Влияние поверхностно-активных веществ на кинетические закономерности осаждения талька из суспензий

структуру поверхности сорбента, чтобы уменьшить влияние пространственных затруднений при взаимодействии компонентов системы сорбент - комплексный ион. При этом конформационная энергия, вели-

чина которой соизмерима с энергией водородной связи, может оказывать существенном влияние на сорб-ционную способность сорбента и особенно его селективность по отношению к благородным металлам.

Библиографический список

1. Ибрагимова Р.И., Мильченко А.И., Воробьев-Десятовский Н.В. Критерии выбора марки активированного угля для гидрометаллургического извлечения золота из рудных пульп в процессах "уголь в выщелачивании" и "уголь в пульпе" // Журнал прикладной химии. 2007. Т. 80. Вып. 6. C. 915-927.

2. Получение и применение синтетических углеродных сорбентов для извлечения благородных металлов / С. Б. Леонов, В.В. Елшин, В.И. Дударев и др. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1977. 119 с.

3. Adams M.D. The mechanism of adsorption of aurocyanide on to activated carbon. 1. Relation between the effect of oxyden and ionic strenght // Hydrometallurgy. 1990. 25. № 2. P. 174184.

4. Меретуков М.А. О механизме адсорбции цианистого комплекса золота (I) на активном угле // Цветные металлы. 2004. № 7. С. 32-36.

5. MDoygall G.J., Hancock R.D., Nicol M.J., etc. The mechanism of adsorption of gold cyanide on activated carbon // Journal of the SAIMM. 1980. Senteber. P. 344-356.

6. Состояние золота, сорбированного из цианистого раствора активными углями с различной природой поверхности /

B.В. Дударенко, В.В. Стрелко, В.В. Немошкаленко и др. // Укр. хим. журнал. 1985. Т. 51. № 7. С. 708-712.

7. О природе активных центров при сорбции цианидных комплексов благородных металлов на углеродных сорбентах / О.И. Рандин, Т.Ю. Афонина, В.И. Дударев и др. // Цветная металлургия. 2008. № 4. С. 22-26.

8. Рандин О.И.. Моделирование процессов сорбции комплексов золота [АиХ2]-, (X, БСИ, СИ, Р, С1, Бг, I и [АЩБС^РЬЬЬГ) с учётом влияния электростатического поля растворителя // Вестник ИрГТУ. 2005. № 3 (23).

C. 11-118.

9. Аллинжер Н., Илиел Э., Энжиал С., Моррисон Г. Конфор-мационный анализ / пер. с англ. В. А. Миронова, А. М. Мои-сеенко; под ред. А.А. Ахрема. М.: Мир, 1969. 592 с.

УДК 544.7

ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОСАЖДЕНИЯ ТАЛЬКА ИЗ СУСПЕНЗИЙ

А.А. Яковлева1, М.А. Бочарова2

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Изучено влияние ПАВ на осаждение талька при помощи турбидиметрического метода. Объектом исследования служили водные суспензии талька марки ММ-30 Онотского месторождения (Иркутская область). В качестве ПАВ использовали олеат натрия и жидкость «Пента-416». Установлено, что волновой показатель имеет наименьшее значение в системе «тальк - вода», в системе «тальк - олеат натрия» он увеличивается и наибольшего значения достигает в системе «тальк - «Пента 416». Рассмотрена зависимость скорости формирования осадка в тальковых суспензиях при добавлении ПАВ. Ил. 5. Библиогр. 6 назв.

Ключевые слова: тальк; поверхностно-активное вещество (ПАВ); олеат натрия; мутность дисперсной системы; волновой показатель ; оптическая плотность .

SURFACTANT EFFECT ON KINETIC REGULARITIES OF TALC DEPOSITION FROM SUSPENSIONS A.A. Yakovleva, M.A. Bocharova

National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The authors studied the effect of surfactants on the deposition of talc by means of turbidimetric method. The objects of the study were aqueous talc suspensions of the mark MM-30 from Onot deposit (Irkutsk region). The authors used sodium oleate and "Penta-416" liquid as surfactants. It was determined that the wave index had the lowest value in the system "talc - water", in the system "talc - sodium oleate" it increases and reaches its maximum value in the system "talc -"Penta 416". The authors examined the dependence of the sediment formation rate in talc suspensions when adding

1Яковлева Ариадна Алексеевна, доктор технических наук, профессор кафедры химии, тел.: (3952) 405178, е-mail: aykov@istu.edu

Yakovleva Ariadna, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Chemistry, tel.: (3952) 405178, e-mail: aykov@istu.edu

2Бочарова Марина Александровна, соискатель кафедры химии, тел.: (3952) 405178, е-mail: kalininsk69@istu.edu Bocharova Marina, Competitor for a scientific degree of the Department of Chemistry, tel.: (3952) 405178, e-mail: kalininsk69@istu.edu

surfactants. 5 figures. 6 sources.

Key words: talc; surface-active agent (surfactant); sodium oleate; turbidity of the dispersed system; wave index; optical density.

Несмотря на широкое использование талька, коллоидно-химические свойства его суспензий остаются слабо изученными, в частности, имеется мало данных о влиянии различных добавок на их устойчивость. Это связано с особенностью тонкодисперсного талька, проявляющейся в сложном гранулометрическом составе из-за слоистости минерала [3, 6].

Цель данной работы - кинетическая оценка влияния некоторых ПАВ на устойчивость тальковых суспензий.

Объектом исследования служили водные суспензии талька марки ММ-30 Онотского месторождения (Иркутская область). В качестве ПАВ использовали олеат натрия С17Н33СОО№ и жидкость «Пента-416», являющуюся смесью поли[окси(диметилсилилена)] с ионогенными и неионогенными ПАВ, которой в настоящее время обрабатывают тальк. В работе изучены системы: суспензия талька в воде без добавок ПАВ и суспензии, в которых дисперсионной средой являются растворы олеата натрия (0,0195% по массе) и «Пента-416» (0,02% по объёму).

Возможностью получать достоверную информацию об изменениях свойств суспензий во времени обладает турбидиметрический метод исследования [2, 4]. В его основе лежит соотношение

т ~ Гп ,

где Л. - длина световой волны; т - мутность дисперсной системы.

За внешней простотой соотношения (1) скрыт достаточно большой объём информации по теории светорассеяния [4]. Так, для мутности полидисперсной системы справедливо соотношение:

т =

nNJr2K(р, m)f(r)dr ,

где N - число частиц в единице объёма; K(р,m)-характеристическая функция светорассеяния дисперсных частиц; f(r) - функция распределения частиц по размеру r .

Характеристическая функция светорассеяния определяется соотношением

. „ 4sin р 4(1- cos р) K(р, m) = 2--— + —-2——, в котором

Р

Р

р = 2а(m —1) = 4пг ———, где a и ш - относиЛ

тельный размер частиц и показатель преломления соответственно.

Относительный размер частиц дисперсной фазы 2жги0

представлен как а =—, относительный показа-

—

тель преломления - как ш = — , где — - пока-

—о

затели преломления частиц и дисперсионной среды.

Показатель степени или волновой экспонент п в соотношении (1) может быть найден из экспериментальной зависимости ^т = Л) как тангенс угла наклона полученной прямой к оси абсцисс. Его физический смысл выражен соотношением

n = -

Р

дК

К( p,m) др

Приведённые соотношения являются лишь немногими из определяющих суть метода исследования, названного методом спектров мутности. Метод является основой для установления зависимости характеристической функции светорассеяния п = п(а,ш) от относительного размера частиц а и относительного показателя преломления ш. Используя такие зависимости, можно по экспериментально найденному волновому показателю п определять размер частиц дисперсной фазы при известном значении ш .

Для водных дисперсий талька относительный показатель преломления ш равен 1,58-1,59. Для расчёта были использованы значения —0 = 1,0002936 (абсолютный показатель преломления воды при нормальных условиях), — = 1,589 —1,594 (показатель

преломления талька) [5]. Это значит, что таблицами, приведёнными в монографии [2], воспользоваться невозможно, потому что они действительны для ш < 1,3. Однако нет поводов отказываться от применения метода спектров мутности в исследованиях устойчивости суспензий талька хотя бы потому, что он даёт возможность сравнительно просто получать значение волнового экспонента п . В свою очередь, волновой показатель однозначно связан (при постоянной концентрации) с размерами дисперсных включений, что и позволяет по его изменениям анализировать изменения размеров частиц суспензий. Кроме того, величина п может сама выступать в качестве кинетического параметра системы.

Особенность методики эксперимента заключалась в том, что навеску талька, обработанную водными растворами «Пенты-416» или олеата натрия, после перемешивания на магнитной мешалке помещали в градуированные цилиндры с линейной шкалой. По истечении определённого времени производили отбор проб с разной высоты столба жидкости над осадком. Вливали пробы суспензий в кювету известного размера и измеряли оптическую плотность Б при различ-

ных длинах волн. Для измерения оптической плотности суспензий использовали колориметр КФК-3 со встроенными светофильтрами.

Измерения проведены в диапазоне длин волн от 400 до 540 нм, когда зависимость = /(^Л) имеет линейный характер. Отбор проб производили с высот: 1 - 110 мм; 2 - 103 мм; 3 - 89 мм; 4 - 75 мм; 5 - 61 мм над осадком. Для каждой из трёх систем проводили параллельные опыты [1], для математической обработки результатов использовали пакет программ Ехе11.

Зная оптическую плотность системы Б, мутность т рассчитывали по соотношению:

2,3Б

т =-,

I

где I - длина кюветы.

По полученным данным строили графики в координатах 1%т = /(^Л) и по тангенсу угла наклона полученной прямой к оси абсцисс находили значение волнового экспонента п.

На рис. 1 показана зависимость волнового показателя п во времени для трёх изучаемых систем: тальк - вода; тальк - олеат натрия; тальк - «Пен-та-416» в верхнем слое суспензии. Видно существенное уменьшение показателя п во времени.

Из уравнений (1) и (3) следует, что волновой показатель п обратно пропорционален относительному размеру частиц. Это значит, что данные рис. 1 косвенно свидетельствуют об увеличении размеров частиц талька в суспензии. Можно предположить, что происходит это за счёт образования адсорбционных слоев ПАВ на твёрдой поверхности, слипания и коагуляции мельчайших частиц.

Так как волновой показатель системы п активно изменяется во времени, очевидно, что его можно использовать в качестве кинетического параметра при анализе осаждения талька из суспензий.

На рис. 2-4 показаны кинетические кривые изменения волнового экспонента п во времени на разной вы-

соте столба жидкости над осадком для систем: тальк -вода; тальк -олеат натрия; тальк - «Пента 416».

В ходе эксперимента наблюдалось осветление столба жидкости в цилиндре. Наиболее осветлённым во всех трёх системах был верхний слой - 110 мм; ближе к осадку, на уровне 61 мм, мутность была значительно устойчива.

Формирование осадка в каждой из систем происходило по-разному. Быстро формирующийся, хлопьевидный и менее плотный осадок образовывался в суспензии тальк - «Пента-416», его высота составляла 6 мм.

В системе с олеатом натрия осадок формировался медленнее и его высота не превышала 4,5 мм. Осадок был рыхлый, мало спрессованный, состоящий из крупных частиц.

Дольше всего формировался осадок в системе тальк - вода. Твёрдые частицы в этом случае плотно прилегали друг к другу и образовывали плотный осадок высотой всего лишь 2 мм.

На основании результатов можно сделать вывод, что добавки ПАВ в суспензии талька влияют на механизм осаждения и на характер осадка. В подтверждение визуальных наблюдений из рис. 2 - 4 следует, что волновой показатель n имеет наименьшее значение в системе тальк - вода - 1,8, в системе тальк - олеат натрия - 2,4 и наибольшего значения достигает в системе

тальк - «Пента 416» - 2,6. Это можно объяснить тем, что присутствие в системе ПАВ приводит к активному образованию адсорбционных слоёв на поверхности частиц талька, за счёт которого они увеличиваются в размере. Изначально частицы талька имеют слоистую неровную структуру с «рваными» краями и поверхность со множеством «площадок» для размещения молекул ПАВ. В результате адсорбции они изменяются, приобретая качества, обеспечивающие повышение скорости осаждения, близкую к сферической форму, когда частицы движутся с наименьшим сопротивлением, и способность к слипанию и коагуляции, за счёт которой растёт число более крупных частиц. Причём, в случае с «Пентой-416» эти явления происходят намного активнее, чем при обработке тальковой композиции олеатом натрия.

Рис. 1. Изменение волнового экспонента п в верхнем слое суспензии: 1 - тальк - вода; 2 - тальк - олеат натрия; 3 - тальк - «Пента- 416»

-•-1 -я-2

-л-3 -х—4 -ж—5

500

1000

1500 2000 время 1, мин

2500

3000

3500

Рис. 2. Зависимость коэффициента П от времени в системе тальк - вода; высота над осадком: 1 - 110 мм, 2 - 103 мм, 3 - 89 мм, 4 - 75 мм, 5 - 61 мм

-я—2

— 3 -к-4 -ж—5

500

1000

1500 2000 время мин

2500

3000

3500

Рис. 3. Зависимость коэффициента П от времени в системе тальк - вода - олеат натрия; высота над осадком: 1

- 110 мм, 2 - 103 мм, 3 - 89 мм, 4 - 75 мм, 5 -61 мм

-А— 3 -ж—5

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 время мин

Рис. 4. Зависимость коэффициента П от времени в системе тальк - вода -«Пента- 416»; высота над осадком: 1 - 110 мм, 2 - 103 мм, 3 - 89 мм, 4 -75 мм, 5 -61 мм

Рис. 5. Изменение осветления в суспензиях: 1 - тальк - вода; 2 - тальк - олеат натрия; 3 - тальк - «Пента-416»

Для определения скорости осветления использовали соотношения Ли/ Лг. По этому соотношению удобно анализировать изменение осветления надса-дочной жидкости (рис. 5).

Тонкодисперсный тальк образует долго не осе-дающиеся мути. В воде частицы талька осаждаются очень долго, более 2-х суток. В ходе эксперимента установлено, что осаждение талька, модифицированного «Пентой-416», идёт с самой высокой скоростью и завершается через 24 часа. Тальк, обработанный олеатом натрия, занимает промежуточное положение.

Модифицирование ПАВ способствует быстрому переходу твёрдой фракции в осадок, причём олеат натрия снижает устойчивость суспензий весьма суще-

ственно. Очевидно, что на основе олеата натрия (дешёвого, широко распространённого, экологически безопасного минерала) можно получать композиции для модифицирования талька. Небольшие добавки к нему других ионогенных и неионогенных ПАВ, возможно, приведут к созданию на его основе композиций, которые смогут проявлять себя аналогично «Пен-те-416».

Таким образом, модифицирование талька «Пен-той-416» значительно ускоряет осаждение частиц талька из суспензий. Вместе с тем, влияние олеата натрия в первом приближении сопоставимо с действием «Пенты-416» на тальковые композиции.

Библиографический список

1. Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин: учеб. пособие. 3-е изд., стереот. СПб.: Лань, 2009. 112с.

2. Кленин В.И., Щёголев С.Ю., Лаврушин В.И. Характеристические функции светорассеяния дисперсных систем. Саратов: Изд-во Сарат. гос. ун-та, 1977. 176 с.

3. Кулешова И.Д. Новый ультрадисперсный наполнитель производства ОАО «Байкальские минералы» // Лакокрасочные материалы и их применение. 2004. № 9. С. 36-38.

4. Мягченков В.А. Оптические свойства коллоидных систем. Конспект лекций. Казань: Изд-во КГТУ, 1994. 27 с.

5. Новый справочник химика и технолога. Сырьё и продукты органических и неорганических веществ. Ч. 1. СПб.: АНО НПО «Мир и семья», 2002. 988 с.

6. Тарасевич Ю.И., Овчаренко Ф.Д. Адсорбция на глинистых минералах. Киев: Наукова думка, 1975. 350 с.