, кунжут, лен, конопля.

К насыпным также относят муку, крупу, комбикорма.

Наряду со многими общими качества­ми каждая группа имеет свои определенные качества. Показателями качества зерна являются: цвет, запах, вкус, натурный вес, влажность, зараженность, засоренность, однородность. Качество зерна устанавливается в соответствии с требования­ми нормативных документов. Цвет, запах, вкус и зараженность зерна амбарными вредителями определяют органолептическим методом (ис­пользуя органы чувств человека), а остальные показатели – лабораторным (при по­мощи соответствующих приборов).

Документация на перевозку насыпных регламентирует и учитывает:

гигроскопичность;

подвижность и пересыпание груза в сторону крена;

способность к уменьшению массы в результате испарения влаги;

восприимчивость к посторонним запахам;

склонность к увеличению объема (набуханию) под воздействием влаги;

чувствительность к повышению температуры;

возможность зараженности насекомыми, вредителями, сорняками (контролируют карантинная и хлебная инспекции);

склонность к самонагреванию и самовозгоранию.

Зерновая масса состоит из различных живых организмов, кото­рые обладают определенными биологическими особенностями и прояв­ляют свою жизнедеятельность в разнообразных формах: дыхание, доз­ревание, прорастание, самосогревание и др. Из непрерывно протекающих в массе зерна различных физиоло­гических процессов главным является дыхание. Процесс дыхания клеток семян приводит к потере сухого вещества зерна, увеличению ко­личества гигроскопической влаги, изменению состава воздуха межзерновых пространств (скважин) в результате появления углекислого газа, а также выделению тепла. При повышенных температурах зерновой массы (свыше 50°С) сыпучесть зерна снижается и оно начинает портиться в результате самосогревания. Необходимо учитывать, что при повыше­нии температуры увлажненного зернового груза возможно образова­ние ядовитых и взрывоопасных газов, а также самовозгорание.

Среди физических свойств при перевозке зерновых грузов и ПРР наиболее важными являются сорбционные свойства, скважистость, сыпучесть, теплопроводность, гиг­роскопичность, а также все биологические особенности зерновых грузов.

Сорбционные свойства включают два основных явления, которые влияют на качество зернового груза:

сорбция газов и паров, т. е. способность зерновой массы поглощать и удерживать пары и газы;

гигроскопичность (сорбция и десорбция паров воды), т. е. способ­ность поглощать и выделять пары воды.

Степень поглощения зерновой массой паров и газов определяется ее сорбционной емкостью, зави­сящей главным образом от скважистости. Гигроскопическое содержание влаги в зерновой массе опреде­ляет влажность зерна и зависит от относительной влажности воз­духа. Влажность зерна, при которой появляется свободная влага, называется критической и составляет для большинства злаковых культур 14,5 – 15,5%.

Удельным объемом зерна называется объем единицы массы (веса) зерна. Объемную массу зерновых грузов принято характеризовать натурой зерна или натурным весом, который определяется как масса одного литра зерна, выраженная в граммах. В зависимости от натуры (натурального веса) зерновые грузы делятся на тяжелые (пшеница, рожь, кукуруза, бобовые, просо) и легкие (овес, ячмень, гречиха, семена масленичных культур). Основной объемно–массовой характеристикой зернового груза является насыпная масса g или обратная ей величина УПО (U). Под влиянием внешних условий (вибрация, качка, статическое давление) g меняется от g_min в момент погрузки до g_max в процессе перевозки, соответственно меняется и U от Umax до Umin (Umax = 1/ g_min, Umin = 1 / g_max). Степень изменения объемных характеристик выражают в % (DU = 100 × (Umax – Umin) / Umax).

Из–за наличия пустот над поверхностью груза в полностью или частично загруженном грузовом помещении судна, в качестве объемной характеристики зерна используют величину, называемую “ стоуидж фактор ”(Stowage factor) SF (м³/т). SF определяется как отношение сумм объемов помещений к суммарной массе груза, расположенной в них (SF = SW_i / Sm_i), или из выражения:

SF = U + S (S_i × h_i) / Sm_i,

где U = Umax, S_i – площадь свободной поверхности в i–ом помещении, h_i – высота пустоты над поверхностью; h_i зависит от усадки, а m_i – от влажности. При расчете кренящих моментов удобнее пользоваться U, а при размещении груза – SF.

Для зерна плотность зависит от культуры, сорта, условий выращивания, уборки и хранения. Плотности важнейших зерновых грузов приведены в табл. 7.

Таблица 7

Плотность зерна также зависит от способа его погрузки, высоты сбрасывания, высоты штабеля, длительности хранения, перевозки, интенсивности и частоты колебаний корпуса судна в море. Так, после 5-часового хранения пшеницы с влажностью 13 – 15 % объем штабеля уменьшается на 1 %, а при постоян­ном встряхивании – на 9,5 – 10 %. Для овса соответственно на 1,5 % и 13 – 13,5 %. При перевозке в автомобиле пшеница с влажностью 20,6 % уплотнилась через 1 ч на 5,1 %, через 2 ч – на 7,8 %, через 3 ч – на 8 %.

Средние значения уплотнения при хранении зерна в элева­торе составляют: для пшеницы – 4 – 5 %; ржи – 8 – 9; ячменя – 11 – 12; овса – 18 – 20; кукурузы – 3 – 7 %; у сои и гороха уплотнение незначительное.

В судовых условиях, при значительной высоте штабеля, зерно успевает частично уплотниться в процессе погрузки. Поэтому плотность зерна в трюме судна перед выходом в рейс выше измеренной в неуплотненном состоянии. Вибрация корпуса и качка судна вызывают дальнейшее уплотнение и заметную усадку груза в течение рейса. Ориентировочно усад­ка не превышает 2 % от объема груза. Наибольшая усадка зерна наблюдается в просветах люков – около 0,5 м и выше, так как район просвета люка служит как бы питателем для нижележащего объема. Усадка зерна в грузовых помещениях, расположенных в око­нечностях судна, несколько большая, чем в районе миделя.

Зерно относят к идеально сыпучим средам, у которых отсутствует сцепление частиц, но и без внутреннего сцепления оно может противо­стоять нагрузкам и сохранять при определенных условиях фор­му. Угол естественного откоса a может несколько отличаться от угла внутреннего трения, но в большинстве практических расчетов приближенно их полагают равными.

Значения угла естественного откоса зависят для одного и того же груза от способа погрузки, степени уплотнения груза, а также от влажности зер­на: с ее ростом существенно увеличивается.

Вибрация сильно влияет на значение угла естественного от­коса. С ростом частоты колебаний a интенсивно падает, а при критической частоте 6 –12 Гц становится равным нулю. Зерно на судне подвержено постоянной вибрации и случайным инерционным нагрузкам: низкочастотным – от качки и импульс­ным – от слемминга (ударов корпуса о встречную волну). Сдвиговые характеристики навалоч­ного грузи в динамических условиях морской перевозки могут приниматься такими же, как в статических условиях.

Скважистость неразрывно связана с плотностью зерновой массы. Эти два понятия характеризуют соотношение объемов, занимаемых в зерновой массе непосредственно зернами (включая примеси), и межзерновым пространством. Скважистость в значительной мере определяет удельный погрузочный объем зернового груза, степень его оседания при транспортировке, а также газопроницаемость. Величины скважистости зерновой массы различных культур (в %): подсолнечник – 60 – 80; кукуруза – 35 – 55; овес – 50 – 70; просо – 30 – 50; рис – 50 – 65; лен – 35 – 45; гречиха – 50 – 60; рожь – 35 – 45; ячмень – 45 – 55; пшеница – 35 – 45. Величина скважистости, при прочих равных условиях, зависит от способа погрузки зерна; так, зерно, засыпанное струей, уклады­вается менее плотно, чем засыпанное дождем.

Влажность насыпных грузов строго регламентируется, так как повышенная влажность может привести к порче груза или вызвать его самовозгорание. К морской перевозке принимают только сухое зерно с влажностью не более 16 – 17 %, а практи­чески – не выше 14 %. Сухое зерно имеет меньшие значения углов естественного откоса. Повышенная влажность способствует интенсификации развития и протека­ния биологических процессов в массе зерновых грузов. Так, уско­ряются процессы дыхания зерновой массы и жизнедеятельности микроорганизмов и амбарных вредителей, которые сопровожда­ются поглощением кислорода воздуха с последующим выделением углекислого газа, влаги и тепла.

Низкая теплопроводность зерна приводит к накоплению тепла в массе груза и способствует прогрессирующему самонагреванию. При нагревании до температуры 50 – 55°С у зерна появляется гнилостный, солодовый запах, затхлость, а его масса резко уменьшается. Происходит порча продукта. Изменение химического состава и последующая порча зерна происходят также под воздействием света.

Одним из показателей качества зерна является засоренность, % – отношение массы различных примесей к общей массе зернового груза. Различают следующие виды примесей зерновых грузов:

мине­ральные – земля, камни, пыль, и т. д.;

органические – полова, солома и т. д.;

зерновые – битые и порченые зерна, семена сор­ных растений;

вредные семена – головня, спорынья, куколь и т. д.;

зерновые вредители – клещи, долгоносики и т. д.