О влиянии комплексной разжижающей добавки на коллоидно-химические свойства суспензий каолина Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

2008, № 4

Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Слюсарь А.А., канд. техн. наук, профессор, Здоренко Н.М., аспирант, Горобец А.В., аспирант

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

О ВЛИЯНИИ КОМПЛЕКСНОЙ РАЗЖИЖАЮЩЕЙ ДОБАВКИ НА КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУСПЕНЗИЙ КАОЛИНА

Исследовано влияние комплексной добавки СБ-5+ ТПФН на реологические свойства суспензий каолина Глуховецкого месторождения. Выявлено диспергирующего действие добавки. Изучено адсорбция суперпластификатора СБ-5 в присутствии ТПФН на каолине.

Известно, что для регулирования агрегативной устойчивости, процессов структурообразования водных минеральных суспензий широко применяют разжижающие химические добавки[1]. Однако в сложных многокомпонентных системах, которыми являются суспензии каолина, использование индивидуальных электролитов, как правило, малоэффективно. Для достижения наилучшего эффекта необходимо использование добавок, содержащих несколько компонентов различной структуры и свойств. Однако выбор их достаточно ограничен, так как направленный синтез новых химических соединений, которые можно использовать в качестве эффективных разжижителей минеральных суспензий, невозможен без изучения механизма разжижающего действия уже известных комплексных добавок.

Целью нашей работы является изучение механизма действия комплексной добавки на основе суперпластификатора СБ-5(продукта поликонденсации кубовых остатков производства резорцина с фурфуролом) и три-полифосфата натрия (ТПФН) на суспензиях каолина Глуховецкого месторождения.

Как было ранее показано, что весьма эффективной для водных минеральных суспензий является комплексная добавка на основе суперпластификатора СБ-5, соды и жидкого стекла[2]. Известно влияние комплексной добавки СБ-5 + ТПФН на суспензиях Веселовской глины [3].

Нами была продолжена работа в этом направлении. Исследовано влияние комплексной добавки СБ-5+ТПФН на некоторые коллоидно -химические свойств а каолина Глуховецкого месторождения. Экспериментально было выявлено, что для суспензий каолина является оптимальным соотношение компонентов в комплексе СБ-5+ ТПФН= 1:4. Это соотношение использовалось и для дальнейших исследований. Выявлено, что в представленной добавке при данном сочетании компонентов наблюдается эффект синергизма.

Предполагаемое влияние концентрации СБ-5+ТПФН на реологические свойства каолина Глуховецкого месторождения исследовали на реометре «Реотест-2». Для этого готовили суспензии каолина с различным содержанием твердой фазы. По реологическим кривым рассчитывали предельное динамическое напряжение сдвига т0 и пластическую вязкость ппл . Влияние содержания твердой фазы на предельное динамическое напряжение сдвига суспензий каолина с комплексной добавкой СБ-5+ТПФН показано на рисунке 1.

т.гь

Т : / ; ........т......т....... .......----1----»-А....... у ;Л;

...............

за

»

11)

и

ип

Л) С,™«

Рис. 1. Зависимость предельного динамического напряжения

сдвига т0 от водоснабжения при добавлении комплексной добавки СБ-5 + ТПФН: 1 - без добавки; 2 - 0,2%; 3 - 0,4%;

4 - 0,6%; 5 - 0,8% добавки

Как видно из рисунка 1, при введении комплексной добавки происходит значительное повышение значения критической концентрацией структурообразования (ККС). Так, введение 0,8 % комплекса с СБ-5 повышает значение ККС с 44 до 62 %. Но наиболее эффективна данная добавка при содержании в суспензии от 0,2 до 0,4%, что экономически выгодно, потому что эффект может быть получен при ее небольших расходах.

Было изучено диспергирующее действие добавок, которое определяли путем седиментации. Результаты исследований представлены на рисунке 2.

Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова 2008, № 4

Удельную поверхность дисперсной фазы (S ) опре-

деляли по формуле:

Рис. 2. Зависимость наивероятнейшего радиуса частиц от концентрации добавок: 1 - СБ-5 + ТПФН; 2 - ТПФН; 3 - СБ-5

Как видно из рисунка 2, наименьшее значение радиуса частиц наблюдается при введении комплексной добавки СБ-5+ТПФН. При увеличении дозировки СБ-5+ТПФН наивероятнейший радиус снижается с 6 мкм до 1,2 мкм.

С целью изучения механизма действия рассматриваемой комплексной добавки нами была исследована адсорбция на каолине суперпластификатора СБ-5, а также адсорбция СБ-5 совместно с ТПФН. Результаты приведены на рисунке 3.

А, ут>t

......

.....^ ------ ...... ..... ------

■ Л я ■■ ......

■ 1 _j __ 1 1

■

С, м-Л1

Рис. 3. Изотермы адсорбции для суспензии каолина: 1 - СБ-5; 2 - СБ-5 + ТПФН

Из рисунка 3 видно, что изотермы адсорбции СБ-5 на каолине Глуховецкого месторождения имеют характер мономолекулярной адсорбции. Известно, что аналогичный характер имеют изотермы адсорбции для других минеральных суспензий [2].

Из выше представленных данных видно, что умень -шается адсорбция СБ-5 в присутствии ТПФН, это объясняется тем, что часть адсорбционных центров поверхности занимают молекулы ТПФН, наблюдается конкурентная адсорбция компонентов комплексной добавки.

Для определения удельной поверхности дисперсной фазы была исследована адсорбция метиленового голубого (МГ) на каолине. Исследования показали, что адсорбция на МГ имеет мономолекулярных характер.

S = Г

уд. ^

Nasп/М

(1)

где М - молярная масса МГ, равная 376000 мг/моль; Г-максимальное значение адсорбции МГ -15,5 мг/г; -число Авогадро, равное 6,02 • 1023 моль-1; 8МГ - площадь, приходящая на одну молекулу МГ - 75 • 10-20м2.

Для каолина получили 8уд = 18,6м2/г.

Зная удельную поверхность каолина, вычислили площадь, приходящуюся на одну молекулу СБ-5 на поверхности адсорбента по формуле:

SCB5 = S ■ М / Г ■ Na)>

(2)

где M - молярная масса СБ-5, равная 850000 мг/моль; Г—максимальное значение адсорбции СБ-5 или СБ-5+ТПФН, равное соответственно 0,42 и 0,13 мг/г; N -число Авогадро, моль-1, S - удельная поверхность дисперсной фазы, м2/г.

При адсорбции из раствора, содержащего СБ-5, площадь приходящаяся на одну молекулу СБ-5, рассчитанная по формуле (2) имеет значение SCT5 « 6,2 ■ 10-20 м2. А при адсорбции из раствора, содержащего СБ-5+ТПФН, площадь приходящаяся на одну молекулу СБ-5 « 20,2 ■ 10-20 м2. Из полученных данных следует, что поверхность адсорбента при совместной адсорбции заполняется молекулами СБ-5 и ТПФН в соотношении «1:3,3.

Ранее по реологическим данным было установлено [4], что наименьшая вязкость суспензии достигается при несколько ином соотношении масс СБ-5 и ТПФН «1:4.

На основании полученных результатов можно предположить, что часть молекул ТПФН (« 20%), вводимых в суспензию в составе комплексной добавки, расходуется на связывание катионов Са2+, Fe2+, Fe3+ и Al3+, тем самым предотвращая образование осадка СБ-5 с данными ионами и способствуя более полной адсорбции СБ-5 на поверхности адсорбента.

Другая часть молекул ТПФН (« 80%) комплексной добавки адсорбируется на каолине совместно с СБ-5, образуя мономолекулярный слой определенного строения. При таком соотношении компонентов комплексной добавки наблюдается наиболее интенсивное изменение реологических параметров суспензий каолина.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шаповалов Н.А., Слюсарь А. А., Слюсарь О. А. Влияние олигомерных электролитов на агрегативную устойчивость и реологические свойства водных минеральных суспензий // Коллоидный журнал. - 2006. - т. 68. - № 3. - С. 384 - 390

2. Слюсарь О. А.Разжижающая добавка для каолиновых суспензий // Строительные материаловедение. Вестник БГТУ В.Г. Шухова. - 2003. - № 5. - С. 139 - 142

3. Слюсарь А. А., Слюсарь О. А., Ефимов К. А. Пластификатор на основе флороглюцина как разжижающая добавка для полиминеральных суспензий // Изв. вузов. Строительство. - 2006. - № 6. - С. 39 - 42

4. Слюсарь А. А., Слюсарь О. А., Здоренко Н.М. Влияние комплексных добавок на критическую концентрацию струк-турообразования суспензий каолина // Стекло и керамика. - 2008. - № 8. - С. 35 -36