Inti dari metode analisis sedimentasi adalah mengukur kecepatan pengendapan partikel (terutama dari media cair). Dan menggunakan nilai laju pengendapan, ukuran partikel-partikel ini dan luas permukaan spesifiknya dihitung. Metode ini menentukan parameter partikel dari berbagai jenis sistem dispersi, seperti suspensi, aerosol, emulsi, yaitu yang tersebar luas dan penting untuk berbagai industri.
Konsep dispersi
Salah satu parameter teknologi utama yang mencirikan zat dan bahan dalam berbagai proses produksi adalah kehalusannya. Ini harus diperhitungkan selama pemilihan peralatan untuk teknologi kimia, dalam produksi berbagai produk makanan, dll. Ini tidak hanya disebabkan oleh fakta bahwa dengan penurunan partikel zat, luas permukaan fase meningkat dan laju interaksinya meningkat, tetapi juga oleh fakta bahwa beberapa sifat sistem berubah dalam kasus ini.. Secara khusus, kelarutan meningkat, reaktivitas meningkatzat, suhu transisi fase menurun. Oleh karena itu, menjadi perlu untuk menemukan karakteristik kuantitatif dari dispersi berbagai sistem dan dalam analisis sedimentasi.
Bergantung pada bagaimana ukuran partikel dalam fase terdispersi terkait, sistem dibagi menjadi monodispersi dan polidispersi. Yang pertama hanya terdiri dari partikel dengan ukuran yang sama. Sistem dispersi seperti itu cukup langka dan pada kenyataannya sangat dekat dengan sistem monodispersi yang sebenarnya. Di sisi lain, sebagian besar sistem dispersi yang ada adalah polidispersi. Ini berarti bahwa mereka terdiri dari partikel yang berbeda dalam ukuran, dan isinya tidak sama. Selama analisis sedimentasi sistem dispersi, ukuran partikel yang membentuknya ditentukan, diikuti dengan konstruksi kurva distribusi ukurannya.
Fondasi teoritis
Sedimentasi adalah proses pengendapan partikel yang membentuk fase terdispersi dalam media gas atau cair di bawah aksi gravitasi. Sedimentasi dapat dibalik jika partikel (tetesan) mengapung dalam berbagai emulsi.
Gravity Fg yang bekerja pada partikel bola dapat dihitung menggunakan rumus koreksi hidrostatik:
Fg=4/3 r3 (ρ-ρ0) g, di mana adalah kerapatan materi; r adalah jari-jari partikel; 0 – densitas fluida; g - percepatanjatuh bebas.
Gaya gesekan Fη, dijelaskan oleh hukum Stokes, melawan pengendapan partikel:
Fη=6 r sed, dimana sed adalah kecepatan partikel dan adalah viskositas fluida.
Pada titik waktu tertentu, partikel mulai mengendap dengan kecepatan konstan, yang dijelaskan oleh persamaan gaya lawan Fg=Fη, yang berarti persamaan juga benar:
4/3 r3 (ρ-ρ0) g=6 η r ·ᴠ sed. Dengan mentransformasikannya, Anda bisa mendapatkan rumus yang mencerminkan hubungan antara jari-jari partikel dan kecepatan pengendapannya:
r=√(9η/(2 (ρ-ρ0) g)) ᴠsed=Ksed.
Jika kita memperhitungkan bahwa kecepatan partikel dapat didefinisikan sebagai rasio lintasannya H terhadap waktu pergerakan, maka kita dapat menulis persamaan Stokes:
ᴠsat=T/t.
Maka jari-jari partikel dapat dihubungkan dengan waktu pengendapannya dengan persamaan:
r=K N/t.
Namun, perlu dicatat bahwa justifikasi teoretis dari analisis sedimentasi akan valid dalam beberapa kondisi:
- Ukuran partikel padat harus antara 10–5 hingga 10–2 lihat
- Partikel harus berbentuk bola.
- Partikel harus bergerak dengan kecepatan konstan dan tidak bergantung pada partikel tetangga.
- Gesekan harus merupakan fenomena internal dari media dispersi.
Karena fakta bahwa suspensi yang sebenarnya sering mengandungpartikel yang secara signifikan berbeda dalam bentuk dari yang bola memperkenalkan konsep jari-jari ekivalen untuk keperluan analisis sedimentasi. Untuk melakukan ini, jari-jari partikel bola hipotetis yang terbuat dari bahan yang sama dengan yang asli dalam suspensi yang dipelajari dan mengendap pada kecepatan yang sama disubstitusikan ke dalam persamaan perhitungan.
Dalam praktiknya, partikel dalam sistem terdispersi berukuran heterogen, dan tugas utama analisis sedimentasi dapat disebut analisis distribusi ukuran partikel di dalamnya. Dengan kata lain, selama studi sistem polidispersi, kandungan relatif dari berbagai fraksi ditemukan (sekumpulan partikel yang ukurannya terletak pada interval tertentu).
Fitur analisis sedimentasi
Ada beberapa pendekatan untuk melakukan analisis sistem terdispersi dengan sedimentasi:
- memantau dalam medan gravitasi kecepatan partikel mengendap dalam cairan yang tenang;
- agitasi suspensi untuk pemisahan selanjutnya menjadi fraksi partikel dengan ukuran tertentu dalam jet cair;
- pemisahan zat serbuk menjadi fraksi dengan ukuran partikel tertentu, dilakukan dengan pemisahan udara;
- memantau di medan sentrifugal parameter penurunan dari sistem yang sangat tersebar.
Salah satu yang paling banyak digunakan adalah analisis versi pertama. Untuk pelaksanaannya, laju sedimentasi ditentukan dengan salah satu metode berikut:
- melihat melalui mikroskop;
- menimbang akumulasi sedimen;
- menentukan konsentrasi fase terdispersi dalam periode tertentu dari proses pengendapan;
- mengukur tekanan hidrostatik selama penurunan;
- menentukan densitas suspensi selama periode pengendapan.
Konsep suspensi
Suspensi dipahami sebagai sistem kasar yang dibentuk oleh fase terdispersi padat, yang ukuran partikelnya melebihi 10-5 cm, dan media pendispersi cair. Suspensi sering dicirikan sebagai suspensi zat bubuk dalam cairan. Sebenarnya, ini tidak sepenuhnya benar, karena bubur adalah suspensi encer. Partikel fase padat secara kinetik independen dan dapat bergerak bebas dalam cairan.
Dalam suspensi nyata (terkonsentrasi), sering disebut pasta, partikel padat berinteraksi satu sama lain. Ini mengarah pada pembentukan struktur spasial tertentu.
Ada jenis lain dari sistem terdispersi yang dibentuk oleh fase terdispersi padat dan media pendispersi cair. Mereka disebut lisol. Namun, ukuran partikelnya jauh lebih kecil (dari 10-7 hingga 10-5 cm). Dalam hal ini, sedimentasi di dalamnya tidak signifikan, tetapi lisol dicirikan oleh fenomena seperti gerakan Brown, osmosis, dan difusi. Analisis sedimentasi suspensi didasarkan pada ketidakstabilan kinetiknya. Ini berarti bahwa suspensi dicirikan oleh variabilitas waktu dari parameter seperti kehalusan dan distribusi keseimbangan partikel dalam media dispersi.
Metodologi
Analisis sedimentasi dilakukan menggunakan timbangan puntir dengan foil cup(diameter 1-2 cm) dan gelas tinggi. Sebelum memulai analisis, cawan ditimbang dalam media pendispersi, merendamnya dalam gelas kimia yang diisi dan menyeimbangkan neraca. Seiring dengan ini, kedalaman perendamannya diukur. Setelah itu, cawan diangkat dan segera dimasukkan ke dalam gelas dengan suspensi uji, sedangkan cawan harus digantung pada pengait balok keseimbangan. Pada saat yang sama, stopwatch akan mulai. Tabel berisi data tentang massa presipitasi yang diendapkan pada titik waktu yang berubah-ubah.
| Waktu mulai belajar, s | Massa cangkir dengan sedimen, g | Massa sedimen, g | 1/t, c-1 | Batas sedimentasi, g |
Dengan menggunakan tabel data, gambarlah kurva sedimentasi pada kertas grafik. Massa partikel yang mengendap diplot sepanjang sumbu ordinat, dan waktu diplot sepanjang sumbu absis. Dalam hal ini, skala yang memadai dipilih sehingga nyaman untuk melakukan perhitungan grafis lebih lanjut.
Analisis kurva
Dalam medium monodispersi, laju pengendapan partikel akan sama, yang berarti pengendapan akan ditandai dengan keseragaman. Kurva sedimentasi dalam hal ini akan linier.
Selama pengendapan suspensi polidispersi (yang terjadi dalam praktik), partikel dengan ukuran berbeda juga berbeda dalam kecepatan pengendapan. Hal ini diekspresikan pada grafik dalam pengaburan batas lapisan pengendapan.
Kurva subsidensi diproses dengan membaginya menjadi beberapa segmen dan menggambar garis singgung. Setiap garis singgung akan mencirikan penurunan yang terpisahbagian monodispersi dari suspensi.
Ide umum distribusi ukuran partikel
Kandungan kuantitatif partikel dengan ukuran tertentu dalam batuan biasanya disebut komposisi granulometri. Beberapa sifat media berpori bergantung padanya, misalnya permeabilitas, luas permukaan spesifik, porositas, dll. Berdasarkan sifat-sifat ini, pada gilirannya, dapat ditarik kesimpulan tentang kondisi geologis untuk pembentukan endapan batuan. Oleh karena itu salah satu tahapan awal dalam studi batuan sedimen adalah analisis granulometri.
Dengan demikian, berdasarkan hasil analisis komposisi granulometri pasir yang kontak dengan minyak, mereka memilih peralatan dan prosedur kerja dalam praktik ladang minyak. Ini membantu untuk memilih filter untuk mencegah pasir masuk ke dalam sumur. Jumlah lempung dan mineral terdispersi koloid dalam komposisi menentukan proses penyerapan ion, serta tingkat pembengkakan batuan dalam air.
Analisis sedimen komposisi granulometri batuan
Karena analisis sistem dispersi berdasarkan prinsip sedimentasi memiliki sejumlah keterbatasan, penggunaannya dalam bentuk murni untuk studi granulometrik komposisi batuan tidak memberikan keandalan dan akurasi yang memadai. Hari ini dilakukan dengan menggunakan peralatan modern menggunakan program komputer.
Mereka memungkinkan studi partikel batuan dari lapisan awal, memungkinkan Anda untuk terus merekam akumulasisedimen, tidak termasuk perkiraan dengan persamaan, mengukur laju sedimentasi secara langsung. Dan, yang tidak kalah pentingnya, mereka memungkinkan studi tentang sedimentasi partikel yang bentuknya tidak beraturan. Persentase fraksi satu ukuran atau lainnya ditentukan oleh komputer, berdasarkan massa total sampel, yang berarti tidak perlu ditimbang sebelum dianalisis.
