4.3. Флокуляция

Флокуляция – процесс образования флокул (агрегатов) из нескольких минеральных частиц, взвешенных в воде, при уменьшении их поверхностной энергии и молекулярной связи поверхности частиц с жидкой фазой суспензии.

Различают гидрофобную и мостиковую флокуляцию.

Гидрофобная флокуляция происходит в результате искусственной гидрофобизации поверхностей частиц, при подаче в суспензию ПАВ (собирателей), которые снижают поверхностное натяжение, разрушают гидратные оболочки, эти вещества снижают связь частицы с водой, но упрочняют связь между частицами. Этот вид флокуляции не используется, т.к. флоккулы трудно разрушаемы.

Мостиковая (полимерная) флокуляция наблюдается при применение высокомолекулярных полимерных флокулянтов. Образование флокул происходит за счет снижения дзета-потенциала поверхности частиц в результате адсорбции противоположного по знаку иона и связывание поверхности двух частиц «мостиком» полимерной цепочки флокулянта. Мостик может образоваться, когда расстояние между частицами составляет 1,5 – 1,8 Å (амстрем).

Флокулянты можно классифицировать на:

1. природные высокомолекулярные: крахмал, полисахариды, столярный клей, карбоксилметилцеллюлоза (КМЦ),

2. синтетические:

– неионогенные (не диссоциируют на ионы): негидролизованный ПАА, полиоксиэтилен (ПОЭ);

– катионные (КОДТ) – активно действуют при рН > 7;

– анионные (комета, метас) – при рН < 7.

Требования к синтетическим флокулянтам:

– в составе молекул флокулянта должно быть наличие одной или несколько функциональных групп: [OH ]; [COO ]; [NH₂ ]. Они адсорбируются на поверхности частиц;

– флокулянт должен иметь длинную цепочку при хорошей его растворимости;

– большую молекулярную массу;

– небольшой расход;

– дешевизна.

Полиакриламид (ПАА) синтетический высокомолекулярный полимер. Его структурная формула:

В чистом виде – анионный, технический ПАА – катионно-анионый.

Выпускается ПАА в виде:

1. гелеобразного вещества (активность 8 %),

2. порошка или гранул (активность 60 %).

Молекулярная масса ПАА: Мm = 3·10⁶ – 10·10⁶, плотность 1,03 – 1,05 г/см³.

Для приготовления раствора ПАА берут 26 частей ПАА (8%), одну часть NaОH (100 %), перемешивают в течение 20 – 30 мин. при t = 50 – 80 °С. потом разбавляют до рабочей концентрации 0,03 – 0,05 (0,1) %.

К группе ПАА относятся также зарубежные флокулянты: сепараны, аэрофлоки, суперфлоки, седипуры и др.

Полиоксиэтилен (ПОЭ) – простой полиэфир, синтезированный на основе оксида этилена в среде бензола, проявляет катионактивные свойства с положительно заряженными ионами (катионами). ПОЭ выпускают в виде белого порошка с содержанием основного вещества не менее 98 %. Общая упрощенная формула ПОЭ:

[– CN₂ – CN₂ – O – ]_n.

Факторы, влияющие на действие ПАА:

1.Молекулярный вес – чем больше молекулярный вес, тем длиннее цепочка, тем больше функциональная группа, тем лучше его взаимодействие с частицам. (ПАА с короткой цепью дает быстро разрушающие флокулы.)

2.Степень гидролиза – при 100 % степени гидролиза молекула ПАА становится электроотрицательна. Это может привести к стабилизации суспензии и к отсутствию адсорбции его на частицах.

3.Расход – при больших расходах не достигается растворимость ПАА.

4.Система подачи ПАА:

– нельзя подавать на больших расстояниях от сгустителя;

– нельзя использовать мешалки;

– рН, степень гидролиза.

Недостатки: содержание твердого в осадке ниже, чем при коагуляции.

Различие флокуляции между коагуляции: для коагуляции обязательно уменьшение дзета-потенциала, флокуляция может протекать и при высоких его значениях. При флокуляции не образуется новых химических соединений. Но содержание твердого в осадке при коагуляции выше (при флокуляции образуются комплексы, каркасы). Расход флокулянтов меньше, чем коагулянтов в несколько раз. При добавке флокулянтов важную роль играет перемешивание (неинтенсивное перемешивание), большая роль в подаче: разовая и дробная. В сгуститель ПАА подают в питающую трубу.