Основные понятия

Микрогетерогенные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой называются суспензиями. При диспергировании твердых тел в жидкой фазе, когда твердые тела не растворяются в ней, образуются суспензии. Суспензии или взвеси порошков в жидкости играют исключительно важную роль в химической технологии. Суспензиями являются цементные и известковые растворы, глинистые шликеры.

Структурно-механические свойства суспензий указывают на связь пластической прочности, вязкости, предела текучести, пластичности со структурой системы. Структура определяется силами, действующими между частицами и тепловым движением частиц. Различают три типа структур:

1. Коагуляционные структуры - суспензии глин и вяжущих ма­териалов (в начальный период) в воде, возникающие в результате сцепле­ния дисперсных частиц через тонкие прослойки жидкости, понижения агрегативной устойчивости дисперсных систем. Частицы слипаются друг с другом, образуя компактные агрегаты. Достигнув определенного размера, эти агрегаты образуют плотный коагулят. Силы сцепле­ния - молекулярные силы, водородные связи, электростатические силы отталкивания или притяжения.

2. Конденсационные структуры образуются при уменьшении жидких прослоек между частицами и образовании прочных связей.

3. Кристаллизационные структуры образуются при возникнове­нии новых фаз, либо при перекристаллизации и срастании микрокристал­ликов под действием валентных сил.

Как правило, частицы суспензий имеют на поверхности двойной электрический слой или сольватную оболочку. Свойства суспензий опре­деляются минералогическим составом и дисперсностью твердой фазы, концентрацией раствора, температурой и рН среды. Изменяя эти факторы, можно изменять свойства суспензий. Твердые частицы суспензий на поверхности имеют либо положи­тельный, либо отрицательный заряд. Из дисперсионной среды притягива­ются ионы противоположного знака под влиянием электростатических и адсорбционных сил. В результате этого часть противоионов удерживается поверхностью на очень близком расстоянии, порядка 1 - 2 молекул, образуя адсорбци­онный (гельмгольцевский) слой. Остальные противоионы, нужные для компенсации потенциалоопределяющих ионов, образуют диффузную часть двойного слоя (слоя Гуи). Схема двойного электрического слоя показана на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема двойного электрического слоя;

адсорбционный слой

приведенная толщина диффузного слоя

Движение жидкости происходит не у твердой поверхности, а в са­мой жидкости по плоскости - границе между адсорбционным и диффуз­ным слоем жидкости. При этом на границе создается разность потенциа­лов, называемая электрокинетическим или дзета-потенциалом (ζ-потенциалом), который можно определить с помощью макро- или микро­электрофореза.

Диффузные ионные оболочки вокруг твердых частиц создают энер­гетический барьер, препятствующий контакту и слипанию частиц. Под влиянием электролитов или поверхностно-автивных веществ (ПАВ) суспензии коагулируют, т.е. их частицы слипают­ся, образуя агрегаты. Это происходит в результате сжатия диффузного слоя и уменьшения при этом -потенциала.

Структура суспензий в простейшем случае может быть представле­на частицами минерала, равномерно диспергированного в дистиллированной воде. Каждая частица суспензии, например, глины, имея поверх­ностный заряд, окружена адсорбционной оболочкой из молекул Н₂О, при­обретающих под действием электрического поля полярность, а сами ком­плексы отделены друг от друга значительными прослойками свободной воды, обеспечивающими текучесть дисперсной системы. Максимум под­вижности системы соответствует максимальной толщине диффузного слоя и максимальному значению -потенциала. Если в дистиллированную воду введено поверхностно-активное вещество или соответствующее ко­личество электролита, то избирательная адсорбция его поверхностью твердого тела приводит к вытеснению связанной воды в количестве, рав­ном переходу ее в слой свободной воды. При этом текучесть суспензии значительно возрастает, а структурно-механические свойства понижают­ся. Таким образом, можно снизить влажность, сохранив при этом необхо­димую текучесть.

В производстве приготовление суспензии производится не на дис­тиллированной, а на природной воде, содержащей соли кальция, магния, железа и дру­гих элементов, обусловливающих жесткость воды. Образовавшиеся при диссоциации солей положительные катионы могут адсорбироваться на поверхности частиц минерала либо, окружив себя гидратной оболочкой, находиться в диффузном слое. Формируется так называемый сорбирован­ный комплекс.

В данной работе при помощи ротационного вискозиметра типа РВ-8 изучается влияние различных электролитов и поверхностно-актив­ных веществ на изменение вязкости и предельного напряжения сдвига глинистого шликера. Прибор дает результаты испытаний в абсолютных единицах и рассчитан на определение вязкости до 10 Па^.с.