Спосіб виділення групового складу тонкодисперсних частинок грунтів

Спосіб відноситься до сільського господарства, а саме до області ґрунтознавства. Відомий спосіб виділення тонкодисперсних частинок це є спосіб одержання мулистих фракцій за рахунок їх поступового розминання. Цей спосіб дозволяє виділяти тонкодисперсні фракції без будь-якої хімічної обробки, а лише за рахунок постійного механічного розминання грунтів з водою [1]. Недоліком цього методу є те, що при цьому можуть виділятися тільки гідрофільні колоїди, а мінерали не можуть бути виділені і будуть знаходиться в мікроагрегатах ґрунту. Таким чином, хімічний склад виділеної фракції буде значно відрізнятись від дійсного, тому що основна тонкодисперсна фракція не буде виділена з ґрунту. Найбільш близьким способом за технічною суттю та досягаемому результату є спосіб виділення тонкодисперсних фракцій комплексним методом за Н.І. Горбуновим [2], який взято за прототип.. Згідно цього способу відмульчування грунтів продовжується до просвітлення суспензії, яка постійно зливається у підготовлені сифони-стакани та різні спеціальні приймальники. Після кожного зливу ґрунтової суспензії сифони-стакани треба промивати водою, а потім занурювати у наступні приймачі (спеціально підготовлені). Відстоювання суспензії треба кожен раз робити до її освітлення. Кінець відмивання тонкодисперсної фракції визначають за відсутністю пептизації колоїдів. Таким чином, для виділення тонкодисперсної фракції ґрунтови х зразків, яка необхідна для хімічних (мінералогічних та ін.) та різних колоїдно-хімічних аналізів триває 2-6 і більше місяців. Недоліком цього методу є його громіздкість, неточність досліду (дуже багато частинок втрачається в процесі постійних візуальних зливів мулистих фракцій), дуже важка технологія його виконання, значна кількість часу для виділення тонкодисперсних фракцій. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення способу виділення групового складу тонкодисперсних фракцій грунту за рахунок прискорення дроблення колоїдів ґрунту (ґрунтови х агрегатів) і шляхом хімічної та механічної дії на них, отримання результатів з підвищенням точності та зниженням собівартості. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі виділення групового складу тонкодисперсних фракцій ґрунту, який містить відбір зразків грунту та заливання їх дистильованою водою, згідно винаходу відібрані зразки ґрунту до заливання водою змішують з пептизаторами та розминають до пластичного стану, обробляють у центрифузі 6 хвилин 15±2 секунди при 1500об/хвил. до повного освітлення води. Такі властивості не відомі з опублікованих джерел, що говорить про новизну й суттєву відзначимість ознак, утворюючих ці властивості. Багато дослідників вивчали вплив центрифугування на осідання різних тонкодисперсних фракцій. Але конкретних і точних даних для виділення мулистих часточок із різних ґрунтів і випробуваних центрифуг (кількість годин і при яких обертах валу приводу будуть виділені мулисті частки з різних ґрунтів) немає. Наші спеціальні дослідження показали, що для виділених різних груп тонкодисперсних часточок із різних ґрунтів України (чорноземи типові, звичайні, південні та ін.) необхідно використовувати центрифугу лабораторну медичну (марка ОС-6М, паспорт ШХ779043ПС) протягом 6 хвилин 15 секунд при 1500 обертах валу приводу за хвилину. Треба відмітити, що розроблений спосіб дозволяє дуже швидко і, головне, точно виділяти усі групи тонкодисперсних часточок із різних грунтів та дозволяє виділяти їх у повному обсязі (декілька повторень) за дуже короткий строк у порівнянні з існуючим методом.. Проведені розрахунки зроблені на оптимальну програму досліджень (виділення різних гр уп тонкодисперсних фракцій із ґрунтів, їх вивчення за колоїднохімічними показниками та ін.). Проведена розробка значно скорочує процес виділення необхідних ґрунтових часточок із різних ґрунтів України. Відомо, що колоїди - найактивніша та найдоступніша для всяких впливів частина ґрунту. Основна й важлива для ґрунтознавства відмінність колоїдних систем - те, що між дисперсною фазою і дисперсним середовищем існують поверхні, які їх розмежовують. Чим більше розпорошення -роздрібність речовин у дисперсних систем (при той же самій масі), тим більше зростатиме загальна поверхня часток, які її складають. На поверхні дуже роздрібнених тіл є величезна кількість активних точок. З цими активними точками зв'язані явища, яких не буває в груби х, крупно роздрібнених речовинах. Проте, справа не лише у високій дисперсності ґрунтови х колоїдів, поверхня часток грунту має деякі особливі, специфічні властивості і, передусім, здатність гідротуватися (приєднувати до себе воду). Особливі властивості поверхні рідини пояснюється тим, що окремі частки її в середині зазнають рівномірної дії навколишніх молекул, тим часом як поверхневі частки зазнають односторонньої дії молекул лише тих які лежать під ними і не врівноважені зовні. У поверхневих молекул частково лишаються сили, спрямовані назовні, тобто їх силове поле не повністю насичене. Тобто кожне тіло, залежно від розмірів поверхні, має певний запас поверхневої енергії, здатної, як всяка форма енергії, переходити в інші форми. Тверді частки грунту відрізняються одна від одної ще й тим, що на їх поверхні є точки не однакової активності. Способи використання грунтів, по суті, основані на властивостях колоїдів. Фактори вбирання - це колоїдна частина ґрунту, її гумус і глина; саме ця частина ґрунту надзвичайно мінлива, чутлива як до хімічних (внесення різних хімічних реагентів), так і до фізичних (висушування) впливів. Таким чином, знання властивостей (ґрунтовий склад колоїдної частини ґрунту) в агрономії є основою правильного підходу до побудови агротехнічних заходів, до підтримання й збільшення родючості грунту. Вивчення колоїдів органо-мінеральної частини ґрунту дає можливість розкрити процеси трансформації окремих елементів живлення і динаміки їх властивостей. Відомо, що усі ґр унтові процеси (адсорбція, десорбція та ін.) відбуваються на рівні колоїдно-іонного обміну в нерозривному зв'язку з якісним і кількісним складом їх тонкодисперсних органо-мінеральних часток. Розподілення тонкодисперсних часток грунту дає можливість вивчати рухомі форми колоїдної фракції, які можуть вилуговува тися під дією різних механічних дій (обробка ґрунту) і води (опади). Груповий склад вивчаємого ґрунту дозволяє визначити колоїди, які приходять в рух в процесі адсорбційно-десорбційних іонних реакцій, а також ті колоїди, які по своїй природі мало рухомі і деструктивно скоагульовані окисами заліза та гідрофобізовані в процесі старіння та автокоагуляції. Відомо, що загальна кількість тонкодисперсних фракцій (ґрунтовий їх склад) у ґр унта х складається із електронегативних (ці колоїди сприяють катіонному обміну) і ізоелектричних (пасивні до реакцій іонного обміну) колоїдів. Найбільш активною частиною ґрунту є електронегативні колоїди. Необхідно відзначити, що у електронегативних колоїдах міститься найбільша кількість поживних речовин (азот, фосфор, калій, кальцій та ін.) і знаходяться вони в найбільш доступній для рослин формі. Ця найбільш активна частина ґрунту (І гр упа) дає можливість точно фіксувати динаміку і трансформацію найбільш реакційної її частини. Виділення електронегативних колоїдів ґрунту (І гр упа) здійснюється за рахунок пептизаційних процесів за допомогою Ін розчину NaCl. Ізоелектричні колоїди (II група) - це застарілі консервативні мулисті частки, які часто міцно зв'язуються з каркасом структурних ґр унтови х мінеральних часток і вони виділяються за допомогою 0,004н NaOH. Ізоелектричні колоїди (III гр упа) - це найбільш консервативні й мало рухомі частини тонкодисперсних часток, які виділяються з грунту за допомогою пептизації 0,05 н розчину НСІ. Виділення ґрунтового складу тонкодисперсних фракцій для вивчення хімічних (термографія, рентгенографія та ін.) і різних колоїдно-хімічних аналізів (питома поверхня тонкодисперсних часток та ін.) здійснюється наступним чином. Приклад І. 1.Для виконання аналізу береться повітряно-сухий грунт, який потрібно розтирати в фарфоровій ступці товкачиком із гумовим наконечником. Грунт потрібно просіяти через сито з діаметром 1 мм. Оптимальна наважка ґрунту для супіщаних ґрунтів дорівнює 25-50г, для ґрунтів більш важкого механічного складу - 10-30г (в залежності від поставленої задачі). Брати зразки для аналізу треба на вагах 3 класу з точністю до 0,01г. 2. Після цього наважку гр унту поміщають у центрифужні стакани на 200мл, яка заливається 0,5-1,0н розчином NaCl (29,2-58,5 на 1л розчину), а потім змучується і залишається на ніч. 3. На другий день освітлений розчин зливається у центрифужні стакани і заповнюється дистильованою водою, а осадок ретельно змучується скляною паличкою з резиновим наконечником до пластичного стану. Після цього центрифугат зливається у балони місткістю 5,0л, а центрифужні стакани знову заповнюють дистильованою водою і осадок продовжують змучувати скляною паличкою до тугопластичного стану. Ця операція повторюється до повного освітлення центрифугата. Треба відмітити, що злив центрифугата проводиться зразу ж після зупинки роботи центрифуги, тобто не гаючи ні хвилини. 4. Для того щоб у подальшому вивча ти і визначати необхідні параметри грунтів (питома поверхня та ін.) суспензія виділених тонкодисперсних часток І групи, яка зібрана у балонах, осаджується додаванням насиченого хлористого кальцію по 1мм через кожні 5-7 хвилин до початку утворення пластівців (коли наступить коагуляція), після чого додавання хлористого кальцію зупиняється. 5. На наступний день верхній відстояний шар прозорої рідини зливається у підготовлені приймальники (балони та ін.) і виливається. Відстояний осадок зразу переноситься у стакани місткістю 200-400 мл і після розділення суспензії на осад і прозорий розчин, через 2-4 години верхній шар рідини декантується і викидається. 6. Залишок, перенесений у попередньо виважений центрифужний стакан місткістю 25-100мл, ущільнюється протягом 4-5 хвилин при 2000 обертах за хвилину на медичній центрифузі, висушується у сушильний шафі при 40-50°С і зважується. Різниця ваги пустого цетрифужного стакану і стакану з грунтом визначає вагу ґр унту. Висушений осадок розтирається в агатовій ступці й потім вже визначають необхідні хімічні та колоїднохімічні показники (питома поверхня та ін.). 7. Для виділення тонко дисперсних часток II групи у центрифужні стакани місткість на 200мл з рештою грунту додають 0,004н NaOH (1,6г на 10л розчину), осадок добре змучується до пластичного стану і центрифугується при 1500 обертах за хвилину протягом 6 хвилин 15сек. Центрифугат зливають у балони місткістю 5л, а у центрифужні стакани знову заливають 0,004н NaOH і ця операція повторюється до повного освітлення зливаємого центрифугата. С успензія часток II групи у балонах зразу осаджується 10% розчином НСІ (з розрахунку 1,4л на 1л суспензії). На другий день прозора частина рідини зливається у підготовлений приймальник (балон та ін.) і викидається, а осадок, перенесений у попередньо виважені центрифужні стакани місткістю 25мл, зразу ущільнюється на медичній центрифузі протягом 4-5 хвилин при 2000 обертах за хвилину, потім висушується при 40-50°С і зразу виважується. Виважений осадок часток II гр упи добре розтирається в агатовій ступці і визначають різні хімічні та колоїдно-хімічні показники (питома поверхня та ін.). 8. Для виділення тонкодисперсних часток III групи у центрифужні стакани з залишком ґрунту добавляють 0,05н НСІ (17,4мл 10% НСІ на 1л розчину), центрифугують 6 хвилин 15 секунд при 1500 обертах за хвилину і зразу ж центрифугат зливають у балони на 5л. Потім осадок грунту добре змучують з 0,01н NaOH (4г NaOH на 10л розчину). Центрифугують при 1500 обертах за хвилину протягом 6 хвилин 15 секунд і знову зливають у той же самий балон на 5л. У центрифужні стакани додають знову 0,01 н NaOH і операцію по виділенню часток продовжують до повного освітлення зливаємого центрифугата. С успензія осаджується за допомогою 10% НСІ із розрахунку 3,5 мл на 1л суспензії. На другий день прозора верхня частина розчину зливається у приймальник (спеціальний балон та ін.) та викидається, а осадок переноситься у стакан місткістю 200мл. Через 2-3 години верхній прозорий розчин декантується і викидається, а осадок, перенесений у попередньо зважені центрифужні стакани місткістю 25мл, зразу ущільнюють на медичній центрифузі протягом 4-5 хвилин при 2000 обертах за хвилину, висушують і зважують. Зважений осад часток III групи розтирається в агатовій ступці й іде для визначення необхідних хімічних та різних колоїдно-хімічних показників. Результати одержаних аналізів визначають у відсотках. Приклад розрахунку. Для виділення мулистих часток з 10г ґрунту одержано, наприклад, 2,5г тонкодисперсних часток І групи. їх кількість у 100г грунту розраховують за формулою: m X = 100% N де, X - кількість тонкодисперсних часток визначеної групи, %; m - маса виділених часток, г; N - навіска ґрунту, г. У нашому випадку: 2,5 X= 100% = 25 % 10 Таблиця 1 Глибина см 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-80 80-100 Запропонований І гр. II гр. 32,8 2,90 32,6 3,10 30,9 2,85 32,1 2,88 32,4 3,12 30,8 2,95 30,2 3,15 29,8 2,80 II гр. 2,65 2,55 2,40 2,50 2,30 1,85 1,28 1,30 Вміст колоїдів,% Прототип І гр. II гр. 22,0 1,85 21,4 2,15 20,6 1,83 21,5 1,55 22,2 1,68 20,3 1,60 20,2 1,75 20,0 1,65 II гр. 1,90 1,85 1,32 1,30 1,58 0,95 0,92 0,90 І гр. 17,2 18,6 18,1 17,5 17,3 16,5 15,4 18,5 Базовий II гр. 1,10 1,08 1,00 0,95 0,83 0,90 0,80 0,60 II гр. 1,50 1,35 1,10 1,00 0,81 0,75 0,70 0,71 Кількість виділених тонкодисперсних фракцій основних груп з чорнозему типового середньосуглинкового різними способами наведено у таблиці 1. ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ: 1. Авторське свідотство СРСР №185538 Бюл. «Откр. Изобр. Пром.обр. и тов. знаки» №17,1966. 2. Н.И. Горбунов Высокодисперсные минералы и методы их изучения. Изд-во АН СССР Москава, 1963. 1302с.