Suspensio tai suspensio [1] (myöhäislatinasta Suspensio - suspensio; englanniksi suspensio saksaksi. Suspensio f, Trübe ) - nesteen tai kaasun seos kiinteiden hiukkasten kanssa suspensiossa [2] [3] [4] .
Suspensio on dispergoitu järjestelmä , jossa on nestemäinen dispersioväliaine ja kiinteä dispergoitu (dispergoitu) faasi [5] , jonka hiukkaset ovat riittävän suuria vastustamaan Brownin liikettä .
Suspensio on esimerkki ei-newtonilaisesta nesteestä ja lähestyy viskoplastisten väliaineiden ominaisuuksia. Yleensä suspension dispergoituneen faasin hiukkasten koko on yli 10–4 cm ja ne laskeutuvat ( sedimentti ) painovoiman vaikutuksesta. Dispergoituneen faasin ja dispersioväliaineen tiheyden pienellä erolla suspensio laskeutuu hyvin hitaasti, joten tällaista suspensiota kutsutaan joskus suspensioksi. Dispergoituneita rakenteita esiintyy vapaasti tiivistetyissä suspensioissa. Tyypillisiä lietteitä ovat lietteet, porausnesteet, sementtilietteet.
Hienoksi jauhettu kivihiili veden kanssa muodostaa hiili-vesisuspension (WCS), joka lämpövoimatekniikassa useimmissa tapauksissa on luokiteltu hiilivesipolttoaineeksi (WCF).
Suspensioita käytetään rakennustekniikassa, maalien ja lakkojen, paperin ja niin edelleen tuotannossa.
Suspensio on hajautettujen järjestelmien erikoistapaus ja kuuluu luokkaan "kiinteä nesteessä", josta esimerkki on liete vedessä. (Vertailuksi: "neste nesteessä" -järjestelmä - liukenematon neste toiseen nesteeseen, - emulsio, öljy vedessä; "kiinteä kappale kaasussa" -järjestelmä, aerosoli - savu; "neste kaasussa" -järjestelmä, aerosoli - sumu). Suspensioiden kiinteälle faasille tyypilliset hiukkaskoot ovat 1 um:sta useisiin millimetreihin. Pienemmillä kooilla systeemiä kutsutaan yleensä kolloidiseksi liuokseksi, ja rajoittavassa tapauksessa homogeeniseksi systeemiksi, oikeaksi liuokseksi.
Mineraalisuspensio (vesi-hiilisuspensio) on komposiittihajotettu järjestelmä, joka muodostuu nesteessä (yleensä vedessä) olevan kiinteän aineen hiukkasista.
Suspension viskositeetti kasvaa painoaineen ja sen dispersion tilavuuspitoisuuden kasvaessa, eikä se riipu painotusaineen laadusta ja tiheydestä.
Tämä on sen kyky ylläpitää tietty tiheys erikorkuisissa kerroksissa. Rakenteettomat suspensiot, joita käytetään useimmiten painovoimarikastuksessa, ovat erittäin epävakaita järjestelmiä. Kun suspension rakenteen muodostuminen lisääntyy tai kiinteän faasin pitoisuus siinä lisääntyy, myös sen stabiilisuus paranee.
Suspension stabiilisuutta lisätään lisäämällä siihen hienojakoista painoainetta ja malmilietettä. Joskus lisätään 1-3 % savimateriaaleja tai käytetään eri tiheyksien materiaalien jauheiden seosta (esimerkiksi ferropiin ja magnetiitin tai pyrrotiitin seos ).
Suspensioiden stabiiliuden lisääminen ja samalla viskositeetin pienentäminen 15-35 % voidaan saavuttaa käyttämällä peptisointiaineita, jotka vähentävät hiukkasten tarttumista. Tehokkain heksametafosfaatti ja natriumtripolyfosfaatti. Peptisointireagensseja käytetään merkittävällä lietepitoisuudella suspensioissa ja rikastuksessa suuritiheyksisissä suspensioissa (yli 2000 kg/m3 ) .
Jousituksen vakautta voidaan lisätä samalla kun sen viskositeetti pienenee 30-40 % fysikaalisista ja mekaanisista vaikutuksista (esimerkiksi värähtelyistä taajuudella 5-8 Hz ja amplitudilla 6-10 mm
Monet eri faasivuorovaikutukset suspensioissa yhdistetään kolmeen pääryhmään:
• nestemäisten ja dispergoituneiden kiinteiden hiukkasten välinen hydrodynaaminen vuorovaikutus johtaa viskoosin hajoamisen lisääntymiseen nesteessä;
• hiukkasten välinen vuorovaikutus, edistää hiutaleiden, klustereiden, agglomeraatioiden tai rakenteen muodostumista;
• hiukkasten törmäykset aiheuttavat viskoosia vuorovaikutusta.
Suspensioiden reologiset ominaisuudet riippuvat vallitsevasta vuorovaikutustyypistä. Dispergoituneen faasin matalista keskikonsentraatioista hydrodynaamisen vaikutuksen arvo kasvaa; keskisuurista korkeisiin pitoisuuksiin hiukkasten viskoosin vuorovaikutuksen rooli alkaa kasvaa; erittäin korkeissa pitoisuuksissa hiukkasten törmäysten vaikutus hallitsee hydrodynamiikan vaikutusta.
Dispergoituneen faasin matalista keskikonsentraatioista, hiukkasten keskinäisen vetovoiman puuttuessa, vallitsee hydrodynaaminen vuorovaikutus ja jos neste on newtonilainen, suspensio pysyy newtonilaisena. Kiinteän faasin pitoisuuden kasvaessa suspension viskositeetti kasvaa aluksi lineaarisesti, mutta keskipitoisuuksien alueella se saa epälineaarisen luonteen, ja pitoisuuden kasvaessa viskositeetin kasvunopeus kasvaa. ja suspensiovirtauksen luonne muuttuu ei-newtoniseksi. Tämä ilmiö selittyy suspension vierekkäisten kerrosten leikkausnopeuden vaikutuksella.
Kun hiukkasten välinen vetovoima lisääntyy, suspension viskositeetti kasvaa, koska dispergoidun faasin hiukkaset muodostavat muotoja, klustereita, agglomeraatteja tai rakennetta, mikä johtaa suspensiovirtauksen pseudoplastisen luonteen ja tiksotropian ilmenemiseen , koska hiukkasten muodostuminen ja rakenne ovat herkkiä siirtymiselle ja tuhoutuvat.
Kun hiukkasten välinen vetovoima kasvaa, suspension viskositeetti kasvaa, flokkulien lujuus kasvaa ja ne kestävät jonkin verran esijännitystä rikkoutumatta. Suspensio saavuttaa tässä tapauksessa myötörajan ja muuttuu viskoplastiseksi. Suuremmalla flokkien lujuudella suspension voidaan sanoa olevan muovia.
Hiukkasten välisellä heikolla ja keskisuurella vetovoimalla, mutta suurella dispergoituneen faasin pitoisuudella, rakeisen viskositeetin ominaisuudet vaikuttavat ja suspensio muuttuu tahnaksi. Jos sama vaikutus tapahtuu voimakkaalla vetovoimalla hiukkasten välillä, mutta alhaisilla dispergoidun faasin pitoisuuksilla, suspensio muuttuu geeliksi.
Rakenteen muodostuminen on seurausta dispergoidun faasin hiukkasten ja dispersioväliaineen välisestä energiavuorovaikutuksesta.
Suspensioiden dispergoitu faasi fysikaalis-kemiallisista ja pintaominaisuuksistaan sekä dispersioväliaineen ionisesta koostumuksesta sekä hiukkasten ja väliaineen hydrodynaamisesta vuorovaikutuksesta riippuen sitoo tietyn määrän nestettä ja muodostaa adsorptio-, solvaatti- ja kaksoissähköisiä kerroksia hiukkasten pinta , jotka ovat liikkumattomia hiukkasiin nähden. Nestekerros, jota hiukkaset yhdistävät faasien yhtenäisen vuorovaikutuksen ja hydrodynaamisen toiminnan seurauksena, on rajana. Sen paksuutta on vaikea laskea ja mitata. Joidenkin raporttien mukaan se on 0,5–1 μm ja pienenee dispersioväliaineen ympärillä olevan hiukkasvirtauksen nopeuden kasvaessa. Suspension maanvyörymävirtauksen aikana yksi nestekerros dispergoituneen väliaineen kanssa liukuu suhteessa toiseen.
Ajan myötä suspensio voi erottua osiinsa. Kykyä vastustaa tätä kutsutaan jousituksen vakaudeksi. On olemassa useita tapoja jakaa:
Tällaiset prosessit tapahtuvat sitä hitaammin, mitä viskoosimpi neste on ja mitä pienempiä aineosat ovat. Jos dispergoitu faasi koostuu hydrofobisista hiukkasista, niin lisäkiinnitykseen käytetään stabilointiaineita - hydrofiilisiä kolloideja, jotka tekevät hydrofobisista hiukkasista kostuvia. Purukumia , gelatoosia , metyyliselluloosaa ja muita käytetään stabilointiaineina [6] .
| Aineen termodynaamiset tilat | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Vaiheen tilat |
| ||||||||||||||||
| Vaiheen siirtymät |
| ||||||||||||||||
| Hajotusjärjestelmät | |||||||||||||||||
| Katso myös | |||||||||||||||||