Bergmaterialskaraktärisering med laboratoriekross

Examensarbete

Malm¨

o Universitet

Bergmaterialskarakt¨

arisering med

laboratoriekross

Rock characterisation using laboratory jaw crusher

Johan K¨allstr¨om Nedim Dautovic

H¨ogskoleingenj¨or: Maskin- och materialteknik

VT 2018 Examensarbete, 15 hp

F¨orord

Vi vill tacka alla p˚a Sandvik SRP AB i Svedala som har gjort det m¨ojligt f¨or oss att utf¨ora denna unders¨okningen och hj¨alpt oss l¨angs v¨agen. Tack till v˚ara handledare Per Svedensten och Martin Nilsson p˚a R&D avdelningen p˚a Sandvik i Svedala som har hj¨alpt oss och gjort detta

examensarbetet m¨ojligt. Vi vill ¨aven tacka Jenny Ollier och Michael Hybelius som har tagit sig tiden och hj¨alpt oss f˚a v˚art material krossat ute i Dalby. Slutligen vill vi ¨aven tacka Magnus Jeppsson och Anders Lindstr¨om f¨or all hj¨alp i krosslaboratoriet.

Fr˚an Malm¨o Universitet vill vi tacka Niklas Ehrlin som har varit till stor hj¨alp under arbetets g˚ang. Med Niklas hj¨alp har vi kunnat bredda v˚ar syn p˚a arbetet och p˚a s˚a s¨att lyckats se p˚a arbetet ur en annan synvinkel. Detta har resulterat i b¨attre analyser och mer korrekta resultat.

Johan K¨

allstr¨

om och Nedim Dautovic

Sammanfattning

I detta arbete studeras ˚atta olika stenmaterial som krossas i en laboratoriek¨aftkross ˚at Sandvik AB i Svedala. Stenmaterialen analyseras sedan och j¨amf¨oras med ¨aldre prov och simuleringar av likadant material. Storleksf¨ordelningen av stenmaterialen f¨ore och efter krossning analyseras och ¨aven formen p˚a stenmaterialet. Syftet ¨ar att unders¨oka om det g˚ar att s¨akerst¨alla en tillf¨orlitlig analysmetod f¨or s¨onderdelning av stenmaterial med olika egenskaper. M˚alet med arbetet ¨ar att skingra oklarheter kring anv¨andandet av laboratoriek¨aftkrossen f¨or uppskalning av resultat f¨or fullskaliga krossar och krossanl¨aggningar. Endast stenmaterial fr˚an stenbrott d¨ar Sandvik AB har kundrelationer anv¨ands och allt stenmaterial analyseras i Sandviks krosslaboratorium i Svedala. Endast den data som finns i Sandviks databas anv¨ands vid valet av stenmaterial. Arbetet avgr¨ansas ¨aven till anv¨andandet av de analysmetoder som Sandviks krosslaboratorium i Svedala har. Materialteori f¨or stenmaterial stu-deras och hur m¨atningar av krossprodukt utf¨ors presenteras. I resultatet presenteras data f¨or stor-leksf¨ordelningen, formen, krosseffekt och simuleringar fr˚an ¨aldre tester som j¨amf¨ors med resultaten fr˚an laboratoriek¨aftkrossen. Inga direkta tydliga samband konstateras mellan de olika stenmaterialen. Vissa samband mellan h˚ardhet, storleksf¨ordelning f¨ore och efter krossning samt andra materialegen-skaper uppt¨acks, men inga slutsatser f¨or projektering av storleksf¨ordelning oberoende av material konstateras.

Abstract

In this paper eight different stone materials are being crushed for Sandvik AB in Svedala using a laboratory jaw crusher. These samples are then being analyzed concerning particle size and shape of the stone material. The purpose of this paper is to examine if it is possible to ensure a method for analyzing the fragmentation of stone material with varying attributes. The goal with this work is to disperse any uncertainties regarding the use of the laboratory jaw crusher and scaling up the results to full scale crushers and crushing plants. Only stone materials from plants where Sandvik AB has good relationships with are going to be used. Other boundaries include use of the data and analyze methods that Sandvik has to its dispense. Material science regarding stone materials are studied and methods for analysing stone materials are presented. The results are being presented in the shape of diagrams regarding the particle size distribution, shape, power usage from the laboratory jaw crusher and simulations from old tests. No direct apparent connections are shown regarding the results from tests of the different stone materials. Some correlations for the hardness, particle size distribution before and after crushing aswell as some correlation with material properties are observed. But no conclusions can be drawn for projection of particle size distribution irrespective of the stone material.

Inneh˚

all

1.6 Tidigare unders¨okningar . . . 3

2 Stenkrossar 4 2.1 K¨aftkross . . . 4 2.2 Konkross . . . 4 2.3 Laboratoriekrossen . . . 5 2.3.1 Krossdata . . . 6 3 Stenmaterial 7 3.1 Stentyper . . . 7 3.2 Stenegenskaper . . . 7 3.3 Materialstruktur . . . 8 3.3.1 Kristallstruktur . . . 8 3.3.2 Bindningar . . . 10 3.3.3 Defekter . . . 10 3.4 Silikatmineraler . . . 11 3.5 Projektets stenmaterial . . . 12 4 Metoder 17 4.1 Siktning . . . 17 4.2 H˚ardhetsm¨atning . . . 17 4.3 Kornformsanalys/FI-analys . . . 19 4.4 3D-analys . . . 19

4.5 Simulering med PlantDesigner . . . 20

5 Utf¨orande 21 5.1 Krossning . . . 21

5.2 Siktning . . . 21

5.3 Kornform . . . 24

5.4 3D-analys . . . 25

5.5 Simulering med PlantDesigner . . . 25

6 Resultat 27 6.1 Krossdata . . . 27

6.4 Simulering med PlantDesigner . . . 34

7 Diskussion 36

8 Slutsats 39

Referenser 40

Bilaga A, PSD produkter

Bilaga B, Storleksf¨ordelningar PlantDesigner Bilaga C, FI mall

Nomenklatur

• AI - Abrasion index (Index f¨or slitage av manganst˚al som Sandvik anv¨ander till sina maskiner) • BCC - Body centered cubic

• CCP - Cubic close packed

• CH - Crusher hydrocone (En viss typ av kross) • CS - Crusher superior (En viss typ av kross)

• CSS - Closed side setting (G¨aller fr¨amst f¨or konkrossarna d¨ar manteln i fullt slag har en st¨angd sida och en ¨oppen. CSS anv¨ands ¨aven f¨or k¨aftkrossar f¨or att f¨orklara utrymmet mellan den r¨orliga plattan i fullt slag och den station¨ara plattan.)

• FCC - Face centered cubic

• Feed - Materialet som ska krossas

• FI - Flisighetsindex (M¨atv¨arde f¨or hur stor m¨angd av ett stenmaterial f¨or en viss fraktion ¨ar flisigt och kubiskt)

• Fraktion - Allt uppm¨att stenmaterial som ¨ar gr¨ovre ¨an ett visst s˚all och finare ¨an ett gr¨ovre s˚all.

• MA - Medelavvikelse

• HCP - Hexagonal close packed

• OSS - Open side setting (Motsatsen till CSS, se ovan)

• PSD - Particle size distribution (Storleksf¨ordelningen av ett stenmaterial) • RA - Ranking avvikelse

• RFI - Ranking flisighet • RM - Ranking medelavvikelse • RS - Ranking storleksf¨ordelning

1

Inledning

Gruv- och stenindustrin bryter sten f¨or flertalet olika anledningar och p˚a olika s¨att. Det bryts i gruvor under marken eller dagbrott som ¨ar ¨oppna h˚al. Stenen bryts i de flesta fallen genom att det spr¨angs l¨ost fr˚an berget. Spr¨angprodukten direkt fr˚an berget ¨ar i varierande former och storlekar. F¨or att f˚a en j¨amn storlek som ¨ar l¨attare att f¨orflytta och anv¨anda s˚a krossas det i stenkrossar. Krossad sten anv¨ands f¨or flertalet olika ¨andam˚al, t.ex.anv¨ands det som stabilisering under byggnader, som dr¨anering f¨or att leda bort vatten och som utfyllnad i betong och asfalt. F¨or de olika ¨andam˚alen s˚a beh¨over stenarna ha olika storlekar och former. F¨or att detta ska uppn˚as s˚a beh¨ovs det olika sorters stenkrossar som l¨ampar sig f¨or olika storlekar av sten och som ger olika former p˚a stenarna.

I detta arbete unders¨oks flertalet bergmaterial fr˚an olika stenbrott i Sverige som krossas i en mindre laboratoriekross hos Sandvik AB i Svedala. Storleksf¨ordelningen samt kornformen m¨ats och j¨amf¨ors med respektive data p˚a ett likadant material som ¨ar krossat i en konkross i full produktion.

1.1 Bakgrund

Sandvik AB grundades ˚ar 1862 av G¨oran Fredrik G¨oransson i Sandviken. Sandvik ¨ar att globalt f¨oretag som levererar produkter som ¨ar relaterade till gruvindustrin och har tre huvudsakliga aff¨arsomr˚aden; Sandvik Machining Solutions, Sandvik Mining and Rock Technology och Sandvik Materials Techno-logy. Omr˚adet Mining and Rock Technology best˚ar bl.a. av produktion av stenkrossar, borrmaskiner f¨or gruvutvinning, gr¨avmaskiner och lastare f¨or underjordanv¨andning och flertalet liknande omr˚aden. Projektet utf¨ors ˚at f¨oretaget Sandvik och deras Reasearch and Development, Crusher Performance Reasearch-avdelning i Svedala. Hos Sandvik i Svedala ligger fokus p˚a tillverkningen av station¨ara konkrossar och deras reserv-/slitagedelar. Majoriteten av konkrossarna utvecklas ocks˚a i Svedala och i utbudet p˚a Sandviks hemsida finns d¨ar totalt 16 stycken olika konkrossar. I Svedala sker ¨aven ut-vecklingen och tillverkningen av k¨aftkrossar. [1]

Sandviks huvudsakliga kunder n¨ar det kommer till stenkrossar ¨ar f¨oretag inom gruv- och stenindustrin. Sandvik har kunder som verkar inom m˚anga olika branscher ¨over hela v¨arlden. Kunderna f¨orv¨antar sig ett visst resultat g¨allande bland annat slitage p˚a stenkrossarna samt storleksf¨ordelning av pro-dukten som stenkrossarna producerar. Kunderna kan vara allt fr˚an gruvor var diamanter och olika ¨

adelstenar utvinns till stenbrott som producerar material f¨or asfaltstillverkning och cement. En stor del av kunderna utvinner ¨aven olika sorters mineraler s˚a som guld, j¨arn och koppar. [1]

1.2 Problemformulering

Sandvik har tillverkat en laboratoriekross som ¨ar mindre och l¨attare att anv¨anda f¨or testning ¨an de full-skaliga krossarna som normalt tillverkas och s¨aljs. Krossen anv¨ands i nul¨aget f¨or att utf¨ora slitageprov av krossplattor fr˚an nya tillverkare f¨or att s¨akerst¨alla en tillfredsst¨allande kvalitet p˚a manganst˚alet som krossplattorna best˚ar av. I nul¨aget finns det ingen data om materialet som laboratoriekrossen producerar.

Vid projektering av krossar och krossanl¨aggning ¨ar bergmaterialet en viktig parameter vid maskinval. Idag finns en modell i form av ett simuleringsprogram f¨or att ber¨akna storleksf¨ordelningen i produkten som produceras av krossen. Problemet ¨ar att noggrannheten p˚a denna ber¨akning ¨ar f¨or d˚alig med tan-ke p˚a hur Sandvik ser sina framtida behov. En orsak till detta ¨ar att det i nul¨aget inte tas tillr¨ackligt stor h¨ansyn till bergmaterialets s¨onderdelningsegenskaper. Det som tas i h¨ansyn till i nul¨aget ¨ar kross-barheten av materialen, vilket ¨ar hur mycket som materialet g˚ar s¨onder vid en viss belastning, och det anv¨ands som en parameter vid ber¨akning av produktens storleksf¨ordelning. Sandvik tror dock att detta inte ¨ar en tillr¨ackligt bra metod p˚a grund av att det uppm¨atts avvikelse mellan modell och verklighet f¨or vissa krossanl¨aggningar. Det kan d˚a finnas avvikelse i modellen som m¨ojligtvis beror p˚a typen av stenmaterial. Avvikelsen g¨or att Sandvik m˚aste ha vissa marginaler i ber¨akningarna vilket skulle vara ¨

onskv¨art att minska. F¨or att unders¨oka om det g˚ar att klassificera s¨onderdelningsegenskaperna vill Sandvik utforska om det g˚ar att anv¨anda laboratoriekrossen f¨or best¨amning av egenskaperna. Sandvik vill veta om det g˚ar att dra slutsatser om hur bergmaterialet beter sig i en serieproduktionskross genom att studera resultatet fr˚an laboratoriekrossen. D¨arf¨or ˚aterst˚ar det att unders¨oka och avg¨ora om resultat fr˚an laboratoriekrossen ¨ar skalbart upp till produktionskrossarna.

1.3 Syfte

Syftet ¨ar att unders¨oka om det g˚ar att s¨akerst¨alla en tillf¨orlitlig analysmetod f¨or krossmaterialets s¨onderdelning. Analysmetoden ska med hj¨alp av laboratoriekrossen vara anv¨andbar p˚a stenmaterial med varierande karakt¨ar.

1.4 M˚al

Projektets m˚al ¨ar att skingra oklarheter kring om det g˚ar att anv¨anda s¨onderdelningen av en produkt fr˚an laboratoriekrossen f¨or uppskalning av resultatet och d¨armed motsvara produkten i fullskaliga sten-krossar. Resultaten j¨amf¨ors med avseende p˚a s¨onderdelningen och storleksf¨ordelningen mot produkter fr˚an en serieproduktionskross. Olika samband f¨or resultaten unders¨oks med avseende p˚a materialegen-skaperna i stenmaterialet och data fr˚an krossarna.

1.5 Avgr¨ansningar

Projektet kommer endast att anv¨anda stenmaterial fr˚an stenbrott som finns tillg¨anglig i n¨aromr˚adet och som Sandvik AB har kontakt med f¨or att m¨ojligg¨ora provtagningar av deras f¨ardiga produkt. Detta begr¨ansar arbetet till n˚agra olika stenmaterial och kan p˚averka slutresultatet negativt d˚a det endast ˚aterspeglar stenmaterial fr˚an Sverige. Unders¨okningen av proverna kommer att g¨oras i Sandviks krosslabb i Svedala, d¨arf¨or analyseras endast proverna med de metoder som finns tillg¨angliga d¨ar. Vid val av stenmaterial kommer det endast tas h¨ansyn till de egenskaper som Sandvik har data f¨or i sin databas f¨or olika stenmaterial som baseras p˚a tester utf¨orda av Sandvik.

1.6 Tidigare unders¨okningar

Rajan och Dharamveer [2] presenterar en unders¨okning av storleksf¨ordelning och kornform av krossade stenmaterial. Skillnaden ¨ar att de unders¨okte hur olika sorters stenkrossar p˚averkar formen av stenen, de anv¨ander sig av tre olika sorters stenkrossar. I varje kross testar de fem olika storlekar p˚a sten av samma bergmaterial och j¨amf¨or formen av produkten fr˚an de olika krossarna.

Unders¨okningen som utf¨ors i detta projektet kommer att testa skillnaden med flertalet olika material i tv˚a olika krossar ist¨allet f¨or bara ett material. Det anv¨ands feed fr˚an konkrossar vilket anv¨andes i den tidigare unders¨okningen men laboratoriekrossen som anv¨ands ¨ar en k¨aftkross vilket inte unders¨oktes i rapporten. P˚a grund av detta s˚a finns det inget resultat som g˚ar att utg˚a ifr˚an sett till den tidigare unders¨okningen f¨or att anv¨anda som j¨amf¨orelse i skillnaden mellan krossarna. Med hj¨alp av den tidigare unders¨okningen g˚ar det att unders¨oka hur en k¨aftkross vilket anv¨ands i detta projektet relaterar sig till de tv˚a sorternas krossar som anv¨ands i den tidigare unders¨okningen.

Rajan och Dharamveer [2] visar skillnad i storleksf¨ordelningen och i formen mellan de olika krossarna vilket var v¨antat. I unders¨okningen anv¨ander de sig av tv˚a olika metoder, enligt tv˚a internationella standarder, f¨or att m¨ata kantigheten av materialen vilket ¨ar en viktig faktor vid tillverkning av sten som ska anv¨andas i asfalt. Det ena testet var ett digitaliserat automatiskt test och det andra var ett manuellt test De tv˚a olika metoderna gav olika resultat vilket ans˚ags vara m¨arkligt. F¨orfattarna ans˚ag d¨arf¨or att det digitaliserad testet var mer exakt p˚a grund av att vid det manuella testet fanns det subjektiv m¨atning som en felk¨alla. Testerna visade ocks˚a att storleken av materialet inte hade n˚agon inverkan p˚a hur bra resultatet fr˚an de olika krossarna blev.

Eftersom unders¨okningen ¨ar begr¨ansad till ett visst antal krossar och endast ett material rekom-menderar f¨orfattaren att det utf¨ors studier med fler krossar och med flera sorters material. F¨or att validerar resultatet fr˚an testerna s˚a f¨oresl˚as det att g¨ora prestandatester p˚a asfalt tillverkad av de olika materialen.

2

Stenkrossar

Material fr˚an tv˚a olika sorters stenkrossar studeras under projektet. H¨ar presenteras skillnaden mellan de olika krossarna och hur de fungerar. ¨Aven den specifika laboratoriekrossen som anv¨ands presente-ras.

2.1 K¨aftkross

En k¨aftkross fungerar p˚a s˚a s¨att att det ¨ar tv˚a sidor med slitageplattor varav den ena sidan ¨ar fast medans den andra sidan pressas med en vinkel mot den fast plattan, se Figur 1. Den r¨orliga plattan ¨

ar f¨ast vid ett sv¨anghjul som roterar med hj¨alp av en motor. N¨ar sv¨anghjulet roterar s˚a r¨or sig d¨arf¨or den r¨orliga plattan fram och tillbaka. Det minsta avst˚andet mellan plattorna g˚ar att variera f¨or att best¨amma hur stora stenarna som krossen krossar ungef¨ar ska bli. Detta avst˚and kallas CSS (Closed side setting).

Figur 1: Genomsk¨arning av en k¨aftkross med markerat r¨orlig och station¨ar platta. Den r¨orliga plattan ¨

ar f¨ast vid sv¨anghjulet och r¨or sig fram och tillbaka n¨ar hjulet roterar. [3]

2.2 Konkross

Materialen som krossas i laboratoriekrossen ¨ar inte spr¨angmaterial direkt fr˚an ett stenbrott utan ¨ar bearbetat med n˚agon av Sandviks konkrossar som finns i full produktion. En konkross krossar stenarna genom att en mantel roterar och pressas ut mot sidorna av krosskammaren se Figur 2. Manteln ¨ar formad som en ih˚alig kon d¨arav namnet ”konkross”. Sandvik erbjuder tv˚a olika typer av konkrossar, CH- och CS-konkrossar (crusher hydrocone och crusher superior), vilka s¨arskiljer sig en del i sina egenskaper som presenteras i Tabell 1. I utg˚angsl¨aget ¨ar huvudaxeln som manteln ¨ar monterad p˚a centrerad ¨over rotationsk¨allan, men huvudaxelns slag kan justeras vilket leder till att avst˚andet mellan manteln och sidorna av krosskammaren varierar.

Detta till˚ater anv¨andaren att anpassa CSS och OSS, (Open side setting) som ¨ar det st¨orsta avst˚andet mellan manteln och krosskammaren. Det minsta avst˚andet mellan manteln och kammarens insida, dvs. CSS, ¨ar vid basen av manteln och avst˚andet ¨okar upp till toppen. N¨ar manteln roterar blir stenarna successivt mindre tills de ¨ar tillr¨ackligt sm˚a f¨or att passera basen av manteln. [4] N¨ar CSS minskas blir produkten fr˚an krossen mindre, men ¨aven fl¨odet av sten genom krosskammaren begr¨ansas och kapaciteten minskar.

Tabell 1: Teknisk data f¨or CS- och CH-krossar

Typ av konkross Kapacitet (ton/h) Max. feed storlek (mm) CSS (mm)

CS 420 [5] 77-162 165-190 16-38

CH 420 [6] 23-132 25-120 4-35

Figur 2: Genomsk¨arning av en konkross med de olika delarna markerade. Manteln ¨ar f¨ast p˚a rota-tionsaxeln och n¨ar den roterar s˚a varierar avst˚andet till krosskammaren. [3]

2.3 Laboratoriekrossen

Laboratoriekrossen som anv¨ands i detta projekt ¨ar en k¨aftkross och befinner sig p˚a Sandviks test-center i Dalby stenbrott. All produkt som analyseras i detta projektet ¨ar krossad i denna maskinen. Krossanl¨aggningen ¨ar uppbyggd av fyra olika delar, inmatning, beh˚allare, krossen och utmatning-en, se Figur 3 och Figur 4. Inmatningen f¨or upp feeden (materialet som ska krossas) till beh˚allaren. Beh˚allaren har en sensor som k¨anner av hur mycket material som finns i krossen och matar ut material f¨or att den ska arbeta med j¨amn hastighet. Krossen bearbetar materialet och utmataren transporterar iv¨ag produkten till en uppsamling. [7]

Figur 3: En bild p˚a uppst¨allningen av laboratoriekrossen som anv¨ands. Till h¨oger ¨ar matare av feed till beh˚allaren. Krossen ¨ar det orangea i mitten och sedan till v¨anster utmatningen av produkten.

Figur 4: En n¨arbild p˚a laboratoriekrossen d¨ar materialet kommer in i den orangea trumman l¨angst upp och krossplattorna sitter mellan de tv˚a sv¨anghjulen.

2.3.1 Krossdata

Laboratoriekrossen som anv¨ands kan spara data p˚a hur mycket effekt som anv¨ands f¨or att driva krossen utan minskad hastighet f¨or att krossa stenen som g˚ar igenom maskinen. Den g¨or det med ett tidsintervall p˚a tre sekunder och med hj¨alp av det kan effekten som genomsnittligt beh¨ovs f¨or att krossa den m¨angd av just det materialet som testas ber¨aknas. Med hj¨alp av datan g˚ar det att st¨arka hur h˚art just det materialet som g˚ar igenom krossen ¨ar eller om det finns n˚agra andra egenskaper som p˚averkar motst˚andet vid krossning.

3

Stenmaterial

Teoretisk del med den teorin som anv¨ands f¨or att unders¨oka samband f¨or utfallet av resultatet fr˚an de olika testerna. Med hj¨alp av detta unders¨oks det om de olika resultaten grundas p˚a materialvetenskapen och om detta kan anv¨andas som underlag vid framtida simulationer.

3.1 Stentyper

Ordet sten anv¨ands f¨or det material som utg¨or den st¨orsta delen av planetens yttre skal, jordskorpan. Det finns stor skillnad mellan de olika stenmaterialen vissa ¨ar por¨osa och relativt l¨atta att s¨onderdela j¨amf¨ort med andra material som ¨ar kompaktare och h˚ardare. Stenmaterial brukar delas upp i tre olika grupper:

• Magmatisk bergart, dessa skapas av att varm magma eller lava fr˚an innanf¨or jordskorpan tr¨anger upp och stelnar n¨ara ytan. Exempel p˚a denna bergarten ¨ar granit, syenit och diabas. • Sediment¨ar bergart, bildas av att ¨aldre stenmaterial bryts ner. Detta sker huvudsakligen

p˚a tre olika s¨att och delas d¨arf¨or upp tre underkategorier klastiska, biogena och kemiska. De klastiska bildas genom att exempelvis andra stenmaterial vittrar s¨onder och sedan pressas ihop. Biogena bildas n¨ar lager av material som inneh˚aller organiska material eller kalkrika lager med benmaterial eller koraller pressas ihop och bildar kolhaltiga material eller kalksten. Kemisk bild-ning sker n¨ar n˚agon del av stenmaterialet reagerar kemiskt under vissa f¨orh˚allanden. Det ¨ar i de sediment¨ara bergarterna det ¨ar m¨ojligt att hitta fossiler. Exempel p˚a sediment¨ara bergarter ¨ar kalksten, sandsten och kol.

• Metamorf bergart, bildas n¨ar magmatiska eller sediment¨ara bergarter uts¨atts f¨or extrema f¨orh˚allanden, h¨ogt tryck, h¨og temperatur eller en blandning av b˚ada. Dessa bergmaterial har ofta en tydlig foliering av olika lager. Exempel p˚a denna bergart ¨ar skiffer, gnejs och kvartsit. Stenmaterial best˚ar av sm˚a kristaller som kallas mineraler och kallas d¨arf¨or i vissa sammanhang endast mineraler. I ingenj¨orssammanhang anv¨ands termerna sten eller jord f¨or att skilja p˚a h˚arda material som kallas sten och l¨osa material som kallas jord. [8]

3.2 Stenegenskaper

Det finns flertalet olika s¨att att m¨ata h˚ardhet p˚a. Eftersom stenar ¨ar spr¨oda material s˚a kan vissa m¨atmetoder vara missvisade och inte kunna anv¨andas. D¨arf¨or anv¨ands Sandviks WI-skala huvudsakli-gen i detta projektet om inget annat anges. Eftersom Sandvik AB ¨ar ett av v¨arldens ledande f¨oretaget n¨ar det g¨aller maskiner f¨or gruv- och stenindustrin s˚a anses denna skala vara korrekt. Stenens h˚ardhet beror p˚a flertalet olika faktorer och den faktor som har st¨orst inverkan p˚a h˚ardheten ¨ar vilken mi-neraltyp den best˚ar av. Men h˚ardheten kan ¨and˚a skilja en del mellan stenar som best˚ar av samma material fr˚an olika delar av jorden. Eftersom jorden best˚ar av flertalet kontinentalplattor som r¨or sig s˚a pressas plattorna p˚a vissa st¨allen mot varandra och p˚a andra st¨allen s¨arar de p˚a sig och magma pressas fram fr˚an jordens inre. Detta p˚averkar stenens h˚ardhet eftersom att p˚a vissa st¨allen viker

sig stenen och pressas mot varandra vilket leder till ¨okad h˚ardhet. H˚ardheten kan ¨aven p˚averkas av v¨armen fr˚an magman som som tr¨anger fram fr˚an jordens inre. ¨Aven milj¨on som stenen befinner sig i p˚averkar h˚ardheten t.ex. temperaturen i omgivningen, fuktigheten eller vinden. [8]

H˚ardheten p˚a stenen kan ocks˚a skilja sig en del ¨aven i olika delar av samma geografiska omr˚ade och beroende p˚a djupet. Det beror ocks˚a p˚a vad det har utsatts f¨or, exempelvis rinnande vattendrag som under ˚aren f¨orsvunnit. Stenens historia p˚averkar allts˚a dess egenskaper till viss del och d¨arf¨or g˚ar det inte att exakt best¨amma h˚ardheten av stenmaterial bara genom att veta vilken mineral det best˚ar av. P˚a grund av detta ¨ar det viktigt att kontinuerligt under brytningen av stenmaterial testa h˚ardheten av materialet som bryts just vid denna tidpunkten f¨or att optimera befintliga maskiner och vid ink¨op av nya. [8]

3.3 Materialstruktur

Det som p˚averkar ett specifikt materials egenskaper ¨ar m˚anga olika saker d¨ar det skiljer sig mellan olika material, fr˚an atomniv˚a upp till sprickbildning och andra kemiska egenskaper. Det finns tre huvudsakliga materialgrupper f¨or solida material, keramer, metaller och polymerer. Ut¨over de tre grundl¨aggande finns det kompositer som ¨ar en kombination av tv˚a eller fler olika material. Det tillverkas f¨or att fr˚an fram de b¨asta egenskaperna av de olika materialen som anv¨ands och p˚a s˚a s¨att optimera materialet f¨or sitt anv¨andningsomr˚ade. [9]

Keramer ¨ar f¨oreningar mellan metalliska och ickemetalliska grund¨amnen. De kan ha b˚ade ordnade och oordnade kristallstrukturer beroende p˚a sammans¨attning. I grunden ¨ar keramerna v¨aldigt spr¨oda och spricker l¨att men det har p˚a senare tid konstruerats material som ¨ar duktilare. De ¨ar v¨aldigt styva och v¨aldigt h˚arda de ¨ar ¨aven starka. Eftersom materialen best˚ar av olika blandningar med ickemetalliska och metalliska grund¨amnen s˚a kan de ha v¨aldigt skilda beteenden som att de kan va till exempel genomskinliga eller magnetiska. [9]

Stenmaterial finns i m˚anga olika sammans¨attningar och r¨aknas in till gruppen keramer. ¨Aven fast metaller utvinns fr˚an sten s˚a m˚aste det i de flesta fallen, med undantag f¨or guld och n˚agra till, bearbetas f¨or att bli en ren metall. Metallen ¨ar d˚a bunden som t.ex. oxider, hydroxider eller karbider i stenmaterialet som bryts ur marken. Innan det ¨ar bearbetat s˚a ¨ar d¨arf¨or stenen en keram ¨aven fast den inneh˚aller en v¨aldigt h¨og halt av metalliska grund¨amnen. [9]

3.3.1 Kristallstruktur

¨

Over 90% av alla solida material som finns ¨ar kristallina [10]. De flesta solida material har ordnade strukturer av partiklarna, ordnade strukturer g¨or att atomerna placeras s˚a effektivt som m¨ojligt. De materialen som inte ¨ar kristallina ¨ar ist¨allet amorfa, dessa materialen har inte en ordnad struktur vilket betyder att det inte finns n˚agot m¨onster hur atomerna sitter mot varandra. Skillnaden mellan de kristallina och de amorfa materialens atomer illustreras i Figur 5 . [10, 11]

Figur 5: Till v¨anster visas ett exempel p˚a hur atomerna ordnas i en kristallint material. Den h¨ogra bilden visar ist¨allet hur det ser ut i ett amorft material d¨ar det inte finns n˚agon struktur. [10]

Kristallsystemet kan ha flertalet olika kristallstrukturer med varierande packningsgrad och antal olika atomer som tillh¨or varje system. Den enklaste heter ”Enkel kubisk struktur”(Simple cubic, SC) och f¨or en enhetscell f˚ar det med denna struktur plats en atom. En annan struktur ¨ar ”Rymdcentrerad kubisk struktur”(Body centered cubic, BCC) d¨ar det f˚ar plats tv˚a atomer ist¨allet f¨or en atom som i SC. Kristallstrukturen f¨or kubiska kristallsystem som har h¨ogst packningsgrad ¨ar ”Ytcentrerad kubisk struktur”(Face centre cubic, FCC) d¨ar det f˚ar plast fyra stycken atomer i en enhetscell. FCC:n kallas ¨

aven ”Kubisk t¨atpackad struktur”(Cubic closed packed, CCP). De olika kubiska kristallstrukturerna finns illustrerade i Figur 6 med SC till v¨anster, BCC i mitten och FCC till h¨oger. En hexagonal kristallstruktur ¨ar ”Hexagonalt t¨atpackad struktur”(Hexagonal close packed, HCP) p˚a grund av dess enhetscell ser annourlunda ut f˚ar det plats sex stycken atomer i en enhetscell. Men packningsgraden ¨

ar ¨and˚a samma som f¨or FCC/CCP vilket ¨ar den maximala packningsgraden som g˚ar att uppn˚a, Figur 7 visar HCP till v¨anster och CCP till h¨oger. [10, 11]

Figur 6: De kubiska kristallstrukturerna SC, BCC och FCC. I den ¨ovre raden representeras varje atom av en prick och i de nedre bilderna ¨ar med illustrativa atomer [10].

Figur 7: De vanligaste t¨atare kristallstrukturerna HCP och CCP. De illustreras med olika lager av atomer som placeras ovanp˚a varandra. [10].

Keramer bygger p˚a samma kristallstrukturer som de kristallina materialen, keramer best˚ar av olika grund¨amnen och d¨arf¨or har de inte samma storlek p˚a atomerna. Detta medf¨or problem f¨or keramerna d˚a de ska uppn˚a en stabil struktur. Storlekskillnaden p˚a de joniska radierna av katjoner och anjoner f˚ar inte vara f¨or stor f¨or de olika ¨amnena. Om katjonerna blir s˚a sm˚a s˚a att anjonerna r¨or varandra men inte katjonen blir strukturen ostabil. Hur storleken p˚a katjoner och anjoner kan vara f¨or att f˚a en stabil struktur illustreras i Figur 8. [9]

Figur 8: De r¨oda cirklarna representerar anjoner och de bl˚aa representerar katjoner. Den h¨ogra figuren ¨

ar ostabil och den andra tv˚a ¨ar stabila, detta beror p˚a storleken av katjonerna.

3.3.2 Bindningar

Atomerna sitter ihop med varandra olika beroende p˚a deras olika egenskaper och vilka ¨amnen de sitter ihop med. Det finns d¨arf¨or flertalet olika sorters bindningar som fungerar p˚a olika s¨att med olika egen-skaper. Prim¨ara interatoma bindningar ¨ar jonbindningar, kovalenta bindningar och metallbindningar. De sekund¨ara bindningarna ¨ar bland annat van der Waals bindningar och v¨atebindningar. Starkast av bindningarna ¨ar kovalent- och jonbindningar vilka ocks˚a ¨ar de vanligaste bindningarna f¨or keramer. De olika sorternas bindningar efterst¨avar oftast att materialet f˚ar en neutral laddning av elektroner, det ¨ar bara s¨attet som det h¨ander som skiljer sig. [9]

3.3.3 Defekter

I alla material finns det defekter vilka g¨or att det finns sp¨anningar i materialen som p˚averkar dess egenskaper. I de flesta fallen s˚a leder det till en f¨ors¨amring d¨ar h˚ardheten minskar eller att materialet inte klarar samma belastning p˚a grund av att ett k¨al har bildats som f¨orenklar sprickbildning. Det finns tre olika sorters defekter, punktdefekter, linjedefekter och gr¨ansdefekter. Den defekt som fr¨amst kan p˚averka stenmaterial ¨ar gr¨ansdefekter mellan de olika mineralerna i stenarna. Det beror p˚a att det

¨

ar d¨ar bindningarna i stenen ¨ar som svagast och d¨arf¨or g˚ar det s¨onder vid dessa gr¨anserna. Beroende p˚a hur m˚anga gr¨ansdefekter det finns i en sten kan d¨arf¨or p˚averka hur stor kraft som beh¨ovs f¨or att stenen ska s¨onderdelas och i hur m˚anga bitar den delas. De andra defekterna ing˚ar endast p˚a atomniv˚a och n¨ar det finns s˚a tydliga gr¨anser i materialet som det finns i stenar s˚a m¨arks inte dessa de andra defekterna inverkan p˚a resultatet. [9]

3.4 Silikatmineraler

Huvudsaken av de mineraler som finns i jordskorpan klassificeras som silikatmineraler vilket inneb¨ar att det flesta stenmaterialen som studeras tillh¨or denna gruppen. Silikatmineraler best˚ar till st¨orsta del av kisel och syre vilket ¨ar tv˚a av de mest rikligt f¨orekommande ¨amnena i jordskorpan. Den vanligaste kombinationen ¨ar SiO2 vilket ¨ar kvarts. Men det som g¨or att silikatmineraler bildar keramer med olika

¨

amnen ¨ar n¨ar jonen ist¨allet ¨ar SiO4−₄ d¨ar d˚a just den bindningen inte ¨ar neutral. Det finns d¨arf¨or minst ett ¨amne till i en silikatmineral, oftast en metall, f¨or att uppn˚a en neutral laddning och det ¨ar dessa ¨

amnena som best¨ammer materialets egenskaper. Det ¨ar vanligt f¨orekommande att silikatmineralerna inneh˚aller aluminium, natrium, kalium, kalcium, magnesium och j¨arn, eftersom dessa ocks˚a ¨ar vanligt f¨orekommande i jordskorpan. Exempel p˚a stenar som inneh˚aller silikatmineraler ¨ar kvartsit, syenit, gabbro, diabas och gnejs. [9, 10]

Silikatmineraler sitter i tetraedriska former med kisel i mitten och sedan fyra syre atomer runt om, Figur 9 visar en illustration ¨over hur en tetraedrisk form ser ut. De tetraedriska sammans¨attningarna kopplas sedan ihop med varandra och andra ¨amnen b˚ade i fasta kristallstrukturer eller i amorfa struk-turer. De fasta kristallstrukturerna ¨ar de som tidigare redovisats FCC eller HCP d¨ar det finns tetra-edriska former. Om materialet ¨ar ist¨allet ¨ar amorft s˚a sitter de tetraedriska strukturerna i obest¨amda m¨onster runt de andra ¨amnena. Tetraedrerna delar i m˚anga fall syreatomerna med andra tetraedrer i materialet och bildar komplexa strukturer. Silikatmineralerna har oftast kovalenta bindningar eftersom de delar p˚a atomerna mellan olika tetraedrer vilket leder till att de materialen ¨ar riktningsberoende i sina egenskaper men starka. [9, 10]

Figur 9: Illustration av hur tetraedrisk sammans¨attning ser ut med en atom i mitten och sedan fyra andra runt om. [12]

3.5 Projektets stenmaterial

Endast de materialen som kommer att anv¨andas i projektet studeras. F¨or att f˚a ett resultat som ¨

ar m¨ojligt att analysera och j¨amf¨ora v¨aljs ˚atta olika material med olika h˚ardhet, se Tabell 2. Den spridda h˚ardheten och skillnaden p˚a stenmaterialens egenskaper medf¨or en skillnad i resultat i form av varierande PSD-kurvor. H˚ardheten f¨or materialen ¨ar enligt WI-skalan. De olika materialen har ett v¨arde mellan 7,8 och 25 i h˚ardhet p˚a en skala f¨or h˚ardhet mellan 0 och 30. D¨ar 0 ¨ar ett mjukt material som i princip s¨onderfaller av sig sj¨alv och det med 30 i h˚ardhet ¨ar ett h˚art material som ¨ar s˚a h˚art att det inte g˚ar s¨onder alls vid analysmetoden. Bergarterna som v¨aljs har olika egenskaper och best˚ar av olika best˚andsdelar. Vissa material ¨ar lika varandra men med olika uppdelningar i storlek och f¨ordelningen eller fr˚an olika stenbrott. Materialen som studeras presenteras i Tabell 2 tillsammans med information fr˚an vilket stenbrott de ¨ar h¨amtade och med vilken h˚ardhet materialet best¨ams till enligt Sandviks WI-skala. ¨Aven Moh-h˚ardheten f¨or mineralerna stenmaterialen best˚ar av presenteras. Vissa material som krossas best˚ar av samma stenmaterial men i olika m¨angder f¨or de olika materialen, dessa kallas ballast och b¨arlager f¨or att skilja p˚a dem. F¨or varje sorts material presenteras best˚andsdelarna och dess typiska egenskaper. Mineraler som f¨orekommer i flera olika material presenteras endast en g˚ang vid den f¨orsta ben¨amningen.

Tabell 2: Stenmaterialen som valt f¨or projektet.

Stenmaterial Ort H˚ardhet (WI) H˚ardhet (Moh) Kvartsit S¨odra Sandby 14 7

Kvartsit Hardeberga 16 7 Syenit Onnestad¨ 18 5 - 6,5 Gabbro Malmen 25 5,5 - 6,5 Kalksten Brunflo 7,8 3 Diabas Sk¨ovde 19,5 5,5 - 6,5 Ballast Dalby 17 2,5 - 4 B¨arlager Dalby 17 2,5 - 4

Kvartsit tillh¨or de metamorfa bergarterna. Det ¨ar ett h˚art material som ¨ar kornigt i ytan och best˚ar av rundade korn i storleken 2 - 5 mm. Utseendet ¨ar oftast ljusgr˚a eller vit men den f¨orkommer ocks˚a som m¨orkgr˚a se Figur 10. Kvartsit bildas n¨ar sandsten genomg˚ar en metamorfos genom att de ursprungliga sandkornen binds samman vid extrema f¨orh˚allanden. Det best˚ar till st¨orsta del av kvarts men det kan finnas sm˚a m¨angder av tungmetaller, f¨altspat och glimmer i stenarna. Kvarts har den kemiska beteckningen SiO2 och ¨ar ett vanligt ¨amne bergmaterial. Det ¨ar en oxid i ren form men n¨ar

den binder med andra ¨amnen s˚a r¨aknas det som en silikatmineral och har trigonalt kristallsystem. Ren kvarts har h˚ardheten 7 Moh och 2,65 g/cm3 i densitet. Kvarts har kovalenta bindningar mellan sina atomer. [11, 13]

Figur 10: En sten av kvartsit som ¨ar ljusgr˚a med vissa orenheter. [14]

Syenit ¨ar en magmatisk bergart. Kornstorleken f¨or materialet ¨ar oftast 1 - 5 mm och best˚ar till huvudsak av kalif¨altspat och amfibol. Det inneh˚aller ¨aven sm˚a m¨angder av pyroxen, plagioklas och biotit. Syenit uppst˚ar vid kristallisation av alkalin magma som tr¨anger upp i berggrunden. Stenarna ¨

ar flerf¨argade d¨ar kalif¨altspatet ¨ar vitt eller ljusr¨ott med m¨orka mineraler av amfibol i se Figur 11. Det anv¨ands ofta till byggnationer som dekorativa plattor p˚a golv och v¨aggar kristallerna ¨ar oftast equigranul¨ara med liknande storlekar och har s¨allan porfyrisk textur med st¨orre kristaller. Kalif¨altspat ¨

ar kaliumaluminiumsilikater och finns i tv˚a olika former, ortoklas och mikroklin. B˚ade ortoklas och mikroklin ¨ar silikatmineraler och har sammans¨attningen KAlSi3O8. Ortoklas f¨orekommer oftast i de

magmatiska djup- och g˚angbergarterna medans mikroklin hittas oftast i sura och intermedi¨ara mag-matiska bergarter. B˚ada har 6 - 6,5 Moh i h˚ardhet och 2,5 - 2,6 g/cm3 i densitet. Skillnaden ¨ar att ortoklas har monoklint kristallsystem och mikroklin har triklint kristallsystem. Amfibol ¨ar en grupp av silikatmineraler som inneh˚aller alltid kisel, syre och v¨ate men ¨aven en eller flera av ¨amnena mag-nesium, j¨arn, kalcium, natrium och aluminium [15]. Den vanligaste amfibolen ¨ar hornbl¨ande med den kemiska beteckningen Ca2(Mg,Fe,Al)5(Al,Si)8O22(OH)2. Den har ett monoklint kristallsystem med 5

- 6 Moh i h˚ardhet och 3,1 - 3,3 g/cm3 i densitet. [13, 16]

Figur 11: En sten av syenit med tydlig skillnad mellan det vita kalif¨altspatet och det m¨orka amfibolen. [17]

Gabbro r¨aknas som en magmatisk bergart. Den ¨ar uppbyggd av grova korn fr˚an m¨orkgr¨on pyroxen och vit eller gr¨ongr˚a plagioklas se Figur 12, det f¨orekommer ¨aven sm˚a m¨angder olivin och magnetit i materialet. Kornstorleken i materialet ¨ar 1 - 5 mm de ¨ar oftast equigranul¨ara med liknande storlekar p˚a kornen med tydliga indelningar mellan pyroxen och plagioklas. Det bildas av basisk magma som tr¨anger upp i st¨orre intrusiv n¨ar magman tr¨anger in i en bergartsmassa. Plagioklas ¨ar en blandning mellan albit, natriumaluminiumsilikat (NaAlSi3O8), anortit och kalciumaluminiumsilikat (CaAl2Si2O8) som

¨

ar l¨osliga i varandra och samkristalliserar med olika f¨ordelningar f¨or olika material. Det ¨ar en silikat som tillh¨or f¨altspatgruppen och har triklint kristallsystem. Ren plagioklas har mellan 6 - 6,5 Moh i h˚ardhet och 2,6 - 2,8 g/cm3 _{i densitet. Pyroxen ¨ar en grupp silikatmineraler som ut¨over kisel och}

syre inneh˚aller en eller flera av ¨amnena kalcium, magnesium, j¨arn och aluminium [15]. Den vanligaste pyroxenen som ocks˚a ¨ar huvudmineral i b˚ade gabbro och diabas ¨ar augit. Augit har den kemiska bet¨ackningen Ca(Mg,Fe,Al)[(Si,Al)2O6]. Den har ett monoklint kristallsystem med 5,5 - 6 Moh i

h˚ardhet och 3,2 - 3,6 g/cm3 i densitet. [13, 16]

Figur 12: En sten av gabbro med tydlig skillnad mellan ljus plagioklas och m¨ork pyroxen. [18] Kalksten ¨ar en sediment¨ar bergart. De ¨ar oftast vita, gr˚aa eller gula, se Figur 13, som best˚ar till st¨orsta del av kalcit med kornstorlek 0,005 - 2 mm. De inneh˚aller ocks˚a sm˚a m¨angder dolomit, aragonit, kvarts och det ¨ar i kalksten det oftast finns fossiler. Det bildas vi kemiska utf¨allningar fr˚an kalcit och fossiler som bryts ner. Beroende p˚a vilken milj¨o stenen bildas i och om det ¨ar v¨axter, korall eller andra djur som utg¨or grunden p˚a varierar f¨arg och uppbyggnad. Kalksten g˚ar att dela in i tre huvudsakli-ga grupper orhuvudsakli-ganisk kalksten den inneh˚aller mycket fossiler, kemiskt bildad kalksten som inneh˚aller dolomit och oolit slutligen klastisk kalksten som inneh˚aller mekaniskt skapade karbonatstenar. Kalcit har sammans¨attningen CaCO3 och ¨ar en karbonatsammans¨attning med trigonalt kristallsystem som

Figur 13: En sten av vit kalksten som ¨ar vanligt i Malm¨oomr˚adet. [19]

Diabas tillh¨or de magmatiska bergarterna. Den ¨ar uppbyggd p˚a samma s¨att som gabbro men med mindre kornstorlek 0,1 - 2 mm. Den bildas n¨ar basisk magma kristalliseras i sprickor i bergmassa. Diabas har en j¨amt m¨orkare f¨arg ¨an gabbro med tydliga skillnader mellan de inneh˚allande materialen se Figur 14. Den ¨ar en t¨at och h˚ard bergart som ofta anv¨ands till byggnads¨andam˚al. [13, 16]

Figur 14: En sten av diabas med tydliga korn. [20]

Gnejs ¨ar ett samlingsnamn f¨or flertalet olika metamorfa bergarter med en liknande struktur. De har tydliga r¨ander som oftast ¨ar uppbyggda av mineraler med alternerande ljusa och m¨orka f¨arger se Figur 15. Kornstorleken f¨or gnejs ¨ar 2 - 5 mm men det kan ¨aven vara vissa st¨orre korn. Gnejs best˚ar oftast till st¨orsta del av kvarts, f¨altspat, glimmer eller/och amfibol beroende p˚a vilken sort det ¨ar. Gnejs uppst˚ar vid metamorf vid h¨og temperatur av olika material beroende p˚a vilken sort. Ortognejs ¨ar metamorfoserande magmatiska bergarter som till exempel granit. Den ¨ar vanligt i den ¨

aldre prekambriska berggrunden. ¨Ogongnejs har stora kristaller i materialet som ¨ar 1 - 5 cm och oftast best˚ar av f¨altspat. Paragnejs ¨ar ursprungligen sediment¨ar bergart som metamorfoserats vid medelh¨oga till h¨oga temperaturer. Glimmer i gnejs ¨ar antingen muskovit eller biotit mineraler b˚ada ¨ar silikatmineraler och har monoklinta kristallsystem. Till glimmergruppen tillh¨or ocks˚a flogopit som dock inte f¨orkommer i gnejs. Muskovit har en h˚ardhet p˚a 2,5 - 4 Moh och en densitet mellan 2,8 - 2,9 g/cm3. Biotits h˚ardhet ¨ar 2,5 - 3 Moh och densiteten ¨ar 2,7 - 3,3 g/cm3. Muskovit har sammans¨attningen KAl2(AlSi3O10)(OH)2 och biotits sammans¨attning ¨ar K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)[OH,F]2. Mineralerna ¨ar

uppbyggda av pseudohexagonala kristaller som l¨att bryts i tunna flak. [13, 15]

Figur 15: En polerad yta av hallandsgnejs med tydig skillnad mellan dess best˚andsdelar och till v¨anster syns r¨anderna som ¨ar typiska f¨or gnejs. [21]

Stenmaterialen fr˚an Dalby, ballast och b¨arlager best˚ar av tv˚a olika material som ¨ar blandade naturligt i berggrunden, gnejs och diabas. Huvudsakligen best˚ar berggrunden av gnejs vilket d¨arf¨or ¨

ar den st¨orsta p˚averkande faktorn till materialets egenskaper. P˚a grund av detta ¨ar ocks˚a h˚ardheten v¨aldigt varierande eftersom den beror p˚a hur mycket av de olika delarna som kommer i just det provet som k¨ors genom krossen. F¨oretaget som bryter materialet som har anv¨ants s¨ager sig str¨ava efter att krossprodukten ska ha en densitet av 2,68-2,76 t/m3 [22] vilket ¨ar det enda de m¨ater i f¨or att s¨akerst¨alla ¨onskv¨ard blandning f¨or produkten. Ballast ¨ar det materialet som anv¨ands vid tillverkning av cement och asfalt. B¨arlager anv¨ands som utfyllnad vid byggnationer. De olika produkterna beh¨over d¨arf¨or ha olika egenskaper, ballasten beh¨over binda bra med resterande material och b¨or d¨arf¨or vara j¨amna storlekar och former. Men b¨arlagret ¨ar ofta av sten med s¨amre kvalitet och m˚aste ist¨allet ha bra dr¨aneringsegenskaper och ska d¨arf¨or vara flisigt och f˚ar inte inneh˚alla f¨or mycket sm˚asten.

4

Metoder

Under projektet anv¨ands flera olika metoder f¨or att analysera stenmaterialen f¨or att m¨ojligg¨ora j¨amf¨orelse mellan de olika stenmaterialen och krossarna.

4.1 Siktning

F¨or att materialet ska kunna studeras s˚a siktas det f¨or att ˚atskilja de olika storlekarna av sten som krossen har producerat och detta g¨ors enligt standarden SS-EN 933-1:2012 [23]. Enligt standarden ska stenarna placeras p˚a s˚allet i den st¨orsta grovleken och sedan vibrerar maskinen s˚a att stenarna som ¨

ar mindre ¨an h˚alen i s˚allet trillar ner till n¨asta s˚all som ¨ar finare. Flertalet s˚all med olika storlekar anv¨ands i det intervallet som stenarna ¨onskas unders¨okas i. Maskinen k¨ors tills det att vikten p˚a varje sikt inte minskar med mer ¨an 1 % per minut.

Stenmaterialet p˚a varje s˚all kallas fraktion, en fraktion best˚ar av allt uppm¨att stenmaterial som ¨ar gr¨ovre ¨an grovleken p˚a s˚allet men finare ¨an det gr¨ovre s˚allet. Med v¨ardena f¨or den totala vikten av stenmaterialen i varje fraktion skapas Particle size distribution-kurvor, storleksf¨ordelningskurvor som kallas PSD-kurvor. PSD-kurvor ¨ar kurvor som visar utfallet f¨or hur storleken av stenarna blir f¨or ett siktat stenprov. Graferna ¨ar logaritmiska och vikten f¨or varje fraktion omvandlas till en procent-sats.

4.2 H˚ardhetsm¨atning

F¨or att f˚a en bred bild ¨over hur laboratoriekrossen p˚averkar produkten av materialet beh¨ovs det flertalet olika stenmaterial med olika egenskaper. Den huvudsakliga egenskapen som stenmaterialen rankas efter f¨or urvalet av de material som ska testas ¨ar h˚ardheten. Sandvik har en stor databas med alla material de n˚agon g˚ang har testat i sitt krosslabb. I databasen finns det information f¨or olika stenmaterial som visar dess h˚ardhet, var det kommer ifr˚an och n¨ar testet utf¨ordes med mera. Materialets h˚ardhet kan variera mycket i ett stenbrott beroende p˚a vilket djup just det materialet kommer ifr˚an och vilken del av stenbrottet det ¨ar utbrutet fr˚an. P˚a grund av det ¨ar det viktigt att vid valet av material ta h¨ansyn till hur gammalt provet i databasen ¨ar f¨or att inte beh¨ova utf¨ora ett nytt h˚ardhetsprov p˚a materialen i denna unders¨okningen.

H˚ardhetsprov som anv¨ands av Sandvik AB utf¨ors i Sandviks krosslaboratorium i samband med att ett slitageprov ocks˚a utf¨ors, ett s˚a kallat AI/WI-prov. AI st˚ar f¨or ”Abrasion Index” och WI st˚ar f¨or ”Work Index”. WI ¨ar ett m˚att f¨or h˚ardheten av materialet. WI ber¨aknas genom att tio, s˚a kubiska stenar som m¨ojligt, var och en placeras i en slagmaskin och krossas, se Figur 16. H˚ardheten best¨ams efter hur h¨ogt upp, dvs hur m˚anga grader, hamrarna i slagmaskinen beh¨over hissas upp f¨or att minst 20 procent av stenen ska g˚a s¨onder ¨aven diametern av de testade stenarna tas h¨ansyn till och resulterar i ett m˚att f¨or h˚ardheten av materialet.

Figur 16: Slagmaskinen som sl˚ar s¨onder stenarna d¨ar stenen placeras i mitten och de runda skivorna roteras f¨or att sl¨appas vid krossning.

De krossade stenarna samt de resterande stenarna som inte anv¨ants till WI-provet krossas d¨arefter i en k¨aftkross som finns i laboratoriet. CSS p˚a k¨aftkrossen ¨ar inst¨alld p˚a 12,5 mm eftersom det ¨ar den storleken p˚a sten som sedan anv¨ands f¨or AI-delen av provet. Allt stenmaterial krossas i k¨aftkrossen f¨or att sedan siktas upp i respektive fraktion, storlek, d¨ar 22,4 mm, 19 mm, 12,5 mm, 8 mm, 4 mm och mindre ¨an 4 mm ing˚ar. Allt material v¨ags upp och noteras men endast 12,5 sparas f¨or AI-testet. AI ¨ar ett index f¨or hur stort slitaget f¨orv¨antas bli p˚a slitagedelarna i en kross. Det testas p˚a en manganst˚alplatta som sp¨anns fast i en trumma som laddas med en portion av stenmaterialet ˚at g˚angen se Figur 17. Trumman f˚ar rotera i 15 minuter med stenmaterialet i den f¨or att sedan st¨adas och fyllas p˚a med en ny portion vilket g¨ors fyra g˚anger totalt. Portionens storlek beror enligt Sandviks instruktioner f¨or AI/WI p˚a materialets uppm¨atta densitet dividerat med 2,65 som anses vara en standarddensitet f¨or stenmaterial. Kvoten multipliceras d¨arefter med 400 gram som anses vara utg˚angsvikten f¨or en portion av stenmaterial med standarddensitet f¨or stenmaterial. Detta f¨or att uppn˚a samma volym av material f¨or varje utf¨ort prov. Slitageplattan v¨ags f¨ore och efter testet f¨or att f˚a differensen som resulterar i ett v¨arde f¨or AI.

Figur 17: Trumman som anv¨ands f¨or att m¨ata upp slitaget p˚a manganst˚alet.

4.3 Kornformsanalys/FI-analys

Kornformsanalys m¨ater formen p˚a stenarna f¨or att se hur mycket av materialet som ¨ar flisigt, FI st˚ar f¨or ”Flisighetsindex”. N¨ar formen av den unders¨okta produkten studeras s˚a g¨ors det enligt standarden SS-EN 933-3:2012 [24]. Materialet siktas genom den siktgrovleken som anges i standarden f¨or den fraktionen som materialet har. S˚allens h˚al har en avl˚ang form vilket g¨or att endast de oj¨amna flisiga bitarna trillar genom och de som har en kubisk form stannar kvar p˚a s˚allen. Ut¨over materialegenskaper f¨or de olika stenmaterialen ¨ar det ¨aven k¨ant att flisigheten varierar f¨or produkten av olika sorters stenkrossar. Produkt fr˚an en k¨aftkross har oftast st¨orre andel flisigt material ¨an vad konkrossar har. Det har ¨aven dokumenterats sedan tidigare att flisigheten ¨okar n¨ar storleken p˚a p˚a stenarna blir mindre.

4.4 3D-analys

F¨or att g¨ora fler analyser av materialets form anv¨ands Maxi PartAn fr˚an AnaTech, se Figur 18. Maskinen analyserar material genom att den matar fram materialet s˚a att det faller ner framf¨or en duk med en blixt samt en kamera som tar 200 bilder per sekund, se Figur 19. Med hj¨alp av bilderna ger maskinen v¨arden f¨or storleksf¨ordelningen och materialets form. Maxi PartAn anv¨ands i detta arbete fr¨amst f¨or att unders¨oka flisigheten p˚a materialet som ¨ar fraktionen 2 mm d˚a det inte finns s˚all f¨or m¨atning av flisighet f¨or dessa m˚att. [25]

Figur 18: Maskinen fr˚an AnaTech som anv¨ands f¨or att g¨ora 3D-analysen.

Figur 19: PartAn maskinens-best˚andsdelar. Materialet fylls p˚a (1) i silon (2) en skakare (3) g¨or att det kommer fram en konstant str¨om av sten (4). Fl¨odet g˚ar att justera med tv˚a plattor (10). Stenarna faller ner mellan blixten (5) och tv˚a kameror (6) och ner i uppsamlingen (11). Datan samlas upp (7) och sedan visas p˚a en sk¨arm (8). [25]

4.5 Simulering med PlantDesigner

Sandvik AB har konstruerat ett simulationsprogram, PlantDesigner, som anv¨ands vid projektering av krossanl¨aggningar. I programmet ¨ar m¨ojligt att bygga hela produktionsanl¨aggningar med flera in-fl¨oden, utfl¨oden, krossar och siktmaskiner precis s˚a som kunden har det i sin anl¨aggning med samma in-st¨allningar och stenmaterial. P˚a s˚a s¨att ¨ar det m¨ojligt att f¨orutse vilka maskiner som beh¨ovs f¨or att ¨oka produktionen och ¨aven hur storleksf¨ordelningen av produkten p˚a materialet blir. Vid ber¨akningarna av slitage och storleksf¨ordelning s˚a utg˚ar programmet ifr˚an stora m¨angder av uppm¨atta verkliga tes-ter. De materialparametrar som ber¨akningarna i programmet bygger p˚a ¨ar vilket material det ¨ar och vilken AI/WI det ¨ar uppm¨att till. I detta projektet anv¨ands programmet s˚a som det ¨ar utformat att g¨ora f¨or att kunna j¨amf¨ora det simulerade utfallet mot ett verkligt utfall f¨or samma material och se hur detta relaterar sig till utfallet fr˚an laboratoriekrossen.

5

Utf¨

orande

Projektet best˚ar av fyra stycken huvudsakliga delar under utf¨orandefasen. N¨ar materialet har valts ut och samlats in m˚aste det f¨orst analyseras s˚a att det s¨akerst¨alls hur feed:en ser ut storleks- samt flisighetsm¨assigt. D¨arefter krossas stenmaterialet i laboratoriek¨aftkrossen i Dalby stenbrott. Produkten fr˚an krossen analyseras i Sandviks krosslabb i Svedala f¨or att ett resultat i form av en PSD-kurva, dvs. en ”particle size distribution-kurva”, som visar storleksf¨ordelningen av materialet. N¨ar materialet ¨ar analyserat och PSD-kurvor ¨ar skapade ¨ar det sista steget att analysera den datan som framkommit fr˚an testerna och d˚a j¨amf¨ora produktkurvornas placeringen j¨amf¨ort med resterande produktkurvor och vise versa f¨or feed-kurvorna. Detta f¨or att f¨ors¨oka uppt¨acka ett samband mellan produkterna och feed:erna.

5.1 Krossning

Vid testkrossningen av stenmaterialen i laboratoriekrossen matas ca 100 kg feed till krossen. Feeden som anv¨ands ¨ar i storleken 16 - 22 mm. Krossen st¨alls in med standardinst¨allningar som anv¨ands vid de vanliga testerna som utf¨ors p˚a slitage av krossplattor f¨or att s¨akerst¨alla att den fungerar p˚a ¨

onskat s¨att. Det inneb¨ar att CSS p˚a maskinen ¨ar 3 mm och det anv¨ands fyra stycken standardplattor. Matningshastigheten f¨or maskinen vid denna storleken p˚a sten ¨ar ca 1000 kg per timme vilket leder till att testet kommer ta ungef¨ar 10 minuter per stenmaterial inklusive lastning och extraktion av material. Denna m¨angd ¨ar vald f¨or att maskinen ska hinna komma upp i full hastighet innan proverna av produkten extraheras fr˚an fl¨odet. Det ¨ar ¨aven viktigt att inte ta proverna i slutet n¨ar matningen minskar. Det tas prover p˚a ca 20 kg av produkten under mitten av k¨orningen vilket ¨ar tillr¨ackligt f¨or att f˚a en bild av hur hela produktens utfall blir. Innan testerna g¨ors p˚a den f¨ardiga produkten s˚a torkas de f¨or att smuts och damm ska kunna separeras vid siktningen. Stenmaterialen inneh˚aller olika m¨angder fukt och d¨arf¨or torkas de f¨or att fukten inte ska p˚averka m¨atresultaten. Torkningen sker i en ugn med ca 100 grader i d¨ar stenen bres ut p˚a stora pl˚atar och f˚ar torka i minst 8 timmar.

5.2 Siktning

F¨or att f¨ordela materialet efter storleken finns det en standard SS-EN 933-1:2012 [23]. Siktningen som sker f¨oljer denna standard g¨allande s˚allstorlekar och maskintid med mera. F¨or siktning av feeden som ¨

ar referensmaterialet s˚a anv¨ands en stor siktningsmaskin med fasta s˚all d¨ar de anv¨ands s˚all av fem olika grovlekar och en pl˚at i botten f¨or allt passerar ¨aven det finaste s˚allet. Siktmaskinen som anv¨ands visas i Figur 20 och s˚allen som anv¨ands i maskinen i Figur 21. Siktningsmaskinen klarar av att sikta 25 kg material samtidigt f¨or att inte s˚allen ska bli fulla och p˚averkar prestandan i maskinen och p˚a s˚a s¨att p˚averka resultatet. De s˚all, av olika grovlek, som anv¨ands visas i Tabell 3.

Det som samlas av feeden som ¨ar mindre ¨an 16 mm siktas sedan p˚a samma s¨att och med samma s˚allstorlekar som produkten g¨ors. N¨ar siktningen av produkten utf¨ors i krosslabbet anv¨ands runda s˚all i olika storlekar som staplas p˚a varandra med ett lock l¨angst upp och en sk˚al f¨or material av minsta storleken i botten exempel p˚a tv˚a s˚all visas i Figur 22. Det anv¨ands 12 st olika s˚all f¨or produkten de

olika storlekarna visas i Tabell 3. F¨or att s˚allen som anv¨ands inte ska fyllas f¨or mycket s˚a att materialet s¨atter stopp f¨or att mindre material ska trilla ner fylls de med ca 4 kg ˚at g˚angen. De staplade s˚allen placeras i en tornsikt som vibrerar och roterar f¨or att m¨ojligg¨ora att allt material kommer till r¨att s˚all se Figur 23. N¨ar materialet har siktats s˚a v¨ags materialet fr˚an varje s˚all upp och p˚a s˚a s¨att g˚ar det att se hur storleksf¨ordelningen av materialet ¨ar.

Tabell 3: S˚allen som anv¨ands f¨or att sikta upp materialet d¨ar m˚atten ¨ar l¨angden p˚a sidorna i de kvadratiska h˚alen p˚a s˚allen.

Stora sikten (mm) 31,5 25 22,4 20 16 12,5 Tornsikten (mm) 12,5 10 8 6,3 5 4 Tornsikten (mm) forts. 2 1 0,5 0,25 0,125 0,063

Figur 21: Exempel p˚a s˚all som anv¨ands i den stora siktmaskinen

Figur 23: Tornsikten som anv¨ands f¨or produkten.

5.3 Kornform

F¨or att unders¨oka om stenmaterialet har en kubisk form eller om de ¨ar flisiga med en avl˚ang form anv¨ands standarden SS-EN 933-3:2012 [24]. F¨or att unders¨oka flisighetsindexet, FI, anv¨ands speciella s˚all som har ribbor med att best¨amt avst˚and mellan dem som ¨ar mindre ¨an den storleken den uppm¨atta fraktionen har enligt siktningen som ¨ar gjord tidigare se Figur 24. Alla storlekar p˚a stenmaterialet som siktats upp i f¨oreg˚aende test, se Tabell 3, ner till och med 4 mm uts¨atts f¨or ett FI-test d˚a resterande fraktioner saknar FI-s˚all se Tabell 4. FI f¨or stenmaterialet med storleken tv˚a millimeter utf¨ors med hj¨alp av Maxi PartAn.

Tabell 4: Fraktionerna som det g¨ors FI-analys p˚a. FI fraktioner (mm) 31,5 25 20 16 12,5 FI fraktioner (mm) forts. 10 8 6,3 5 4

F¨or b¨asta resultat vid FI-analyser finns det en m˚alvikt som om m¨ojligt b¨or precis ¨overstigas f¨or att s˚allet ska ge ett bra resultat som inte p˚averkats av m¨angden sten p˚a s˚allet d˚a det med f¨or mycket sten p˚a s˚allet kan leda till att det t¨apper igen mellan ribborna. D¨arf¨or delas fraktionen upp med hj¨alp av en delare f¨or att ett s˚a slumpm¨assigt urval som m¨ojligt av stenmaterialet skall ske d˚a den delar m¨angden sten till ungef¨ar h¨alften av totalen och f˚ar sedan upprepas tills ¨onskad m¨angd m¨atts upp. Tre s˚all placeras p˚a varandra med avskiljare mellan d¨ar de stenarna som ¨ar flisiga f¨or varje fraktion samlas och ett lock l¨angst upp. Detta k¨ors i tornsikten som anv¨andes f¨or siktningen av mindre stenmaterial.

Efter det har k¨orts i maskinen v¨ags varje fraktion med en negativ (-) del, d¨ar de stenar som har trillat igenom s˚allet och allts˚a ¨ar flisiga samlas, och en positiv (+) del som inte ¨ar flisiga. Som exempel f¨or fraktionen 10 mm anv¨ands ett s˚all med 6,3 mm mellan ribborna och m˚alvikten f¨or det s˚allet ¨ar 400 g. Mallen f¨or FI-analyserar finns i Figur n, Bilaga C.

Figur 24: Exempel p˚a ett s˚all som anv¨ands f¨or att analysera kornformen.

5.4 3D-analys

Det g˚ar inte att anv¨anda alla storlekar p˚a material i 3D-analysmaskinen d˚a den endast kan ta bilder p˚a material som ¨ar st¨orre ¨an 2mm. N¨ar maskinen ska k¨oras lastas d¨arf¨or alla fraktioner f¨or produkten eller feeden som ¨ar st¨orre ¨an 2 mm i en matare. Mataren k¨or fram tillr¨ackligt mycket sten i taget f¨or att maskinen inte ska f˚a f¨or mycket sten p˚a varje bild den tar f¨or att kunna analysera bilderna. Maskinen analyserar bilderna och ger v¨arden p˚a b˚ade storleksf¨ordelningen och kornformen f¨or det materialet som analyserats.

5.5 Simulering med PlantDesigner

F¨or att j¨amf¨ora det simulerade v¨ardet fr˚an Sandviks projekteringsprogram PlantDesigner s˚a finns det till vissa produkter och anl¨aggningar uppm¨atta faktiska utfall med avseende p˚a storleksf¨ordelningen fr˚an krossen, dvs. fysiska tester har utf¨orts p˚a stenmaterial f¨or att s¨akerst¨alla att PlantDesigner ¨ar en tillr¨ackligt precis metod. Denna data anv¨ands d¨arf¨or vid simulering med PlantDesigner. F¨or att f˚a fram den simulerade storleksf¨ordelningen s˚a byggs det upp en produktionskedja med minst tre delar. F¨orst placeras ett infl¨ode d¨ar det st¨alls in vilket material det ¨ar, vilket WI det materialet har, storleksf¨ordelningen f¨or feeden och vilken densitet det har. Sedan placeras en kross av samma typ som anv¨ands i de stenbrott var resterande data kommer fr˚an. Krossen i PlantDesigner st¨alls in med samma inst¨allningar f¨or CSS, kammare, manteltyp och skillnaden mellan ¨oppet och st¨angt l¨age. Slutligen placeras en uppsamlingsplats d¨ar det g˚ar att exportera storleksf¨ordelningen av produkten fr˚an se Figur 25. Stenmaterialet som simulerats i PlantDesigner ¨ar fr˚an samma stenbrott som materialet som anv¨ants i detta arbete. Eftersom Sandvik inte hade tillg˚ang till resultat p˚a verkliga utfall och krossinformation fr˚an alla stenbrott saknas simuleringar f¨or tre av de ˚atta stenmaterialen som krossas i laboratoriekrossen. Stenmaterialen som simulerats i PlantDesigner ¨ar gnejs fr˚an Dalby, kvartsit fr˚an

S¨odra Sandby och Hardeberga, syenit fr˚an ¨Onnestad och gabbro fr˚an Malmen. Kurvan f¨or de uppm¨atta v¨ardena placeras j¨amte kurvan f¨or de simulerade och avvikelsen mellan dem studeras.

Figur 25: En exempelbild fr˚an PlantDesigner som anv¨ands f¨or simulering av produkt fr˚an endast en kross. Infl¨odet placeras l¨angst upp, i mitten en kross och l¨angst ner ett utfl¨ode. Krossen och utfl¨odet presenterar tabeller med datan f¨or PSD-kurvan som f¨or storleksf¨ordelningen.

6

Resultat

Resultaten fr˚an de olika m¨atningarna av materialen presenteras i tabeller och diagram och det un-ders¨oks vilka samband det kan finnas mellan materialen som kan f¨orklara utfallen. F¨or att ha m¨ojligheten att j¨amf¨ora mellan feeden och produkten p˚a grund av de olika storlekarna s˚a anv¨ands ranking f¨or att f˚a en bild ¨over om laboratoriekrossen och fullproduktionskrossarna ger liknande resultat.

6.1 Krossdata

F¨or att ber¨akna krossens medeleffekt anv¨ands alla v¨arden endast fr˚an n¨ar krossen ¨ar i full produktion allts˚a uppv¨armd och fullt matad med sten. Medeleffekten fr˚an de olika testerna presentera i Tabell 5 och de olika materialen rankas efter hur stor medeleffekten ¨ar. Det saknas data f¨or tv˚a av testerna d˚a den automatiska matningen av feed inte fungerade vid detta tillf¨alle och materialet ist¨allet fick matas fram manuellt.

Tabell 5: Medeleffekten fr˚an laboratoriekrossen f¨or de olika materialen vid krossningen. ¨Aven ranking-en utifr˚an medeleffekten (RM), d¨ar den med l¨agst medeleffekt rankas som 1, och vilken WI-h˚ardhet materialen har presenteras.

Material Medeleffekt (kW) RM WI Kvartsit - S¨odra Sandby 3,23 4 14 Kvartsit - Hardeberga 3,01 1 16 Syenit - ¨Onnestad Data saknas - 18 Gabbro - Malmen 3,89 6 25 Kalksten - Brunflo Data saknas - 7,8 Diabas - Sk¨ovde 3,80 5 19,5 Ballast - Dalby 3,07 3 17 B¨arlager - Dalby 3,02 2 17

Resultatet av medeleffekten visar att med undantag f¨or kvartsiten fr˚an S¨odra Sandby s˚a ¨ar effekten beroende p˚a WI-h˚ardheten. Detta ¨ar det f¨orv¨antade resultatet d˚a ett h˚ardare materialet generellt ¨ar sv˚arare f¨or krossen att bearbeta. Det som kan f¨orklara att kvartsiten fr˚an S¨odra Sandby som ¨ar det mjukaste materialet med data f¨or inte har den l¨agst effekten kan vara att stenarna i detta provet var mindre eller i en form som gjorde att det fick plats med mer material i krosskammaren. Om det ¨ar mer material i krosskammaren s˚a ¨ar det mer packat vilket leder till att det ¨ar mer material som ska krossas i varje rotation och d¨arf¨or anv¨ander mer effekt. Detta leder till att ytterligare data s˚a som flisighet och storleksf¨ordelning ut¨over medeleffekten beh¨over kombineras f¨or att korrekta slutsatser ska dra

Medeleffekten som anv¨ands ¨ar inte proportionerlig mot h˚ardheten, till exempel mellan ballasten och diabasen skiljer det 0,73 kW och 2,5 WI men mellan diabasen och gabbron skiljer det 0,09 kW och 5,5 WI. Detta kan bero p˚a samma sak som f¨or kvartsiten fr˚an S¨odra Sandby att n˚agot av materialens storlek eller form p˚averkar hur mycket som f˚ar plats i krosskammaren. F¨or att unders¨oka n¨armare om

det finns ett direkt samband mellan WI och effekt b¨or det unders¨okas med feed som ¨ar s˚a n¨ara identisk som m¨ojligt f¨or de olika materialen f¨or att undvika att densiteten i krosskammaren p˚averkar.

6.2 Siktning

Data fr˚an den manuella siktningen med viss kompletterande data fr˚an 3D-analysen sammanst¨alls med storleksf¨ordelningen f¨or produkterna och feederna. Storleksf¨ordelningen st¨alls upp i PSD-grafer som visar hur stor del av materialets vikt som passerar de olika grovlekarna p˚a s˚allen. Data f¨or produkterna fr˚an laboratoriekrossen finns i Figur 26. Det ber¨aknas ut en medelkurva fr˚an de olika materialen som det m¨ats avvikelse fr˚an f¨or de olika materialen. Varje enskild kurva f¨or produkterna presenteras tillsammans med endast medelkurvan f¨or l¨attare utl¨asning finns i Bilaga A, Figur a - h. Avvikelsen ber¨aknas i procent f¨or varje m¨atpunkt som anv¨ants och sedan ber¨aknas ett medelv¨arde. Medelv¨ardet ber¨aknas med absolutbeloppen av avvikelsen dividerat med antalet m¨atpunkter. Det ger ett v¨arde i procent ¨over hur mycket kurvan f¨or materialet skiljer sig fr˚an medelkurvan. Medelavvikelsen presenteras i Tabell 6 och materialen rankas efter vilket som ligger n¨armast medel. Det ber¨aknas ocks˚a en positiv och en negativ medelavvikelse f¨or varje material. Den positiva ber¨aknas som ett medel f¨or avvikelsen f¨or alla punkter som ligger ¨over medelkurvan f¨or varje produkt allts˚a har finare storleksf¨ordelning och den negativa f¨or alla som ligger under och d˚a ¨ar gr¨ovre. Med hj¨alp av detta v¨arde analyseras kurvorna och rankas fr˚an 1 till 8 med avseende p˚a hur fin s¨onderdelningen ¨ar av stenmaterialen. Rankingen bekr¨aftas genom en visuell analys av kurvorna och de anses st¨amma.

¨

Aven feeden analyseras och kurvorna placeras i ett diagram med en medellinje se Figur 27. Samma analys som f¨or produkten g¨ors ocks˚a f¨or feeden detta presenteras i Tabell 7. Data f¨or feeden ¨ar miss-visande p˚a grund av att vissa material som analyserat inte har varit i samma fraktion som resterande. Feeden fr˚an gabbron, diabasen och kalksten ¨ar i fraktionen 16-32 mm medan resterande material ¨ar i fraktionen 16-22 mm p˚a grund av detta ¨ar det naturligt att de rankas som gr¨ovre. Feeden av kalkstenen f˚ar en s˚a h¨og ranking ¨and˚a p˚a grund av att det inneh˚aller mer material ¨an medel som ¨ar mindre ¨an 16 mm och f˚ar d¨arf¨or ett positivt v¨arde.

Figur 26: Alla produkters storleksf¨ordelning med en linje f¨or medelv¨arde som avviklesen j¨amf¨ors mot.

Tabell 6: Medelavvikelsen (MA) fr˚an medelv¨ardet presenteras f¨or varje produkt och rankas efter vilket som ligger n¨armast medel (RM) d¨ar 1 ¨ar n¨armast och 8 l¨angst ifr˚an. Den positiva medelavvikelsen (+) finare ¨an medel och en negativa medelavvikelsen (-) gr¨ovre ¨an medel f¨or varje stenmaterial. Det rankas ocks˚a efter storleksf¨ordelning (RS) d¨ar finast material rankas som 1 och gr¨ovst som 8.

Material MA (%) RM + (%) - (%) RS Kvartsit - S¨odra Sandby 1,22 3 1,11 1,15 4 Kvartsit - Hardeberga 1,06 1 0,64 1,18 5 Syenit - ¨Onnestad 1,07 2 0,53 1,18 6 Gabbro - Malmen 2,69 6 3,29 1,08 2 Kalksten - Brunflo 4,71 8 6,56 1,24 1 Diabas - Sk¨ovde 2,16 5 1,60 2,17 7 Ballast - Dalby 1,85 4 2,34 0,88 3 B¨arlager - Dalby 2,80 7 0,63 3,39 8

Tabell 7: Medelavvikelsen (MA) fr˚an medelv¨ardet presenteras f¨or varje feed och rankas efter vilket som ligger n¨armast medel (RM) d¨ar 1 ¨ar n¨armast och 8 l¨angst ifr˚an. Den positiva medelavvikelsen (+) finare ¨an medel och en negativa medelavvikelsen (-) gr¨ovre ¨an medel f¨or varje stenmaterial. Det rankas ocks˚a efter storleksf¨ordelning (RS) d¨ar finast material rankas som 1 och gr¨ovst som 8.

Material MA (%) RM + (%) - (%) RS Kvartsit - S¨odra Sandby 2,42 2 1,38 2,37 6 Kvartsit - Hardeberga 4,08 5 8,5 0,61 2 Syenit - ¨Onnestad 3,13 3 5,58 1,45 5 Gabbro - Malmen 6,07 6 0,06 7,84 7 Kalksten - Brunflo 1,68 1 2,49 0.00 4 Diabas - Sk¨ovde 8,95 7 0,04 11,25 8 Ballast - Dalby 10,59 8 14,34 0,52 1 B¨arlager - Dalby 3,6 4 10,05 0,50 3

Resultaten fr˚an laboratoriekrossen visar att det inte finns n˚agot direkt samband mellan storleksf¨ordelningen och WI vilket syns i Figur 26 d˚a stenmaterialet med l¨agst WI se Tabell 2, kalkstenen, rankas som nummer 1 f¨or s¨onderdelning (RS) och materialet med h¨ogst WI, gabbro, rankas som nummer 2. Detta ¨

ar avvikande d˚a det generellt anses att ¨okande WI resulterar ¨aven i gr¨ovre och st¨orre produkter, l¨angre f¨orskjutning av PSD-kurvan till h¨oger. Detta g˚ar att uppm¨arksamma p˚a PSD-kurvorna f¨or kalkste-nen, kvartsiterna, syeniten och diabasen som har ¨okande WI mellan varandra se Tabell 2 och Tabell 6.

N¨ar resultaten j¨amf¨ors mellan feeden, Tabell 27, och produkten, Tabell 26, s˚a finns det inte n˚agra samband mellan storleksf¨ordelningen innan och efter. Den gr¨ovsta feeden diabas ¨ar den n¨ast gr¨ovst produkten, men den n¨asta gr¨ovsta feeden gabbro blir den n¨ast finaste produkten. Inte heller hur materialen rankas i f¨orh˚allande till medelkurvan ¨overensst¨ammer mellan feed och produkt.

6.3 Kornform

Datan fr˚an den manuella m¨atningen av kornformen med viss kompletterande data fr˚an 3D-analysen sammanst¨alls och visar hur stor procent av materialet som r¨aknas som flisigt f¨or produkterna och feederna. En graf f¨or flisigheten f¨or produkten presenteras i Figur 28 och f¨or feeden visas det i Figur 29. Data f¨or vissa v¨arden ¨ar missvisande d˚a de best˚ar av mindre material en m˚alvikten f¨or det specifika s˚allet. F¨or produkten g¨aller det f¨or material i fraktionen 12,5 - 16 mm och f¨or feeden material mindre ¨

an 12,5 mm och st¨orre ¨an 25 mm. Dessa m¨atv¨arden anv¨ands d¨arf¨or inte vid ber¨akning av avvikelse fr˚an medelv¨arde. Medelavvikelsen fr˚an medelv¨ardet och hur de olika materialen rankas i flisighet presenteras f¨or produkterna i Tabell 8 och samma data f¨or feederna visas i Tabell 9.

Det g˚ar att utskilja att det ¨ar en skillnad p˚a flisigheten mellan konkrossarna och laboratoriekrossen som ¨ar en k¨aftkross. Denna skillnaden ¨ar allm¨ant k¨and sedan tidigare och anv¨ands inom branschen. Det finns inget direkt samband mellan WI f¨or materialen och hur h¨og flisighet produkten fr˚an labo-ratoriekrossen har. Det g˚ar inte heller att utskilja n˚agot samband mellan hur flisigt feeden ¨ar och hur flisig produkten blir. Som exempel ¨ar feeden f¨or b¨arlagret det mest kubiska materialet innan kross-ning men det mest flisiga i produkten. F¨or feeden har stenmaterialen en j¨amn flisighet eftersom att inget av materialen varierar ovanf¨or och under medellinjen och ligger p˚a j¨amna niv˚aer flisighet f¨or de tre fraktionerna som studeras. F¨or produkten syns det en tydlig ¨okning f¨or alla material i flisighet n¨ar fraktionerna blir mindre. Detta ¨ar k¨ant sedan tidigare och ¨ar ett f¨orekommande fenomen i alla k¨aftkrossar. De tv˚a sambanden som g˚ar att utskilja fr˚an FI som redan ¨ar k¨anda bekr¨aftar d˚a att laboratoriekrossen beter sig som en vanlig k¨aftkross ¨aven fast den ¨ar nerskalad.

Figur 28: Kurvor f¨or FI f¨or de olika produkterna med ett medelv¨arde som ¨ar baserat p˚a utfallet f¨or stenmaterial st¨orre ¨an 4 mm och mindre ¨on 16 mm

Figur 29: Kurvor f¨or FI f¨or de olika feederna med ett medelv¨arde baserat p˚a utfallet f¨or stenmaterial st¨orre ¨an 12,5 mm och mindre ¨an 31,5 mm. Resterande fraktioner best˚ar endast av ett f˚atal stenar och avviker d¨arf¨or v¨aldigt mycket. De fraktionerna bortses vid ber¨akning av ett medelv¨arde.

Tabell 8: Medelavvikelsen (MA) fr˚an medelv¨ardet presenteras f¨or varje produkt och rankas efter vilket som ligger n¨armast medel (RM) d¨ar 1 ¨ar n¨armast och 8 l¨angst ifr˚an. Den positiva medelavvikelsen (+) flisigare ¨an medel och en negativa medelavvikelsen (-) mer kubiskt ¨an medel f¨or varje stenmaterial. Det rankas ocks˚a efter flisighet (RFI) d¨ar mer kubiska material rankas som 1 och flisigare som 8.

Material MA (%) RM + (%) - (%) RFI Kvartsit - S¨odra Sandby 1,05 3 0,72 1,28 4 Kvartsit - Hardeberga 1,98 5 1,64 2,06 2 Syenit - ¨Onnestad 3,04 8 0 3,04 1 Gabbro - Malmen 1,43 4 0,86 1,80 3 Kalksten - Brunflo 0,74 1 0,87 0,2 5 Diabas - Sk¨ovde 0,78 2 1,02 0,43 6 Ballast - Dalby 2,12 6 2,12 0 7 B¨arlager - Dalby 2,36 7 2,36 0 8

Tabell 9: Medelavvikelsen (MA) fr˚an medelv¨ardet presenteras f¨or varje feed och rankas efter vilket som ligger n¨armast medel (RM) d¨ar 1 ¨ar n¨armast och 8 l¨angst ifr˚an. Den positiva medelavvikelsen (+) flisigare ¨an medel och en negativa medelavvikelsen (-) mer kubiskt ¨an medel f¨or varje stenmaterial. Det rankas ocks˚a efter flisighet (RFI) d¨ar mer kubiska material rankas som 1 och flisigare som 8.

Material MA (%) RM + (%) - (%) RFI Kvartsit - S¨odra Sandby 4,34 4 0 4,34 3 Kvartsit - Hardeberga 3,04 3 0 3,04 4 Syenit - ¨Onnestad 4,41 5 0 4,41 2 Gabbro - Malmen 2,76 2 2,76 0 6 Kalksten - Brunflo 8,24 8 8,24 0 8 Diabas - Sk¨ovde 8,05 7 8,05 0 7 Ballast - Dalby 2,57 1 0 2,57 5 B¨arlager - Dalby 4,68 6 0 4,68 1