Intipati kaedah analisis pemendapan adalah untuk mengukur kadar zarah mendap (terutamanya daripada medium cecair). Dan menggunakan nilai kadar penyelesaian, saiz zarah ini dan luas permukaan khusus mereka dikira. Kaedah ini menentukan parameter zarah pelbagai jenis sistem penyebaran, seperti ampaian, aerosol, emulsi, iaitu, yang meluas dan penting untuk pelbagai industri.
Konsep penyebaran
Salah satu parameter teknologi utama yang mencirikan bahan dan bahan dalam pelbagai proses pengeluaran ialah kehalusannya. Ia semestinya diambil kira semasa pemilihan radas untuk teknologi kimia, dalam pengeluaran pelbagai produk makanan, dsb. Ini bukan sahaja disebabkan oleh fakta bahawa dengan penurunan dalam zarah bahan, luas permukaan fasa meningkat dan kadar interaksi mereka meningkat, tetapi juga fakta bahawa beberapa sifat sistem berubah dalam kes ini.. Khususnya, keterlarutan meningkat, kereaktifan meningkatbahan, suhu peralihan fasa berkurangan. Oleh itu, adalah perlu untuk mencari ciri kuantitatif serakan pelbagai sistem dan dalam analisis pemendapan.
Bergantung pada cara saiz zarah dalam fasa terdispersi berkaitan, sistem dibahagikan kepada monodisperse dan polydisperse. Yang pertama terdiri secara eksklusif daripada zarah yang sama saiz. Sistem serakan sebegini agak jarang berlaku dan pada hakikatnya adalah sangat hampir dengan sistem serakan yang sebenar. Sebaliknya, sebahagian besar sistem penyebaran sedia ada adalah polydisperse. Ini bermakna ia terdiri daripada zarah yang berbeza saiz, dan kandungannya tidak sama. Semasa analisis pemendapan sistem serakan, saiz zarah yang membentuknya ditentukan, diikuti dengan pembinaan lengkung taburan saiznya.
Asas teori
Pemendapan ialah proses pemendakan zarah yang membentuk fasa tersebar dalam media gas atau cecair di bawah tindakan graviti. Pemendapan boleh diterbalikkan jika zarah (titisan) terapung dalam pelbagai emulsi.
Graviti Fg bertindak pada zarah sfera boleh dikira menggunakan formula pembetulan hidrostatik:
Fg=4/3 π r3 (ρ-ρ0) g, di mana ρ ialah ketumpatan jirim; r ialah jejari zarah; ρ0 – ketumpatan bendalir; g - pecutanjatuh bebas.
Daya geseran Fη, yang diterangkan oleh undang-undang Stokes, menentang pengendapan zarah:
Fη=6 π η r ᴠsed, di mana ᴠsed ialah halaju zarah dan η ialah kelikatan bendalir.
Pada satu ketika, zarah mula mendap pada kelajuan tetap, yang dijelaskan oleh kesamaan daya lawan Fg=Fη, yang bermaksud kesaksamaan itu juga benar:
4/3 π r3 (ρ-ρ0) g=6 π η r ·ᴠ sed. Dengan mengubahnya, anda boleh mendapatkan formula yang mencerminkan hubungan antara jejari zarah dan kadar mendapnya:
r=√(9η/(2 (ρ-ρ0) g)) ᴠsed=K √ᴠ sed.
Jika kita mengambil kira bahawa kelajuan zarah boleh ditakrifkan sebagai nisbah laluannya H kepada masa pergerakan τ, maka kita boleh menulis persamaan Stokes:
ᴠsat=T/t.
Kemudian jejari zarah boleh dikaitkan dengan masa mendapnya dengan persamaan:
r=K √N/t.
Walau bagaimanapun, perlu diperhatikan bahawa justifikasi teori analisis sedimentasi sedemikian akan sah di bawah beberapa syarat:
- Saiz zarah pepejal hendaklah antara 10–5 hingga 10–2 lihat
- Zarah mestilah berbentuk sfera.
- Zarah mesti bergerak pada kelajuan tetap dan bebas daripada zarah jiran.
- Geseran mestilah fenomena dalaman medium penyebaran.
Disebabkan oleh fakta bahawa penggantungan sebenar selalunya mengandungizarah yang berbeza bentuk dengan ketara daripada sfera memperkenalkan konsep jejari setara untuk tujuan analisis pemendapan. Untuk melakukan ini, jejari zarah sfera hipotetikal yang diperbuat daripada bahan yang sama seperti yang sebenar dalam ampaian yang dikaji dan mengendap pada kelajuan yang sama digantikan ke dalam persamaan pengiraan.
Secara praktiknya, zarah dalam sistem tersebar adalah bersaiz heterogen, dan tugas utama analisis pemendapan boleh dipanggil analisis taburan saiz zarah di dalamnya. Dalam erti kata lain, semasa kajian sistem polydisperse, kandungan relatif pelbagai pecahan ditemui (satu set zarah yang saiznya terletak dalam selang tertentu).
Ciri analisis pemendapan
Terdapat beberapa pendekatan untuk melaksanakan analisis sistem tersebar melalui pemendapan:
- memantau dalam medan graviti kelajuan zarah mengendap dalam cecair yang tenang;
- agitasi ampaian untuk pemisahan berikutnya kepada pecahan zarah saiz tertentu dalam pancutan cecair;
- pemisahan bahan serbuk kepada pecahan dengan saiz zarah tertentu, dilakukan melalui pengasingan udara;
- memantau dalam medan emparan parameter penenggelaman sistem yang sangat tersebar.
Salah satu yang paling banyak digunakan ialah versi pertama analisis. Untuk pelaksanaannya, kadar pemendapan ditentukan oleh mana-mana kaedah berikut:
- menonton melalui mikroskop;
- menimbang sedimen terkumpul;
- menentukan kepekatan fasa serakan dalam tempoh tertentu proses mendap;
- mengukur tekanan hidrostatik semasa penenggelaman;
- menentukan ketumpatan ampaian semasa tempoh mendap.
Konsep penggantungan
Suspensi difahami sebagai sistem kasar yang dibentuk oleh fasa terpencar pepejal, saiz zarahnya melebihi 10-5 cm dan medium penyebaran cecair. Suspensi selalunya dicirikan sebagai suspensi bahan serbuk dalam cecair. Malah, ini tidak sepenuhnya benar, kerana buburan adalah penggantungan cair. Zarah-zarah fasa pepejal adalah bebas kinetik dan boleh bergerak bebas dalam cecair.
Dalam ampaian sebenar (pekat), selalunya dipanggil tampal, zarah pepejal berinteraksi antara satu sama lain. Ini membawa kepada pembentukan struktur spatial tertentu.
Terdapat satu lagi jenis sistem serakan yang dibentuk oleh fasa serakan pepejal dan media serakan cecair. Mereka dipanggil liosol. Walau bagaimanapun, saiz zarah jauh lebih kecil (daripada 10-7 hingga 10-5 cm). Dalam hal ini, pemendapan di dalamnya adalah tidak penting, tetapi liosol dicirikan oleh fenomena seperti gerakan Brownian, osmosis dan resapan. Analisis pemendapan bagi ampaian adalah berdasarkan ketidakstabilan kinetiknya. Ini bermakna penggantungan dicirikan oleh kebolehubahan masa bagi parameter seperti kehalusan dan pengedaran keseimbangan zarah dalam medium penyebaran.
Metodologi
Analisis pemendapan dilakukan menggunakan neraca kilasan dengan cawan foil(diameter 1-2 cm) dan gelas tinggi. Sebelum memulakan analisis, cawan ditimbang dalam medium penyebaran, merendamnya dalam bikar berisi dan mengimbangi baki. Bersama-sama dengan ini, kedalaman rendamannya diukur. Selepas itu, cawan dikeluarkan dan cepat diletakkan di dalam gelas dengan ampaian ujian, manakala ia mesti digantung pada cangkuk balok imbangan. Pada masa yang sama, jam randik akan bermula. Jadual mengandungi data tentang jisim kerpasan yang dimendakan pada titik masa yang sewenang-wenangnya.
| Masa dari mula belajar, s | Jisim cawan dengan sedimen, g | Jisim sedimen, g | 1/t, c-1 | Had pemendapan, g |
Menggunakan data jadual, lukis lengkung pemendapan pada kertas graf. Jisim zarah termendap diplot di sepanjang paksi ordinat, dan masa diplot di sepanjang paksi absis. Dalam kes ini, skala yang mencukupi dipilih supaya mudah untuk melakukan pengiraan grafik selanjutnya.
Analisis lengkung
Dalam medium monodisperse, kadar mendap zarah akan sama, yang bermaksud bahawa mendap akan dicirikan oleh keseragaman. Keluk pemendapan dalam kes ini adalah linear.
Semasa mendap ampaian polidisperse (yang berlaku dalam amalan), zarah yang berlainan saiz juga berbeza dalam kelajuan mendap. Ini dinyatakan pada graf dalam kekaburan sempadan lapisan penyelesaian.
Keluk penenggelaman diproses dengan membahagikannya kepada beberapa segmen dan melukis tangen. Setiap tangen akan mencirikan penenggelaman yang berasinganserakan satu bahagian penggantungan.
Idea umum taburan saiz zarah
Kandungan kuantitatif zarah saiz tertentu dalam batuan biasanya dipanggil komposisi granulometrik. Sesetengah sifat media berliang bergantung padanya, contohnya, kebolehtelapan, luas permukaan tertentu, keliangan, dsb. Berdasarkan sifat-sifat tersebut, kesimpulan boleh dibuat tentang keadaan geologi bagi pembentukan mendapan batuan. Itulah sebabnya salah satu peringkat pertama dalam kajian batuan sedimen ialah analisis granulometrik.
Oleh itu, menurut hasil analisis komposisi granulometri pasir yang bersentuhan dengan minyak, mereka memilih peralatan dan prosedur kerja dalam amalan medan minyak. Ia membantu untuk memilih penapis untuk menghalang pasir daripada memasuki telaga. Jumlah tanah liat dan mineral terpencar koloid dalam komposisi menentukan proses penyerapan ion, serta tahap pembengkakan batu di dalam air.
Analisis sedimen komposisi granulometrik batu
Disebabkan oleh fakta bahawa analisis sistem serakan berdasarkan prinsip pemendapan mempunyai beberapa batasan, penggunaannya dalam bentuk tulen untuk kajian granulometrik komposisi batuan tidak memberikan kebolehpercayaan dan ketepatan yang sewajarnya. Hari ini ia dilakukan menggunakan peralatan moden menggunakan program komputer.
Mereka membenarkan kajian zarah batu dari lapisan permulaan, membolehkan anda merekodkan pengumpulan secara berterusansedimen, tidak termasuk anggaran dengan persamaan, ukur kadar pemendapan secara langsung. Dan, tidak kurang pentingnya, mereka membenarkan kajian pemendapan zarah berbentuk tidak teratur. Peratusan pecahan bagi satu saiz atau yang lain ditentukan oleh komputer, berdasarkan jumlah jisim sampel, yang bermaksud ia tidak perlu ditimbang sebelum dianalisis.
