Основні теоретичні положення

У виробничій практиці та побуті часто використовуються суспензії, грубодисперсні системи з частинками різних розмірів. Для аналізу систем з розмірами частинок від 1 до 100 мкм найчастіше використовують седиментаційний метод, який базується на визначенні швидкості осідання чи спливання частинок у рідинному середовищі. Якщо густина речовини дисперсної фази перевищує густину дисперсійного середовища, то частинки осідають зі швидкістю V_c, яка залежить від їх розмірів (маси) та властивостей середовища й описується рівнянням Стокса

. (1.1)

Визначивши швидкість осідання частинок V_c = h/t, за рівнянням Стокса, легко розрахувати радіус r частинок дисперсної фази:

, (1.2)

де h - в’язкість середовища (h(Н₂О)= 10^-3 Па^.с), r та r₀ - густина речовини дисперсної фази та середовища відповідно (r₀(Н₂О) = 1 кг/л), g - прискорення вільного падіння (9,8 м/с²), h - відстань, пройдена частинками за час t (висота стовба осідання).

Для визначення швидкості осідання дисперсної фази в рідинному середовищі використовують седиментометри, які існують у кількох варіантах (Фігуровського, Робінсона, Ребіндера, Вігнера тощо). Використання кожного з них дозволяє виявити змінність маси m дисперсної фази як функції часу t осідання, і побудувати седиментаційну криву (рис. 1). Будь-яка точка кривої седиментації показує масу речовини, яка осіла за даний проміжок часу t. Завдання зводиться до того, щоб із загальної маси осадженої речовини виділити масову частку фракцій, які повністю випали, та визначити їх розміри.

У роботі використовується седиментометр Вігнера (рис. 2), принцип дії якого базується на зміні гідростатичного тиску в процесі седиметації. Седиментометр складається з циліндра (1), у якому знаходиться суспензія, та похило встановленого манометра (2), куди затягується лише дисперсійне середовище. Седиментація призводить до зміни питомої ваги суспензії, що зменшує тиск стовпчика суспензії та викликає переміщення меніска рідини в манометрі.

Оскільки переміщення меніска Dl відповідає зміні маси суспензії Dm в результаті осідання частинок дисперсної фази, то за даними експерименту будують криву осідання полідисперсної системи (седиментаційну криву) l (або m) від t (див. рис. 1). Час t₁ відповідає моменту повного осідання найкрупніших частинок, а t_¥ - часу осідання найдрібніших частинок, здатних до седиментації.