ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Концентрация и свойства водорастворимой твердой фазы из "Физико-химические основы технологии дисперсных состем и материалов" Вся эта совокупность факторов воздействия существенно осложняет возможность надежной стабилизации поверхности частиц Поэтому необходимо учитывать и по-возможности реализовать комплекс методов повышения стабильности дисперсной системы, не ограничиваясь применением только одного вида индивидуальных ПАВ, как это предлагалось ранее. [c.164] Рассмотренные выше водоугольные суспензии, содержащие частицы размером до 250 мкм, по существу, являются седиментационно неустойчивыми. Потому для исключения седиментации необходимо, чтобы система имела минимальный уровень прочности структуры, достаточный для фиксирования в структурной сетке частиц, размер которых превышает размеры коллоидных частиц, способных участвовать в броуновском движении, т. е. 1)о О,1—1 мкм. [c.164] На основе современных представлений о факторах, определяющих агрегативную устойчивость дисперсных систем с учетом специфичности суспензий и требований к ним, можно сформулировать основные общие условия стабилизации частиц и изменения свойств межфазной границы твердая фаза — полярная жидкая среда. [c.164] Первой и основной причиной агрегативной неустойчивости дисперсий является высокое значение межфазного натяжения на границе твердой и жидкой фаз, выражающееся, в частности, в плохом смачивании поверхности частиц в дисперсионной среде. Лиофобные дисперсии, в частности суспензии гидрофобного угля в полярных (водных) средах, обнаруживают агрегативную неустойчивость, выражающуюся в самопроизвольном агрегировании частиц (автокоагуляция под действием молекулярных сил) с образованием агрегатов и пространственных структур. Но вместе с тем в углях содержится небольшое количество неорганических веществ (алюмосиликатов, сульфидов, главным образом железа, карбонатов кальция, магния, железа), поэтому наблюдается неплохая смачиваемость угля водой. Поверхность угля мозаична, на ней есть лиофильные и лиофобные участки. Из анализа литературных данных и приведенных выше результатов рентгеноструктурных исследований также следует, что поверхность угля по физико-химической природе неоднородна [7, 133]. [c.165] Чтобы исключить взаимодействие частиц угля по гидрофобным участкам и предотвратить их агрегирование в водной среде, необходимо модифицировать поверхность твердой фазы водорастворимыми ПАВ. Молекулы ПАВ вследствие дифильности строения адсорбируются на поверхности угля, лиофилизируют ее и увеличивают сродство межфазного слоя с дисперсионной (водной) средой. В результате происходит активное смачивание угля водой. [c.165] Если размер молекул ПАВ соизмерим с размером пор, микротрещин на поверхности угля или капилляров в агрегатах частиц угля, то, согласно эффекту Ребиндера, молекулы ПАВ, адсорбируясь на внутренних микроповерхностях, вызывают ускорение диспергирования и пептизацпи агрегатов угля при механическом воздействии (помоле, дроблении) и способствуют образованию высокодисперсной фракции, устойчивой к седиментации. [c.165] ПАВ с высокой поверхностной активностью (смачиватели, диспергаторы обычно с небольшой молекулярной массой), обеспечивая агрегативную устойчивость частиц высокодисперсной фазы, не предотвращают от седиментации крупные частицы ( о 10 мкм), которые при оседании могут увлекать за собой и частицы меньшего размера. В условиях трубопроводного гидротранспорта угольной суспензии этот факт может приводить к постепенному накоплению осадка по всему сечению трубы. [c.165] Как известно, наиболее сильным фактором стабилизации концентрированных дисперсных систем является структурно-ме-ханический барьер. Его образуют длинноцепочечные мылоподобные вещества, длинноцепочечные неионогенные ПАВ и полимеры, высокодисперсные твердые частицы. Адсорбционные слои из таких веществ обладают повышенной вязкостью и прочностью. Чтобы в объеме системы, стабилизированной высокомолекулярными ПАВ, образовалась коагуляционная структура с заданной прочностью контактов, необходимо обеспечить оптимальное значение межфазного натяжения. [c.166] Комплексную функцию диспергатора и стабилизатора выполняют смеси лигносульфонатов, при этом низкомолекулярные фракции играют роль смачивателя и диспергатора, высокомолекулярные— стабилизатора, в целом проявляя синергизм стабилизирующего действия. Стабилизирующий и пластифицирующий эффект обеспечивают продукты конденсации формальдегида и гидроксида кальция или формальдегида и нафталинсульфокислоты. Неорганическое ПАВ — триполифосфат натрия вследствие большого числа кислородных групп в молекуле образует многочисленные легкоподвижные водородные связи с молекулами воды (дисперсионная среда), поэтому это вещество обладает ярко выраженным пластифицирующим действием. Использование его приводит к резкому снижению вязкости ВКДС, хотя в ряде случаев (при превышении дозировки) триполифосфат натрия может понизить седиментационную устойчивость суспензии. [c.166] Известно, что степень агрегативной устойчивости суспензий в значительной мере зависит от pH среды, значение которого оказывает влияние на диссоциацию поверхностных групп твердой фазы, определяет знак и величину ее заряда [6, 8, 11]. Из рис. 1У.25 видно, что в умеренно щелочной области pH наблюдается четко выраженный минимум объема седиментационных осадков исследуемых суспензий. Это указывает на наличие агрегативной устойчивости суспензий в данном интервале значений pH. Большие объемы седиментационных осадков как в слабощелочной, так и в сильнощелочной средах свидетельствуют о заметном взаимодействии твердых частиц, сопровождающемся структурированием суспензий. [c.167] Проведенные исследования седиментации водоугольных суспензий под действием электролитов дали следующие результаты (табл.IV.3). [c.168] Суспензии, содержащие электролит МаС1, очень быстро коагулируют и седиментируют. В течение двух суток водный раствор над осадком становится прозрачным, осадок довольно рыхлый с течением времени объем осадка немного уменьща-ется (самоуплотнение коагуляционной структуры). Щелочь МаОН способствует структурированию твердой фазы суспензий, однако при этом осадки рыхлые и малопрочные. В присутствии добавок гидроксидов ряда двухвалентных металлов Ме(ОН)г объем седиментационных осадков минимальный при низкой их прочности, структура осадков компактная. Характерно, что в этом случае повыщенные значения pH среды сохраняются более длительное время. Следует отметить, что при обработке угля водными растворами щелочей, особенно в сочетании с органическими растворителями (этанолом), может извлекаться некоторая часть сложной смеси органических веществ, содержащихся в угле, — гуминовых кислот и битумов [136]. Это приводит к изменению агрегативной и седиментационной устойчивости суспензии во времени. [c.168] Использование принципа оптимизации гранулометрического состава в системах, содержащих частицы размером о Оо,кр, весьма затруднительно вследствие самопроизвольного образования структур из таких частиц. Приближенная оценка Оо, кр (при условии ближней коагуляции частиц угля, характерной для лиофобных взаимодействий) показывает, что частицы размером до 50-г 100 мкм уже участвуют в организации структуры. Следовательно, основная доля частиц в полидисперсной системе проявляет склонность к самопроизвольному агрегированию. Без разрушения образующихся структур, естественно, нельзя реализовать оптимальный гранулометрический состав, так как в структурной сетке частицы разных размеров зафиксированы и компактная упаковка не может быть достигнута. Разрушение структуры в отсутствие эффективной стабилизации частиц в сдвиговом потоке сопровождается распадом ее на рыхлые агрегаты, в которых также оказываются зафиксированными частицы разных размеров. Лишь при предельном разрушении структуры или агрегатов создаются условия для такого перераспределения частиц твердых фаз по объему, при котором может быть осуществлена их компактная упаковка. В отсутствие истинно предельного объемного разрушения структуры, достигаемого, как показано выше, при предельном вибрировании, реализация оптимальной гранулометрии оказывается весьма затруднительной, а по существу, недостижимой задачей. [c.169] В условиях эффективной стабилизации частиц, при которой предельное разрушение достигается, минуя стадию агрегирования [15, с. 253], при малой скорости деформации ситуация коренным образом меняется. Относительно легко достигаемое предельное разрушение структуры создает возможность для получения компактных полидисперсных систем. [c.169] Вопросу выбора оптимального гранулометрического состава в полидисперсных системах посвящено значительное число работ, в частности, этот вопрос обсужден в работе [57]. [c.169] Ограничимся кратким обзором наиболее распространенных геометрических моделей моно- и полидисперсных упаковок зернистых материалов. [c.170] На основании модели Слихтера Максвелл получил формулу для определения удельного электрического сопротивления дисперсных сред, состоящих из непроводящих сферических частиц, между которыми находится проводящая среда. [c.170] Модель Фурнаса [140] позволяет вычислить соотношение объемов двух и более фракций шаров разных размеров с целью получения минимальной пустотности ( свободного объема) смеси этих фракций. [c.170] В некоторых работах рассматривается зернистая система случайного гранулометрического состава. Так, в [141] приведен алгоритм моделирования структуры на ЭВМ с использованием метода Монте-Карло. При расчете размеры частиц считаются распределенными по какому-либо закону, а форма частиц обычно принимается шаровидной или в виде тетраэдра. [c.170] Перечисленные выше модели могут быть использованы для количественного описания структуры угольного порошка и водоугольной суспензии для установления связи между структурой и реологическими свойствами системы. [c.170] Вернуться к основной статье