Коллоидно-химические основы дисперсий глин

Краткая характеристика суспензий и их основных свойств

Суспензиями называются коллоидные системы с размерами частиц Ю'4 + 10’3 см, имеющие твердую дисперсную фазу и жидкую дисперсионную среду. Суспензии чрезвычайно распространены в природе и занимают важное место в практической деятельности человека. Лакокрасочная промышленность использует суспензии в виде пигментов, диспергируемых в разных жидкостях; угольные и графитовые суспензии используются как центры кристаллизации солей в воде для предотвращения образования накипей в котлах; а глинопорошки - как центры глобул при полимеризации порошкообразных и глобулярных форм полимеров. В бурильных трубах циркулирует нагнетаемый глинистый раствор, который выносит на поверхность разбуренную породу и, глинизируя стенки скважины, предохраняет ее от проникновения воды и газов из пересекаемых пластов; концентрированные суспензии разных силикатов являются основой технологического использования цемента, глины, керамики; сельское хозяйство эксплуатирует суспензии почв в воде; суспензия кристаллического галогенида серебра в желатине - это фоточувствительный компонент фотографических материалов.

Суспензии седиментационно неустойчивы - частицы их оседают под действием силы тяжести. Основной причиной этой неустойчивости, а также неспособности частиц к диффузии, отсутствие броуновского движения является существенная разница в плотности дисперсионной среды и дисперсной фазы. Однако существуют и другие причины седиментационной неустойчивости суспензий. Практически полное отсутствие осмотического давления в суспензиях вызвано большими размерами частиц дисперсной фазы и ее малой частичной концентрацией.

Оптические свойства суспензии проявляются более интенсивно; суспензии отражают свет не только при боковом освещении, но и в проходящем луче. Частицы суспензии видны, в отличие от золей, в микроскоп. Коллоидно-химическая природа суспензий наиболее ярко выражается в их адсорбционных свойствах. Агрегативная устойчивость суспензий достигается за счет образования сольватных оболочек на поверхности частиц. Эти оболочки, препятствующие сцеплению частиц и сформированные за счет процесса гидролиза и гидратации на поверхности, и являются основным фактором стабилизации суспензий.

Основным требованием для существования сольватных оболочек суспензий является хорошая смачиваемость поверхности частиц дисперсной фазы. В связи с этим агрегативно устойчивы суспензии гидрофильных минеральных порошков (солей, окислов) в воде и суспензии гидрофобных материалов (сажа) в бензоле и других неводных растворителях, поскольку минеральные порошки хорошо смачиваются водой, а сажа - бензолом. Если же смачивание недостаточно, то сольватная оболочка не возникает, и система благодаря высокой избыточной поверхностной энергии подвергается коагуляции. Плохое смачивание скоагулировавших суспензий приводит к всплыванию хлопьев (флокуляции). Так, окись алюминия в бензоле коагулирует в связи с отсутствием сольватной оболочки, а сажа коагулирует в воде, поскольку она не смачивается водой. Однако эти суспензии становятся агрегативно устойчивыми, если к бензолу или воде прибавить какое-нибудь поверхностно-активное вещество. Так, молекула олеиновой кислоты, адсорбированная на поверхности глинозема, прикрепляясь полярной группой СООН к полярной поверхности порошка, образует хорошо смачиваемую бензолом полярную углеводородную зону, в которой происходит сольватация частиц. В воде ориентация молекулы ПАВ будет противоположной, т.е. неполярные углеводородные цепи свяжутся с неполярной поверхностью сажи, а полярные группы, ориентируясь наружу, создадут на поверхности частиц сажи гидрофильные оболочки, обеспечивающие смачивание водой и сольватацию частиц.

Сольватные слои достигают больших величин, во много раз превышающие линейные размеры сорбционного слоя стабилизатора. В суспензиях полярных минеральных порошков в воде действует еще один фактор стабилизации - способность частиц приобретать электрический заряд; он обусловлен ионогенными свойствами минеральных частиц в воде -способностью отдавать ионы в раствор и приобретать электрический заряд, что хорошо видно из приведенной формулы мицеллы глинистой частицы:

{ [тА12О3 • п SiO2]qOH ~(q - х)Н + } *хН +.

Образующийся двойной электрический слой ионов вокруг частиц минеральных суспензий в воде обеспечивает высокую агрегативную устойчивость. Особенностью ряда суспензий вяжущих веществ - извести, гипса, цемента - является образование структурированных пленок. При изготовлении бетонов основой или связкой является вяжущий материал - цемент. Смесь цемента с песком при затвердевании образует бетон. При формировании технологической дисперсии путем затворения цементного порошка водой, добавляемой к нему в определенной пропорции, происходит образование вязкой массы с явно выраженными свойствами коллоидных веществ. В результате гидратации образуются соединения сложного состава:

СаО • SiO2 пН2О,

ЗСаО • А12О3 • 6Н2О,

ЗСаО • А12О3 • 3CaSiO4 • 32О.

Вокруг зерен цемента образуется слой продуктов гидратации зерен, которые диффундируют в пространство, заполненное водой, и образуют насыщенный раствор. Из пересыщенных растворов образованных гидратов происходит обратное выделение кристаллов в форме гексагональных пластинок. Процессы кристаллизации сопровождаются сцеплением и сближением частиц, приводят постепенно к образованию своеобразной структурной сетки и окончательному затвердеванию.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >