Спосіб визначення питомої поверхні дисперсних матеріалів

Спосіб визначення питомої поверхні дисперсних матеріалів S0 шляхом вимірювання фізикохімічних властивостей досліджуваного матеріалу, який відрізняється тим, що для вимірювань використовують конденсатор-комірку, вимірюють електроємність за допомогою містка Шеринга і встановлюють питому поверхню досліджуваного матеріалу за залежністю = f(S0), де - відносна діелектрична проникність матеріалу, а S0 - питома поверхня дисперсних матеріалів. (19) (21) u200912973 (22) 14.12.2009 (24) 25.06.2010 (46) 25.06.2010, Бюл.№ 12, 2010 р. (72) ГУРИН ВАСИЛЬ АРСЕНТІЙОВИЧ, СКРИПНИК ІГОР ГАВРИЛОВИЧ, БІЛЬЧУК ВАСИЛЬ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, КОРНІЛЬЦЕВ АНДРІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ГОСПОДАРСТВА І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ 3 Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб визначення питомої поверхні дисперсних матеріалів S0 на основі вимірювання фізико-хімічних властивостей досліджуваного матеріалу, і в даному випадку заснований на вимірюванні опору повітря, що чинить шар матеріалу, який через цей шар проходить. Просмоктування повітря тим важче, чим дрібніший порошок (Дворкін Л.Й., Скрипник І.Г. Фізико-хімічні і фізичні методи досліджень будівельних матеріалів. - Рівне: НУВГП, 2006. - 220с., с.23-28). Відомий спосіб також потребує значних затрат часу на самі вимірювання та на обрахунок одержаних результатів. Окрім зазначеного, цей метод, за яким визначають питому поверхню порошкоподібних дисперсних матеріалів S0 за формулою Козені-Кар-Мана з використанням приладу типу ПСХ-2 або Блейна придатний тільки для груодисперсних систем глобулярної структури із пористістю П 50%, (Аксельруд Г.А., Альтшулер М.А. Введение в капилярно-химическую технологию-М.: Химия, 1983. - 264с., с.28-29). Завданням корисної моделі є значне зменшення затрат часу на вимірювання і визначення Із більшою точністю значення питомої поверхні дисперсних матеріалів S0, пористість яких може змінюватись в довільних межах та можливість застосування експрес-методу як у лабораторних, так і у виробничих умовах. Поставлене завдання досягається тим, що у способі визначення питомої поверхні дисперсних матеріалів S0, шляхом вимірювання фізикохІмічних властивостей досліджуваного матеріалу, використовують конденсатор-комірку, вимірюють електроємність за допомогою містка Шеринга І встановлюють питому поверхню досліджуваного матеріалу за залежністю =f(S0), де - відносна діелектрична проникність матеріалу, a S0 - питома поверхня дисперсних матеріалів. Хімічні зміни речовин обумовлені різницею внутрішньої енергії речовин, що вступають в реакцію, і речовин-продуктів реакції. Внутрішня енергія залежить не лише від виду та кількості даної речовини, а також від її дисперсності. Таким чином, фізико-хімічні властивості поверхневого шару дисперсних частинок значно відрізняються від властивостей тієї ж речовини в «масі». Із збільшенням питомої поверхні речовини зростає його хімічна активність. Питома поверхня диспергованої речовини S0 визначається як сума поверхонь всіх зерен, що вміщуються в 1г цієї речовини або 1см3 без врахування поверхонь контактів зерен між собою. Співвідношення між розмінностями питомої поверхні 1см2/г=10-1м2/кг. Однією з характеристик стану речовини є відносна діелектрична проникність : E0 , (1) E яка вказує у скільки разів напруженість електричного поля у вакуумі E 0 більша за напруженість електричного поля в присутності діелектрика E . 50765 4 Сутність способу полягає в тому, що електроємність плоского конденсатора С в системі одиниць СІ визначається за формулою: 0 S , (2) C d де 0 - електрична стала, що дорівнює 8,84 10-12Ф/м; S - площа поверхні однієї пластини конденсатора, м2; d - відстань між пластинами, м. Виходячи Із формули (1) відносна діелектрична провідність для вакууму 1 , тому електроємність C 0 з врахуванням формули (2) запишеться у вигляді: 0S , (3) C0 d Із співвідношення (2) та (3) одержимо вираз для є: C (4) C0 Запропонований метод діелектрометрії базується на тому, що стан або процеси, які протікають в речовині, супроводжуються зміною діелектричної проникності, яка визначається за зміною електроємності конденсатора, між обкладками якого знаходиться зразок під впливом зовнішніх факторів, наприклад, температури, або зазнав такого впливу, наприклад, подрібнення, і фіксуються, які зміни при цьому відбулися. Для досліджень діелектричної характеристики є використали міст Шеринга. Спосіб здійснюється наступним чином. Зразок досліджуваного матеріалу клінкеру портландцементу, кварцового піску, гранульованого доменного шлаку та ін. Спочатку просушують для видалення фізичної вологи до постійної маси при температурі t=103...105°С, а потім подрібнюють до дисперсного стану (клінкеру портландцементу у щоковій дробарці, піску і шлаку у кульовому млину), та далі перетирають у керамічній ступці. Використовуючи комірку-конденсатор для досліджуваного матеріалу з мікрометричним індикатором для вимірювання товщини зразка, яка виставляється постійною і за формулою (4) після вимірювання C0 і С визначається є та з використанням приладу типу ПСХ-2 чи Блейна визначають питому поверхню S0 матеріалу із різною степеню подрібнення. Будують графік залежності =f(S0), за яким в лабораторних чи виробничих умовах з використанням, наприклад, приладу типу ДT890B+ чи VC9805A або іншого вимірюють С0 і С при температурі матеріалу, яка визначається термопарою за допомогою приладу, наприклад, типу ДТ-838, та за одержаними результатами вимірювань визначають питому поверхню дисперсного матеріалу S0. Таким чином, запропонований спосіб визначення питомої поверхні дисперсних матеріалів S0 і експрес-метод дозволяє оперативно, значно скоротивши затрати часу на вимірювання шуканої величини, із більшою точністю (прецезійно) та з можливістю його використання як в лабораторних, так і виробничих умовах, наприклад, при сумісному помелу клінкеру портландцементу із гіпсовим каменем, який використовується для регулювання строків тужавіння гідравлічно-в'яжучої речовини. 5 50765 Дослідження показали, що при питомій поверхні (3000...3500) см2/г цемент хімічно зв'язує за дві доби нормального твердіння 10...13% води. Із зростанням питомої поверхні до 3700...4000см2/г він зв'язує в той самий строк 14...16% води, а при питомій поверхні до 4500...5000см2/г-17...18% води. Кількість хімічнозв'язаної води із часом характеризує повноту кінетики реакцій, які обумовлюють тужавлення цементу, тому збільшення кількості води, яка витрачається на гідратацію, приводить до зростання міцності виробів. Так збільшення питомої поверхні цементу із 3000...3500 до 4000...5000см2/г міцність бетону в добовому віці при нормальному тужавленні збільшується в 2 рази. Другий приклад, що ілюструє також вплив степеню дисперсності компонентів реагуючої суміші на міцність виробів можна навести із технології вапняно-піщаних автоклавних виробів і необхідністю контролювати їх питому поверхню. Із природно Комп’ютерна верстка О. Рябко 6 го кварцового піску, вапна і води одержують в автоклавах силікатну цеглу і блоки, які мають міцність при стиску до 10...15МПа. Коли ж використати розмелений або іншим способом подрібнений пісок, то міцність виробів зростає до 50...80МПа. Промисловість випускає пігменти, наприклад, залізооксидні, для яких чим вища дисперсність, тим світліший відтінок. Середня величина частинок для жовтого залізооксидного пігменту 0,2...0,6мкм, а питома поверхня 11,2м2/г, для червоного залізооксидного пігменту в залежності від відтінків розмір частинок знаходиться в межах від 0,3 до 2,5мкм. Корисна модель зручна для практичних цілей як у виробничому так і науковому плані при здійсненні якості виробів у промисловості або при розробці матеріалів з особливими фізико-хімічними властивостями. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601