Ρεολογία και ευστάθεια πυκνών αιωρημάτων λιγνίτη - νερού

Abstract

In the present thesis rheological properties of dense lignite-water suspensions (LWS) are reported in order to evaluate the parameters that affect the rheology of these suspensions. Different types of polydispersed particle size distributions (p.s.d.), from 1μm up to 350 μm, were achieved via wet grinding. Various types of polyelectrolytes were used to improve the stability of suspensions as ζ-potential measurements shown. The achieved solid volume fraction o/o, with acceptable rheological behavior was 0,45. The rheological properties of the LWS were investigated using a controlled stress rheometer (Carri-Med CSL100), with parallel plate geometry. Various types of flow tests were performed with respect to preshear times and stress levels, in a wide range of shear rates (from 10-3s-1 to 102s-1). The viscosity curves corresponding to the descending and ascending parts of the flow curve were found to be different; these parts can be described either by well-established models or be modified ones, respectively. The high shear behavior was found to be quite different from the low shear behavior, for the most LWS, having shear stress plateau values indicating the appearance of yield stress. These values, however, depend on shear history, which is responsible for the development of different structures in the sample, as it was demonstrated by oscillatory measurements. The non-Newtonian behavior of the LWS is attributed to the shear conditions in additions to the particles properties, i.e. irregular shape and p.s.d.

Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκαν οι ρεολογικές ιδιότητες των πυκνών αιωρημάτων λιγνίτη-νερού, έτσι ώστε να εκτιμηθούν οι παράμετροι που επηρεάζουν τη ρεολογία τους. Μέσω υγρής λειοτρίβησης επιτεύχθηκαν μονοκόρυφες και δικόρυφες κατανομές μεγέθους σωματιδίων, από 1 μm μέχρι 350 μm. Για την ευστάθεια των αιωρημάτων χρησιμοποιήθηκαν διάφοροι τύποι πολυηλεκτολυτών, ενώ μετρήσεις ζ-δυναμικού ανέδειξαν στοιχεία σχετικά με αυτή. Παρασκευάσθηκαν αιωρήματα με αποδεκτές ρεολογικές ιδιότητες μέχρι κλάσμα όγκου στερεών ο/ο ίσο με 0,45. Στα πυκνά αιωρήματα πραγματοποιήθηκαν ποικίλες ρεολογικές μετρήσεις με το ρεόμετρο ελεγχόμενης διατμητικής τάσης Carri-Med CSL100 και γεωμετρία παράλληλων δίσκων, σε ένα μεγάλο εύρος ρυθμών διάτμησης (από 10-3s-1 έως 102s-1). Βρέθηκε ότι οι καμπύλες ροής κατά την αύξηση και ελάττωση της διατμητικής τάσης ήταν διαφορετικές και έγινε επιτυχής προσπάθεια να περιγραφούν από τροποποιημένα ρεολογικά πρότυπα. Βρέθηκε ακόμη διαφορετική συμπεριφορά μεταξύ υψηλών και χαμηλών ρυθμών διάτμησης, με οριακή τάση ροής. Ωστόσο, υπήρχε εξάρτηση των τιμών από την ιστορία διάτμησης του αιωρήματος, παράμετρος που συνδέεται με τη δημιουργία διαφορετικής δομής, ανάλογα με τις συνθήκες, στο δείγμα. Η μη-Νευτωνική συμπεριφορά συνδέεται με την πολυδιασπορά των κατανομών και το μη-σφαιρικό σχήμα των σωματιδίων.