ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Диспергированные системы в виде суспензии из "Физическая химия вяжущих материалов" 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. [c.273] Частицы суспензий обладают сравнительно большими размерами, поэтому они седиментационно неустойчивы, если плотность дисперсной фазы не очень близка к плотности дисперсионной среды и вязкость этой среды недостаточно велика. Суспензии не обнаруживают осмотического давления и броуновского движения и не способны к диффузии. [c.273] Как правило, частицы суспензий имеют на поверхности двойной электрический слой или сольватную оболочку. Электрокинетиче-ский потенциал частиц суспензии можно определить с помощью макро- или микроэлектрофореза, причем он имеет тот же порядок, что и -потенциал частиц типичных золей. Под влиянием электролитов суспензии коагулируют, т. е. их частицы слипаются, образуя агрегаты. [c.273] В определенных условиях в суспензиях, как и в золях, образуются пространственные коагуляционные структуры, способные к синерезису. Для суспензий характерны явления тиксотропии и рео-пексии при соблюдении соответствующих условий. [c.273] Структура суспензий в простейшем случае может быть представлена частицами одного минерала, равномерно диспергированного в дистиллированной воде. Каждая частица суспензии окружена адсорбционной оболочкой из молекул Н2О, а сами комплексы отделены друг от друга значительными прослойками свободной воды, обеспечивающими текучесть дисперсной системы. Униполярная ориентация молекул адсорбционного слоя на поверхности твердых частиц может сообщить им значительные дипольные моменты. Более сложна картина в полиминеральной суспензии, но применительно к каждому минералу (с учетом его особенностей) справедливо сказанное в отношении мономинеральной суспензии. Если же в дистиллированную воду введено поверхностно-активное вещество, то избирательная адсорбция его поверхностью твердого тела приводит к вытеснению связанной воды в количестве, равном примерно йт, и переходу ее в слой свободной воды. При этом текучесть суспензии значительно возрастает. [c.273] Введением в цементные шламы на стадии мокрого помола сырьевых материалов ПАВ (0,1—1%) можно снизить влажность шлама на 3—13%, сохранив при этом необходимую текучесть. [c.273] Цементные сырьевые шламы — полидисперсные и полиминераль-ные системы, в которых твердая фаза представлена частицами известняка, кварца, глины и других материалов, а жидкая — водой. Размер частиц твердой фазы колеблется в широких пределах — от 1 до 100 мкм. [c.274] Крупные фракции представлены обычно кварцем, известняком, полевым шпатом, а мелкие — глинистыми минералами, диоксидом кремния, оксидами железа, алюминия и некоторыми другими соединениями. Сырьевые шламы могут рассматриваться как полу-коллоидные системы, в которых частицы коллоидно-дисперсной фазы (мицеллы-ассоциаты), образованные скоплением молекул или ионов растворенного в дисперсионной среде вещества, находятся в равновесии с окружающим раствором. [c.274] Мицеллярное строение наиболее распространенных известковоглинистых шламов можно представить следующим образом. В пространственной структуре существуют центры (узлы)—комплексные образования с ядром из карбоната кальция размером 5— 20 мкм. На поверхности этих частиц, заряженных обычно отрицательно, адсорбируются из водного солевого раствора молекулы воды и катионов металлов. Наряду с ними поверхностью частиц могут притягиваться положительно заряженные мелкие частицы гидроксидов железа, алюминия и других веществ. Этот слой является первичным слоем противоионов на ядре (рис. 8.1). Вокруг такой частицы располагаются более мелкие кристаллы глинистых компонентов (размером менее 0,5 мкм), представляющие собой, в свою очередь, сложные образования. Благодаря сильно развитой поверхности частицы глины обладают большим запасом поверхностной энергии. Ненасыщенные связи поверхностных узлов решетки способны прочно удерживать комплексы силикагеля, гиббсита, гидроксида железа. [c.274] Однако если первичный слой молекул воды располагается точно по узору расположения зарядов на поверхности кристаллического тела, то последующие слои, взаимодействующие лишь с лежащими ниже слоями воды, ориентируются вследствие непрерывного их теплового движения уже не так правильно. Степень ориентировки молекул воды в адсорбционном слое по мере их удаления от поверхности частицы непрерывно уменьшается. [c.276] Значительная часть воды в диффузном слое является капиллярной, остальная часть — капельно-жидкой. Ионы диффузного слоя ослабляют гидратную пленку, делают ее более размытой, так что ее внешние слои играют роль смазки. [c.276] Максимум подвижности шлама соответствует максимальной толщине диффузного слоя. Избыточная вода располагается в пространстве между агрегатами, образуя водные прослойки различной толщины. [c.276] Фактически между рассмотренными группами воды в тонкодисперсных системах нельзя провести резкой границы. Так, адсорбционная вода, непосредственно прилегающая к поверхностному слою адсорбента, мало отличается от химически связанной воды. Свободная вода, находясь в большинстве случаев в пространстве между частицами (мицеллами), при высокой дисперсности частиц вытесняется с большим трудом, как и при наличии крупных частиц. [c.276] В сырьевом шламе установлено наличие двух видов коагуляционных структур. Первичная структура образуется коллоидной фракцией глинистых компонентов, вторичная — путем взаимодействия диффузных структурных оболочек. Образование коагуляционных структур не связано с появлением новой фазы такие структуры являются как бы равновесными. Они возникают под действием ван-дер-ваальсовых сил сцепления коллоидных частиц, участвующих в интенсивном броуновском движении, и более крупных частиц, находящихся в шламе. [c.276] С позиций физико-химической механики процесс образования коагуляционной структуры происходит за счет сцепления анизометрических частиц по местам наибольшей кривизны (углам и ребрам). Молекулярные силы в местах этих контактов ослаблены тонкими остаточными прослойками жидкой дисперсной среды. Увеличение толщины водных оболочек ослабляет связи и пластифицирует систему. Коагуляционное сцепление частиц происходит путем преодоления энергетических барьеров, созданных гидратными оболочками. Такие энергетические барьеры преодолеваются за счет кинетической энергии благоприятно соударяющихся частиц. Этому способствует процесс самопроизвольного диспергирования частиц дисперсной фазы при взаимодействии с водной средой, происходящий по площади наиболее лиофильных участков поверхности. [c.276] Способность дисперсных систем при воздействии внешних сил к деформированию и течению имеет большое значение при транспортировке цементного шлама по трубопроводам, растекаемости его во вращающейся печи, при укладке раствора на основе вяжущих веществ в форме. Чтобы заставить суспензию или пасту течь (деформироваться), необходимо приложить к ней усилие большее, чем некоторое напряжение /о, равное прочности упомянутой структуры. [c.278] Нередко о текучести цементных шламов судят по времени изменения расплыва по горизонтально установленному стеклу порции шлама, помещенного в коническую форму, после того как эта коническая форма будет приподнята от стекла. При стандартных испытаниях шлама (при нормальной его текучести) расплыв конуса суспензии составляет 45 2 мм. [c.279] Влияние химических реагентов на структурно-механические свойства шламов. К эффективным методам регулирования структурно-механических свойств дисперсных систем относится обработка их химическими реагентами, которая позволяет резко увеличивать долю тех или иных деформаций и в связи с этим переводить шламы из одного структурно-механического типа в другой. Для цементных шламов наиболее благоприятным является развитие пластических деформаций и уменьшение доли быстроэластических деформаций. При этом сырьевые шламы приобретают наибольшую текучесть. [c.279] Вернуться к основной статье