Свойства и особенности суспензий

1.Развитая поверхность (большая адсорбционная способность).

2.Гидратация и сольватация поверхности. Физический смысл гидратации и сольватации одинаков. Сольватные слои образуются в результате прочного химического взаимодействия поверхности частиц с водой за счет химической и водородной связей. Сольватные слои трудно подвержены сдвигу, между ними отсутствует поверхностное натяжение.

3.Абсолютно устойчивые суспензии бывают:

- агрегативно-устойчивы (т.е. обладает способностью сохранять степень дисперсности);

- кинетическая (находится во взвешенном состоянии).

4.Наличие на границе раздела фаз электрохимического и электрокинетического потенциалов (дзета-потенциал).

Основной причиной устойчивости суспензии является двойной электрический слой (ДЭС) или наличие электрокинетического потенциала. Взаимодействие воды с минералами может изменить не только их состав, но и электрическое состояние поверхности. Наиболее важным результатом этого взаимодействия является образование на поверхности раздела минерал – жидкая фаза пульпы двойного электрического слоя (рис. 3.2).

Рис. 3.2 Структура двойного электрического слоя

Допустим, что в раствор с внешнего слоя А кристаллической решетки минерала М (расположенного между линиями 1 – 1 и 2 – 2) переходят преимущественно катионы. Тогда поверхность минерала приобретает отрицательный заряд. После того как установится равновесие между раствором и твердой фазой, вправо за линией 1 – 1 (которая представляет границу решетки минерала) будут преимущественно находиться анионы минерала, а сам этот слой будет заряжен отрицательно.

Указанная часть двойного слоя называется его внутренней обкладкой и обозначена А, так как этот слой состоит в основном из анионов минерала.

Ионы внутренней обкладки А двойного слоя прочно связаны с кристаллической решеткой минерала, расположены упорядочение и при передвижении минеральной частицы относительно окружающей ее среды движутся вместе с ней. Линия 2 – 2 является физической границей минерала и водного раствора. Непосредственно за этой границей расположен следующий, также упорядоченный слой ионов, заряженных положительно, т. е. катионов (слой К – К). Эти ионы вместе с окружающими их молекулами воды представляют часть внешней обкладки ДЭС.

Число катионов в этой части внешней обкладки двойного слоя составляет только часть всех катионов, остальные ионы располагаются за линией 3 – 3 и их расположение не носит упорядоченного характера. Они образуют так называемый диффузный слой К' с постепенно убывающей концентрацией ионов. Вместе со слоем К он образует внешнюю обкладку двойного слоя.

Линия 4 – 4 является границей между диффузным слоем и жидкостью, практически не содержащей катионов. Ионы, расположенные во внутренней обкладке имеют знак заряда, противоположный ионам внутренней обкладки двойного слоя, и называются противоионами.

При движении минеральных частиц в жидкости противоионы слоя К будут перемещаться вместе с минеральными частицами, а противоионы диффузного слоя К' будут отставать от них. По этой причине общая электронейтральность системы будет нарушаться и между частицей минерала и раствором возникает разность потенциалов.

Рис. 3.3 Взаимодействие сил при агрегировании частиц 1 – сила электростатического отталкивания; 2 – сила молекулярного притяжения; 3 – результирующая сила

Указанная разность потенциалов возникает и обнаруживается лишь при относительном перемещении минерала со слоями ионов А и К в жидкости и ее принято называть электрокинетическим потенциалом (или дзета-потенциалом).

Чем больше дзета-потенциал, тем больше размыт ДЭС, тем более устойчива суспензия. Для укрупнения части необходимо убрать ДЭС.

В зависимости от расстояния между частицами с двойными электрическими слоями на поверхности преобладают либо силы притяжения, либо силы отталкивания (рис. 3.3).

При относительно больших расстояниях до h ₁ в большей мере проявляются силы молекулярного притяжения, чем отталкивания. При средних расстояние h ₁ – h ₂ преобладают силы отталкивания и результирующая сила лежит над осью абсцисс, то есть существует энергетический барьер U _б.

При расстояниях меньше h ₂ снова преобладают силы притяжения, результирующая кривая лежит ниже оси абсцисс.

Если кинетическая энергия двух движущихся частиц навстречу друг друга будет больше, чем энергия энергетического барьера, то частицы слипнутся и образуют агрегат. Если кинетическая энергия двух частиц меньше U _б, то такие частицы не укрупнятся.

На близких расстояниях, менее h ₂, частицы прочно соединяются в результате действия ван-дер-ваальсовых сил. Снизить энергетический барьер можно с помощью подачи суспензию электролитов, ионы которых вызывают сжатие двойного электрического слоя.