Szuszpenzió vagy szuszpenzió [1] (késő latin Suspensio - szuszpenzióból; angol szuszpenzió német. Suspension f, Trübe ) - folyadék vagy gáz keveréke szilárd részecskékkel szuszpenzióban [2] [3] [4] .
A szuszpenzió egy folyékony diszperziós közeget és egy szilárd diszpergált (diszperz) fázist tartalmazó diszpergált rendszer [5] , amelynek részecskéi elég nagyok ahhoz, hogy ellensúlyozzák a Brown-mozgást .
A szuszpenzió egy példa a nem-newtoni folyadékra , és megközelíti a viszkoplasztikus közeg tulajdonságait. A szuszpenzió diszpergált fázisának részecskéi általában 10-4 cm-nél nagyobbak, és a gravitáció hatására leülepednek ( üledék ). A diszpergált fázis és a diszperziós közeg sűrűségének kis eltérésével a szuszpenzió nagyon lassan ülepedik, ezért az ilyen szuszpenziót néha szuszpenziónak nevezik. A tömény szuszpenziókban diszpergált szerkezetek szabadon jelennek meg. A tipikus iszapok az iszapok, a fúrófolyadékok, a cementiszapok.
A vízzel finomra őrölt szén szén-víz szuszpenziót (WCS) képez, amely a hőenergia-technikában a legtöbb esetben szén-víz üzemanyagnak (WCF) minősül.
A felfüggesztéseket az építőiparban, a festékek és lakkok, papírgyártásban stb. használják.
A szuszpenzió a diszpergált rendszerek speciális esete , és a "szilárd a folyadékban" osztályba tartozik, erre példa az iszap a vízben. (Összehasonlításképpen: "folyadék a folyadékban" rendszer - egy másik folyadékban oldhatatlan folyadék, - emulzió, olaj a vízben; "szilárd test gázban" rendszer, aeroszol - füst; "folyadék a gázban" rendszer, aeroszol - köd). A szuszpenziókban lévő szilárd fázis esetében a jellemző részecskeméret 1 µm és néhány milliméter között van. Kisebb méreteknél a rendszert általában kolloid oldatnak, limitált esetben homogén rendszernek, valódi oldatnak nevezik.
Az ásványi szuszpenzió (víz-szén szuszpenzió) egy összetett diszpergált rendszer, amelyet egy folyadékban (általában vízben) lévő szilárd anyag részecskéi alkotnak.
A szuszpenzió viszkozitása növekszik a súlyzószer térfogati koncentrációjának és diszperziójának növekedésével, és nem függ a súlyzószer jellegétől és sűrűségétől.
Ez az a képessége, hogy különböző magasságú rétegekben egy adott sűrűséget tart fenn. A gravitációs dúsítás gyakorlatában leggyakrabban használt szerkezet nélküli felfüggesztések rendkívül instabil rendszerek. A szuszpenzió szerkezetképződésének növekedésével vagy a benne lévő szilárd fázis tartalom növekedésével a stabilitása is növekszik.
A szuszpenzió stabilitását finom súlyzóanyag és érczagy hozzáadásával növeljük. Néha 1-3% agyagot adnak hozzá, vagy különböző sűrűségű anyagok porainak keverékét (például ferroszilícium és magnetit vagy pirrotit keverékét ) használják.
A szuszpenziók stabilitásának növelése, miközben viszkozitása 15-35%-kal csökkenthető, olyan peptizáló szerek alkalmazásával érhető el, amelyek csökkentik a részecskék adhézióját. A leghatékonyabb hexametafoszfát és nátrium-tripolifoszfát. A peptizáló reagenseket szuszpenziókban jelentős iszaptartalommal, nagy sűrűségű (több mint 2000 kg/m3 ) szuszpenzióban pedig dúsítással alkalmazzák .
A felfüggesztés stabilitása növelhető, miközben a viszkozitása 30-40%-kal csökkenthető fizikai és mechanikai hatások miatt (például 5-8 Hz frekvenciájú és 6-10 mm amplitúdójú rezgések miatt
A szuszpenziókban számos különböző fáziskölcsönhatás három fő csoportba sorolható:
• a folyadék és a diszpergált szilárd részecskék közötti hidrodinamikai kölcsönhatás a folyadékban a viszkózus disszipáció növekedéséhez vezet;
• részecskék közötti kölcsönhatás, elősegíti a pelyhek, klaszterek, agglomeráció vagy szerkezet kialakulását;
• viszkózus kölcsönhatásokat okozó részecskék ütközései.
A szuszpenziók reológiai tulajdonságai a kölcsönhatás uralkodó típusától függenek. A diszpergált fázis alacsony és közepes koncentrációitól a hidrodinamikai hatás értéke nő; közepestől a magas koncentrációig a részecskék viszkózus kölcsönhatásának szerepe nőni kezd; nagyon magas koncentrációknál a részecskeütközések hatása dominál a hidrodinamika befolyásával szemben.
A diszpergált fázis alacsony és közepes koncentrációitól, a részecskék kölcsönös vonzásának hiányában, hidrodinamikai kölcsönhatás érvényesül, és ha a folyadék newtoni, akkor a szuszpenzió newtoni marad. A szilárd fázis koncentrációjának növekedésével a szuszpenzió viszkozitása eleinte lineárisan növekszik, de a közepes koncentrációk tartományában nemlineáris karaktert kap, és a koncentráció növekedésével a viszkozitás növekedési sebessége is megnő. és a szuszpenziós áramlás jellege nem newtoni lesz. Ezt a jelenséget a szuszpenzió szomszédos rétegeinek nyírási sebességének hatása magyarázza.
A részecskék közötti vonzás növekedésével a szuszpenzió viszkozitása növekszik, mivel a diszpergált fázis részecskéi formákat, klasztereket, agglomerátumokat vagy szerkezeteket alkotnak, ami a szuszpenzió áramlásának pszeudoplasztikus jellegének és a tixotrópia megjelenéséhez vezet . a részecskék kialakulása és szerkezete érzékeny az elmozdulásra, és megsemmisülésnek van kitéve.
A részecskék közötti erősebb vonzással nő a szuszpenzió viszkozitása, nő a pelyhek szilárdsága, és törés nélkül ellenállnak némi torzítási igénybevételnek. A szuszpenzió ebben az esetben folyáshatárt kap, és viszkoplasztikussá válik. A pelyhek nagyobb szilárdsága mellett a felfüggesztés műanyagnak mondható.
A részecskék közötti gyenge és közepes vonzással, de a diszpergált fázis nagy koncentrációjával a szemcsés viszkozitás tulajdonságai befolyásolják, és a szuszpenzió pasztává alakul. Ha ugyanez a hatás a részecskék közötti erős vonzással, de a diszpergált fázis alacsony koncentrációjánál jelentkezik, akkor a szuszpenzió géllé alakul.
A szerkezet kialakulása a diszpergált fázis részecskéi és a diszperziós közeg közötti energiakölcsönhatás eredménye.
A szuszpenziók diszpergált fázisa fizikai-kémiai és felületi tulajdonságaitól, valamint a diszperziós közeg ionos összetételétől, valamint a részecskék és a közeg hidrodinamikai kölcsönhatásától függően bizonyos mennyiségű folyadékot megköt, és adszorpciós, szolvát és kettős elektromos réteget képez a felületen. a részecskék felülete , amelyek a részecskékhez képest mozdulatlanok. A fázisok integrált kölcsönhatása és a hidrodinamikai hatás eredményeként részecskék által összekapcsolt folyadékréteg határvonal. Vastagságát nehéz kiszámítani és mérni. Egyes jelentések szerint 0,5-1 μm, és a diszperziós közeg körüli részecskeáramlás sebességének növekedésével csökken. Egy szuszpenzió földcsuszamlásos áramlása során az egyik folyadékréteg diszpergált közeggel elcsúszik a másikhoz képest.
Idővel a szuszpenzió alkatrészeire válhat szét. Az ennek ellenálló képességét felfüggesztés stabilitásának nevezik. A felosztásnak többféle módja van:
Az ilyen folyamatok minél lassabban mennek végbe, annál viszkózusabb a folyadék és annál kisebbek az alkotórészecskék. Ha a diszpergált fázis hidrofób részecskékből áll, akkor további rögzítéshez stabilizátorokat használnak - hidrofil kolloidokat, amelyek nedvesíthetővé teszik a hidrofób részecskéket. Stabilizátorként gumit , zselatózt , metilcellulózt és más anyagokat használnak [6] .
Az anyag termodinamikai állapotai | |||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Fázis állapotok |
| ||||||||||||||||
Fázisátmenetek |
| ||||||||||||||||
Diszpergált rendszerek |
| ||||||||||||||||
Lásd még |