Спосіб розділення дрібнозему грунтів за допомогою повітряного потоку різної швидкості

Винахід має відношення до ґрунтознавства, де при вивченні властивостей ґрунту необхідне розділення дрібнозему ґрунтів на фракції. Відомо декілька способів відмулювання розділення дрібнозему на фракції в яких можна означити 2 напрямки-осідання в рідкому середовищі (седиментація, декантація) та під впливом повітряного потоку. Відомий спосіб відмулювання, за яким на глину діє потік води або повітря, швидкість яких визначає розмір частинок, що вилучуються цим потоком [2]. Відомий також засіб при якому відсівають крупний пісок та грубі частки від дезінтегрованої глини. Після чого застосовують дію висхідного потоку води, із збільшенням швидкості якої підвищується спроможність зносу твердих частинок. Уповільнений потік уносить лише малі частинки, а більш важки залишаються недоторкані. При збережені постійної швидкості потоку води, вона стає прозорою. Швидкість потоку може бути так відрегульована, щоб він мав змогу залучити частинки більші за розміром [2]. Недолік цих способів безпосередній контакт з водою, яка майже завжди є розчинником, що призводить до похибок при подальшому аналізі вмісту отриманих фракцій. Використання повітряного потоку для сепарації ґрунту відомо з робіт американського вченого Кашмана [1]. Його спосіб базується на використанні фільтрів різних об'ємів, в яких створено вакуум. Після того, як до першого фільтру, який завантажено об'єктом сепарації (грунт, глина), відкрито доступ повітрю, сполучення з вакуумом регулюється таким чином, щоб потік повітря був постійним і проходив через грунт з силою достатньою для підняття "білої хмари"(пилу). Частинки з більшою вагою, падають у першу посудину, частки з меншою вагою переносяться до наступних посудин (фільтрів), а найменші уловлюються за допомогою останнього фільтру. Недоліком цього засобу є те, що сепарації піддаються лише дуже малі частинки (не більш ніж 0,003мм), кількість яких в ґрунтах, особливо в ґрунтах Полісся, дуже мала (біля 3% в зв'язнопіщаних). В глинах вони складають 50-100%. Для ґрунтів легкого механічного складу важливе значення мають не лише великодисперсні, а й крупні фракції (піщані). Тому цей засіб не дає змоги одержати об'єктивні відомості про вміст компонентів у фракціях ґрунту. При його використанні зазначалися великі похибки. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити спосіб розділення дрібнозему ґрунтів на фракції за допомогою повітряного потоку різної швидкості за рахунок більш повної сепарації ґрунту, одержати розширення діапазону фракцій, які досліджуються, та зменшити похибки при визначенні вмісту компонентів фракцій. Задача, що поставлена, досягається за рахунок того, що у визначеному способі розділення дрібнозему ґрунтів на фракції який включає сепарацію ґрунту у сухому стані за допомогою повітряного потоку, згідно винаходу процес ведуть при вільному падінні ґрунту назустріч повітряному потоку, швидкість якого регулюють в залежності від потрібної величини фракції. Це дає змогу розділяти грунт до повітряностійких агрегатів, які є найбільш цікавими для наукових робіт, дозволяє розширити діапазон фракцій, що досліджуються, та одержати дані про тип та гранулометричний склад ґрунту лише за 3-5 хвилин (за відомим засобом Н. Качинського визначення типу ґрунтів триває-18-36-64 години). Регулювання швидкості повітряного потоку дає можливість розділити грунт на частинки якої завгодно величини, на будь-яку кількість фракцій, що дозволяє уникнути помилок при вивченні вмісту компонентів грунту. Для реалізації способу розроблено пристрій, який є технічно завершеним і на якому проводилось розділення. Він складається з трьох металевих трубок трубчастих фільтрів, які з'єднані в порядку зростання їх діаметру (фіг.1 – [I, II, III], трьох ємкостей (Г-грунту, А-для збору суміші найбільш крупних фракцій, Б-для суміші середніх фракцій) та затвору "В" (для збору найдрібніших фракцій), а також фільтрів, електрокомпресора та електрострушуючого пристрою (Фіг.1). Складається пристрій в наступній послідовності: до нижнього кінця трубчастого фільтру "І", який розташовано вертикально, за допомогою гумового з'єднання монтується ємкість "А". На висоті 10см приєднується шланг від компресора, за допомогою якого подається повітря під тиском 0,3-0,4 атм (в залежності від режиму). На відстані 13см від верхнього кінця, який гумовою трубкою (1,5см) з'єднаний з трубчастим фільтром "ІІ", під кутом 30 градусів приєднана пластмасова трубка, через яку подається грунт з ємкості "Г". До нижнього кінця трубчастого фільтру "ІІ" за допомогою гумового з'єднання приєднується ємкість "Б". На відстані 15см від верхнього кінця трубчастого фільтру "II" настромлене кільцевий гумовий корок, який щільно входить в трубчастий фільтр "III" і утворює таким чином затвор (В). Для запобігання виходу пилових фракцій у верхній частині трубчастого фільтру "III" розміщується ватний фільтр, до вихідного отвору якого приєднується шланг, який з'єднано з вакуумом компресору. Вся робоча частина приладу закріплюється у вертикальному положенні на лабораторному штативі. До ємкості "Г" за допомогою хомута приєднано електрострушуючий пристрій, який діє за принципом колінвалу. Порядок і принцип роботи приладу такі: 1. У ємкість "Г" засипати грунт (300-500г). 2. Від'єднати шланг від вакууму і вмикнути компресор. Після того, як показник тиску на манометрі досягне робочої відмітки (0,3-0,4атм), знов приєднати шланг вакууму. Якщо після цього тиск на манометрі не падає, то це свідчить про герметичність системи. 3. Встановити ємкості "Г" у вертикальне положення і вмикнути електрострушуючий прилад з частотою 500600об/хв. Під впливом сили тяжіння грунт переміщується в трубчастий фільтр "І". Електрострушуючий пристрій забезпечує стабільність подачі грунту в систему, що розпилює. При падінні грунт проходить крізь зустрічний потік повітря певної швидкості, що дозволяє розділяти його на фракції. Фракції, вага яких більше за опір зустрічного потоку збираються в ємкості "А", а більш дрібні видуваються в фільтр "Б", де швидкість повітряного потоку зменшується за рахунок збільшення діаметру трубки. Так само проходить розділення середньої і найдрібнішої фракцій. Середня збирається в ємкості "Б", а високодисперсна в затворі "В". Один робочий цикл триває біля 2-х хвилин. Випробування даного лабораторного пристрою проводилось при трьох режимах тиску: 0,30-0,35-0,40 атмосфери на зразках дернового та дерново-підзолистого зв'язанопіщаних ґрунтів. На фіг.2, 3 та 4 подано гранулометричний склад отриманих фракцій найбільш оптимальних варіантів розпилення. При роботі приладу в режимі 0,4атм. розподіл фракцій складається так, що найбільш чистою вдається отримати фракцію крупного та середнього піску (96,1% в ємкості "А") (фіг.2). При роботі в режимі 0,3атм. - фракцію пилу (89,6% в затворі "В") (фіг.3). Для того, щоб отримати фракцію дрібного піску, необхідно вміст ємкості "Б" пересипати в ємкість для грунту "Г" і повторити цикл розпилення при тиску 0,4атм. (81% в ємкості "Б") (фіг.4). Для більш повної характеристики способу було проведено вивчення зміни гранулометричного складу фракційних сумішей в залежності від робочого тиску (Фіг.5, 6, 7). Було встановлено, що чистота фракцій крупного та середнього піску зростає із збільшенням тиску (тобто зростає і швидкість повітряного потоку). Чистота ж фракцій пилу зростає при зменшенні тиску. Використання фракцій грунту в перспективі може набути широкого розповсюдження і мати практичне значення. Ось декілька прикладів: Приклад 1. Надходження в грунт забруднювача (Си, Cd, Pb...) у мікродозах на протязі тривалого часу може обернутися екологічною катастрофою. Виявити цей процес на початкових етапах практично не можливо, оскільки незначне зростання компоненту можна прийняти за похибки методу. Наприклад, в таблиці 1 наведені допустимі похибки атомно- адсорбційного спектрофотометра ASS-30. В таблиці 2-дані модельного досліду, в якому до грунту додавався невеликими порціями розчин міді і паралельно визначався її вміст у ґрунті і у фракціях пилу. Поряд з цим було прораховано похибки атомно-адсорбційного методу. Можна зробити наступні висновки: - діапазон похибок в грунті, при додаванні кожної наступної порції Сu, перекривається, що не дає конкретної відповіді на збільшення вмісту забруднювачу; - аналогічні діапазони у фракції пилу чітко і коректно констатують про збільшення вмісту полютанту (але лише на початкових стадіях, що пов'язано з особливостями вищого порядку). Приклад 2. В класичних поняттях ґрунтознавства вважається, що основним носієм адсорбованих елементів є високодисперсна частина грунту. Проте, наші дослідження виявили, що для ґрунтів легкого гранулометричного складу деякі форми елементів можуть в Значній мірі адсорбуватись на крупнодисперсних фракціях (піску). Зокрема це відноситься до різних форм фосфатів (фіг.8). Так, на відміну від важких металів, фосфати заліза та алюмінію фіксуються в значно більших кількостях у фракціях піску, ніж пилу. При достатньому вивченні, це може внести суттєві корективи у вивчення особливостей фосфору у грунті. Приклад 3. Вивчення зв'язку радіоактивності грунту та його фракцій, показало, що основним депо накопичення виступають фракції пилу (9). Даний метод розділення дозволить оперативно і з незначними затратами провести широкомасштабні дослідження (причому з незначними похибками) і виявити реальний вміст радіонуклідів у грунті. Таблиця 1 Похибки атомно-адсорбційного спектрофотометра FSS-30 [3] Масова доля елемента, мг/кг Від 0,7 до 2,0 Від 2,0 до 5,0 Більше 5,0 Допустимі відносні відхилення, % 21 13 10 Таблиця2 Залежність між кількістю добавленої в грунт міді та реєстрацією вмісту (в грунті та фракції пилу) і діапазон можливих відхилень атомно-адсорбційного методу, мг/кг Кількість, добавленої в грунт міді 0,00 0,20 0,40 0,60 Грунт реєстроване значення 0,76 0,89 0,98 U21 діапазон похибок 0,60-0,92 0,70-1,08 0,78-1,18 0,95-1,46 Фракція пилу реєстроване діапазон похибок значення 3,19 2,78-3,60 6,01 5,41-6,60 8,80 7,90-9,70 11,18 10,08-12,30 Перелік посилань: 1. Райе Г. Глины их залегание, свойства и применение. - Л., Госхимтехиздат.-1932 - С.219-200. 2. Райе Г. Там же - С.215-216. 3. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. - М., ЦИНАО. – 1992 - с.39.