Det finnes direkte og indirekte metoder for å bestemme formen på partikler. Direkte metoder inkluderer: optisk mikroskopi (figur 1) og elektronmikroskopi (figur 2).

Bilde 1– Bilder hentet fra et optisk mikroskop

Figur 2– Bilder hentet fra et elektronmikroskop

Indirekte metoder inkluderer: lysspredningsmetoder og reologiske målinger.

Lysspredningsmetode brukes til å evaluere formen og partikkelstørrelsen til monodisperse pulvere. For polydisperse systemer er foreløpig fraksjonering nødvendig. Bestemmelse av formen til partikler ved lysspredningsmetoden utføres av intensiteten til det spredte lyset med en gitt bølgelengde, ved en vurdering av spekteret til det spredte lyset, eller ved polariserbarheten til det spredte lyset ved en gitt bølgelengde. Formen på kolloidale partikler kan bestemmes ved lysspredningsmetoder ved bruk av et ultramikroskop. Hvis partiklene er asymmetriske, har de variabel lysstyrke. Kuleformede partikler har konstant lysstyrke.

Reologisk metode bestemmelse av formen til partikler er basert på det faktum at fortynnede aggregasjonsstabile dispergeringssystemer ikke danner en struktur, og derfor er deres reologiske egenskaper nær eller lik egenskapene til dispersjonsmediet. Avhengigheten av viskositeten til disse systemene på konsentrasjonen av den dispergerte fasen er lineær og beskrives av Einstein-ligningen:



(1)

Hvor η 0 - viskositeten til dispersjonsmediet; φ f - volumfraksjon av den dispergerte fasen; α – partikkelformkoeffisient.

Ved avhengighet η =f(φ f) bestemme verdien av koeffisienten α og trekke en konklusjon om formen på partiklene (Figur 3) .

Figur 3– Å bestemme formen til partikler ved hjelp av Einsteins viskositetsligning

Tabell 1 presenterer hovedparametrene for partikkelform.

Tabell 1– Grunnleggende parametere for partikkelform

Adsorpsjon og kinetiske metoder brukes for å bestemme det spesifikke overflatearealet. Adsorpsjonsmetoder er basert på å bestemme volumet eller massen av et stoff som er adsorbert på overflaten og danner et monomolekylært lag. Gasser, væsker og faste stoffer brukes som adsorbater. De mest brukte er gassadsorpsjonsmetoden og metoden for adsorpsjon av overflateaktive stoffer fra løsninger. Testdata behandles i henhold til BET-teorien.

Kinetiske metoder er basert på å måle motstanden mot filtrering av luft eller gasser gjennom et lag med pulver. Filtrering utføres ved atmosfærisk trykk eller under vakuum.

– Egorova, E.V. Overflatefenomener og spredte systemer: lærebok. godtgjørelse / E.V. Egorova, Yu.V. Polenov // Ivan. statlig kjemisk teknologi Univ. - Ivanovo, 2008. - 84 s.

– Mikheeva, E.V. Overflatefenomener og spredningssystemer. Kolloidal kjemi. Samling av eksempler og problemer / E.V. Mikheeva, N.P. Pikula, S.N. Karbainova // lærebok for studenter ved KhTF, FTF, EEF, IGND og IDO. – Tomsk: TPU Publishing House, 2008. – 116 s.

"Belov, V.V. Dataimplementering for å løse vitenskapelige, tekniske og pedagogiske problemer: lærebok / V.V. Belov, I.V. Obraztsov, V.K. Ivanov, E.N. Konoplev // Tver: TvSTU, 2015 . 108 s."

De mest brukte metodene for å bestemme det spesifikke overflatearealet til pulveriserte materialer er basert på å vurdere deres luftpermeabilitet eller adsorpsjonskapasitet mot forskjellige gasser.

Pustemetode er basert på effekten av luftfiltrering gjennom et pulverlag av en viss tykkelse ved atmosfærisk trykk. For å bestemme det spesifikke overflatearealet ved hjelp av denne metoden, brukes instrumenter av ulike design, for eksempel PSH-2. Det skjematiske diagrammet av PSH-2-enheten er vist i fig. 5. Ligger i en grøft 1 den perforerte skilleveggen dekkes med en sirkel av filterpapir og kyvetten fylles med en prøve av testpulveret, veies på en teknisk vekt med en nøyaktighet på 0,01 g. Pulveret dekkes med en andre sirkel av filterpapir og komprimeres med et stempel 2. Tykkelsen på det komprimerte pulverlaget måles ved å bruke en vernierstang montert på den utstikkende sylindriske delen av stempelet og en millimeterskala påført den ytre overflaten av kyvetten. Fjern stempelet, åpne kran 4 og bruk en gummipære 5 under laget av materialet som testes, skapes et vakuum tilstrekkelig til å heve farget vann for å fylle trykkmåleren 3, inn i den øvre utvidede delen av trykkmåleren. Steng deretter kranen 4 og bruk en stoppeklokke for å bestemme tiden det tar før den flytende menisken passerer mellom kontrollmerkene 1–2 eller 3–4 på trykkmålerrøret. Minst tre parallelle målinger utføres, og for påfølgende beregninger brukes gjennomsnittsverdien av passeringstiden for den flytende menisken mellom det tilsvarende paret merker: "øvre" (1–2) eller "nedre" (3–4) .

Ved testing av finkornede materialer synker den flytende menisken veldig sakte i trykkmålerrøret, og for å redusere varigheten av målingene brukes det øvre merkeparet. Ved testing av grovkornede materialer faller væsken i trykkmåleren i utgangspunktet så raskt at det kan være vanskelig å nøyaktig måle tiden det tar før menisken passerer mellom de øvre merkene; i dette tilfellet, bruk det nederste paret med merker.

En veid del av pulveret som testes g, g, bestemt av formelen

Hvor ρ – tetthet av det testede materialet, g/cm3.

Spesifikk overflate S, cm 2 /g, beregnet ved formelen

Hvor K- enhetskonstant (K-verdier for de nedre og øvre merkene er gitt i enhetens pass); M – koeffisient avhengig av tykkelsen på laget av materialet som testes L og lufttemperatur når de måles (verdier M referansedata); τ – tiden da den flytende menisken synker mellom de tilsvarende risikoene; g – veid del av det testede pulveret, g.

Fordelen med luftgjennomtrengelighetsmetoden er enkelheten til instrumentene som brukes og testens korte varighet, noe som gjør den spesielt praktisk, for eksempel for online overvåking av finslipeprosessen. Imidlertid avhenger det spesifikke overflatearealet målt ved denne metoden betydelig av graden av komprimering av pulverene som testes, noe som praktisk talt utelukker muligheten for bruk for å bestemme det spesifikke overflatearealet til sterkt dispergerte pulvere, som ofte er hygroskopiske og svært utsatt for partikkelaggregering. I praksis brukes luftpermeabilitetsmetoden vanligvis for å studere pulveriserte materialer hvis spesifikke overflateareal ikke overstiger 5000–7000 cm 2 /g (0,5–0,7 m 2 /g).

Adsorpsjonsmetoder brukes til å studere sterkt dispergerte pulvere med et spesifikt overflateareal fra 0,5 til 1000 m 2 /g. Hvis et fast legeme, for eksempel kull, plasseres i et lukket rom fylt med gass eller damp ved et visst trykk, begynner det faste legeme å adsorbere gassen og massen øker, og gasstrykket synker. Etter en tid blir trykket konstant og kroppsvekten slutter å øke. Basert på lovene til ideelle gasser, hvis volumene til karet og det faste legeme er kjent, er det mulig, basert på reduksjonen i trykk, å beregne mengden gass (eller damp) som kreves for dannelsen av en mettet adsorpsjonsmonomolekylær lag på overflaten av materialpartiklene En m. Etter størrelse En m og fra området okkupert av ett molekyl adsorpsjonsgass i et slikt lag, kan det spesifikke overflatearealet til materialet som studeres beregnes.

Størrelse En m i mol beregnes ved å bruke adsorpsjonsisotermligningen til S. Brunauer, P. X. Emmett og E. Teller (BET-ligningen), som har formen i lineær form

Hvor En m– mengde gass adsorbert ved likevektstrykk R, møll; P s– trykk av mettet gassdamp ved eksperimentets temperatur; MED - energikonstant.

BET-ligningen er gyldig i verdiområdet P/P s fra 0,05 til 0,35.

I koordinater “P/A (P s –P) – P/P s” Adsorpsjonsisotermen i henhold til formelen ovenfor er avbildet av en rett linje, hvis helning er lik ( С–1)/(А m ∙С), og segmentet avskåret på ordinataksen er lik 1/(A m ∙S). Etter å ha bestemt verdien En m til forskjellige verdier P, innhent de nødvendige data for å konstruere adsorpsjonsisotermen og følgelig for å bestemme verdien En m.

Målinger utføres ved hjelp av instrumenter som oftest bruker nitrogenadsorpsjon ved kokepunktet (78 K). Prøvevekten tas avhengig av forventet spesifikk overflate og varierer fra 0,03 til 0,15 g Jo større overflate, jo mindre prøvevekt. Før måling av adsorpsjonsisotermen fjernes alle tidligere fysisk adsorberte stoffer fra overflaten av adsorbenten. Dette oppnås best ved å pumpe i høyvakuum. For fullstendig å fjerne fysisk adsorberte stoffer fra de smaleste porene (mikroporøse adsorbenter), må pumpingen utføres ved temperaturer på 350–400 o C.

Spesifikke overflatemålinger utføres ved å tilføre nitrogengass ved flytende nitrogentemperatur. Det spesifikke overflatearealet til prøven beregnes basert på massen til prøven, volumet til målecellen med og uten prøven, og mengden gass adsorbert av prøven.

Resultatene oppnådd ved adsorpsjonsmetoden gir det mest komplette bildet av den sanne verdien av det spesifikke overflatearealet til materialene som studeres, siden de (i motsetning til resultatene oppnådd, for eksempel ved luftpermeabilitetsmetoden) ikke bare registrerer "ytre" overflate av partiklene, men også overflaten dannet av partiklenes indre porøsitet. Det er åpenbart at sammenligning av det spesifikke overflatearealet til materialer bare kan utføres når de måles med samme metode.

Definisjon av fluiditet

Det er et nært forhold mellom egenskapene til pulver, egenskapene til råpressede materialer og strukturen og egenskapene til ferdige ferritter. Fluiditeten til et pulver karakteriserer dets evne til å strømme ut av et hull med større eller mindre hastighet. Lav fluiditet fører til produksjon av produkter som ikke er jevn i tetthet.

Fluiditeten til et pulver avhenger av mange faktorer, først og fremst av størrelsen og formen på partiklene, tilstanden til partikkeloverflaten og friksjonskoeffisienten. Tilstedeværelsen av adsorberte fuktighetsfilmer på overflaten av pulverpartikler, innholdet av et stort antall små fraksjoner - alt dette fører til lav fluiditet.

Fluiditet uttrykt ved forholdet mellom pulvervekt når pulveret renner ut :

Fluiditet karakteriserer kvaliteten på pressepulveret. For å bestemme fluiditet brukes koniske trakter med en diameter på 80 mm, med en kjeglevinkel.
og en tut kuttet i rett vinkel i en avstand på 3 mm fra traktkjeglen. Når pulver helles inn i den, er utløpsåpningen til trakten lukket med en spjeld. Tiden for en viss mengde pulver til å strømme ut etter åpning av spjeldet registreres med en stoppeklokke.

Bestemmelse av bulkmasse

N bulkmasse er massen per volumenhet av fritt hellet pulver. Bulkdensiteten bestemmes ved hjelp av en volumetrisk måler (Figur 2). På bunnen av trakten er det et nett med en hulldiameter på 0,2-0,3 mikron, gjennom hvilket pulveret gnis manuelt, helles på glass som er skråstilt
, i en form plassert nedover. Pulveret helles i overskudd i en haug, og jevnes deretter til nivå med formens vegger.

Bulkmasse bestemmes av formelen:

,

Hvor - massen av formen, g;

- massen av formen med pulver, g;

- volumet av formen,
.

Når partikkelstørrelsen øker, skapes det større friksjon mellom partikler og komprimeringen etter risting avtar. Basert på bulkmassen kan man bedømme spredningen av pulveret og kvaliteten på pressepulveret.

Bestemmelse av det spesifikke overflatearealet til pulver ved hjelp av luftpermeabilitetsmetoden

Oftest, for å vurdere kvaliteten på ferrittpulver, bestemmes det spesifikke overflatearealet per masseenhet eller volum av pulveret. Det spesifikke overflatearealet avhenger ikke bare av partikkelstørrelsen, men også av graden av utvikling av overflaten deres, som bestemmes av betingelsene for å oppnå pulverene. Spesifikt overflateareal er en egenskap som er introdusert i de tekniske spesifikasjonene for produksjon av individuelle ferrittkvaliteter. Spesifikt overflateareal er en indirekte karakteristikk av pulverstørrelse. Det er indre (porer, sprekker) og ytre (geometriske) overflater.

Måling av det spesifikke overflatearealet er imidlertid en ekspressmetode for å vurdere pulverdispersjon;
karakteriserer spredning ved gjennomsnittsverdien av alle fraksjoner som er tilstede i materialet.

Luftpermeabilitetsmetoden er basert på å måle motstanden som utøves av et dispergert medium mot strømmen av luft (gass), som enten er forseldet eller under atmosfærisk trykk. Det er en viss sammenheng mellom motstanden mot gassstrøm gjennom et dispergert medium og det spesifikke overflatearealet (Kozeny-Karman-relasjon).

Metoder for måling av spesifikt overflateareal ved gasspermeabilitet under atmosfærisk trykk gir tilfredsstillende resultater kun for grovt pulver. For fint pulver gir disse metodene vanligvis undervurderte resultater.

Bestemmelse av det spesifikke overflatearealet til pulver ved hjelp av luftpermeabilitetsmetoden utføres ved bruk av PSH-2- eller PSH-4-enheter. Det spesifikke overflatearealet er relatert til den gjennomsnittlige diameteren til pulverpartikler ved følgende forhold:

, (µm)

Hvor - pulvertetthet,
;

- spesifikt overflateareal,
.

Enheten består av en kyvette, et stempel, en trykkmåler, en kran, en gummipære og koblingsrør (Figur 3).

Glassdelene er montert på et panel festet på innsiden og utsiden av kassen.

Kyvette. Designet for å plassere testmaterialet i den. Det er et metallkammer, partisjonert i en viss høyde av en skive med hull boret i den. En del av kammeret er begrenset av skiven og bunnen av kyvetten. Den er koblet til en væsketrykkmåler ved hjelp av en beslag og et fleksibelt gummirør. En millimeterskala påføres den ytre overflaten av kyvetten.

Avløpspumpe. Gir komprimering i grøfta. Den er laget i form av en sylinder med en skyveskive, en kanal og et hull for luftpassasje er boret i stempelets kropp. Sylinderen er montert på en kyvette med en klaring på 0,15 mm. En stang med en kjegle er festet til utskjæringen av skyveskiven, som ved hjelp av en skala på den ytre overflaten av kyvetten lar deg måle tykkelsen på pulverlaget som studeres.

Gummi pære. Tjener til å skape et vakuum under et lag med materiale.

Trykk måler. Designet for å bestemme lufttrykket under laget av materialet som testes og, i kombinasjon med en stoppeklokke, brukes til å bestemme luftgjennomtrengeligheten til materiallaget. Enheten er utstyrt med en enarms trykkmåler ca. 300 mm lang, fylt med farget vann. Enheten inkluderer apotekvekter, vekter og en stoppeklokke.

Gjennomføre analyse.

Beregningsprosedyre
.

.

,

Hvor
- enhetskonstant; - prøvestørrelse, g.

Tabeller:

Nøyaktighet for bestemmelse av spesifikk overflate
.

Mer nøyaktig måling
utført ved adsorpsjonsmetoder.

GOST 23401-90
(ST SEV 6746-89)

Gruppe B59

STATSSTANDARD FOR USSR UNION

METALLPULVER

Katalysatorer og bærere. Bestemmelse av spesifikt overflateareal

Metallpulver. Katalysatorer og bærere.
Bestemmelse av spesifikt område

Introduksjonsdato 1992-01-01

INFORMASJONSDATA

1. Utviklet og introdusert av Vitenskapsakademiet i den ukrainske SSR

UTVIKLER

V.N.Klimenko, V.V.Skorokhod, A.E.Kushchevsky, I.V.Uvarova, L.D.Bernatskaya, T.F.Mozol

2. GODKJENT OG TREKKET I VIRKNING ved resolusjon fra USSR State Committee for Product Quality Management and Standards datert 27. desember 1990 N 3376

3. Inspeksjonsfrekvens 5 år

4. Standarden samsvarer fullt ut med ST SEV 6746-89

5. I STEDET GOST 23401-78

6. REFERANSE REGULERINGS- OG TEKNISKE DOKUMENTER

Denne standarden etablerer en metode for å bestemme det spesifikke overflatearealet til metallpulver, katalysatorer og bærere fra 0,05 til 1000 m/g ved termisk desorpsjon av gass (nitrogen eller argon).

Essensen av metoden er å bestemme volumet av gass som først er forhåndsadsorbert på overflaten av den analyserte prøven fra strømmen av arbeidsgassblandingen (nitrogen-helium eller argon-helium) ved temperaturen til flytende nitrogen, deretter desorbert fra det med økende temperatur og påfølgende beregning av det spesifikke overflatearealet til prøven.

1. PRØVETAGNINGSMETODE

1. PRØVETAGNINGSMETODE

1.1. Prøven er tatt i henhold til GOST 23148*.
______________
GOST 23148-98

1.2. Massen til prøven som skal testes bestemmes i henhold til tabellen.

Før måling tørkes prøven i ovn til konstant vekt.

2. UTSTYR

Installasjoner (fig. 1, 2) for å bestemme det spesifikke overflatearealet består av 1 - sylindre med helium; 2 - trykkmålere - i henhold til GOST 2405* (2 stk.); 3 - porøse forfiltre (2 stk.); 4 - gassblandingsenhet; 5 - standard trykkmåler for et trykk på 0,1 MPa i henhold til GOST 6521; 6 - Dewar-beholder i henhold til NTD med flytende nitrogen i henhold til GOST 9293; 7 - feller med silikagelindikator i henhold til GOST 8984; 8 - sammenlignende og måleceller til termisk konduktivitetsdetektor; 9 - potensiometer KSP-4 med målegrenser på 0-10 mV og tid for pekeren å reise hele skalaen på ikke mer enn 1 s i henhold til GOST 7164; 10 - integrator; 11 - stengeventil (2 stk.); 12 - strømningsmålere designet for å registrere gassstrømhastighet fra 0 til 55 cm/min (2 stk.); 13 - dispenserkran; 14 - adsorbere 6 (fig. 1) og 12 (fig. 2); 15 - termostat, gir temperaturer opp til 400 °C; 16 - en sylinder med nitrogen eller argon klasse A i henhold til GOST 10157; 17 - åtteveisventil.
______________
* GOST 2405-88 er i kraft på den russiske føderasjonens territorium. - Databaseprodusentens notat.

Jammen.1. med en parallell strøm av gassblanding gjennom detektorcellene

Installasjonsskjema for å bestemme det spesifikke overflatearealet til prøver
med en parallell strøm av gassblanding gjennom detektorcellene

Jammen.2. Installasjonsskjema for å bestemme det spesifikke overflatearealet til prøver med en sekvensiell strøm av en gassblanding gjennom detektorcellene

Installasjonsskjema for å bestemme det spesifikke overflatearealet til prøver
når en gassblandingsstrøm sekvensielt passerer gjennom detektorcellene

Adsorbere med prøver kobles inn i blokk A og B (fig. 2). Hver blokk, avhengig av den nødvendige ytelsen til installasjonen, kan ha fra én til seks adsorbere.

Følsomheten til detektoren bør være fra 0,7·10 til 0,8·10 mV.

Laboratorievekter gir en veiefeil på ikke mer enn 0,0002 g.

Termometer 3-A3 i henhold til GOST 8624.

Stoppeklokke i henhold til GOST 5072.

Tørkeskap som gir en temperatur på (200±20) °C.

Aneroid barometer.

Medisinsk injeksjonssprøyte med en kapasitet på 1 cm.

Helium av spesiell renhet i henhold til forskriftsmessig og teknisk dokumentasjon.

3. FORBEREDELSE TIL KONTROLL

3.1. Kontrollerer installasjonen for lekkasjer

Ved gassutløpet fra installasjonen er stengeventil 11 stengt, og skaper et overtrykk på 4·10 Pa i systemet, målt med trykkmåler 5. Dersom trykkfallet innen 20 minutter ikke overstiger 100 Pa, vil installasjonen anses forseglet.

3.2. Forberedelse av arbeidsgassblandingen

3.2.1. En argon-helium- eller nitrogen-heliumblanding med en gitt konsentrasjon av adsorbatgass brukes som en arbeidsgassblanding. Tørket hydrogen kan brukes som bæregass.

3.2.2. Konsentrasjonen av adsorbatet i gassblandingen styres av forholdet mellom strømmene av bæregass og adsorbatgass. Fra forholdet mellom hastighetene til disse strømmene beregnes partialtrykket til adsorbatgassen.

Denne metoden for å komponere en gassblanding gjør det mulig å beregne de fullstendige adsorpsjons- og desorpsjonsisotermene til adsorbatgassen og bestemme det spesifikke overflatearealet ved å bruke de komplette adsorpsjons- og desorpsjonsisotermene (metode S. Brunauer, P. X. Emmett og BET-metode E. Teller) .

3.2.3. Det er tillatt å foreløpig kompilere gassblandinger i sylindere i volumfraksjoner:

adsorbat fra 5 til 10%;

bæregass fra 90 til 95 %.

Blandingen tilberedes på en blokk som består av to sylindere med bæregass og adsorbat, forbundet med et kobber- eller messingrør ved hjelp av unionsmuttere med Teflon-pakninger, og en standard trykkmåler for et trykk på 16 MPa.

Sylinderen med arbeidsgassblandingen må oppbevares i 10 dager før den settes i drift.

Når du tilbereder blandingen på nytt, bør du bruke eksisterende sylindere med et resttrykk av arbeidsgassblandingen på 0,5-0,7 MPa.

Denne metoden for å komponere en arbeidsgassblanding vil gjøre det mulig å bestemme det spesifikke overflatearealet på ett punkt.

3.3. Velge optimal strømstyrke

For å finne den optimale detektorstrømmen utføres kontrolleksperimenter ved å koble til tomme adsorbere 14. Hastigheten på spyling av installasjonen med arbeidsblandingen settes (50±5) cm/min. 5 minutter etter rensing påføres spenning til detektoren, og strømmen settes til 50 mA ved hjelp av amperemeteret.

Temperaturen og signalutgangen til den termiske konduktivitetsdetektoren stabiliseres innen 30-40 minutter etter at enheten er slått på nettverket og gass føres gjennom cellene i katharometeret. Prosessen med modusstabilisering overvåkes ved hjelp av et potensiometer.

Etter å ha etablert nulllinjen på potensiometer-kartbåndet, blir adsorberne sekvensielt nedsenket i Dewar-kolber med flytende nitrogen og svingningene til nulllinjen registreres. Etter at registreringspennen går tilbake til sin opprinnelige posisjon i den siste adsorberen, erstattes Dewar-karet med en beholder med vann ved en temperatur på (20±5) °C for å akselerere desorpsjonen. Denne operasjonen gjentas for hver adsorber.

Avviket fra nulllinjen når adsorbere er nedsenket i flytende nitrogen og vann registreres hver 10-20 mA, og endrer detektorstyrken fra 50 til 100 mA.

Den maksimale strømverdien der nulllinjesvingningene ikke er mer enn 30 % av potensiometerskalaen er optimal.

Følsomheten til detektoren sikres av en forsyningsspenning på 5 V, som må være konstant under driften.

3.4. Kalibrering av dispenserkranen

Installasjonen skal ha et sett med målekraner med en kapasitet på 0,1; 0,5 og 2,5 cm.

Kalibrering av tappekraner er tillatt med alle kjente metoder minst en gang i året. Den foretrukne metoden for å sertifisere dosert volumkapasitet er adsorpsjon-gravitasjonsmetoden.

Den enkleste, men mindre nøyaktige er den kromatografiske pulsmetoden ved hjelp av en medisinsk sprøyte. Strømningshastigheten til arbeidsgassblandingen eller bæreren ved kontroll av doseringskraner bør være (50±1) cm/min. Etter oppvarming og etablering av nulllinjen på potensiometertapen, injiseres et volum adsorbatgass tilsvarende de kalibrerte volumene til doseringskranen inn i gasstrømmen med en medisinsk sprøyte. Utviklingstopper registreres på potensiometeret og integratoren. Prøveinjeksjonsoperasjonen gjentas 10 ganger.

Deretter innføres en prøve av adsorbatgassen ved å bruke den kalibrerte kapasiteten til doseringskranen. For å gjøre dette, når strømmene til arbeidsgassblandingen og adsorbatgass er slått på, skru doseringskranen slik at volumet av adsorbatgass i doseringskranen fanges opp av arbeidsgassblandingen og tilføres detektoren. Avlesningene registreres ved hjelp av et potensiometer og en integrator. Operasjonen med å innføre en prøve ved hjelp av en doseringskran gjentas 10 ganger.

Tillatte forskjeller mellom parallelle målinger bør ikke overstige 3 %.

Kalibrert kapasitet for uttakskraner () i kubikkcentimeter, redusert til normale forhold, beregnes ved hjelp av formelen

hvor er volumet av adsorbatgassprøven innført med sprøyte, cm;

Det gjennomsnittlige arealet av utviklingstoppen registrert av integratoren ved innføring av en prøve av adsorbatgass med en doseringskran, cm;

- barometertrykk, Pa;

- det gjennomsnittlige området av utviklingstoppen registrert ved innføring av en prøve av adsorbatgass med en sprøyte, cm;

- romlufttemperatur, °C;

- normalt trykk,

3.5. Bestemmelse av konsentrasjonen av adsorbatgass (nitrogen eller argon) i arbeidsgassblandingen

I fravær av en gassblandingsenhet, kontrolleres konsentrasjonen av adsorbatgassen i sylindere med arbeidsgassblandingen enten i henhold til avlesningene fra et forhåndskalibrert katarometer ved bruk av frontalmetoden. I dette tilfellet bør det være mulig å uavhengig koble sylindere med bæregass og gassblanding ved hjelp av en treveisventil til cellene til varmeledningsevnedetektoren.

For å utføre analysen føres en strøm av bæregass gjennom måle- og sammenligningscellene til varmeledningsevnedetektoren inntil detektoravlesningene stabiliserer seg. Etter å ha etablert nulllinjen, erstattes strømmen av bæregass i potensiometerets målecelle med strømmen av arbeidsgassblandingen. I dette tilfellet vil registreringspennen avvike fra nullposisjonen med en avstand og skrive en linje parallelt med nullpunktet.

Volumfraksjonen av adsorbatgass () i prosent beregnes ved hjelp av formelen

hvor er kalibreringskoeffisienten til detektoren, cm, beregnet med formelen

Avstand mellom front- og nulllinjen på opptakerens kartbånd, cm;

- kartbåndhastighet, cm/min;

- volumetrisk hastighet til arbeidsgassblandingen, cm/min;

- kalibrert volum på dispenserkranen, cm;

- gjennomsnittlig areal av utviklingstoppen registrert av integratoren ved innføring av en prøve av adsorbatgass med en doseringskran, cm

3.6. Klargjøring av adsorbere

Adsorbere vaskes grundig og tørkes i en tørkeovn ved en temperatur på (200±20) °C. Vei deretter med en feil på ikke mer enn 0,0002 g, last prøven og vei på nytt for å bestemme prøvemassen. Adsorbere velges i en slik kapasitet at det er minimal ledig plass over prøven for passasje av gassblandingen. Ved bestemmelse av spesifikke overflatearealer opp til 1 m/g anbefales det å føre gassblandingen i adsorbere gjennom et lag med pulvergranulat. For å forhindre at pulveret blir fraktet bort, følger det med bomullspinner.

3.7. Klargjøring av detektoren for målinger og avgassing av prøven

3.7.1. Operasjonene med å klargjøre detektoren og avgassing av prøven utføres samtidig.

For å klargjøre detektoren føres arbeidsgassblandingen fra gassblandeenheten med en hastighet på (50±1) cm/min gjennom felle 7 (fig. 1, 2), avkjøles med flytende nitrogen, seks adsorbere inn i sammenlignings- og målecellene til detektoren 8.

5 minutter etter starten av rensingen, tilføres spenning til detektoren, og innstiller optimal strøm eller spenning. Detektoren varmes opp i arbeidsgassblandingen i 30 minutter. 15 minutter før slutten av oppvarmingen, slå på potensiometeret og integratoren.

Beredskapen til detektoren for drift kontrolleres av stabiliteten til nulllinjen, som er registrert med en potensiometerskriverpenn på et kartbånd.

3.7.2. Avgassing av prøver utføres ved å spyle adsorbere 14 med en arbeidsgassblanding i 40-50 minutter. Strømningshastigheten styres av strømningsmåler 12. En termostat 15 er plassert under adsorberne og temperaturen innstilles under hensyntagen til pulverets termiske stabilitet, men ikke høyere enn 400 °C. Ved slutten av avgassingen går skriverpennen til nulllinjen og prøvene avkjøles til en temperatur på (20±5) °C.

4. MÅL

4.1. Adsorberne senkes ned i Dewar-kolber med flytende nitrogen, én etter én, og starter med den første gassen langs strømmen. For å unngå luftlekkasje gjennom gassutløpsledningen, i fravær av en automatisk anordning for å løfte adsorberne, bør de nedsenkes i flytende nitrogen med en slik hastighet at filmen i strømningsmåleren 12 bare beveger seg oppover. Under adsorpsjon avviker pennen til potensiometerskriveren fra nulllinjen. Adsorbatorene holdes i flytende nitrogen til potensiometerskriverpennen går tilbake til nulllinjen, dvs. til adsorpsjonslikevekt er etablert (15-30 minutter avhengig av adsorbentgassen).

4.2. Den siste adsorberen langs gasstrømmen fjernes fra Dewar-karet med flytende nitrogen og senkes ned i et kar med vann. Temperaturen på vannet i karet skal være (20±5) °C.

Under desorpsjon skriver opptakerpennen en desorpsjonstopp på potensiometerets kartbånd, og tall som er proporsjonale med arealet av denne toppen vises på integratoren.

Desorpsjonsmålinger utføres sekvensielt for alle gjenværende prøver.

4.3. En prøve av adsorbatgassen føres inn i systemet ved hjelp av en doseringskran. Samtidig er tall som tilsvarer området for utviklingstoppen skrevet på potensiometerets kartteip og vises på integratoren, avhengig av den kalibrerte kapasiteten til doseringskranen (). Ved beregning av det spesifikke overflatearealet tas den kalibrerte kapasiteten i betraktning, hvis areal er nærmere området registrert under desorpsjon av adsorbatgassen fra overflaten av de målte pulverprøvene.

4.4. For å bestemme det spesifikke overflatearealet til et stoff ved bruk av BET-metoden, bør målingen i henhold til avsnitt 4.1 og 4.2 gjentas ved tre til fem forskjellige konsentrasjoner av adsorbatgassen i arbeidsgassblandingen innenfor området: 3-5; 5-7; 7-10; 10-17; 17-25 %. Konsentrasjonen av adsorbatgassen i arbeidsgassblandingen styres av en blandeenhet i henhold til forholdet mellom de volumetriske strømningshastighetene til adsorbatgassen og bærergassen.

Under bestemt overflate(S sp.) av bergarter forstås som den totale overflaten av alle dens korn per volumenhet av bergarten. Den spesifikke overflaten kjennetegner graden av spredning av bergarten. Med økende spredning øker det spesifikke overflatearealet til bergarten. Det spesifikke overflatearealet øker med avtagende korndiameter og porøsitetskoeffisient. Det er veldig vanskelig å eksperimentelt måle det spesifikke overflatearealet til ekte reservoarer. Samlere inneholder alltid porer med forskjellige diametre. Det spesifikke overflatearealet avhenger av både fasepermeabiliteten og adsorpsjonskapasiteten til bergarter. Det spesifikke overflatearealet estimeres ved hjelp av empiriske forhold, i henhold til verdiene av porøsitet (m) og permeabilitet (k pr), for eksempel ved bruk av Kozeny-formelen:

S beat = 7·10 5 (m·√m) / (√k eks.) . (1,38)

Hvis vi uttrykker permeabiliteten i µm 2, får vi det spesifikke overflatearealet i m 2 /m 3. Uttrykk (1.38) er en av variantene av Kozeny-formelen.

1.5 Karbonatinnhold i bergarten

Under karbonatinnholdet i bergarten refererer til innholdet av karbonsyresalter i det: kalkstein - CaCO 3, dolomitt - CaCO 3 MgCO 3, brus - Na 2 CO 3, potaske - K 2 CO 3, sideritt - FeCO 3 osv. Den totale mengden karbonater er vanligvis referert til som CaCO 3 , fordi kalsiumkarbonat er mest utbredt i bergarter og utgjør hoveddelen av de listede karbonatene. Karbonatinnholdet i produktive formasjonsbergarter bestemmes i laboratorieforhold ved bruk av kjernemateriale ved bruk av den gasometriske metoden (se avsnittet om laboratorieverksted). Metoden er basert på kjemisk dekomponering av karbonsyresalter ved virkningen av saltsyre og måling av volumet av karbondioksid dannet som et resultat av reaksjonen:

CaCO 3, +2HCl = CO 2 + CaCO 3 + H 2 O. (1,39)

Basert på volumet av CO 2 som frigjøres, beregnes vektprosenten av karbonater i fjellet i form av CaCO 3 .

1.6 Mekaniske egenskaper til bergarter

Elastisitet, trykk- og strekkfasthet, plastisitet er de viktigste mekaniske egenskapene til bergarter, og påvirker en rekke prosesser som skjer i formasjonen under utvikling og drift av avsetninger.

Elastisitet- egenskapen til bergarter til å motstå endringer i volum og form under påvirkning av påførte krefter. En helt elastisk kropp gjenoppretter sin opprinnelige form umiddelbart etter at spenningen er fjernet. Hvis kroppen ikke gjenoppretter sin opprinnelige form eller gjenoppretter den i lang tid, kalles den plast.

De elastiske egenskapene til bergarter, sammen med elastisiteten til formasjonsvæsker i formasjonen, påvirker modusen for trykkomfordeling i formasjonen. Trykket i formasjonen, på grunn av de elastiske egenskapene til bergarter og væsker, omfordeles ikke umiddelbart, men gradvis, etter en endring i driftsmodusen til brønnen. De elastiske egenskapene til bergarter og væsker skaper en reserve av elastisk energi i formasjonen, som frigjøres når trykket avtar og fungerer som en av kildene til oljebevegelse gjennom formasjonen til bunnen av brønnene.

Når reservoartrykket synker, vil volumet av væske øke, og volumet av porerommet vil avta. Det antas at hovedendringene i porevolum med en reduksjon i reservoartrykket oppstår på grunn av en økning i kompressive forhold på reservoaret på grunn av vekten av de overliggende bergartene. Med samme bergstyrke vil intensiteten av oppsprekking øke ettersom tykkelsen på formasjonen avtar.

De elastiske egenskapene til bergarter er beskrevet av Hookes lov:

M·β p (1,40)

hvor βc er koeffisienten for volumetrisk elastisitet til det porøse mediet;

β p - porekomprimerbarhetskoeffisient;

V o - prøvevolum;

ΔV porer - porevolum;

P - trykk;

m - porøsitetskoeffisient.

Endringen i bergporøsitet (m) avhenger funksjonelt av den volumetriske elastisiteten til det porøse mediet (β c) og minimumsspenningen (σ o):

m = m o , (1,41)

hvor m o er porøsiteten ved den initiale effektive spenningen.

Koeffisienten for volumetrisk elastisitet til det porøse mediet (β c) vil påvirke koeffisienten for porekomprimerbarhet (β n) og porøsiteten til bergarter:

β n = β s / m o . (1,42)

Verdien av koeffisienten for volumetrisk elastisitet til det porøse mediet (β c) er svært liten. For oljeholdige bergarter varierer det i området 0,3 - 2·10 -10 [m 2 /n].

Trykk- og strekkstyrke fjell vurderes gjennom bulkmodulen, som er motstanden som et gitt legeme gir mot all-round kompresjon. Data om trykk- og strekkstyrken til bergarter er nødvendig når man studerer fraktureringsprosesser.