1. Общие сведения [1,2].

1.1. Классификация и основные свойства отстаивающихся систем.

Отстой - это разрушение (разделение) дисперсных систем под действием сил тяжести или центробежных сил.

Дисперсные системы - это механические смеси, состоящие, как минимум, из двух взаимно нерастворимых фаз, одна из которых распределена в другой.

Распределённая фаза - называется дисперсной средой или внутренней фазой.

Сплошная фаза - называется дисперсионной средой или внешней фазой.

Отстоем может быть разделена дисперсная система, среда которой не участ­вует в броуновском движении и диффузии, а её плотность отличается от плотности дисперсионной среды и дисперсная фаза.

Дисперсные системы бывают двухфазные и многофазные.

Двухфазные дисперсные системы подразделяются на:

а) суспензии (взвеси) - это жидкости со взвешенные твёрдыми частицами;

б) эмульсии - это жидкости со взвешенными в них капельками другой жидкости;

в) пены - это жидкости со взвешенными в них пузырьками газа;

г) пыли (дымы, аэрозоли) - это газы со взвешенными в них твёрдыми части­цами;

д) туманы - это газы со взвешенными в них капельками жидкости.

1.1.1. Суспензии (взвеси).

В зависимости от размеров взвешенных частиц суспензии подразделяются следующим образом (табл.1.1.)

Таблица 1.1.

Классификация суспензий в зависимости от размеров взвешенных частиц

Наименование суспензии	Размеры взвешенных частиц, мкм
Грубая	>100
Тонкая	0,5-100
Мути	0,1-0,5
Коллоидные растворы	<0,1

Взвешенные частицы с размерами более 1 ·10^-6 м уже не проходят через бу­мажные фильтры, видны в оптический микроскоп и практически не участвуют в броуновском движении и диффузии.

Различают седиментационную и агрегативную устойчивость суспензий.

Под седиментационной устойчивостью суспензий понимают их способность сопротивляться отстою.

Все суспензии с размерами взвешенных частиц более 1·10^-6 м седиментационно неустойчивы.

Скорость отстоя (всплытия) зависит от размера частиц, их формы, разности плотностей внутренней и внешней фазы, а так же вязкости дисперсионной среды. На практике совокупное влияние этих параметров оценивают с помощью, так назы­ваемой, гидравлической крупности суспензии, под которой понимают скорость осе­дания (всплытия) частиц в мм/с в неподвижной жидкости. В качестве примера в табл.1.2 приведены значения гидравлической крупности частиц кварца в дистиллиро­ванной воде.

Таблица 1.2.

Средний диаметр частиц, 1·10-6м	20	2	0,2
Гидравлическая крупность, мм/с	0,36	0,0036	0,000036
Время оседания частицы на 1м,с	2600	279000	27900000

В случае полидисперсных систем пользуются среднеквадратичным радиусом частиц.

Под агрегативной устойчивостью суспензий понимают их способность со­хранять свои первоначальные размеры частиц дисперсной фазы, т.е. не слипаться. Агрегативная устойчивость определяется плотностью поверхностного заряда час­тиц, их потенциала (потенциал Штерна), толщины двойного электрического слоя и интенсивности взаимодействия частиц со средой (лиофильности). Понижение этих параметров снижает агрегативную устойчивость суспензий. При отстое суспензий с малой агрегативной устойчивостью образуются более рыхлые осадки.

Различают суспензии свободнодисперсные и связнодисперсные. В первых

частицы могут свободно перемещаться в среде; во - вторых частицы объединены в цепочки или сетки и либо вообще неподвижны, либо перемещаются единой массой. В этом случае, суспензии называются гелями. Гели представляют собой твёрдооб-разные «студенистые» тела, способные сохранять форму, обладающие упругостью и пластичностью. Для большинства гелей характерна тиксотропия, т.е. способность в изотермических условиях восстанавливать свою структуру после её механического разрушения. Гелеобразование возможно при содержании дисперсной фазы в суспен­зии в количестве всего нескольких % и даже долей %. Чем более анизометричны частицы и менее лиофильна их поверхность по отношению к дисперсионной среде, тем выше вероятность гелеобразования.

Гели, не обладающие тиксотропией, называются псевдогелями.

Большинство гелей термодинамически неустойчиво.

Разбавленные суспензии являются ньютоновскими жидкостями, их вязкость мало отличается от вязкости среды и линейно возрастает с ростом концентрации дисперсной фазы согласно закону Эйнштейна:

(1.1)

где - вязкость суспензии;

– вязкость дисперсионной среды;

- содержание дисперсной фазы (сферические частицы).

Концентрированные суспензии, как правило, являются неньютоновскими жидкостями, вязкость которых стремительно нарастает даже при незначительном увеличении концентрации дисперсной фазы. Подобное явление объясняется процес­сом структурообразования.

Введем обозначения:

G_c-масса суспензии;

φ_н - начальная концентрация дисперсной фазы в суспензии;

φ_к - конечная концентрация дисперсной фазы в суспензии;

α - содержание жидкости в осадке;

ρ_ч - плотность частиц дисперсной фазы;

ρ_ж - плотность дисперсионной среды.

Тогда:

Масса осадка (G₀):

(1.2)

Масса отстоявшейся жидкости (G_ж)^:

(1.3)

Плотность суспензии (ρ_с):

(1.4)

Плотность осадка (ρ₀ ):

(1.5)