Коагуляция и флокуляция

Коагуляция и флокуляция - это образование агрегатов отдельных частиц минералов или химических осадков под влиянием неорганических электролитов и водорастворимых полимеров анионного, катионного или неионогенного характера. Иногда заряд активных групп водорастворимых полимеров может быть катионно-анионным. Твердые частицы в пульпах и растворах обычно обладают электрокинетическим потенциалом ξ (зарядом), что является причиной устойчивости суспензий. Устойчивые суспензии, подобно коллоидам, плохо отстаиваются и фильтруются. Если снизить этот заряд, то частицы способны коагулировать, размеры частиц (вернее, агрегатов частиц) увеличиваются и скорость их осаждения возрастает. Ионы электролитов, противоположные по знаку заряда частицам, способны снижать ξ вызывая коагуляцию частиц и ускоряя их осаждение в сгустителях, отстойниках и прудках осветления. Для отрицательно заряженных частиц коагулирующими ионами являются катионы Fe, Са, Mg и т.п. Обычно используют наиболее дешевые коагулянты - известь, квасцы, отходы титанового производства, содержащие FeCl3. Коагулирующая сила ионов возрастает в большей степени, чем их валентность, например, в ряду Th4+, Al3+, Са2+, Na+ требуемые концентрации для коагуляции относятся примерно как 1, 10, 100 и 1000 (правило Шульце-Гарди). Соответственно, полимерные электролиты несравненно более эффектины, чем простые электролиты, поскольку число зарядов на полиионе намного превышает число зарядов любого простого иона. Поэтому, несмотря на существенно большую стоимость полимерных веществ, их применять выгоднее, вследствие микроколичеств, требуемых для коагуляции (первые граммы на тонну твердого вместо килограммов для простых электролитов - извести, квасцов, хлорного железа). Однако механизм действия водорастворимых полимерных веществ не ограничивается снижением заряда частиц. Ассоциаты полимерных флокулянтов связывают частицы между собой и за счет этого флокулы обладают большей прочностью, чем агрегаты частиц, образующиеся при коагуляции. Флокулянты оказались наиболее мощным средством интенсификации процессов сгущения и фильтрования. Главное, резко улучшается качество сливов сгустителей и отстойников, фильтратов. Улучшаются процессы цементации, сорбции и жидкостной экстракции. К числу наиболее эффективных флокулянтов относятся такие вещества, как полиакриламид, с молекулярной массой свыше 10в6 и степенью полимеризации n > 30 тыс.:

В этом флокулянте катионно-анионного типа диссоциация карбоксильной группы -СОО в кислой среде подавляется, и она превращается в группу -СООН, а аминогруппа -CONH2 в этих условиях преобразуется в катионную форму -CONH3+. В щелочной среде сохраняется без изменений аминогруппа и проявляются анионные свойства карбоксильной группы. Поэтому полиакриламид используется для флокуляции отрицательно заряженных частиц в кислой среде и положительно заряженных - в щелочной.
Индифферентен к заряду частиц неионогенный полиоксиэтилен: (-СН2-СН2-О-)n - более универсальный флокулянт. Сильно-основные катионные флокулянты типа поливинилпиридиния:

сохраняют катионные свойства в любых средах и хорошо флокулируют отрицательно заряженные частицы глин, кварца, шеелита и т.п.

---