Charakterystyka granulometryczna jest jednym z ważniejszych parametrów opisujących właściwości zawiesiny, od wielkości ziaren zależy np. efektywność procesu sedymentacji. Najczęściej jest przedstawiana z użyciem parametrów roz-kładów zmiennych losowych. Parametry charakterystyczne zmiennej losowej po-zwalają na spójne i dokładne określenie składu granulometrycznego badanej zawie-siny [119–121].
Do opisu rozkładu wielkości ziaren możemy stosować rozkład logarytmiczno-normalny, trójparametryczny uogólniony rozkład Gamma wg. Nipla, ale również rozkład Rosina-Rammlera, Martina, Andersona czy Maxwella [86]. Najczęściej stosowanymi rozkładami do opisu wielkości ziaren są [122]:
rozkład logarytmiczno-normalny, który jest modyfikacją rozkładu normal-nego, pozbawioną ujemnych wartości rozmiarów ziaren. W tym celu stosuje się logarytmy wielkości ziaren.
( ) = 1 √2 − 1 2 − (6.1) gdzie:
( ) – częstość występowania ziaren o rozmiarze d,
– wartość średnia logarytmów normalnych rozmiarów ziaren, – odchylenie standardowe rozmiarów ziaren.
uogólniony rozkład gamma jest generalizacją kilkunastu rozkładów stosowa-nych do opisu wielkości ziaren, m.in. Weibulla, Martina, χ2 i innych [86] i ma następującą postać:
( ; , , ) =
Γ( ) − (6.2)
gdzie:
( ) – częstość występowania ziaren o rozmiarze d, – parametr kształtu,
– parametr skali,
n – liczba stopni swobody.
Istnieje wiele metod służących do badania uziarnienia zawiesin. W niniejszej pracy charakterystyka granulometryczna zawiesiny została wyznaczona przy uży-ciu: wagi sedymentacyjnej oraz dyfraktometru laserowego. Do weryfikacji rozmia-rów oraz kształtu ziaren wykorzystano skaningowy mikroskop elektronowy.
53
Waga sedymentacyjna
Konstrukcja wagi sedymentacyjnej wraz z oprogramowaniem jest autorskim rozwiązaniem pracowników Katedry Systemów Energetycznych i Urządzeń Ochrony Środowiska [123].
Rys. 6.1. Widok ogólny stanowiska wagi sedymentacyjnej
Opis stanowiska
Stanowisko (rys. 6.1) jest złożone z wagi elektronicznej firmy Mettler-Toledo AT 460 (umieszczonej na statywie), szalki podwieszanej od spodu wagi oraz cylin-dra sedymentacyjnego (cylinder pochodzi z oryginalnej wagi pneumonicznej WA-32.
Tabela 6.3. Parametry wagi sedymentacyjnej
Parametr Wartość Czułość 1 mg (0,1 mg) Zakres pomiarowy 405 g (62 g) Zakres tarowania 405 g Powtarzalność wskazań 0,3 mg Liniowość wskazań ±1,4 mg
Interfejs zewnętrzny RS-232, dwukierunkowy Dryft temperaturowy ±1,5 ppm/ºC
Wrażliwość ±0,00015 %
54
Waga jest wyposażona w funkcję samokalibracji, umożliwiającej kompensację wpływu temperatury oraz drgań pochodzących ze środowiska zewnętrznego (za-stosowano bezwładnościowy tłumik drgań). Ponadto zastosowanie modułu Delta-Range zwiększa czułość pomiarową urządzenia. Waga sedymentacyjna poprzez in-terfejs RS–232 ma możliwość podłączenia do dowolnego urządzenia komunikują-cego się zgodnie z tym standardem. Komunikacja realizowana jest w trybie znako-wym ASCII, a wyniki są zapisywane w sposób ciągły. Parametry wagi zostały ze-stawione w tabeli 6.3.
Metodyka pomiaru
Do cylindra pomiarowego wagi sedymentacyjnej wprowadzono określoną ob-jętość uprzednio ujednorodnionej, zawiesiny węglowej, następnie uzupełniano zde-mineralizowaną i odgazowaną wodą do objętości 300 cm3. Ujednorodnienie zawie-siny wykonano w zbiorniku wyposażonym w mieszadło szybkoobrotowe. Czas po-miaru na wadze sedymentacyjnej wynosi od 2 do 12 godzin (zależy od rodzaju ba-danej zawiesiny). Dla zawiesiny węglowej przyjęto czas pomiaru równy 6 godzin, a częstość pomiarów wynosiła 1s.
Wynikiem przeprowadzonych pomiarów jest zbiór wartości stanowiący zależ-ność masy osadzonej (frakcji stałej) zawiesiny na szalce w funkcji czasu [123]. Na podstawie otrzymanych wartości wyznaczane są parametry składu ziarnowego sta-tystycznej funkcji losowej. W badaniach przyjęto funkcję rozkładu logarytmiczno– normalnego
Interpretacja wskazań wagi sedymentacyjnej
Badanie charakterystyki granulometrycznej, przy użyciu wagi sedymentacyj-nej, oparte jest na ciągłym pomiarze zależności masy cząstek sedymentujących
( ) na szalce, w zależności od czasu sedymentacji . Wynikiem pomiaru jest ciąg punktów { ( ), }, stanowiący reprezentacje funkcji M(t). Uwzględniając założenie nieskończenie długiego czasu pomiaru (w praktyce kilkanaście godzin) wyznaczana jest początkowa (mmin=m(t=0)) oraz końcowa (mmax=m(t=∞)) masa cząstek osadzonych na szalce. Następnie funkcja M(t) jest transformowana w funk-cję m(t) o wartościach należących do przedziału otwartego (0,1):
( ) = ( ) − ( = 0)
( = ∞) − ( = 0) (6.3)
Na podstawie funkcji m(t) można wyznaczyć wartość dystrybuanty rozkładu wielkości ( ), dla dowolnie wybranej wielkości cząstki :
55
Dystrybuanta rozkładu wielkości cząstek ( ) reprezentuje udział masowy cząstek o wielkości d mniejszej od : u(d< ).
Zależność pomiędzy czasem t a wielkością cząstki wynika z równania Stokesa. Dla cząstek ziarnistych, prędkość opadania ziarna ( ) w nieruchomym ośrodku, w warunkach laminarnego opływu cząstki wynosi:
= ℎ= 1 18
−
(6.5) gdzie:
– gęstość fazy stałej zawiesiny, – gęstość fazy ciekłej zawiesiny,
– dynamiczny współczynnik lepkości fazy ciekłej, ℎ – wysokość warstwy zawiesiny nad szalka wagi,
– przyspieszenie ziemskie.
Efektywność procesu sedymentacji wyznaczamy po przekształceniu zależno-ści m(t) dla funkcji gęstozależno-ści rozkładu określonego równaniem (rozkład logaryt-miczno-normalny):
= 1 − ( ) + 1 ( ) (6.6)
Po analitycznym rozwiązaniu całek z równania 6.6 otrzymujemy zależność efektywności sedymentacji wartości dystrybuanty rozkładu normalnego ( ) od rozmiaru cząstki granicznej, dla rozkładu logarytmiczno–normalnego [7] w następującej postaci:
= 1 − − + 2 − −
∙ − − 2 (6.7)
Wynikiem pojedynczego pomiaru jest zbiór punktów, o liczebności zależnej od czasu trwania pomiaru (od kilkuset do kilkudziesięciu tysięcy), stanowiący dys-kretną reprezentacje funkcji (6.7). Na podstawie uzyskanych wyników należy wy-znaczyć parametry m oraz . Problem obliczeniowy stanowi aproksymacja znanego zbioru punktów (wyniki pomiarów) za pomocą zależności wyrażonej równa-niem 6.7. Ze względu na kompleksowość problemu do obliczeń wykorzystano nu-meryczne metody minimalizacji sumy kwadratów odchyłek pomiędzy wartościami zmierzonymi, a wartościami obliczonymi z aproksymacji równania 6.7. Obliczenia numeryczne zrealizowano przy użyciu autorskiego oprogramowania pracowników
56
Katedry systemów Energetycznych i Urządzeń Ochrony Środowiska opartego na pakiecie minuit z zasobów biblioteki procedur numerycznych CERN Library.
Wyniki oznaczeń
Wyniki oznaczeń składu granulometrycznego zawiesiny węglowej w postaci parametrów rozkładu logarytmiczno–normalnego zestawiono w tab. 6.4.
Tabela 6.4. Wyniki pomiarów z wagi sedymentacyjnej
Próbka Parametry rozkładu
Estymator regresji R2 m σ wt-01-01 2,57 0,28 0,999 wt-01-02 2,52 0,27 0,999 wt-01-03 2,46 0,26 0,999 wt-01-04 2,46 0,27 0,998 wt-01-05 2,43 0,28 0,998 wt-01-06 2,53 0,54 0,994 wartość średnia 2,495 0,317 0,998 Dyfraktometria laserowa
W odróżnieniu od metody oznaczania wielkości ziaren i cząstek z użyciem wagi sedymentacyjnej, zjawisko dyfrakcji pozwala na uzyskanie wyników w bar-dzo krótkim czasie (poniżej sekundy) [124].
Oznaczenie wielkości cząstek metodą tą wykonano za pomocą dyfraktometru lase-rowego Mastersizer 2000E.
Dyfrakometr laserowy Mastersizer 2000E
Analizator Mastersizer 2000E (rys. 6.2), firmy Malvern, wykorzystuje zjawi-sko dyfrakcji monochromatycznego promieniowania lasera neonowo–helowego. Fazą rozproszoną są cząstki fazy stałej (ziarna, flokuły), a fazą rozpraszającą jest powietrze lub dowolna ciecz (woda, rozpuszczalniki organiczne).
57
Rys. 6.2. Dyfraktometr laserowy Mastersizer 2000E [125]
Podstawowe parametry użytego dyfraktometru Mastersizer 2000E zestawiono w tabeli 6.5.
Tabela 6.5. Specyfikacja analizatora MasterSizer 2000E
Mierzony parametr wielkość cząstek
Zakres pomiarowy 0,02-2000 µm
Źródło światła laser helowo-neonowy, laser na ciele stałym
Przystawka dyspergująca Hydro 2000 MU
Dyspergowanie na mokro (woda)
Zasada pomiaru dyfrakcja laserowa z teorią rozpraszania Mie
Rozbijanie aglomeratów sonda ultradźwiękowa
Cząstki ciała stałego powodują dyfrakcję spójnej wiązki promieniowania lase-rowego, które ulega ugięciu na krawędziach cząstek pod różnymi kątami zależnymi od rozmiarów cząstek. Natężenie rozproszonego pod różnymi kątami promienio-wania jest następnie mierzone przez czujniki, znajdujące się w komorze detekto-rów. Mastersizer 2000E jest wyposażony w 44 czujniki, podzielone na: tarczę de-tektora głównego (rejestrującego promieniowanie rozproszone w kierunku „na wprost”), czujniki rozproszenia wysokokątowego oraz czujniki rozproszenia wstecznego.
Szczególnym rodzajem czujnika jest tzw. detektor obskuracji, jest to czujnik ustawiony w osi optycznej analizatora (pod kątem 0°), służący do określenia bieżą-cego osłabienia optycznego natężenia promieniowania przechodząbieżą-cego przez próbkę, tzw. obskuracji. Sygnały z czujników są rejestrowane przez układ elektro-niczny analizatora, a następnie w postaci zbioru natężeń promieniowania przesy-łane do komputera sterującego, w którym są przetwarzane na rozkład wielkości
58
cząstek w próbce, z użyciem wybranego modelu rozpraszania promieniowania (Fraunhoffera lub Mie).
Próbka jest dostarczana do jednostki głównej analizatora z urządzenia zwanego dyspergatorem lub przystawką dyspergującą. Badania wykonywano z użyciem standardowej przystawki dyspergującej Hydro MU wyposażonej w pompkę wirni-kową, sterowaną manualnie. Do rozbijania aglomeratów wykorzystano głowicę ul-tradźwiękową.
Metodyka pomiarów
Do zlewki zawierającej 900 cm3 odgazowanej wody wprowadzano ok. 100 cm3
surowej nadawy, uzyskując wskaźnik obskuracji mieszczący się w zakresie 10÷15%. Tłoczenie próbki do komory pomiarowej analizatora realizowano z uży-ciem pompki wirnikowej z przystawki Hydro MU, pracującej z obrotami 2200 rpm. Dla zminimalizowania błędów stochastycznych pomiar powtórzono 15-krotnie, zaś wynik stanowi średnią z tych pomiarów.
Metodyka oznaczania charakterystyki granulometrycznej przelewu różniła się od procedury oznaczania charakterystyki dla surowej zawiesiny. Ze względu na klarowność próbki pobranej z przelewu nie było konieczności rozcieńczania próbki. Ze względy na spodziewaną nietrwałość cząstek przeprowadzono serię kil-kunastu krótkich pomiarów. Każdy pomiar przeprowadzany był w odstępach 10 sekundowych.
Wyniki badań uziarnienia nadawy
Rozkład wielkości ziaren w analizowanej próbce przedstawiono na rysunku (rys. 6.3). Wyznaczone parametry uziarnienia nadawy, bez dodatku flokulanta, są następujące: d10=1,617 μm, d50=11,625 μm, d90=68,706 μm.
59
Wykres rozkładu wielkości ziaren jest zbliżony w kształcie do często stosowa-nego rozkładu logarytmiczno-normalstosowa-nego. Aby umożliwić porównanie wyników tego oznaczenia z wartościami literaturowymi, które bardzo często są podane w formie parametrów logarytmiczno-normalnego rozkładu wielkości ziaren, wartości z histogramu częstości występowania ziaren o określonych rozmiarach zostały przeliczone na parametry logarytmiczno-normalnego rozkładu wielkości cząstek. Przeliczenia zostały wyznaczone przy użyciu autorskiego programu komputero-wego. Wartości parametrów rozkładu logarytmiczno-normalnego dla badanej próbki są następujące: m = 2,35, σ = 1,29. Wartości statystyk korelacji wskazywały na bardzo dobrą zgodność analizowanego rozkładu z rozkładem logarytmiczno-normalnym: R=0,909.
Wyniki badan uziarnienia nadawy z dodatkiem flokulanta
Rozkład wielkości ziaren w analizowanej próbce nadawy z dodatkiem floku-lanta (rys. 6.4) został przedstawiony w postaci pęku krzywych (ze względu na kilka serii pomiarowych realizowanych w krótkich odstępach czasowych). Stosowany flokulant to FLOPAM AN 932, w dawce wynoszącej 200 ppm.
Rys. 6.4. Rozkład wielkości cząstek w nadawie z dodatkiem flokulanta
(1, 2, 3... – kolejno zmierzone rozkłady wielkości cząstek w odstępach 10s.)
W przypadku rozkładu wielkości ziaren w nadawie z dodatkiem flokulanta wy-raźnie widoczna jest obecność dwóch populacji cząstek: cząstek większych (d ~ 800 μm) oraz cząstek mniejszych (d ~ 10÷100 μm). Duża nietrwałość struk-tury cząstek fazy stałej w badanej zawiesinie jest spowodowana tym, że nie są one ziarnami mineralnymi, lecz sflokulowanymi cząstkami fazy mineralnej. Inten-sywne mieszanie za pomocą pompy wirnikowej (2200 rpm), powoduje rozbijanie struktury cząstek większych (intensywna destrukcja większych cząstek), co prowa-dzi do zaniku frakcji d ~ 800μm, i pojawianiu się frakcji d ~ 40÷70μm w coraz większym udziale. Wraz z upływającym czasem mieszania średni rozmiar cząstek przesuwał się w kierunku cząstek drobniejszych.
60
Morfologia cząstek ciała stałego w nadawie z dodatkiem flokulanta Podczas oznaczania rozkładu wielkości ziaren z nadawy (z dodatkiem floku-lanta) zauważalny był rozpad większych cząstek na cząstki mniejsze. Z tego po-wodu dla tych cząstek podjęto próbę określenia morfologii cząstek poprzez wyzna-czenie wymiaru fraktalnego. Procedura wyznaczanie wymiaru fraktalnego została szczegółowo opisana w [126]. Wyniki pomiarów zostały zestawione w postaci za-leżności: log I=f(log Q) przedstawionej na wykresie (rys. 6.5).
Rys. 6.5. Wyznaczenie wymiaru fraktalnego próbki nadawy z flokulantem
Rys. 6.6. Wyznaczenie wymiaru fraktalnego próbki nadawy bez flokulanta
y = -2,4063x - 7,7336 R2 = 0,9997 y = -1,8491x - 5,8301 R2 = 0,9997 -4,0 -3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 -5,6 -5,1 -4,6 -4,1 -3,6 -3,1 -2,6 -2,1 log Q [nm-1] lo g I [-]
KWK Janina - Nadawa z flokulantem
-3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 -5,6 -5,1 -4,6 -4,1 -3,6 -3,1 -2,6 -2,1 log Q [nm-1] lo g I [-]
61
Na podstawie rys. 6.5 można stwierdzić, że w pewnym przedziale przedsta-wiona zależność ma charakter liniowy. Dowodzi to obecności uporządkowanej struktury samopodobnej – budowy fraktalnej. Dodatkowo widoczne jest istnieje dwóch podzakresów w przebiegu tej zależności, czyli występują różnie uporządko-wane struktury posiadające różne wartości wymiaru fraktalnego. Z tego powodu można stwierdzić, że cząstki ciała stałego w przelewie nie są ziarnami, ale zbiorami ziaren (flokami), posiadającymi dwa wymiary fraktalne charakterystyczne: 1,85 i 2,41. Pierwsza wartość oznacza, że ziarna mają strukturę pomiędzy liniową a pła-ską. Wartość 2,41 oznacza, że strukturę ziaren znajduje się pomiędzy płaską a prze-strzenną.
W przypadku badania próbki nadawy (rys. 6.6) nie wykazano występowania zakresu fraktalnego. Związane jest to z występowaniem pojedynczych ziaren, które nie tworzą zorganizowanych struktur.
Oznaczenie składu chemicznego zawiesiny węglowej
W celu uzyskania wiedzy o składzie chemicznym cząstek badanej zawiesiny węglowej przeprowadzono badania mające na celu identyfikację chemiczno-mine-ralogiczną próbek fazy stałej badanej zawiesiny.
Za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego Hitachi SU–70 sprzężo-nego z systemem EDAX został określony skład chemiczny cząstek badanej zawie-siny oraz udział procentowy wybranych pierwiastków w badanej próbce. Dodat-kowo zastosowanie elektronowego mikroskopu skaningowego pozwala na określe-nie mikrostruktury, kształtu i rozmiaru pojedynczych ziaren.
Oznaczenie składu chemicznego zostało przeprowadzone z zastosowaniem atomowej spektrometrii emisyjnej z wzbudzaniem plazmowym (ICP-AES) z wy-korzystaniem Spektrometru Emisyjnego z Plazmą Wzbudzoną Indukcyjne OPTIMA 7300 DV firmy Pekin Elmer.
Próbki zawiesiny roztworzone zostały w mineralizatorze mikrofalowym w spektralnie czystych: stężonym (65%) kwasie azotowym oraz 40% HCl, w tempe-raturze 230ºC, pod ciśnieniem 30 atm. Wykorzystana metoda pozwala na oznacza-nie pierwiastków wzbudzających się w plazmie argonowej.
Skład fazowy został oznaczony za pomocą dyfraktometrii rentgenowskiej na próbce, które została przefiltrowana, wysuszona w temperaturze pokojowej. Bada-nie wykonano z użyciem aparatu XPert PRO firmy Panalytical, w geometrii Bragg-Brentano z monochromatorem Johanssona. Źródłem promieniowania była lampa rentgenowska o liniowym ognisku i anodzie Cu.
Skład chemiczny i fazowy
Skład chemiczny fazy stałej zawiesiny węglowej przedstawiono w tabeli 6.6 (metoda ICP-AES), a skład fazowy na dyfraktogramie rentgenowskim (rys. 6.7).
Z otrzymanych wyników wynika, że w zawiesinie węglowej dominują głównie związki krzemu oraz związki glinu, które posiadają 90% udziału w badanej próbce. Przedstawione wyniki w tabeli 6.6 są zgodne z danymi literaturowymi [127, 128] opisującymi składy chemiczne i fazowe tego typu zawiesin (dominujące związki
62
krzemu), z tym że w przypadku badanej zawiesin zwraca uwagę wysoki udział glinu oraz niska zawartość żelaza.
Tabela 6.6. Skład fazowy zawiesiny węglowej
Związek chemiczny Udział procentowy [%]
Al2O3 44,97 CaO 1,29 Fe2O3 2,84 K2O 2,05 MgO 1,25 Na2O 1,43 SiO2 45,90 TiO2 0,02 Suma 99,75
Rys. 6.7. Skład fazowy zawiesiny węglowej – dyfraktogram rentgenowski
Przedstawiony dyfraktogram (rys. 6.7) potwierdza badania analityczne i wska-zuje, że fazą dominującą jest krzemionka oraz minerały ilaste takie jak kaolinit i illit. Obok tych minerałów w zawiesinie występuje również dolomit oraz hematyt.
63
Obrazowanie SEM oraz SEM + EDS (analiza składu)
Badania mikrostruktury (rys. 6.8÷6.11) wykonane z użyciem mikroskopu ska-ningowego (SEM z ang. Scanning Electron Microscope) pozwoliły również na określenie kształtów ziaren fazy stałej badanej zawiesiny. Przedstawione obrazy mikrostruktury badanych próbek pozwalają kolejno stwierdzić, że w skład bada-nych próbek wchodzą ziarna o zróżnicowabada-nych nie tylko rozmiarach, ale i kształ-tach (w zobrazowanej płaszczyźnie ziarna przyjmują kształty trójkątne – rys. 6.9, prostokątne – rys. 6.8 czy wydłużone – rys. 6.10) oraz można stwierdzić struktury charakterystyczne dla minerałów z grupy minerałów ilastych rys. 6.11). Na rysun-kach 6.8 oraz 6.9 zostały wyznaczone wymiary poszczególnych ziaren. Uzyskane wartości (ziarna o wielkości od kilku do kilkudziesięciu μm) potwierdzają wielkość ziaren wyznaczonych z użyciem wagi sedymentacyjnej oraz dyfraktometru lasero-wego.
Rys. 6.8. Zdjęcie SEM (powiększenie 200x) Rys. 6.9. Zdjęcie SEM (powiększenie 1000x)
Rys. 6.10. Zdjęcie SEM (powiększenie 400x) Rys. 6.11. Zdjęcie SEM (powiększenie 6000x)
Badania składu chemicznego i fazowego zostały potwierdzone badaniami SEM/EDS (EDS z ang. Energy Dispersive Spectroscopy) na rys. 6.12÷6.14.
64
Rys. 6.12. Analiza SEM + EDS (powiększenie 300x)
Rys. 6.13. Zdjęcie SEM (powiększenie 300x) Rys. 6.14. Analiza SEM + EDS (pierwiastek Ca)
Przedstawiony na rys. 6.12 przeciętny skład chemiczny próbki fazy stałej ba-danej zawiesiny potwierdza dominującą zawartość w składzie chemicznym baba-danej próbki glinu i krzemu, z kolei rys. 6.13 i 6.14 potwierdzają obecność dolomitu (sku-mulowana obecność pierwiastka Ca) w próbce badanej zawiesiny węglowej.
65
Podsumowanie
Przedstawione wyniki badań wybranych właściwości zawiesiny węglowej po-branej z zakładów mechanicznej przeróbki węgla kamiennego wyraźnie wskazują, że jest to zawiesina drobnoziarnista (co wynika z analizy rozkładu wielkości ziaren z rys. 6.3). Średnia wielkość ziaren w nadawie jest mniejsza niż 12 μm, co powo-duje konieczność zastosowania procesów flokulacji lub koagulacji, w procesie se-dymentacji, w celu zbicia ziaren zawiesiny większe cząstki (cząstki opadają szyb-ciej niż pojedyncze ziarna).
Ziarna badanej zawiesiny charakteryzują się rożnymi kształtami ziaren (w zo-brazowanej płaszczyźnie), począwszy od ziaren podłużnych, poprzez ziarna o kształcie trójkątnym, do ziaren o kształcie prostokątnym. Kształt cząstek zawiesiny (zwykle niekulisty) powoduje powstawanie struktury gąbczastej podczas sedymen-tacji, gdzie w porach pozostaje zamknięta woda, co wpływa na zmniejszenie stop-nia kompresji, a tym samym na spadek efektywności procesu sedymentacji.
Próbka nadawy z dodatkiem flokulanta zawiera sflokulowane ziarna z nadawy, tworzące struktury o dwóch populacjach. Floki większe chociaż są zwarte (wymiar fraktalny: 2,41) jednak są bardzo nietrwałe i ulegają rozbiciu nawet poprzez mie-szanie. Floki drobniejsze są trwalsze, chociaż mają mniej zwartą budowę (wymiar fraktalny: 1,85). Średnia wielkość ziaren w nadawie jest mniejsza niż 36 μm, co potwierdza zasadność stosowania procesu flokulacji w celu intensyfikacji procesu sedymentacji (wraz ze zwiększającą się średnicą ziarna rośnie prędkość opadania pojedynczego ziarna).
Dodatkowo w składzie fazowym badanej zawiesiny węglowej stwierdzono obok kwarcu obecność takich minerałów ilastych jak kaolinit i illit, które charakte-ryzują się specyficzną budową i obecnością ładunków na powierzchniach swoich cząstek, co powoduje trudności w ich sedymentacji [129] oraz pociąga za sobą ko-nieczność zastosowania specyficznych rozwiązań technicznych, np. zastosowanie sedymentacji wielostrumieniowej (zwiększenie powierzchni sedymentacyjnej). Niezbędne jest przeprowadzenie badań statycznych procesu sedymentacji, aby określić potrzeby wspomagania sedymentacji wielostrumieniowej innymi techni-kami intensyfikacji procesu sedymentacji (np. procesu koagulacji lub flokulacji).
66
7. Badania laboratoryjne procesu sedymentacji
w warunkach statycznych
Badania laboratoryjne procesu sedymentacji w warunkach statycznych należą do podstawowych badań pozwalających obserwować przebieg procesu sedymenta-cji badanej zawiesiny oraz określić możliwość jej sedymentasedymenta-cji, czy też wpływ uży-cia techniki wkładów wielostrumieniowych (zwiększenie powierzchni sedymenta-cji). Badania te polegają na wyznaczeniu oraz interpretacji krzywej sedymentacyj-nej. Podstawy teoretyczne do przeprowadzenia badań statycznych zostały opisane w rozdziale 2.