Порядок определения характеристик тонкодисперсных материалов

Устойчивость коллоидных растворов, как известно, характеризуется величиной двойного электрического заряда на каждой коллоидной частице-мицелле. Образование двойного электрического слоя на границе раздела двух фаз – твердой частицы бентонита и воды обязано наличию ионных пар или диполей с определенной ориентацией к границе раздела. Появление таких ионных пар в основном происходит двумя путями – адсорбцией дипольных молекул воды на поверхности частиц минерала и за счет отдачи в водный раствор катионов натрия, калия, кальция и магния бентонитом.

Дзета-потенциал, измеряемый в милливольтах, является мерой электрокинетического заряда коллоидного вещества. Чем он выше, тем устойчивее коллоидный раствор, тем мельче коллоидные частицы и больше их удельная поверхность.

1. Дзета-потенциал определяется методом электрофореза в сосуде из органического стекла. Рабочий канал сосуда имеет диаметр 4,4 мм и длину 105 мм. Один электрод изготовлен из платины, другой – из молибдена. На электроды подается электрический ток напряжением 65 – 100 В и силой 10 – 15 мкА. Сосуд заполняется 0,6%-ным раствором хлористого кальция, в который помещаются частицы исследуемого материала.

Наблюдая в микроскоп за движением этих частиц под действием электрического тока, определяют скорость движения и знак их заряда.

Зная степень кислотности среды (концентрацию ионов водорода), скорость движения частиц, знак их заряда и напряжение постоянного тока, можно рассчитать величину дзета-потенциала.

Наиболее пригодны для упрочнения окатышей бентониты, имеющие дзета-потенциал от 30 до 34 мВ. Такие бентониты (при расходе 4,8 кг/т концентрата) увеличивают прочность на раздавливание сырых окатышей с 1,6 до 3,8 кг/окатыш и подсушенных — с 7 до 14 кг/окатыш. Сырые окатыши влажностью 9,8% выдерживают при этом 11–15 падении с высоты 457 мм. Без добавки бентонита сырые окатыши выдерживают всего 5,5 падений с этой же высоты.

Чем больше коллоидных частиц содержится в исходной глине, тем более устойчивый коллоидный раствор образуется при взаимодействии с водой бентонитового порошка. Поэтому измерение вязкости суспензий бентонитов в воде может служить относительной их характеристикой пригодности для упрочнения окатышей.

2. При определении вязкости берут 500 мл дистиллированной воды, в нее засыпают 34 г порошка бентонита, затем смесь выливают в смеситель, куда добавляют еще 66 мл дистиллированной воды, после чего производят перемешивание суспензии в течение 5 мин. Суспензией наполняют конусообразный сосуд с диаметром основания 143 мм и длиной образующей 320 мм. Сосуд имеет насадку длиной 50 мм и диаметром 4 мм. Вязкость суспензии бентонита определяют по времени ее истечения через насадку. Время истечения суспензий бентонитов, пригодных для упрочнения окатышей, должно быть не менее 25 с.

Коллоидность бентонита, измеряемая в долях единицы или в процентах, показывает, какая часть его образует коллоидный раствор.

3. Для определения коллоидности бентонита берут навеску 10 г, смешивают её с 500 мл дистиллированной воды в течение 5 мин. Полученная суспензия отстаивается в пробирке в течение 18 ч. Прозрачный раствор сливается и оставшийся осадок высушивается. Отношение веса твердого осадка к весу бентонита, использованного для приготовления суспензии, является показателем коллоидности. Бентониты, пригодные для упрочнения окатышей, имеют коллоидность выше 0,8 (80%). Пропорционально уменьшению коллоидности бентонита должен увеличиваться его расход в шихту при производстве окатышей.

4. Набухаемость бентонита определяют следующим образом. Мерный цилиндр емкостью 100 мл взвешивают. В цилиндр засыпают 2 г бентонита влажностью 5–8%, замеряют высоту засыпанного материала и цилиндр снова взвешивают. В цилиндр заливают дистиллированную воду комнатной температуры до 100 мл и опять взвешивают. Затем цилиндр закрывают резиновой пробкой и взбалтывают. Через 24 ч отстоявшуюся воду осторожно отсифонивают, замеряют высоту осадка, цилиндр с осадком взвешивают и вычисляют, во сколько раз вес и объем осадка больше веса и объема первоначально взятой пробы. Изменение веса характеризует собой набухаемость бентонита и объем после набухания (в см3), отнесенный к весу бентонита (в г), характеризует объем набухания.

5. Для определения бентонитового числа навеску 4 г высушенного, измельченного и просеянного бентонита и навеску 0,2 г окиси магния помещают в фарфоровую ступку и смачивают небольшим количеством воды комнатной температуры (из отмеренных ранее 100 мл). Тестообразную массу растирают пестиком и, постепенно в нее добавляют воду до получения суспензии, которую из ступки сливают в градуированный цилиндр с пробкой. Ступку смывают остатком воды. Цилиндр с суспензией взбалтывают и оставляют стоять на 24 ч. Вычитая из 100 объем отстоявшейся в цилиндре жидкости, получают бентонитовое число, являющееся относительной характеристикой коллоидного бентонита.