Sedimentation and Compaction of Calcium Carbonate Aggregating Suspensions : Scaling Analysis of the Equilibrium Sédimentation et compaction de suspensions agrégées de carbonate de calcium : analyse en loi d'échelle de l'équilibre

• Main Authors: Senis D., Allain C.
• Format: Article
• Language: English
• Published: EDP Sciences 2006-12-01
• Series: Oil & Gas Science and Technology
• Online Access: http://dx.doi.org/10.2516/ogst:1997018
• ISSN: 1294-4475; 1953-8189

Aggregating suspensions generally separate into a clear supernatant and a voluminous gelled sediment. The suspension remains homogeneous (i. e. a gel stable under gravity forms) only when the volume fraction of particles exceeds a given value Phi**. The present study is devoted to the determination of Phi**. A simplified model describing the gel equilibrium has been developed and its validity is checked comparing its predictions to systematic measurements of the sediment volume performed on calcium carbonate suspensions. Applying this model to the prediction of Phi**, we show that Phi** is not a characteristic of the physico-chemical system but depends on the height of the sample, its aspect ratio and friction between the gel and the side wall. For large (respectively small) aspect ratios, we find that Phi** is a power law function of the width (respectively the height) of the sample involving an exponent 1/(K - 1) which is related to the dependence of the yield stress on the volume fraction of the suspension. <br> Les suspensions agrégées se divisent généralement en un surnageant transparent et un sédiment gélifié volumineux. La suspension demeure homogène (gel stable sous l'effet de la gravité) seulement quand la fraction volumique des particules dépasse une valeur donnée Phi**. La présente étude porte sur le calcul de Phi**. Un modèle simplifié décrivant l'équilibre du gel a été mis au point et sa validité est vérifiée en comparant de ses prédictions avec des mesures systématiques du volume du sédiment effectuées sur des suspensions de carbonate de calcium. Si nous appliquons ce modèle à la prédiction de Phi**, nous démontrons que Phi** n'est pas une caractéristique du système physicochimique mais qu'il dépend de la hauteur de l'échantillon, de son rapport d'aspect et des frottements entre le gel et la paroi, Pour les grands (respectivement petits) rapports d'aspect, nous montrons que Phi** est une fonction en loi de puissance de la largeur (respectivement la hauteur) de l'échantillon comportant un exposant 1/(K - 1) qui est relié à la dépendance du seuil d'écoulement avec la fraction volumique de la suspension.