Suspensie sau suspensie [1] (din latină târziu Suspensio - suspensie; suspensie engleză germană . Suspensie f, Trübe ) - un amestec de lichid sau gaz cu particule solide în suspensie [2] [3] [4] .
Suspensia este un sistem dispersat cu un mediu de dispersie lichid și o fază solidă dispersată (dispersată) [5] , ale căror particule sunt suficient de mari pentru a contracara mișcarea browniană .
Suspensia este un exemplu de fluid non-newtonian și se apropie de proprietățile mediilor viscoplastice. De obicei, particulele fazei dispersate a suspensiei au o dimensiune mai mare de 10-4 cm și se depun ( sediment ) sub acțiunea gravitației. Cu o mică diferență în densitatea fazei dispersate și a mediului de dispersie, suspensia se depune foarte lent, astfel încât o astfel de suspensie este uneori numită suspensie. Structurile dispersate apar liber în suspensii concentrate. Suspensiile tipice sunt nămolurile, fluidele de foraj, nămolurile de ciment.
Cărbunele măcinat fin cu apă formează o suspensie de cărbune-apă (WCS), care în ingineria termoenergetică, în majoritatea cazurilor, se califică drept combustibil cărbune-apă (WCF).
Suspensiile sunt folosite în tehnologia construcțiilor, producția de vopsele și lacuri, hârtie și așa mai departe.
Suspensia este un caz special de sisteme dispersate și aparține clasei de „solid în lichid”, un exemplu al cărui exemplu este nămolul în apă. (Pentru comparație: sistemul "lichid în lichid" - un lichid insolubil într-un alt lichid, - o emulsie, ulei în apă; sistemul "corp solid în gaz", aerosol - fum; sistemul "lichid în gaz", aerosol - ceaţă). Pentru faza solidă în suspensii, dimensiunile caracteristice ale particulelor sunt de la 1 µm la câțiva milimetri. La dimensiuni mai mici, sistemul se numește de obicei soluție coloidală, iar în cazul limitativ, sistem omogen, soluție adevărată.
Suspensia minerală (suspensie apă-cărbune) este un sistem dispersat compozit, care este format din particule dintr-un material solid într-un lichid (de obicei apă).
Vâscozitatea suspensiei crește odată cu creșterea concentrației volumetrice a agentului de ponderare și a dispersiei sale și nu depinde de natura agentului de ponderare și densitatea acestuia.
Aceasta este capacitatea sa de a menține o anumită densitate în straturi de diferite înălțimi. Suspensiile fără structură, cele mai des folosite în practica îmbogățirii gravitaționale, sunt sisteme extrem de instabile. Pe măsură ce formarea structurii suspensiei crește sau crește conținutul fazei solide din aceasta, stabilitatea acesteia crește și ea.
Stabilitatea suspensiei este crescută prin adăugarea de grade fine de agent de greutate și suspensie de minereu. Uneori se adaugă 1-3% materiale argiloase sau se folosește un amestec de pulberi de materiale de diferite densități (de exemplu, un amestec de ferosiliciu cu magnetit sau pirotit ).
Creșterea stabilității suspensiilor în timp ce reducerea vâscozității acesteia cu 15-35% poate fi realizată prin utilizarea agenților de peptizare care reduc aderența particulelor. Cel mai eficient hexametafosfat și tripolifosfat de sodiu. Reactivii de peptizare sunt utilizați cu un conținut semnificativ de nămol în suspensii și îmbogățire în suspensii de înaltă densitate (mai mult de 2000 kg/m3 ) .
Stabilitatea suspensiei poate fi crescută în timp ce se reduce vâscozitatea acesteia cu 30-40% datorită influențelor fizice și mecanice (de exemplu, datorită oscilațiilor cu o frecvență de 5-8 Hz și o amplitudine de 6-10 mm ).
Multe interacțiuni de fază diferite în suspensii sunt combinate în trei grupuri principale:
• interacțiunea hidrodinamică dintre particulele lichide și solide dispersate duce la creșterea disipării vâscoase în lichid;
• interacțiunea dintre particule, favorizează formarea de fulgi, ciorchini, aglomerare sau structură;
• ciocniri de particule care determină interacțiuni vâscoase.
Proprietățile reologice ale suspensiilor depind de tipul predominant de interacțiune. De la concentrații scăzute spre medii ale fazei dispersate, valoarea efectului hidrodinamic crește; de la concentrații medii la mari, rolul interacțiunii vâscoase a particulelor începe să crească; la concentrații foarte mari, influența ciocnirilor de particule domină asupra influenței hidrodinamicii.
De la concentrații mici până la medii ale fazei dispersate, în absența atracției reciproce a particulelor, predomină interacțiunea hidrodinamică și, dacă lichidul este newtonian, atunci suspensia rămâne newtoniană. Odată cu creșterea concentrației fazei solide, la început vâscozitatea suspensiei crește liniar, dar în regiunea concentrațiilor medii capătă un caracter neliniar și, odată cu creșterea concentrației, viteza de creștere a vâscozității devine mai mare. iar natura curgerii suspensiei devine non-newtoniană. Acest fenomen se explică prin influența vitezei de forfecare a straturilor adiacente ale suspensiei.
Odată cu creșterea atracției între particule, vâscozitatea suspensiei crește, deoarece particulele fazei dispersate formează forme, ciorchini, aglomerate sau structură, duce la apariția unei naturi pseudoplastice a fluxului suspensiei și la apariția tixotropiei , deoarece formarea particulelor și a structurii sunt sensibile la deplasare și sunt supuse distrugerii.
Cu o atracție mai puternică între particule, vâscozitatea suspensiei crește, rezistența floculelor crește și rezistă la o anumită tensiune de polarizare fără a se rupe. Suspensia în acest caz capătă un punct de curgere și devine viscoplastică. Cu o rezistență mai mare a floculelor, se poate spune că suspensia este plastică.
Cu o atracție slabă și medie între particule, dar o concentrație mare a fazei dispersate, proprietățile vâscozității granulare afectează și suspensia se transformă într-o pastă. Dacă același efect are loc cu o atracție puternică între particule, dar la concentrații scăzute ale fazei dispersate, atunci suspensia se transformă într-un gel.
Formarea structurii este rezultatul interacțiunii energetice dintre particulele fazei dispersate și mediul de dispersie.
Faza dispersată a suspensiilor, în funcție de proprietățile fizico-chimice și de suprafață, precum și de compoziția ionică a mediului de dispersie și de interacțiunea hidrodinamică a particulelor și a mediului, leagă o anumită cantitate de lichid și formează straturi de adsorbție, solvat și dublu electric pe suprafața particulelor , care sunt imobile în raport cu particulele. Stratul lichid legat de particule ca rezultat al interacțiunii integrale a fazelor și a acțiunii hidrodinamice este graniță. Grosimea sa este dificil de calculat și măsurat. Potrivit unor rapoarte, este de 0,5–1 μm și scade odată cu creșterea vitezei fluxului de particule în jurul mediului de dispersie. În timpul unei alunecări de teren a unei suspensii, un strat de lichid cu un mediu dispers alunecă față de altul.
În timp, suspensia se poate separa în componentele sale. Capacitatea de a rezista la aceasta se numește stabilitate a suspensiei. Există mai multe moduri de a împărți:
Astfel de procese au loc cu atât mai lent, cu atât lichidul este mai vâscos și particulele constitutive sunt mai mici. Dacă faza dispersată constă din particule hidrofobe, atunci se folosesc stabilizatori pentru fixare suplimentară - coloizi hidrofili, care fac particulele hidrofobe umezibile. Guma , gelatoza , metilceluloza și altele sunt folosite ca stabilizatori [6] .
| Starile termodinamice ale materiei | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Stări de fază |
| ||||||||||||||||
| Tranziții de fază |
| ||||||||||||||||
| Sisteme disperse | |||||||||||||||||
| Vezi si | |||||||||||||||||