Пористость в слое осадка

С физической точки зрения в основе процессов обезвоживания продуктов обогащения лежит фильтрация – течение жидкости (воды) через пористую (зернистую) среду, то есть слой осадка. Значительное влияние на процесс и результаты обезвоживания оказывает структура пористой среды, которая зависит в основном от гранулометрического состава обезвоживаемого продукта и определяет проницаемость осадка, то есть способность пропускать жидкость, и сопротивление её движению жидкости. Структуру пористой среды принято характеризовать такими показателями, как пористость, удельная поверхность, эффективный диаметр.

Под пористостью среды понимают ее свойство, обусловленное совокупностью пустот (пор), заключенных между отдельными частицам или их агрегатами. Пористость в слое осадка характеризуется двумя коэффициентами – пористостью и коэффициентом пористости.

Пористость – отношение суммарного объема пор (пустот) к объему всего материала в насыпке

, (1.5)

где V₁ – объем материала в насыпке (с учетом пор); ;

V₂ – объем твердых частиц; ;

V₁ – V₂ – объем пор;

Q – масса порошка;

d_Н – насыпная плотность материала;

d_Т – истинная плотность (в монолите).

Тогда . (1.6)

Коэффициент пористости – отношение суммарного объема пор к объему твердых частиц (без учета пор):

; (1.7)
. (1.8)

Пористость и коэффициент пористости связаны соотношением

. (1.9)

Величина пористости зависит от способа укладки частиц в слое материала. Различают кубическую и гексагональную укладки (рис. 1.3).

а б
Рис. 1.3. Способы укладки частиц:
а – кубическая, q=90°; б – гексагональная, q=60°

Если частицы сферической формы имеют кубическую укладку, то пористость такого порошка постоянна и m=0,476. Если частицы этой же крупности уложить в гексагональную укладку, то m=0,26. При более плотной гексагональной укладке осадка частицы будут удерживать меньшее количество капиллярной влаги, но удалить такую влагу будет труднее. Радиус капилляра при гексагональной укладке в 4,7 раза меньше (r₁/r₂=4,7), следовательно, сила капиллярного давления, удерживающая влагу, будет во столько же раз больше. Для реальных порошков пористость изменяется от 0,34 для частиц правильной формы, близкой к кубической, до 0,9 для тонких пластинчатых частиц.

Для классифицированного материала пористость является примерно постоянной величиной для узких классов крупности. В материалах полидисперсной крупности мелкие частицы заполняют промежутки между крупными, уменьшая общий объем пустот. Пористость таких порошков значительно ниже. На практике обезвоживаемые продукты обогащения представляют собой, как правило, полидисперсные системы, размеры частиц в которых колеблются в широких пределах.