Файл: Мяздриков О.Я. Дифференциальные методы гранулометрии.pdf

мерам бактерий и т. д. В результате был разработан кондуктометрический метод, позволивший получить ин­ формацию о размерах каждой частицы на основании данных по ее трем измерениям. Метод обеспечивал пре­ образование размера в электрический импульс, высота которого несла необходимую информацию. Он позволил широко использовать средства радиоэлектроники, обес­ печил высокую скорость собственно анализа.

Однако утверждать, что этот метод универсален и может быть отнесен к категории экспресс-методов не представляется возможным. В связи с этим достаточно указать на обязательность такого этапа, как приготов­ ление пробы для анализа. Технология этого этапа от­ носительно несложна в случаях, когда для данной ана­ лизируемой системы характерно образование суспензий. Но для подавляющего большинства веществ приходит­ ся принимать специальные меры по стабилизации и дез­ агрегированию создаваемой суспензии.

В связи со сказанным становится очевидной необхо­ димость в широких и планомерных попытках изыскания новых принципов гранулометрического анализа и их ап­ паратурных реализаций. Основным, руководящим сооб­ ражением в этой работе должно быть требование воз­ можности проведения анализа дисперсной системы без каких-либо предварительных операций по изменению ее состояния. Например, если для системы характерно состояние порошка, то именно в таком состоянии и дол­ жен вестись гранулометрический анализ.

Очевидно, что такой подход при прочих равных усло­ виях позволяет рассматривать соответствующие методы как приближающиеся к экспресс-методам и допускает, что не менее важно, их последующее использование для целей автоматизации технологических процессов.

Такая постановка вопроса предъявляет достаточно жесткие требования к первичному преобразователю или датчику, особенно при анализе субдисперсных систем, ограничивая круг решаемых задач. При этом, кроме очевидного требования высокой чувствительности, необ­ ходимо обеспечить и достаточно низкий уровень собст­ венных шумов, т. е. стремиться к максимальному увели­ чению отношения сигнал/шум.

К принципам из числа разработанных за последнее время, которые в значительной степени удовлетворяют этим требованиям, может быть отнесен принцип опти-

7

ческой развязки, но его аппаратурная реализация не вышла из стадии единичных макетов лабораторного ис­ полнения. Как кондуктометрпческнй принцип, так и принцип оптической развязки приводит к нелинейной за­ висимости размера зарегистрированной частицы от вы­ соты импульса. Наличие степенной зависимости с пока­ зателем степени 2 пли 3 приводит к расширению дина­ мического диапазона сигналов. Последнее далеко не безразлично для таких электронных устройств, как уси­ лители и амплитудные анализаторы. Действительно, если учесть, что узкоднсперсные системы — это исклю­ чение, то диапазону размеров в условных единицах 102 соответствует диапазон амплитуд, охватывающий шесть порядков. Если необходимо иметь информацию о рас­ пределении по размерам, то соответствующие усилитель­ ные устройства должны иметь амплитудную характери­ стику, аппроксимируемую обратностепенпоп зависи­ мостью. Создание таких усилителей, это можно утвер­ ждать с полным основанием, было обусловлено задача­ ми, которые поставил гранулометрический анализ перед радиоэлектроникой.

Разработка новых методов гранулометрического ана­ лиза — дифференциальных методов, при которых инфор­ мация о составе анализируемой пробы вырабатывается на основании совокупных данных по каждой из частиц, заставляет по-новому подойти и к некоторым положе­ ниям теории гранулометрического анализа. Это относит­

Широкое внедрение различных методов дисперсного анализа в практику заставляет подумать о метрологи­ ческом обеспечении данного вида измерений. И не толь­ ко в техническом аспекте, но и в законодательном пла­ не. Производя анализ, используют ту или иную методику, ту или иную аппаратуру, но сопоставимость соответст­ вующих результатов и единство в этой области измере­ ний пока не обеспечены. По-видимому, к этому вопросу должна быть привлечена метрологическая служба

СССР, так как только в этом случае будет обеспечено получение согласуемых между собой результатов. Сам же гранулометрический анализ легко увязывается с за­ дачей измерения массы или длины, т. е. с тем или иным эталоном.

8

I

1. ОБЩИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Диспергирование твердых тел, как правило, приводит к образованию порошковых систем, включающих части­ цы, размеры которых находятся в широких пределах. Таким образом, в общем случае диспергирование обус­ ловливает образование полидисперсных систем. Моно­ дисперсные системы — явление достаточно редкое не только в технической практике, но и в природе.

Прежде чем начать рассмотрение полндисперсных систем, необходимо дать некоторые определения основ­ ным терминам. Это вызвано тем, что в литературе име­ ют место известные разночтения. Основными термина­ ми, определение которым следует дать, являются сле­ дующие: первичная частица, вторичная частица, объем частицы, линейный размер частицы, форма частицы и дисперсность.

Под первичной частицей будем понимать объем твер­ дой фазы, поверхность раздела которой с окружающей газообразной или жидкой фазой фиксирована. Это ус­ ловие предопределяет возникновение между частицами контактов, в области которых энергия достаточно мала. Во всяком случае эта энергия связи не сказывается сколь-либо существенным образом на свойства совокуп­ ности первичных частиц.

По мере увеличения степени измельчения частиц, а также под действием некоторых других факторов, на­ пример интенсивных механических воздействий, приво­ дящих к увеличению площади контактов между части­ цами, нелинейно возрастает энергия связи в области контактных поверхностей и возникают более крупные об­ разования. Эти совокупности первичных частиц в ряде случаев проявляют себя как единые частицы, хотя они неоднородны по строению и менее прочны. Такие сово­ купности следует рассматривать как вторичные частицы, или агрегаты.

9

тального материала убеждает, что в реальных порошках данного состава форма частицы не зависит от их массы: частицы различной массы геометрически примерно по­ добны. Следовательно, их масса т, объем V, площадь поверхности 5 и размер г связаны в общем случае соот­ ношениями:

Под дисперстностыо порошка понимают характери­ стику крупности частиц, составляющих данный порошок. Эта характеристика может быть выражена различно: средним размером, средней поверхностью, массой, функ­ цией распределения и т. д. Наиболее исчерпывающей характеристикой является функция распределения, ко­ торая может быть дана по массе частиц, площади по­ верхности частиц и их размеру. Функция распределения является важнейшей характеристикой п в прикладном значении, определяя области, в которых та или иная дисперсная система может быть использована. Поэтому нахождение функции распределения по тому пли иному параметру является основной задачей гранулометрии.

2. ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ

Функции распределения могут быть заданы различ­ ными способами. Так, молено задать относительную до­ лю dn числа частиц, эквивалентные радиусы которых лежат в пределах значений от г до r-\-dr:

о

В этом случае кривая, выражаемая функцией п(г), носит название дифференциальной кривой распределе-

П

нйя или кривой плотности распределения размеров1 частиц.

Более точно эта функция может быть определена как кривая счетного распределения размеров.

Площадь, ограниченная участком кривой счетного распределения, осью абсцисс и двумя вертикалями к ней в любых двух точках п и г2, определяет долю числа час­ тиц, эквивалентные радиусы которых заключены в (пре­ делах значений от Т\ до г2 .

Аналогично для случая кривой весового распределе­ ния, определяющей весовую долю dg частиц с радиусом от г до r-j-dr, можно написать

при условии, что

где у—-плотность вещества частицы;

V— средний объем частиц, и если в полидисперс­ ной системе отсутствуют агрегаты, то весовое распределение g(r) тождественно объемному распределению V{r).

12