沉降法测定粒度分布

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1、沉降法测定粒度分布一实验目的1.用扭力天平测定白土的粒度分布。2.掌握粒度分布的数据处理方法。3.了解计算机与电子天平联用测绘沉降曲线、拟合曲线方程、研究粒度分布的原理与方法。二实验原理粒度分布测定是指使一悬浮液中的粒子在重力场作用下而沉降，从不同时间内的沉降量求得不同半径粒子相对量的分布。它的测定理论根据是基于斯托克斯(Stokes)定律的力平衡原理：假设半径为r的球形粒子在重力作用下，在粘度为η的均相介质中以速度为υ作等速运动，则粒子所受到的阻力(摩擦力)f由下式决定：f=6πηrυ(2-78)由于粒子作等速运动，所以这一摩擦力应等于粒子所受的重

2、力43πr(ρ−ρ)g，即30436πηrυ=πr(ρ−ρ)g(2-79)30−1式中η为介质粘度(Pañs)，υ为粒子沉降速度(mñs)，ρ为粒子密度−3−3−2(kgñm)，ρ0为介质密度(kgñm)，g为重力加速度(mñs)。由式(2-79)可得9ηvr=(2-80)2(ρ−ρ)g0若已知η、ρ、ρ0，则测定粒子沉降速度υ，就可算得粒子半径r值。设沉降前不同半径的粒子均匀地分布在介质中，而且半径相同的粒子沉降速度都相等。若悬浮液中只有一种同样大小的粒子，在沉降天平中测定该悬浮液在不同时间t内沉降在盘中的粒子质量m，作出的m～t曲线(沉降曲线)应

3、该是一条通过原点的直线OA，如图2-45(a)所示。当时间至t1时，处在液面的粒子亦已沉降到盘上，即沉降完毕，其总沉降量为mc。此后mc～t即成为平行于横轴的直线。根据盘至液面的距离h和t1可以算出这种粒子的沉降速度υ：hυ=(2-81)t1图2-45简单的沉降曲线将此式代入式(2-70)，则粒子的半径r：9ηhr=(2-82)2(ρ−ρ0)gt1相应的沉降时间为：9ηht=(2-83)122g(ρ−ρ)r0对于含有两种不同半径粒子的系统，其沉降曲线形状如图2-45(b)所示。在大粒子沉降时总是伴随着小粒子的沉降，OA段反映了大粒子和一部分小粒子的共

4、同沉降，因此斜率较大。至t1时，大粒子全部沉降完毕。此后只剩下较小的粒子继续沉降，因此沉降曲线发生转折，沿AB段上升。至t2时，小粒子也沉降完毕。mc为两种粒子在沉降盘上的总质量。为了求两种粒子的相对含量，可将线段AB延长，交纵轴于S。OS即为第一种(较大的)粒子的质量，mcS即为第二种(较小的)粒子的质量。因为线段AB是表示只剩下第二种粒子时的沉降曲线，所以其斜率BB'∆m为这种粒子在单位时间内的沉降量。显然，在t2时间内沉降的SB'∆tBB'小粒子质量应为×Ot2=BB'=mcS。将总量减去小粒子的量，即为SB'第一种大粒子的量，所以Omc−mc

5、S=OS为第一种粒子的沉降量。实际上所遇到的悬浮液均为粒子半径连续分布的体系，即多级分散体系。其沉降曲线见图2-46。在某一时间t1，已沉降的粒子质量为m1，按大小可分为两部分。一部分半径大于r19ηhr1=的2g(ρ−ρ0)t1粒子已全部沉降，另一部分半径小于r1的粒子仍在继续沉降。过A点作切线图2-46多级沉降曲线与纵轴交于S1，则m1S1表示半径小于r1的粒子在t1时间内的沉降量，而OS1则表示半径大于r1的粒子全部沉降的量。到t2时，可作B点切线与纵轴交于S2，OS2表示半径大于r2的粒子全部沉降的量，m2S2表示半径小于r2

6、的粒子在t2时间内沉降的量。同理，OS3表示半径大于r3的粒子全部沉降的量，等等。因此，OS2−OS1=S1S2=∆S1-2表示半径处于r1和r2之间的粒子的量。同样，S2S3=∆S2-3表示半径处于r2和r3之间的粒子的量。若沉降总∆S1−2量为mc，则×100%表示半径处于r1和r2之间的粒子的量占粒子mc总量的百分数，以此类推。∆S定义为分布函数，以mc⋅∆r分布函数对r作图，即可得到如图2-47所示的粒度分布图。三试剂与仪器试剂：去离子水，400目白土。仪器：JN-B-500精密扭力天平，超级恒温槽，密度图2-47粒度分布图瓶。JN–B–50

7、0精密扭力天平及实验装置见图2-48所示。四实验步骤1.称取约2.5g的400目白土在沉降筒内，加500mL去离子水配制成沉降液。2.开启超级恒温槽，使沉降筒达到实验指定温度。3.查看扭力天平是否放置水平，不然则调整之。逆时针关闭天平上的制动旋钮5，小心挂上沉降盘。注意勿碰悬挂臂，因为这样会造成天平损坏。4.打开磁力搅拌器，剧烈搅拌沉降液，务必使所有的粒子都均匀悬浮在介质中。5．关闭搅拌器，立即用玻棒搅拌悬浮液，消除由于磁力搅拌所产生的离心作用。6迅速放好沉降筒，悬挂沉降盘，并开启扭力天平的制动旋钮，旋转读数旋钮，使平衡指针1指在中线位置，并且指针与

8、镜子中的影象重合，记录下读数指针2所指的读数。(5、6两步操作应在关闭搅拌器后20秒内完成。)7．旋转读数旋