Влияние неионогенных поверхностно-активных веществ на межчастичное взаимодействие в гидросуспензиях природных минералов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

Г'С С...;"

Черн1вецьккй дерлзггай ул1Е5рситэт ím. :0. Сгдьковича

Нз правах рукспису

Еорук Cepriá Дмлтрович

Вгшга HeioKorsHHiK лаьерхнеао-актквних рэчовин на MiK4BCT¡iHHi взаемодП в г1дросуспенэ1ях природних *анерал1в

02.00.04 - 4»i0HUHa xiMiH

Автореферат дисертацП на адоОуття наукового ступенл кандидата xímí'jhhx наук

Чврн1вц1 - 1995

Дгаертац1еп б рукопио

Робота Еиконана у Черн1ьецькому державному ун!верситет1 iM. Ю. Седьковича

Науковий кер1ЕН'<1к: доктор ф1з.-ыа". нэ/к, професор Нечипорук Басило Василаовнч

0ф1ц1йн1 опоненти:

1. Академ1к IA Украпш, • доктор xiMi4HiK наук, професор, зав. в1дд1лом 1БКХ КАН Украпш Манк Бадер1й Еен1ам1нович

2. Кандидат х!м1чних наук, доцент Федоров Anarojiift 0лекс1йович

. Пров1дна орган1эац1я: ¡нститут коло!дно1 xiMil i xiMil води 1м. Думанського, м. Ки1в.

Захист в1дбудегься "¿¡t* грудня 1995 р. о //.«годин! на за-,'о!данн1 спец1ал1вовано'1 вчено! ради К 07.01.01 в Черн1ведькому державному ун1верситет1 (274Q12, м. Черн1вц1, вул. Коцобинського, 2) •

3' дисертац1ею можна оэнайомитися в б!Сл1отец1 Черн1вецькоги державного ун1верситету (м. Черн1вц1, вул. Л. УкраТики, 23).

Автореферат роз1сланий "_" лиотопада 1995 р. ,

Биений оекретар

спбгц1ал1аовано1 вчено! ради, -

канд. х1ы. наук, доцент /'* Лявинець О.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

А)угузльн1сть проблеии. Проблема ст!йкост1 р!зних сум1шей в одн1еч э нзйпакл'|-п1ших в Л1зичя1й х1мП. Перспекти^ними в цьому в!диошенн1 в дослзукення дноперсних систем, зокрема суспенап"!, народногосподарсько значения лких вигначзвться !х широким вико-ристанням в Оагатъох галузял пр0м:1с;л020ст1 1 с1льського госпо-даротва. СуспензП - це основа цементное, с!1лл.кдтно!, керам1ч-но"1, доОувахлЫ 1 1кш;к галузей праиисловостз..

Ц1леспрямоЕзно рогулюванз влаотивостп суспенэай мажливо лише па основ! використання ф!зикс х1м1чно! механики дисперсиях систем. Не дивлнчпсъ кз велпку к!льк1сть роб1Т, присзячен.чх вив-чешго проОлеки стгйгеос-т! (Реб1ндер, Овчаренгаэ, Д«ряг1Н та 1н.), взаемоэв'язок агрегатквно"1 1 седиментац!йчоХ ст!йкост1 впвчешш далеко не повно. • ''

Експериментэлып дослЛдження агрегативно1 ст!йкост1 дисперсиях систем ускладнвютьсл седшентахдега окремих частшгок 1 1х агрегат!в, а такт ла51лыистго систем,' що ускладнюв !к вивчення.

Дана робота прнсвячена комплексному досл1дженню фактор1в, що впливають на агрегат51вку 1 седиментац!йну стшйсть ряду дисперсиях систем, як у водкам:/ середовшц, так 1 з добавками ПАР, важливих в практичному в1дношенн1, з мэтога поглиОленнп 1 розши-рення знань про. природу явмщ, як! прот1кають в дих системах 1 заОевпечують моаливост! 61льш ефективного регулювання 1х власти-востями.

Ц1ль роботи. Досл1дження впливу не1оногенних поверхнево-ак-тивних речовин (НПАР) та електрод!т1в на 'процрси м1жчастинних вэавмод1й в суспенэ!ях прирсдних м1нерал!в 1 розробка метод!в цхлеспрямованого регулювання реолог!чними властивостями 1 ст!й-к!стю концентрованих суспензХй.

Обгрунтов^псть 1 доотов1рн1сть наукову.{ результат1в. В ди-сертанДшш робвт! експеримеитапыи досл1дження дисперсних систем 1 процес1в', що в них проходить, проводились з використанням оптичних та реолтччних м?тод1в, як1 добре обгрунтован! 1 мають розвинену теоретичлу основу. Зднюнювалзсь' статистична обробка одержаних резулътатХв. Дисс-ртантом використовувались ориг1нальн! •мотсдики, як! дозволяли врахувати взаемодш велико! к!лькост5

частикок суспеиэП, а також одночасно вивчати 1у. оеднментац!йну та агрегативну ст1йк1сть, що дозволило одержати щкавд результату як! не протир!чатъ р1домиы експершентавывш даниы.

Наукоза' новизна робота полягае в тому, ср: • - вперше проведено систематична дос.лджэння процео1в м!ж-частинно! взазюдП в розбавлених 1 концентрованих суспензиях;

- показано Бзаемозв'явск ьиж процесами ¡.пич;зотинно! взаемо-дП в розбавлених суспенэ!я? г реолргХчнши характеристиками 1 седшентацЪшою ст1йк1ст» концентрованих суслонз1й;

- гапропоиован1 характеристики м!жчаст;шних еззбмод1й в розбавлених 1 концентрованих суспензиях-природних м1нерап!в;

- показано вплив НПАР ; електролШв на ступЬн> 1 характер кажчастинно! взаемод!! в г1дрооуспенз1ях, в залежностд. В1Д при-родп иоверхт частинок 1 !х роэм1р1в;

- досл!джена адсорбция добавок, ар вивчаються, на ловерхн1 частно« твердо'! фаз и дисперсП, встановлеко взазмоап' ягок мхк природою поверхн! 1 величиною гранично! адсорбц11.

Теоретична ! практична Щнн1оть. Результати проведених досл!джень дозволяють бальш повно зроеум!ти механ!зм стаб1л1за-ц11 г!дросуспенз1й природних М1нерал1в э метою спряуованого п!д-бору типу 1 1{1лькоСт1 х!м!чних добавок для надання систем! необ-х!дйих властивостей. • . —

Дан!, ' -одержан! внасл1док проведених досл!джень, ляглп в осноеу нового методу осв!тлення глинисто-сольових суспенз1й ка-л1йного' виробництва на ВО "ХлорвШл" м. Калуш. Роэробка устшно прошла доол1дно-промислов! випробуваннл на вказаному промиоло-вому об'бднанн1. • • •

На аахиот винооиться: • - експериментальн1 результату досл!джень реолог!чнда влас-тивостей, седиментад1йно! та* агрегативно! ст!йкбстей .Ндросус-пенз!й глин, вуг1ллн, алмазу, улътрадисперсних порешив (УДП) в присутноот! не!оногенних поверхнево-активних речовин;

- встановлений взавмозв'язок м!ж процесами ьпжчастинно! взаемод!! в розбавлених суспенз!ях з реолог1чними властивостями 1 седцментац!йною ст!йк1стю концентрованих суспенэ1Й■• об'екпв, що вивчалисъ;

- -

- досл1длешп1 вплив ШАР 1 електрол!т1в на характер 1 сту-п1нь м1*чаот1ш»с! бзп^модП а рогбавлених 1 кокцептрованих Пд-

¿ооуспен31ях д0с-л1длуьэк1'.х порошив;

- законе«] рксст! адогрСцП НПАР на ппнэрхн! Чаотниск дисперсно! фаэи 1 Н роль в процесс: Шжчаотилно! вэавыодП;

- споо!С ссз1тлс!'пя су'?"9нэа;": кялкшого Еиробшщтвз для очистки Мд глитаотих пдам1в рогчжпв. ад 1дуть на кристалл задаю.

АпроДац1я работ;;.

Результата дксертац1п1Ю1' роб^ти допсв1дались 1 обгеворюва-лись на Ресг.у^л1кгшоько1Г/ сем1иар1 "Сиашо-хшическая механика и вибрационные кетедь; на службе технического прогресса" (и. Одеса. 1987 р.); Третей зсесопзл1н конферекцП по механгц! неоднор1дних структур (м. Льв1б, 1991 р.); Всусокгнгй наукоз1п школ! "ВиОро-телкалогкя-91" (м. Одгса, 1991р.); Науксзп; кокферёчци "Коллоидная химия я фиэжо-хкмичесгля механика природных дисперс.чнх систем" (м. Одеса. 1893 г.).

Хоккретний оообиотий ьнесок дисертаата у розробку нау1г.ових результатов, до виноелтея на захист.

Дисертантом спланозана та реал!зована ссновна частина екс-периментальких доел!джень .• Одержан! результат« систематиэован! 1 1м було дано теоретичне обгрунтування.

Метади дос,л1дмень.

Теоретичною та методолог1чною основою досл1джень послужили робот в1тц;1знян'их та эакирдонних вчених, приепчен! зиЕченню БластивостеЛ дисперсии:; систем. На 1х основ1 були розроблен1 ме-тодигси, як! дозволяли ьраховувати взавмодш иелико! чьчькоот1 частинок в розведених та концептрованих система:?. В робот1 за-стосован1 так! основн! методи досл1джень: оптичн!, реолоПчн!, оедиментэц1йн1* Результат« вим1рювань оброблллись на ЕОМ.

Структура 1 об'ем дисертац!1.

Робота складавтъсп !з вступу, 6 глав, внсновк!в ! додатк^в. Ма'1'ер1ал дисертац!! викладений на 172 стор!нк»-' машинописного тексту, вк^ючаючи 58 малюшав, 3 таблиц! ! списку цптовано! л1-тератури, що м!стить 167 назв.

- 6 -

0СН0В1С1Й 8М1СТ ГОЕОТИ.

У встут обгрунтована актуяльн1сь теми досл1дженил, сфор-мулъована ц]ль, наукова новизна 1 практична ттйсть роботи.

У перш1й глав д. приведено отислий огляд л1тератури, що в!д-бчвав сучасне уявлення Про регулювання стьтастю 1 реолог!чнш.ш характеристиками дисперсии:'; систем. Дано короткий анализ факто-р1в, • що вплиьають на ст1ик1сть. Роэглянуто питания про чплив природи 1 концентрацП дисперсно"! фази на властивост! г1дросус-пензп; 1 осоОливост! поведгнки концентрованих суспенггп.

Даетесь анал1э шжливост! регулювання властивостями суспензий шляхом >.гадпф1кацП псЕерхШ частинок. Приведено огляд л1те-ратури, присвоений проблем! виОору х!м1чних рьагент1в -ля регулювання властивостями суспенз1й, роаглянуто питания про д!ю р1з-них клас1в ПАР, елсктрол1т1в на IX характеристики.

Показано, що практично не вивчеке пптагап про взаемозв'язок процео1в, що _прот1кають в розбавлени/ суопенз1ях з властивостями концентрованих, а також можлив1сть прогнозування властивсстей осташпх. Виб1р добавок, як правило, проводився емп1ричним шляхом. Разом а цим, роав'язання цих питанъ дозволило б идлеспрямо-вано зм1шивати властпвост1 супенз1й.1 одердувати дисперсн! сис-теми 13 эаданими характеристиками, що знайшло б застосування в практиц1.

1. 1

В друг1й глав! приведена характеристика об"вкт1в вивченнп

описан! осноиН методи досл1джень.

Для роэв'язання поставленних пита:ь буди вибраш сл1дуйч1 об'вкти: мгнерал каолШт, г1дрослюдиста глина, синтетичний ал-магний (СА) порошок, вугЬтля. Гранулом е тричний склад приведений на мал. 1. Вивчались властивост! розбавлених (до 3 кг/м3) 1 концентрованих суспенз!й ( до 300 кг/м3).

В якоот1 х1м1чних добавок використоёувались речовини, моле-кули пких проявляли поверхневу активн!сть по в!дношенню до частинок дисперсно! .фази,' не вступали з ними в Х1м1чн1 реакци, 6у-ли нетоксична Враховувалось такох 1х практичне застосування. Вивчались неюногённ! ПАР ЛЕГ-115; 0С-20 - моноачк1ловий еф!р пол1ет]иенгл1кпля на основ1 первинних спиртав; С1нтанол ЛТ-7. -Смоноалкллов! еф1ри пол1етиленгл1коля на основ! первинних еф!р-

Мат. 1. Гранулометрич-НИЙ склад ДНСПерСДЙ: Ьклолгядту; 2-г1дро-слюдисто! г лини; 3-СА порстаку ( дрЮна фрак-

'¿/я Л \ • ♦ Р

Т " П > тгТгУ""Ь"гч Г» I Т*Г Г + тгт I Т I Т { ГГГ-'-П Г* I гт4 гч-"Н

5 цгл); 4-СЛ порошку (крупна фракция); 5 -вуплля (др1бна фракция); 5 - вуг1ллн

г

21>0 II: О ИМ'. Г' : ГС г !?рй

А. У.М1

(крупна фракц!я).

них сш1рт!вЗ; Прокоанол-146 - [блоксолсгпмер окисин етилена (п) 1 лроп!лена (п>), -д» п-48; т-283; ТвЛн-бО - £сорОгталь о, сорб!-тан б1С (пол!око1етил&н) мокоолеат]; пол!мер полАетиленоконд (ПЕО), молекулярна маса ледить в межах (2-3)*10б; полдмер пол!-зкрдлашд (ША), молекулярна маса ледить в меха;: (4-5)*10°.

Використовувались мокодиоперсн! суспэпзП. Суппен?!! Ск порошку 1 вугдлля були шнсдиеперон!. Нонодисперсн1 суспенз.г! као-лШту 1' г1дроол»дио1о1 глини одержувалк эз допомого» багатогги-кового пристрою Конецького для роэмучуланнл.

Внаол1док того, що в дослдаувашн оуспенздях вддбуваються процеси, зумовлен! вэая<юд!ею великого числа частинок, контактну вэаемод1ю з розбавлеии.ч системах впэначали по вм!н1 концентрат д дрдбно! фракц11, в эалежноет! вад концентрацд 5 крупно! фракщь Для цьго нами був введений ефектпвний коефхвдент налипания (Ке».),"якнй вйзначався: К0ф.- бС/Мо, де 5С - эьпна концентрацд! дрЮнс)! фракци, Мо ~ конЦентравдя крупно! фракци.

Вгойрювання проводились оптичним методом, в основ! якого лежить проходження вппромднювання через мутн! середовища. Використовувались концектрацП твердо! фази, що зиаходяться в облас-т! лзлпйно! заяежност! в!д оптично! густини. Визначалася оптична гуотина суспенз!й, ыр мдимять одну дрдбну фракц!», одну крупну фрагщш, а також оуспенз!! а сушшшю крушите ! дрдбних частинок. Еиходячи з аддитивност! оптичних гуотин роэраховували 5С. Мо задавалось початково. '

Про сэдиментацдйну сттисть роэбавлених суспенз!й судили по даних седшентащйного анализу. Для встановлення характеру ,

_ о _

д"Л кг. оо,п;а!ен7ац1ш£7 ctirkic-cb .-успэнг1й добавск ввод;зся кой-фхгивк" c.£;;»f5K~a^iiihO'i- HE'raiii'.DCTi (Ксл), якпй тглакачаася як тангенс- кута ьахклу балекаост!. bmIhk ве-пг-шш; оптичноХ гусгани суспекгх! ul' ыд кс-н:;ектр:щ1: дизперсно! О^ги сусп^кзП.

КСн - ¿Э/'К, де СО - Го - Е? ,

Do - початкэва оптиин-» г/сткна;

D? - ог.гична густика «рев cij-i хент.пн п!сля початку експэ-рименту;

М - :чО}щ^атрац1я твердо'! фаги.

Седи1!-.?}:тацгйну ститастъ коицентроЕаних глинистих cycnensiii вигнапалн ме-тодсм рухоио! межЛ, вуальки; суспеназй ва методикою, ро»;обленою в Uranrryxi коло1дно1 xiMil i xini'i води АН Ук-рапга.

IiiTeHOiiBHicTb м1жчаагинннх взаемедп! в кснцентров?ких суспензиях (до 300 кг/мэ) характеризуьалп добутксм реолог!чних констант та. ДсхШдження проводились в облает! ь'явгса-пладтнчних -властивостей суспенз!й, тобто при швпдкост! зпуву 1318-43? с"*. B'n3KiCTi таких cycneHsiii ойибувтьей р^няиням Ешштейла: 1 ц - но exp(aiji) , де i

i);tio - в'яэк1сть cyciieiiBii 1 диспероишого середовища; Ф - ой'емна частика дисперсно! фази; a - параметр, що враховуе взаемод!» частинок м1ж собою i середовищем.,

У зв'яэку з тим, цо a е фуякЩе» величини швидкост1 зеуву D, можна ьстановнтй фуйкцЮнальний за'язок:

. « - В(тГт , де Т - D / Dnvax

D;Dmax ' б1жуче i максимальне (1312 с"1) значения ивидкост! зеуву.-

FaspaxyHOK функщональных залежноотей а - f(r), а також одержання величин то, зд1йснювали на персональному комп'ютер1 IBM.

Адсорбц1я речовин на Поверхш частинок дисперсно! фази раз-роховувалась по зм1Ш койцентрацп pos'UHiiiB добавок до-i п1сля контакту а дисперсною 4>азою. Процес адсорбцП продовжувався 24 години. Конценграц1я речовин визначалась на. рефрактометр!

. Гралулоыетричний склад . ДоСд1длуваш1Х пороншв'дазцачався г 1 ' допомогою автоматичного днал! затора розм!ру частинок'<РА-750 середньиквадратични)|1 Ыдхщенням 0.57., з комп'ютерною обробше,

результата 1 ¡х видачея у гигляд: кумулятнзно: крлбо: з наШв-логарифудчких координатах 1 у вигляд! таблиц!.

У трет!й .глау!_приведен! результат!: досл!д>.екня Кэг.,Хс;г.

гг.з г1дрос/спйнг1й каол.л1ту, • Пдросдадксю! ь'лши, СА порошл', . вуПлля 1 гллив на и! характеристики добавок Тв1яа-80,' ПЕГ-11Б, ОС-20, ПНО 1 ИЛА.

йк-пскзэагк досл!уоння, ькачн.й ьалиг ла властивост! одержан!« суспекз1й проявлю ф1гико-л1г,!1Чл;-. природа чаогинок дкс-. пе-сно"! Ко агрегатигн!;: ~! седиме:пац№пй ст!;*:.-:ос~! одер-

:».уванкх розбавлеких с/сг.е!тз1й, с5'~кт:\ досд^лення розъцщу/итъся ь идхдуочону ряду: Н£и*;б1дьа неот1йк1 ..и ре; 1 гт!йк1 седи-

ментац1Йно сусленаП каол1н1ту, за н;ыи йдуть суспензП г1дрос-людисто1 глуни, са порошку, вуг!лля. для квф, одержано наступили ряд: каолиит (б.27*Ю~я) > Пдроплгсдиста глина (5.3*10-2) СА порошок (5.0*10~а} > вуг!лля (б.98*10~':1). Сэдиментацхйна ст!й-К1сть досл1д;иуЕсл;их пэрспкЦч, не залелно в!д розтру частинок, збтиуетьод в такому ряду; каолИп'т > г!дросл»диста глина > СА порошок > вуг!лля.

3Mi.ua' величин тпЗ 1де амбачии величинам офективного коефг-нДкнту налипания. Для величин тз одэржанин наступний ряд: каол1-н!т (та - 4.56) > г1дрослюдисга глина (гпа - 3.69) > вуПлля (то - 2.14) > СА порошок (тз - 2.С). 0держан1 эакоксм1рност1 дозволять сробити висновок про едину природу процео1в, що г1дбува-ються у розведэних та концентрованих суспензгяк, та можлив1сть прогнозування властивостей концентрованих суспензи! на основ1 вивчеиня властивостей роэведених.

Посл!довн1сть гм!нп Ке«. 1 шз" для досл1джуваних об*ект!в обумовлено ix р1эними ф1зико-х1м1чними характеристиками. Поверх-нев1 шари частинок каол1Шту та ггдрослюдисто! глини в значн!й м1р1 г1дроф1л1эован1- за рахунок високо! концентрацП поверхневих г^дроокшпв, що приводить до утворення навколо частинок товсто! сольватно! оболонки 1 супроводжуеться эб1льшенням седиментащй-но1 стшкост: одержуваних систем. Кр1м того, при зближенн1 г1д-. роф1льних частинок виникае манжетопод1бний мен!ск, який зв'язуе контактукт частники. Це приводить до эниження агрегативно! cтiйкocтi роэведених суспензш 1 сприяв структуроутворенни в концентрованих суспенз1ях, що супроводжуеться зростанням величин гпв-. Процесам структуроутворення сприяе також виоока седимента-

- ю -

цгйна ститстъ даних суспензш, що приводить до утшрення до-статньо ст1кгаи.простсрових структур, .в вузлах яких энаходяться частинкп дисперсно"! фаги та '¡х агрегати.

Поверхлл частинок СА порошку м1кромоза'1чна, 1де чередування 1'1дроф1льнж .та г1дро(1о6них дътамк. Чаотийли Еугглля да менш г1дг>э<Яльнг. • ВуПлля, ь залехкоиП ыд о.упеьа метаморф1эыу, мае в своему об'ему органхчн: киолоти жирного та ароматичного ряд1в, нк1 кокривают! погерхню частинок.

Форма частинок ьуплля .та СА порошку 1 1х .;огана вмочува-нхсть приЕодять до того, за при ¡X рус! в отрушн1 Р1ДИН/1 легко вхдр-.'.ьайться приграничний кар. За рахунок цього Еинжають турбу-лвнтк1 пульсацП, як1 послаСлювть контакту вэабмсд1ю чаотпнок. Поряд & нийьксю седиментаткчсю стшкхотю це приводить до того, що в концетрованих суспензиях СА поропку та вуПлля, пол ьннче-них нами концентрациях дисперсно! фаги, структура праттпчно нэ утворюзться. 1 ■

Бее це дозволяв характеризувати розведен1 суепеичи каолз,-н1ту та г!дрослвдисто! глини як седнментащйно стШсд. ало ь« стгГ.к! агрегативно. Концентрован1 суспензП цих об'егачв мають значну в'яэкЮть за рахунок утворення в них стойких коагуляц1й-них структур. Розведен! суспенвП СА порошку та вугътля седимен-тащйно неотшк!, аде Оишш ст!ша агрегативно. Крнценяровап! суспензи (до. 300 кг/м'-) мають малу Е'яэк1сть.

с На контактну взабмод1ю сильно впливае сп1вв!дношення розш-р1в вэазмод!ючих частинок. 1в з31льшенням р1зниц! в розм^ах крупно! 1 дрЮно! фракщй величина Ква. зменшуеться (мал. 2). Де зв'ягано з . "тим, що 13 зб1льшенням р!вниц1 у розморах частинок, що вгавмодшть м1ж собою, з61льшубться гАдродинашчшш оШр р1-дини. При цьому крупнг часгинки обт1каються др1бними, що приводить до зменшення ефективних зхткнень.

Характер дП добавок на суспензи, що мЮтять р^гт за своею ф1эико-х1м1чною природою частники, аналоПчнин.

Наявн!оть речовин, молекули яких мають л!н1йну будову, при низьких концентрац!ях приводить до !нтенсиф!кацП процесов агре-гацп Частинок у розведених суспенз1ях доол1дмуваних порошк1в (зростання.Не®.> мал. 3): Це сунроводжувться зниженням седимен-тащйно! ст1Йкост1 суспенз!й, як! мостять крупю частники, а та-кож сущш крупних ! др!бних частинок. При низьких концентраиДях добавки "сприяють процесам агрегування частинок за рахунок моди-

Мал.2. Залелипоть ефек-тивного коеф1ц1ента налипания дрЮних частинок (г-10-15 мкм) ¡"1 круши в!д розм1ру частинок 'крупно! фракц11 для: 1-суспензи каол1-н1ту; 2-суспенэ11 Пд-рослюдисто'1 глини; 3 -суспензи СА порошку; 4 - суспензи вугхлля.

ф1кац1] "¡х новерхн! та утворення мЮткових зв'язк1в мш ними, але вони не здатн! утворити ст!йк1 структури, як1 б утримували чаотинки та IX агрегата в об'ем! суопензП. На суспензП, шр мЮтять дрдбн! частинки, добавки вшшвэють в м?нш!й шр1, тому що в них легие утворювться коагуллцнтеа структура, у вуэлах яко! розташовуються частинки.

При эбхльшенн! концентрацП добавки величина Каф. у роэве-дених системах зминшувться, а пот1м не зм1нювться. В цьму випад-. ку зб1льшувться седиментацшна ст1йк1сть суспензий, тобто в роз-ведених суспенз!ях мае м1сце продес структуроутворення.

0.1 0.15

с пзг-115.кг//и5

Мал.З. Залежн1сть ефек-тивного коефОДвнтана-липання та коефЩ1Ента о., седиментащйно! нест1й-.

кост! суспенз1й каэл1-м н1та в1д концейтрацИ и ШАР ПЕГ-115:

1-Кв®.! 2-Ксн суспенэ!й, 'пр м1стять крупну фраков ц1ю; 3- Кен суспенз1й, ' що м1стять др!бну фрак-ц1ю; 4- Кои суспеиз1й, що шетять крупну та др!бну фракцП.'

Мал.4. Залешисть ефек-тивного' коефхщента налипания та коеф!ц1бнта седиыентац1йно1 иесйй-кост*1 суспенз1й каол!-нхта в1д концентрацп НПЛР ТВ1Н-80: 1-КеФ.; 2-1<сн суспена1й, що шстгть крупну фрак-Щи: 3- Ксн суспрнз1й, що м!стять дрЮну фрак-Ц1Ю; 4- Ксн суспенгий, цо м1стят£ крупну" та дрЮну фракцП.

Введения в концентрован! суспензП добавок, що магать лний-ну будову, при.низьких концентраЩях приводить до рб1льш?чша !н-тенсивяолт! м1жчастинних взаемодай (зростг-ння то), що вказуе на ут£':рення в них структури (мал.Б, кр.2-5). ]э вб1льшешшм кол-центращ! добавки мають м!сце два випадки: залекШсть то - £ (С) проходить через максимум в наступним зниженням величин гпр 1 поступовим виходом залежноси на плато (низъкомолекулярн! добавки; мал.Б, кр.2,3). Тобто речовинй здатн1 агрегувати частинки у контентрованих суспенз1ях, ане не здатнх утворити стшку структуру, в вузлах яко! будуть знаходитись круша 1 вам-и агрегати частйнбк.' У другому випадку эалежн!сть гпв - Г (С) досягас'максимуму э наступним виходом .на плато (високомолекулярш добавки; мал.5, кр.4,5). Ц1 речовини здатн1 утворити в концснтрованих оуспенз1ях ст!йку структуру, в вузлах яга! будуть знаходитись крути флокули.

Це в!дноситься до суспензий, частинки яких мають р!зну сту-Шнь 1'1дроф1льност!. У випадку, .коли иа частишсах пор.еважають Пдрофобн! д1лянки,( повна стйЗШзаЩя в систем! не вгдбувавть-ся, як в розведених, так 1 в концентровашх Щдросуспатях

Д!я НПАР Тв1н-80 р!зко в1др1зняБТЬся в!д дП добавок, що мають л!н!йну будову, як в розбавлених, так 1 ь концетрованих системах; Тв1н-80 зменшув !нтенсивн!сгь м1жчастинних лгаемод1й 1 Шдвипуе се]циментац1йну стойкость суспенз1й (мал.4; ма^.5, кр.1). М1н1муми на кривих Квф. - Г(С) ! та - Г(С) опавпадають 1

Г ___я—-

^ Мал. 5'. Эзлежн1оть параметра шв для суспенз!й кдол!н!та з!д концентрат 1:

1 - ПЕГ-115;

^ 2 - 0С-20;

^з 3 - Тв1н-80;

С.1 -/»>.

^ 1 4 - ПАА; 5 - ПЕО.

/

з1дпов1даить ККМ Тв1на-80. ТоОто до КК1.1 Гв1н-80 Д1о як дисперга-тор^_п!оля ККМ диспергуюча 1 розр1джуюча д1я Тв1н-80 знижувться 1 стае постШою.

Величини Кв®. в розбавлеких суспензгях для Е01х дослдаува-них ПАР 1 у випадку вс!х дослЗджуванкх порогск1в змгяюються сим-батно величинам тв в концентрованих системах. Де дозволяв прог-нозувати реолоПчн! характеристики 1 спйкость концентрованнх суспенз!й иорошк1в, за рахунок вивчензя процесхв м1жчастинних Езавмод1и в розбавлених системах.

Четверта глава приовячена зикладу результата доагидження адсорбцП добавок на поверхн1 частинок твердо! фази суспенз!й.

Як видно з даних, приведених на мал.б, !зотерми адсорбцП виходять з точки початку .координат як показали розрахунки, оиисуються р!внянням Лэнгмгора. Це говорить про те, що формуван-ня адаорбц!йного шару на поверхн! адсорбента в!дбувавться за рахунок адсорбцП !нднв!дуальних молекул ПАР, ! адсорбц!я в моно-молекулярною. Адсорбц1я носить незворотн!й характер, ¡цо п!дт-верджувтьсл досл!дами по десорбцП ПАР чистим розчгошиком.- Нез-воротшсть адсорбц1! обумовлена утворенням Н-зв'язк!в м1ж функ-щзнальними групами молекул ПАР 1 активними трупами на поверхт частинок дисперсно! фази. Адсорбц!я мав м!сце як на г!дроф!ль-них, так 1 ня. Пдрофобних д!лянках поверхн!.

Адсорбц1йна здатн!сть порошк!в, по в1дНошенню до досл!джу-ваних добавок, р1зна. У вс1х випэдках значения максймальних величин адсорбц!! вище на б1льш г!дроф!льних поверхнпх ' (г!дрослю-да, каол!н1т). Проте, якщо у випадку адсорбцП низькомолекуляр-них ПАР (Гв!н-80, ОС-20, ПЕГ-115) спостер1гавться значна р!эниця

—. 1 — 2

Мал. 6. 1гогорми адсор-бц11 ПЕГ-115 из: 1 - 51дрослюдиота глина; £ -' каолШт; 3 - СА порсшок; 4. - вуг1лля.

г с. о

величин максимально! гдсорбдН ка гадрофольних 1 г:дрофоСних по-ьерхкях", то при адссрбцП зисокоыолекуляршк добавок (ПАА, ПЕО), ведкчпки Амах на Пдрофолььих 1 г!дрофо6нкх поверхнях гор1Б1шно блйзькл. Оер),г/Еанкя эдсорбцшного шару ннзьксмодекулярними до-баы^п на С1льс г1дрофобних поверхнях дссягаеться при б1льш низьких г.ояцентрац1ях, н!ж на боль'с г!дрсфобикх. Високомолеку-ляр::1 добавки, не дивллчись на меншу величину максимально! ад-сорбцП на г1дрофобних поверхнях, формують на них адоорбц1йний шар при б1льш низьких концентрац!ях, н1л да Пдроф1льних поверхнях.

^ Адоорбщя добавок включав в' себе два конкуру<оч1 продеси: взаемодхю молекул мШ собою ¡ а твердой фазою.-

Як показали розрахунки, ртвняння Х!лла придатне для оппсу адсорбцП иизькомолекулярних добавок э розчшив до ступеня за-повненнЯ поверхщ адсорбента 8 - 0.6 1 високомолекулярних добавок - до степени заповнёння В - 0.75, незалежно в!д природи по-верхн1 адсорбента. На-основ1 вищескаааного, можна зробити допущения, шр взавмод1я адсорбованих молекул ниэькомолекулярнпх добавок на поверхн! адсорбента до ступеня заповнёння П.,до 8-0.6 1 високомолекулярних добавок до ступеня заповнёння 6 - С,. 75 вводиться до диоперо1йного.

■. Велкчини Атах добавок розтзшовуються в наступному ряду: Лщах Пдросл.глини > Ащах каол. > Ащах вуг. > Ащах СА.пор- з щр сгДвпадае в1 ступенем впливу даних речовин на Кеф-1 шв дос-л1джуванйх оуопенз1й. Б1лыпа величина гранично! адсорбцП добав-' ки на повер'хн! чаотинок диоперсно! фази приводить до б1льш сильно! зм!ни влаотивоотей,одержуваних оуспенэ1й. Це п1дтверджув те,

шр дошнуючш фактором, щр вивначав характеристики сусиенз1й s стан поверхн! частинок дисперсно! фази. По ступени впливу на властивост! поьерхн! частинок, невалежно в1д ix природи, досл!д-жуван! ПАР розташовуються в наступному ряду:

П'ята глава приовячена вивченню комплексних добавок i ïx впливу на властивост! г1дросуспенэ1й г1дрослюдисто'1 глини i впливу електролШв на властивост! суспенз1й г!дрослюдисто! глини та вуПлля.

Вивчалась cyMicsa д!я добавок: "Шн-80 - ПАА, ПЕО - ГОЛ. я1с показали досл1дженна) Tbîh-80 i ПЕО !нтенсиф1кують процеси М1жчастинних вваемод1й як в розввдених, так i в концентрованих суспена1ях, у пор1внянн1 з чистим ПАА (мал.7,3). Причому цей ефект спостерггаеться як у дистилъовашй вод1, так 1 у сольових розчинах KCl,. MgCl2, MaCl. Але механ!зм д1'1 щи речовин р1зний. ПЕО утворюз в оштем! первинн! асощати, як! п!сля цього флоку- , литота ся ПАА. Дхя Тв1на-80 скор1ше зумовлена м1жмолекулярною вза-5мод1ею Mi« макромолекулами ПАА та молекулами Тв!н-80. Разом э тим, вгдбуваеться эвуження д1апазону ефективно'1 д!! добавок, в результат! прискоренно! стабШзацП суспенз!й, за рахунок утво-рення в систем! простороаих коагулягцйних структур.

ПАА > ПЕО > ПЕГ-115 > ОС-20 > Тв1н-80.

Мал.7. Залежн1сть ефек-тивного коеф!ц!снта на-

к™ липання та коеф!ц1внта

седиментац!йно! нест!й-

м KocTl суспенз!й г!дро-

СЛЮДИСТО! ГЛИНИ Bifl

0.4

концентрат ï ПЕО' при

" Спад- 0.01 кг/мЗ:

1~Квф.; 2-Ксн суспенз!й, що м1стять крупну фрак-

5Л ц!ю; З-Ксн суспенэ1й, що

с гио.кг/м3

■ч I ■ I I I I I

» м1отять др!бну фракц!ю; 4-Кен cycneHsiH, що. Mic-тять крупну та др1бну

фракцП.

- -

I /

у

__у г Мал.?. Ёалвхн1оть г.ара-

;зт?а гпЗ для суспен&1й

V

Г :ДРССЛ1СДИСТ01 г лики кскцеатр&цП: '1,2 -

_„4 ПЕО; - Тв!н-80; 1.ри

-— 1 1,3 - спаа ~ 0.01 нг/ыз;

-—-к3 2,4 - Спаа - о.об кг/мз.

г-Н-гГ-

о.гл

и

Присутйоть в -систем! електрол1Т1В приводить до зккжекнл 1нтблопвност1' какчаоуинякх ^ вгаеюд1й, як в роззедгкик, ■ так 1 в концентрсванкх суспекзгях зуг1лля 1 гЗдросл^дисто! "лини, що ^ суп,:оЕоджувться анихенилм 1х седкментац1йно1 ст1йкосп. Де эу-мовлено эниженням ефектпвност1 дП орган1чних добавок за рахунок !х висолювання, глобул1Еаци, екрануваиня фуккцшнальних труп, а також за рахунок зм!ни електрокднетичких характеристик . поверхгп частинок дисперсно! фаэи.

^ При дП комплексних добавок энижрння 1нтенсивност1 мхжчао-тинних взавмод1й в суопена1ях вддбувавться в менпий м1р1.

Ка основ1 проведених досладжень був запропонований опос1б освхтлення суспенз1й калпшого виробництва на ВО "Хлорв1н1л", м. Калуш, на яквй було одержало авторське свддодтво. Як видно- з приведених даних (табл.-1), цей спосгб дозволяв значно эбикпити пвидк!сть ос1дання глинистих шлатв.

В иоот1й глав1 доол1джувавоя вплив ПАР на величини Ке®., Кен в дисперс1ях ультрадисперсних порошк1в (УДП), щр широко ви-користовуються в промисловостГ для одержання спец1альних видгв кэрам1ки.-

У йв'яэку з тим, що частники УДП мавть великий заряд, було ц1каво вивчити вплив на 1х властивост1 як Доногенних, так 1 не-1оногенних ПАР. Була. вивчена адсорбщя ПАР р!зно! прирпди на по-верхн!, частинок дисперсно! фаэи оуспенэ1й УДП, эм!ну !х електро-к!нетичних властивостей п!д д1бю орган1чних добавок та вплив цих

Табл. 1.

Вплнв сп1вв1дксао.чкл кокиектраЧ1й ПАА 1 ЛЕЗ на шпидглсть осз1тльнкл глинисто-солеаих суспея?1й.

Реагента 1 Ко;гн?1;трац1я Г-У-гя.®. I Сл1вв1дксшекня1 1 СПАД / СПЕО 1 Середня ьвидк1сть 0св1тл91!ня, и/ч.

ПАА 0.33 1 8 ■ 1 2.7 (в1дьмий

ЛЕО 1 0.04 Г; спос16)

ПАА 1 О.Оо 1 400 1 3.00

ПЕО 1 0.ООО9

ПАА 1 о-, ев 1 200 1 4.61

ПЕО. 1 0.0018

ПАА 1 0.26 1 100 1 5.62

ПЕО 1 0.0036 1 / 1

ПАА 1 0.36 Г 40 1 3.6

ПЕО 1 0,009

ПАА , 1 ■ 0.36 1 20 1 3.21

ПЕО 1 0.018

ПАА -1 0.36 1' 18 1 2.86

ПЕО0 • 1 0.022

фактор1в на агрегативну та седиментац1йну ст1йк!сть г1дросуспен- . • Э1Й УДП.

Одержан 1, результат» п1дтвердили эагапьн1 законом1рност! экшш КВФ., Кен1 при додаванн1 р1зних ПАР в суспенэП, до м1стять р1эн1 за Ф1эико~х1м1чною природою частинки. Це вкаауе на вдину природу сил, що Д1ють у р1эних дисперсних, системах, .1 п1дтверд- ; . жуе можлив}сть прогноэування властивостей* Лонцентрованих суспен- '

. э1й на осной1 вивчення влаотивостей розведених. -/К. ' ' ?

' ' • V* «...

• ' .V К*.

. - v ■ \ ь

. • х

- 18 -

Табл.2. Вплив х1м1чнлх добавок на м1жчастинну взаамо-д1ю у воднкх суспензиях су1,аш! ,УДП.

1 Масова чаотка 1 добавки 1 0.1 кг/м9 Ефективний коефщоент налипания (Ке®.) 1

А1Й0З - У20Э ' А1г0з - 5!3М4 Б^з^ - ЧОз 1

1 - 6.63 * Ю-1 1.13 * 1СГ1 б.86 * 10"1 1

1 НФ 2.94 * Ю-1 1.61 * ю-* 2.12 * Ю-2 1

1 Синтанол ДТ-7 4.23 А 1СГ1 5.12 А 10_г 3.05 * 10~2 1

! ' Прсксанол 3.24 л Ю-1 5.1Б 'л 1СГЯ 2.94 а 10"г 1

1 Етонгд 5.24 * Ю-1 2.1С * 10~г 1.96 * 10~2 I

ОСНОВНI РЕЗУЛЬТАТ!! I ЕИСНОЕКИ

1. Показано, що 1нтенсивн1оть м1жчастинних взаемод1й б одним !з основних фактор1в, як1 впзначають агрегатпвну та седимен-тацшну ст1йк!сть, - а також реолог1чШ характеристики, як розведених, так 1 концентрованих суспенэ!й. Для пол1дисперсних систем, у випадку розведених суспенз1й, м1жчастинн! вэаемод!! зап-ропоновано характеризувати за допомогою ефективного коефЩ1енту налипания (Ке®.) та коеф1ц1енту седиментац1йно! нест1йкост! (КСн), а у випадку концентрован^ суспенэ1й - за допемогги до-бутку констант, що входять в модиф1ковзне р1вняння Ейнштейна.

2. Встаковлено взаемозв'язок м!ж характером та ступеней м1жчастипних взавмод1й в розведених системах та реолог!чншй характеристиками- концентрованих суспенз1й природних м!нерал1в та ультрадисперсних порошк1в. Показано, що,. добуток реолоПчних конотант глв, я кий характеризув концентрован1 суспензП, зм!ню-_ сться симОатно ефективному коеф1ц!внту налипания, який характернее Еластивост1 розведених систем.

3. М1жчаотинна взаемод1я в системах т!сно пов'язана з пол!-дисперсн1стю суспензий. 1з зб1льшенням. р!зниц1 м1ж розм1рами частинок крупно! 1 дрЮно! фракц!й, ефективний коеф1ц1ент налипания гмекшуеться, др пов'ягано 1з аменшенням числа ефективнкх 31ткнень та п!двищенняи г!дродинам1чного опору сольватат иного шару крупно! частники. Встановлено, що седиментац!йна ст!йк1сть.:.

cycnenniH з твердою фазою однакового гранулометричного складу можна розтагауватк у такий ряд:

Кюл1н1т > Пдоослздиста глина > СА псрошск > Вуг!лля.

4. Показано, пр знаний тзплпв на реолог!чн! в^астивост! та CTiKKiCTb дослздлыпх систем проявляють НПАР. 'Характер дП введении речовки не зале.чгеь в!д природи твердо! Фаги суспенгП.'За ' ступеней впливу РПАР на досл1дл?к1 систем;:., останн! модна роз-м1стити в ряд:

Каол1н1"2т> Пдроолвдиста глина > СА псрссок > Вуг1лля.

5. Ёиявлено, ¡до д!я добавок НПАР обумовлена утворенням на застилках твёрдо! цпзи монсмолекул-ркого ядсорОгийкого шару. В результат! щто кодяф1к>втася позерхня твердо! фазп, що приводить до 3MiHti характеру i отупеяя ы1хчаст:шно! зэасмод1! в сус-пенз!ях. За ы!рся впливу на властивосЛ повер/iii частипок, неза-лежно в!д 1х природи, НПАР рагмикуються в такому ряду:

ПАА > ПЕО > ПЕТ-115 > ОС-20 > lEih-60.

6. Встановлено, що комплексна добавка НПАР та пол1електго-л1ту в глинисто-солеву суопенз1ю 1нтенсиф1ку5 процес наталання дрхбних частинок на Kpynni. Це приводить до зб!льпення швидкост1 освхтлення системи. На основ! проведших досл!дленъ.аапрспонова-ний спос!б осв!тлення глиниото-оолёвнх суспензш кал iиного пи-робництва на ВО "ХлорвШл", м. Калуш.

7. Показана мозклиШсть прогнозування реолог!чних характеристик та CTiincocri концентрованих суспенз!й ультрадисперсних порошив шляхом дослхджелня лроцес!з м!жчастикних взавмод1й у розведеннх системах та регулювааня характеру та ступени цих вза-емодш шляхом введения в 'систему ПАР pisnoï природи.

ОСКОВНI ПОЛОЖЕНИЯ ТА РЕЗУЛЬТАТ}! РОБОТИ В1Д0БРАЖЕ1ГО У НАСТУПНИХ ПУБЛ1КАЦ1ЯХ.

1. Слипенюк Т.С., Батаманюк В.И., Руди В.П.; Борук С.Д. Флокуляция глинисто-полевых суспензий // Жур-i. прикладной химии, " - 1489 - 1J 2 -"о. 410-413. . •

■'2. Дегтяренко Т.Д.,'.' Завгороднии В.А., Макаров А.С., Борук С.Д. АдЬорбция лигносульфанатов на поверхности част!щ твердой фазы высококоицентрированных водоугольных • суспензий // Химия твердого топлива, - 1990 - N 1 - с. 92-97.

3. Слипеток Т.е., Борук С.Д., Скрипский И.Н. Влияние ПЭО г

- го -

ПДА на грот-сок Флэкуляции б глинистой суспензии // УХЖ, - 1991 - К 3-е. 26ч~2->£.

4. Дегтяренга Т.Д., Макаров А.С., Третияник Е.Ю., Завгород-кийЕ.А., Борук С.Д. Влияние некоторых ПАВ на поверхностные СЕойотза i; ¡частичное взаимодействие ультрадиспероных порошков // Койкжй. ;-.урн. - 1S93 - т.55, JJ1 - с. 50- 55.

5. А" 1':'1Э016 СССР, С 02 F 1/56. Способ осветления суспензий // Слипекск Т.О., Ватаманпк В.II., Руди Е.П.,. Эубань Б.В., Лазаревич З.Е., Еег-угльм Ю.П., Мустэфаев Р.С., Бойко Б.К., Приш-ляк Л.Г., ъо~.y'ri С.Т>.

6. Сл'.ПеКЮй Т.С., Гуди В.П., Борук С.Д. Влияние ПАЕ и фло-куляктов уелчаотичные взаимодействия в глинисто-солевых i суспензиях // К. материале'! сешшара "Сиалко-химзгчэская механика и вибрацкопьыо методы на сл>>;С? технического прогресса". Одесса -1937 - Ч.Г - С.208.■

7. Слипекск Т.е., Борук С.Д., Скрхпский И.К. Реологические исследования.межчастичных вгаилодс-йств;-,;'; в суспензиях глины //, конспекты лекций всесоюзной-яз/чкой толы "Вибротехнология-91". Одесса - 1931 - Ч. II - С. 22-29.

а. Слипенюк Т.е., Борук'С.Д. Неоднородные структуры в суспензиях // Тез. докл. третьей всесоюзной конференции по механике неоднородных структур. Львов - 1991 -. Ч. II - С.316.

9. Нечипорук В.В., Слипенш Т.С., Борук С.Д. Изучение про. цессов взаимной флокуляции в суспензиях // Конспекты лекций всесоюзной научной школы "3ибротехнология-93". Одесса -1993- С.217.

RESUME «

IBoruk S.D. Influence of non-ion-producing- surface-active suSsta-ices on the interpaticle interface in hydrosuspensions' of •natural minerals. Dissertation is nominated for Scientific degree of candidate of chemical science on specialiti 02.00.04 -physical chemistry. Chernovtsy State Universiti. Chernovtsy. 199.5;, '

8 scientific works and authority document are defended. Influence of different factors on- sedimental and aggregate stability of diluted and concentrated hydrosuspensions has been investisrated. The' • pararnetrs characteristic of the particle interaction intensity in diluted and concentrated suspensions have been proposed. ' The relation between the character aid the«

degree of particle interaction in diluted systems and realogical characteristics in concentrated suspensions of natural minerals and ultradispersed powders has been established. Possibility foresee the realogical characteristics and stability of concentrated systems cn the base of. diluted systems properties - has been shown. The obtained data have been used to flevelop the method of olayfication the clay-salt suspensions of kaliura . production plant "Chlorvinil". The method' won the authority document. The resalf proving the efficiency of the developed method are given.

-АННОТАЦИЯ

Борук С .Д. Влияние неионогенных поверхностно-активных веществ на межчастичное взаимодействие в гидросуспензиях природных минералов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.04 - физическая химия. Черновицкий государственный университет. Черновцы. 1395 г.

Защищается 8 научных работ и одно авторское свидетельство, " которые содержат исследования влияния различных факторов на межчастичные взаимодействия в суспензиях, седиментационкута и агре-гативную устойчивость разбавленных и концентрированных гидросуспензий минералов. Предложены параметры, характеризующие интен-~ сивность межчастичных взаимодействий в разбавленных и концентрированных суспензиях. Установлена взаимосвязь между характером и степенью межчастичных взаимодействий в разбавленных системах и реологическими характеристиками концентрированных суспензий природный минералов и ультрадисперсных попрошков. Показана возмож-■ ность прогнозирования реологических характеристик и устойчивости концентрированных систем на основе свойств разбавленных систем. Предложен способ осветления глинисто-солевых суспензий ккалийно-го производствам ПО "Хлорвинил", который защищен авторским свидетельством. Проведены опытно-промышленные испытания на сульфатно-обогатительной фабрике данного объединения. Приведены данные об эффективрпсти этого способа в производственных условиях.

Ключов1 слова:

г1дросуспенэ1я, м!жчастинна взаемод1я ' ментащйна"ст!йкост1. .

агрёгатйвна i седи-