Курсовая работа Экспериментальное изучение миграции, адсорбции и осаждения микро и макрокомпонентов в латеритных
жүктеу/скачать 238.82 Kb.
|
Частицы должны быть сферическими. Это условие выполняется только в случае эмульсий с малой концентрацией эмульгированной фазы. Частицы суспензий имеют обычно различную форму, иногда сильно отличающуюся от сферической. Однако было показано, что в обычных измельченных веществах получающиеся отклонения вследствие нешарообразной формы при оседании невелики, за исключением тех случаев, когда мы
имеем вытянутые частицы (пластинчатые или палочкообразные), т.е. сильно отклоняющиеся от сферической формы. Отсутствие взаимодействия между частицами. Взаимодействие между частицами и образование между ними агрегатов нарушает оседание отдельных частиц и не учитывается уравнением Стокса. Однако взаимное влияние частиц при малых концентрациях суспензии, когда расстояние между частицами превышает их размеры не меньше чем в 10 раз, очень мало и не отражается на получающихся результатах. Поэтому седиментационный анализ суспензий обычно проводят при небольших концентрациях (не выше 1– 2%). Движущиеся частицы должны быть твердыми и гладкими. В случае анализа суспензий условие твердости частиц всегда соблюдается; что же касается условия гладкости частиц, т.е. отсутствия шероховатости на их поверхности, то это условие на практике далеко от выполнения. Отсутствие скольжения между оседающей частицей и средой. Одним из основных условий отсутствия скольжения между оседающей частицей и средой является полная смачиваемость оседающих частиц жидкости. Постоянная скорость оседания частиц. Как указывалось ранее частица в начале оседания движется с некоторым ускорением и только после того, как движущаяся сила уравновешена силой сопротивления среды, частица оседает с постоянной скоростью. Время, в течение которого частица достигает постоянной скорости оседания, настолько мало, что не может оказать влияния на результаты седиментационного анализа. В цилиндр объемом 500 мл мы заливали дистиллированную воду (500мл) и вводим навеску измельченного образца. Перед этим мерили высоту цилиндра, которая равна 17 см. Навеска, которую мы туда ввели должна быть тщательно взболтано и оставлено на время, необходимое для осаждения всех частиц крупнее, чем r = 5 µ (r = 1µ = 10-4 см). Через рассчитанное время, необходимое для осаждения крупных частиц (35 мин), с помощью сифона из цилиндра должна быть слита, по возможности, вся жидкость с не успевшими осесть мелкими частицами. Время мы рассчитывали по формуле: t = h9Ƞ Формирование тонкослойной (0.02-0.03 мм) мембраны проводилось на фильтрационной установке Amicon 50 ml путем фильтрования взвеси на инертной лавсановой перегородке. Для формирования мембраны массой около 0,0763 г требовалось примерно 250 – 300 г суспензии. Через сформированные мембраны (для каждого фильтрующегося раствора) последовательно фильтровали: дистиллированную воду и полиэлементный стандартный раствор (68B Solution A (High-Purity Standards) с одинаковыми концентрациями элементов Al, As, Ba, Be, Bi, B, Cd, Ca, Ce, Cs, Cr, Co, Cu, Dy, Er, Eu, Gd, Ga, Ho, In, Fe, La, Pb, Li, Lu, Mg, Mn, Nd, Ni, P, K, Pr, Re, Rb, Sm, Sc, Se, Na, Sr, Tb, Tl, Th, Tm, U, V, Yb, Y, Zn на уровне 100 мкг/мл) при заданных органическими кислотами значениях рН. Среди большого многообразия природных органических соединений наиболее активного действия можно ожидать от воднорастворимой части органичекого вещества, обладающего способностью вымываться из почвенного профиля (Матвеева, 1968). Многоосновные низкомолекулярные кислоты имеют в своем составе различные функциональные группы, водород которых может замещаться металлом – такие внутрикомплексные соединения называются хелатами. Экспериментально доказано, что Fe, Al, Cu, Zn, Ni и другие металлы могут легко образовывать хелаты (Александрова, 1980). Низкомолекулярные органические кислоты являются хорошими комплексообразователями при разложении минералов с алюминием, железом, титаном, способные увеличивать подвижность этих элементов. Емкость связывания металлов в органоминеральных комплексах варьирует: Fe от 50 до 250 мг, Al от 27 до 140 мг на 1 г кислот. Способность органических кислот к необменному закреплению металлов в форме комплексного радикала обусловливает их высокую агрессивность по отношению к первичным и вторичным минералам (Глазовская, 2007). Карбоновые и гумусовые кислоты являются закономерным продуктом деятельности микроорганизмов почв и, помимо углекислоты, основной причиной кислотной агрессивности поровых растворов почв в отношении пород профилей коры выветривания. Кислотность поровых растворов подтверждается литературными данными (Мамедов, 1983,1986; Шварцев, 1978; Геологическая эволюция, 2007; Карасева, 2013; Алехин, 2013). Для удобства были выбраны щавелевая (ХЧ) и лимонная (ОСЧ) кислота в соотношении 1:1 при заданной исходной весовой концентрации моль/литр. Впоследствии смесь кислот была разбавлена дистиллированной водой в 2 раза. При непрерывном контроле кислотности раствора смесь кислот была добавлена в воду до значений рН 4,6 (концентрация кислот в полученном таким образом растворе составила 4,2*10-5 моль/литр). Скорость фильтрации поддерживали постоянной при помощи перистальтического насоса «Portlab 810» на уровне 0,01 мл/мин или около 15 мл/сут. Принцип работы насоса заключается в продавливании объёма жидкости через гибкую трубку вращением роликов головки, приводимых в действие шаговым двигателем. Управление шаговым двигателем осуществляется электронным блоком со встроенным программным обеспечением, который обеспечивает возможность как непрерывного, так и циклического (дискретного) перекачивания жидкости. Точность установки расхода во всем диапазоне расходов, не хуже ±3 см 3/мин, воспроизводимость установки расходов 0,5% (Паспорт, 2009). Для прибора необходима калибровка по массе дозируемой жидкости (дистиллированной воды), контролируемой на аналитических весах. Нами был выбран режим непрерывного перекачивания жидкости с заданной скоростью. Скорость фильтрации является важнейшей динамической характеристикой в фильтрационных экспериментах, которая определяет динамику взаимодействия растворов с твердыми фазами, а также соотношения между диффузионными и инфильтрационными (конвективными) потоками. Рассчитанные значения скорости должны показывать, что в направлении основного потока должен реализоваться поршневой механизм вытеснения порового раствора, без диффузионного размывания фронтов, реагирующего и фильтрующегося раствора, т.е. изменения в составе последовательных порций фильтрата будут характеризовать глубину протекания реакций выщелачивания и нейтрализации при выходе раствора из колонки. Оптимизировать расчетами и реализовать эти условия в фильтрационных экспериментах – главная стартовая задача. Обычно для этого рассчитывают величину безразмерного критерия теории подобия – критерия Пекле (Алехин, 1980, 1982) Pe = (Ul)/D, где D – коэффициент диффузии компонентов в растворах (при стандартной температуре хорошей оценкой для D является величина 10-5 см2/сек), U – линейная скорость фильтрации см/сек, а l – характерное расстояние, на котором рассматриваются процессы переноса без учета фактора извилистости (для Пекле продольного в качестве расстояния берется толщина мембраны, для Пекле поперечного – радиус пор). Полагают, что при Pe > 1, особенно при Pe >> 1, преобладает фильтрация, а при Pe < 1, наоборот, мы находимся в области доминирования диффузионных процессов. Хорошо, когда для Пекле поперечного, величина близка к 1 и меньше, т.е. роль диффузии в локальном переносе велика, особенно у поверхности зерен. Для живого сечения потока 1 см2 (чтобы его найти достаточно площадь поперечного сечения 55,4 см2 колонки умножить на пористость 0,04, выраженную в долях единицы) скорость фильтрации составляет 1,8*10-5 см/сек. Рассчитанные значения коэффициентов Пекле продольного (для толщины мембраны 1мм) составляет 0,18, а для поперечного (для радиуса пор 5 мкм) 9*10-4. Такие малые величины критерия Пекле свидетельствуют о правильном выборе скоростей фильтрации для обеспечения диффузионного отвода продуктов реакции от поверхности минеральных зерен с переводом их в фильтрующийся раствор. Эксперимент продолжался 10-12 дней. Общее содержание химических элементов в веществе мембраны и растворах фильтратов определяли методом ICP-MS (таблица 5). В ходе экспериментов определялись значения рН и концентрации элементов в исходных растворах, использованных для фильтрации, и в сериях полученных фильтратов.
жүктеу/скачать 238.82 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|