Что такое удельная поверхность на какие свойства материалов она влияет

КАТЕГОРИИ:

Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 2441; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Рекомендуемые страницы:

Читайте также:

Степень дисперсности и удельная поверхность измельченных материалов.

Некоторые строительные материалы — вяжущие вещества, глины, пигменты и др. представляют собой дисперсные (т. е. находящиеся в значительной степени раздробленности) твердые частицы

(например, в цементе содержится 60—80 % частиц, имеющих размер от 1 до 40 мк).

Часто получение строительных материалов и изделий из тонкораздробленных порошков основано на том, что этот материал (например вяжущее вещество) взаимодействует с водой и образует продукты реакций, обусловливающих процесс твердения. В практике обычно требуется, чтобы на определенной стадии технологического процесса реакции вяжущих веществ с водой протекали быстро и, по возможности, полно. Одним из важных условий, обеспечивающих гидравлическую активность вяжущего вещества, т. е. активность по отношению к воде, служит достаточно высокая степень его дисперсности.

Известно, что химические изменения обусловливаются разностью внутренней энергии веществ, вступающих в реакцию, и продуктов реакции.

Внутренняя энергия зависит не только от вида и количества данного вещества, но и от его дисперсности. По мере прогрессирующего дробления значительно увеличивается суммарная поверхность его частиц или, иначе говоря, возрастает удельная поверхность, т. е. поверхность, отнесенная к единице объема или массы вещества. Удельную поверхность выражают, соответственно, в квадратных сантиметрах на кубические сантиметры (см2/см3, т. е. см-1) или см2/г. Последней размерностью пользуются чаще.

В табл. 1.1 показано возрастание удельной поверхности при прогрессирующем делении одного кубического сантиметра какого-либо вещества на частицы, имеющие условно кубическую форму.

Из таблицы видно, что по мере прогрессирующего дробления тела, взятого в определенном объеме, удельная поверхность увеличивается обратно пропорционально линейным размерам тела.

Физико-химические свойства поверхностного слоя дисперсных частиц сильно отличаются от свойств этого же вещества «в массе». Прилежащие к поверхности части данной дисперсной системы обладают особым запасом энергии. С увеличением поверхности вещества возрастает его химическая активность.

Так, исследования показывают, что при удельной поверхности 3000—3500 см2/г цемент химически связывает за два дня для нормального твердения 10—13 % воды, с возрастанием удельной поверхности до 3700—4000 см2/г связывается в тот же срок 14—16 % воды, при удельной поверхности 4500—5000 см2/г — 16—18 % воды. Соответственно, возрастает и прочность изделий. Так, при увеличении удельной поверхности цемента с 3000—3500 до 4000—5000 см2/г прочность

Таблица 1.1. Увеличение удельной поверхности при прогрессирующем дроблении тела

суточного бетона при нормальном твердении возрастает почти в два раза, а при пропаривании (т. е. при тепловлажностной обработке, применяемой для ускорения твердения бетонов) — в 2—2,5 раза.

Следовательно, с возрастанием степени дисперсности цемента достигается за определенный срок большая прочность бетона, или, что обычно применяется в практике, сокращаются сроки, необходимые для получения бетонов заданной прочности. Благодаря этому интенсифицируется производственный процесс, особенно при изготовлении бетонных и железобетонных изделий.

Аналогичный эффект, вызываемый повышением степени дисперсности компонентов реагирующей смеси, наблюдается в производстве известково-песчаных автоклавных изделий. Из природного кварцевого песка, извести и воды получают в автоклаве силикатные кирпичи или блоки, показывающие прочность при сжатии до 100— 150 кгс/см2. Если применить размолотый или другим способом тонкораздробленный песок, прочность изделий, носящих название си- ликальцитных, может превысить 500—800 кгс/см2.

Таким образом, степень дисперсности вещества оказывает большое влияние на технику, а также на экономику производства строительных материалов и изделий. Поэтому в технологии вяжущих веществ обычно стремятся к очень тонкому измельчению сырьевых и получаемых из них вяжущих материалов. Так, при изготовлении цемента, особенно цемента высоких марок и специального быстротвер- деющего, с большой тщательностью диспергируют известняк и глину, из которых готовят цементный клинкер, чтобы тем самым активизировать реакции между ними, протекающие в обжигательной печи; кроме того, в тонкий порошок размалывают продукт обжига — цементный клинкер.

Не так давно в нашей публикации мы рассматривали один из методов определения качества измельчения материала при использовании помольных шаров. Данный показатель основывался на определении «остаток на сите».  В данной статье рассмотрим другой метод, который подразумевает расчет «величины удельной поверхности».  Оба перечисленных показателя полностью характеризуют понятие «качество помола» и оптимальность измельчительного процесса в шаровых мельницах.

Удельная поверхность, или удельная площадь поверхности, — это суммарная поверхность всех частиц измельченного материала, как правило, дисперсного или пористого, разделенная на массу изучаемого материала. Удельная поверхность материала складывается из суммы площадей поверхности всех его зерен. Чем меньше размер этих зерен (тоньше помол), тем больше площадь их общей поверхности. Если частицы измельченного материала имеют развитую пористую поверхность, то площадь поверхности отдельно взятого зерна становится еще больше по сравнению с абсолютно гладким его аналогом, равным по геометрическим параметрам.

По показателю величины удельной поверхности (измеряется в см2/см3 или см2/г) можно судить о физических свойствах полученного после измельчения материала. Данный показатель измельчения материала очень важен при подготовке сырья для производства цемента, газобетона или обогащении полезных ископаемых.

Как же рассчитывается данный показатель? Для расчета теоретически мы предполагаем, что все частицы (зерна) в измельченном материале имеют одинаковый размер и шарообразную форму. В такой идеальной математической модели величина удельной поверхности S определяется по следующей формуле:

где n — число частиц, S и V — соответственно внешняя поверхность и объем частиц, имеющих диаметр δср.

Не будем сильно углубляться в формулы расчетов и теорию дисперсионного анализа измельченного материала. Сегодня все расчеты выполняются автоматически при помощи специальных приборов. В основном наши клиенты пользуются приборами серии ПСХ (приборы системы Ходакова).

В приборах серии ПСХ используется дисперсионный анализ методом определения газопроницаемости. Показатель газопроницаемости измельченного материала определяют по продолжительности времени фильтрации проходящего сквозь него воздуха. При этом за константу берут начальное и конечное разрежение воздуха (давление) в рабочем объеме прибора.  Для расчета удельной поверхности и среднего размера частиц используют удельный вес (плотность) изучаемого материала, массу и высоту его слоя в кювете.  Все процессы полностью автоматизированы, прибор сам рассчитывает величину удельной поверхности, газопроницаемость и средний размер частиц, который должен совпадать с результатами просеивания данного материала через набор сит. Прибор контролирует следующие параметры: время прохождения воздуха через загруженную пробу, температуру воздуха, давление в рабочей камере, вязкость воздуха и т.д. Эти устройства существенно уменьшают длительность проведения такого рода анализов. Так как все процессы (за исключение отбора пробы) полностью автоматизированы, точность измерения и правильность расчетов обеспечивается за счет сведения к нулю действия «человеческого фактора». Единственным условием получения точных результатов является постоянный контроль за исправностью устройства и проведение регулярных проверочных работ.

Для каждой отрасли промышленности есть свои требования к показателю удельной поверхности измельченного материала. Так, для производства газобетонных блоков, удельная поверхность готового шлама должна колебаться в пределах 2800-3300 см2/г. Для цемента этот диапазон составляет 2500-3500 см2/г (зависит от марки выпускаемого цемента).

Подводя итог нашей публикации, еще раз напомним нашим читателям, что правильно подобранные мелющие шары, которые используются в шаровой мельнице, являются основным фактором, который на прямую влияет на качество измельчения, что, в свою очередь, минимизирует затраты на измельчение одной тонны материала. 

Удельная поверхность — усреднённая характеристика размеров внутренних полостей (каналов, пор) пористого тела или частиц раздробленной фазы дисперсной системы.

Выражение удельной поверхности

Удельную поверхность выражают отношением общей поверхности пористого или диспергированного в данной среде тела к его объёму или массе. Удельная поверхность пропорциональна дисперсности или, что то же, обратно пропорциональна размеру частиц дисперсной фазы.

Значение удельной поверхности

От величины удельной поверхности зависят поглотительная способность адсорбентов, эффективность твёрдых катализаторов, свойства фильтрующих материалов. Удельная поверхность активных углей составляет 500—1500, силикагелей — до 800, макропористых ионообменных смол — не более 70, а диатомитовых носителей для газожидкостной хроматографии — менее 10 м2/г. Удельная поверхность характеризует дисперсность порошкообразных материалов: минеральных вяжущих веществ, наполнителей, пигментов, пылевидного топлива и др. Величина их удельной поверхности обычно находится в пределах от десятых долей до нескольких десятков м2/г.
Измеряемая величина удельной поверхности зависит от размеров сорбируемых молекул. Одно и то же вещество при сорбции крупных молекул имеет меньшую удельную поверхность, при сорбции мелких молекул имеет большую удельную поверхность. Для крупных молекул поверхность мелких пор, измеренная сорбцией мелких молекул, как бы и не существует. Поэтому, кроме удельной поверхности, важной характеристикой пористых тел является распределение поверхности пор по радиусам пор (распределение пор по радиусам).

Определение удельной поверхности

Удельную поверхность чаще всего определяют по количеству адсорбированного материалом инертного газа и по воздухопроницаемости слоя порошка или пористого материала. Адсорбционные методы позволяют получать наиболее достоверные данные.

Для определения удельной поверхности и распределения пор по радиусам пористых тел по теории БЭТ методом сорбции азота при температуре жидкого азота итальянская фирма Карло Эрба выпускала прибор «Сорптоматик» (время измерения — приблизительно один образец в сутки).

См. также

• Пористый материал

Ссылки

• Теория Брунауэра, Эммета, Теллера (БЭТ)
• Теория Дубинина
• https://web.archive.org/web/20090319121618/https://colloid.distant.ru/tests/3.2.2/3.2.2.htm 3.2.2. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ
• https://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=7705&p_page=5 9. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ
• https://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_35.html Адсорбция
• https://web.archive.org/web/20110501192405/https://e-science.ru/index/?id=43 Адсорбция
• https://www.ximicat.com/ebook.php?file=vojutsky_kol.djv&page=33 Курс коллоидной химии
• https://web.archive.org/web/20130527162312/https://www.muctr.ru/univsubs/infacol/fen/faculties/f5/courses/1.php Поверхностные явления и дисперсные системы
• https://www.polymem.ru/research03.php Теория кооперативной полимолекулярной сорбции
• https://web.archive.org/web/20130610011813/https://chem.kstu.ru/butlerov_comm/vol2/cd-a3/data/jchem%26cs/russian/n6/appl6/yal2001/1sdms33/1sdms33.htm Физическая адекватность уравнений сорбционного равновесия в набухающих полимерных системах.
• https://web.archive.org/web/20130603171343/https://www.france-scientifique.fr/fileadmin/user_files/manuals/Manuel_SORPTOMATIC_1990_EN.pdf Sorptomatic 1990 Insruction Manual
• https://web.archive.org/web/20160304213901/https://www.prager-elektronik.at/datenblaetter/porotec/SORPTOMATIC.pdf Sorptomatic Product

Specifications

Эта страница в последний раз была отредактирована 18 апреля 2020 в 08:52.