С

Рис. 2.2. Седиметометр

Фігуровського

едиментаційний метод досліджень суспензій з метою вивчення їх полідисперсності використовується, коли розміри частинок знаходяться в інтервалі від 1 до 200 мкм, а з розмірами за 0,2 мм досліджуються звичайним ситовим аналізом.

На рис. 2.2 приведено гідростатичні пружні мікротерези – седиментометра Фігуровського, де до пружного скляного або кварцового стержня і прикріплена на скляній нитці 2 із крючком шалька 3, на якій накопичується осад суспензії.

Прогин плеча вимірюється за допомогою мікроскопу. В міру осідання частинок дисперсної фази прогин збільшується спочатку швидко, внаслідок переважного випадання більш важких частинок, а потім повільніше, майже до повного закінчення процесу.

На рис. 2.3 показано залежність маси осаду від часу осідання для різних систем. У випадку монодисперсної системи (рис. 2.3а) маса осаду прямо пропорційна часу осідання. В точці А осідання всіх частинок закінчилось, далі маса осаду не змінюється. Час t₁ , який відповідає точці А, є час проходження частинками шляху від поверхні суспензії до шальки терез седиметометра (рис. 2.2). За величинами h і t₁ розраховують u, використовуючи рівняння (2.8), а потім знаходять r₁ за формулою (2.7).

Нехай дисперсна система складається із двох монодисперсних систем. Процес осідання кожної фракції зображено прямими ОА і ОВ (рис. 2.3б). Сумарна залежність осідання отримується графічним додаванням ординат прямих ОА і ОВ. Результуюча крива має зломи в точках А' і В'. Абсциса точки А' відповідає часу осідання більших за розміром частинок t₁, а t₂ - осіданню більш дрібніших частинок. Відрізок ОС, який одержується перетином продовження прямої АВ з віссю ординат, відповідає масі більшої за розміром фракції m₁, а відрізок m₂ – дрібнішій фракції.

Рис. 2.3а

Рис. 2.3б

Графік седиментації полідисперсної системи (рис. 2.3в) є плавна крива з нескінченою кількістю зломів, для кількісного аналізу полідисперсної системи вісь абсцис графіку седиментації розбивають на ділянки, що відповідають часу осідання різних фракцій, чим більше число фракцій буде вибрано для досліджень, тим точніша крива розподілу полідисперсної системи. Із точок кривої А', В', С', Д' і Е' відповідним моментам повного осаджування фракцій, проводять дотичні до кривої і продовжують їх до перетину із віссю ординат (рис. 2.3в). Отримані відрізки ординат вказують на маси вибраних фракцій. Наприклад, фракція, радіус частинки якої може бути розрахований по часу її повного осідання t₁ , має масу m₁, і т.п. Визначивши маси окремих фракцій, а також масу осаду на шальці після повного осідання суспензії розраховують процентний вміст окремих фракцій за формулою:

Q

Рис. 2.3в. Залежність маси осаду суспензії від часу для:

а - монодисперсної, б - бідисперсної, в - полідисперсної систем

_i = (m_i/m_max)100% (2.9)

де Q_i – вміст фракції, %; m_i – маса фракції, мг; m_max – загальна маса осаду на шальці після повного осідання частинок суспензії, мг.

Значення Q_i зручно розраховувати, якщо замість значень мас m_i, і m_max у формулу (2.9) підставити пропорційні їм довжини відрізків ординати в міліметрах.

2.1.1. Опис експериментальної установки

Н

Рис. 2.4. Установка для седиментаційного аналізу

а рис. 2.4 приведена сучасна установка для проведення седиментаційного аналізу суспензій, яка складається із торзійних терезів типу TW (1), які встановлені на кронштейні (2), шальки для накопичення осаду (3), закріпленої до підвісу (4), скляного циліндру (5) заповненого суспензією (6) та мішалкою (7).

Слід зауважити, що рідину для дослідження дисперсного складу матеріалів потрібно вибирати інертною по відношенню до них. Наприклад, для портландцементу може бути використано керосин тощо, хоча у більшості випадків, коли відсутній процес гідратації матеріалу, використовують дистильовану воду.