Исследование реологического поведения растворов флокулянтов

частиц начинается при расходе их более 80 г/т.

Как видно (рис. 4, а) применение катионных высокомолекулярных флокулянтов Зетагов Ъ 7633, Ъ 7651 (кривые 1, 2) приводит к осветлению исследуемой глинисто-угольной дисперсии. Полимерные флокулянты Зетаги за счет положительного заряда макромолекул взаимодействуют с отрицательно заряженными частицами отходов флотации, а их высокая молекулярная масса способствует образованию мостичных связей через адсорбированные макромолекулы. Однако на предприятиях высокомолекулярные катионные флоку-лянты не получили достаточного распространения из-за их высокой цены.

Из рис. 4, б видно, что флокулянты М 919 и М 338 проявляют большую флокулирующую активность: увеличение скорости осаждения соответственно 1,2 см/с и 1 см/с, но они действуют в более узком интервале флокуляции. С увеличением расхода М 155 и М 345 происходит увеличение скорости осаждения до 1 см/с при содержании твердых частиц в сливе < 2 г/л.

Таким образом, на основе проведенных исследований, очевидно, что целесообразно применение комбинации из катионного полиэлектролита ВПК-402 и анионного высокомолекулярного полимера М 345, так как они позволяют эффективно очищать сточные воды после угольной флотации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Запольский А. К., Баран А. А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды: свойства, получение, применение // Л.: Химия. 1987. - 208 С.

2. Кульский Л. А., Гороновский И. Т., Когановский А. М., Шевченко М. А. Справочник по свойствам и методам анализа и очистки воды. - Киев: Наукова думка.1980. - 1280 С.

3. Баран А. А., Митина Н. С., Байченко А. А. Адсорбция водорастворимых полимеров и ее влияние на флокуляцию шламов углеобогащения // Химия и технология воды. - 1983. т. 5. № 3. - С. 67-70.

4. La Mer V. K. Filtration of Colloidal Dispersions Flocculated by Anionic and Cationic Polyelectrolytes // Disc. Faraday Soc. - 1966. № 42. - P.248-254.

5. Липатов Ю. С., Сергеева Ю. С. Адсорбция полимеров.- Киев: Наукова думка. - 1972. - 195 С.

6. Монгайт И. Л., Текиниди К. Д., Николадзе Г. И. Очистка шахтных вод - М.: Недра, 1978, - 173 c.

7. Коткин А. М., Шуляк В. Е., Ямпольский М. П. Изменение общей минерализации оборотных вод углеобогатительных фабрик // Обогащение и брикетирование угля. - 1967. № 2. - С. 44-46.

8. Бабенков Е. Д. О вероятности коагуляции частиц в области вторичного потенциального минимума // Коллоид. ж. - 1979. 41. № 3. С. 525-527.

Авторы статьи:

Байченко Арнольд Алексеевич

- докт. техн. наук, профессор каф. «Обогащение полезных ископаемых»

Кардашов Андрей Вячеславович

- аспирант каф. «Обогащение полезных ископаемых»

УДК 504.064.4: 622.7

А. А. Байченко, А. В. Кардашов, А. Н. Пирогов, А. В. Шилов

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ РАСТВОРОВ ФЛОКУЛЯНТОВ

В настоящее время на углеобогатительных фабриках Кузбасса очистка сточных вод отходов флотации является весьма важной и актуальной задачей, решение которой позволит повторно использовать воду в технологическом процессе и резко сократить потребление речной воды. Для очистки природных и производственных сточных вод, интенсификации технологических стадий осаждения, уплотнения и обезвоживания осадков в качестве флокулянтов рационально использовать комбинации из синтетических катионных полиэлектролитов (далее - КП) и анионных высокомолекулярных полимеров [1-2].

Основными технологически важными свойствами водных растворов флокулянтов (далее -ВРФ) являются строение и молекулярная масса (далее - ММ) макромолекул, косвенной реологической характеристикой которых является вязкость. Цель настоящей работы - исследовать структурномеханические характеристики водорастворимых флокулянтов в зависимости от концентрации вещества и скорости сдвига.

В качестве объектов исследования в данной работе использовались анионный высокомолекулярный полимер М 345, на основе полиакриламида и КП Магнафлок 1597 фирмы «Сиба», а также

Экология и охрана труда

105

а б в

Рис. 1. Зависимость вязкости от концентрации растворов флокулянтов: а - анионного высокомолекулярного полимера М345; катионных полиэлектролитов: б - ВПК-402, в - М1597; цифры у кривых значения

скоростей сдвига: 1 - 5,4 с1, 2 - 27 с1, 3 -145,8 с-1

отечественный катионный полиэлектролит ВПК-402. Для получения ВРФ изучаемой концентрации необходимое количество исследуемого реагента-флокулянта заливали дистиллированной водой и выдерживали в темноте сутки при комнатной температуре.

Реологические методы исследования флокулянтов позволяют по кривым «напряжение сдвига

т - скорость сдвига У », оценить структуру ВРФ, в зависимости от значений структурной вязкости,

вычисляемой по формуле 77= г У, которая для структурированных сред не является постоянной

величиной, а уменьшается с увеличением У. При этом мы учитывали опыт анализа реологических характеристик разнообразных дисперсных систем [3-8]. Кривые течения получали на ротационном вискозиметре «Реотест-2». Скорость деформации изменяли в пределах от 1,5 до 1312 с-1. Требуемое количество раствора исследуемого флокулянта помещали в цилиндрическую ячейку, в которую плавно вводили внутренний цилиндр, после чего ячейку и цилиндр соединяли с измерительным прибором. Систему термостатиро-вали при 20 °С в течение 20 мин.

По полученным кривым течения установлено, что исследованные ВРФ могут быть отнесены к вязкопластическим жидкостям, у которых разрушение структуры происходит при скоростях сдвига выше 145 с-1.

Установлено, что у всех исследованных образцов КП при малых скоростях сдвига на кривых течения имеется участок сверханомалии, характерный для полидисперсных систем, выражающийся в разрушении структуры с дальнейшим незначительным участком равновесного состояния и с последующим переходом к прямолинейному участку, который типичен для вязкопластиче-

ских жидкостей [5].

Нами исследовано влияние концентрации ВРФ на их структурную вязкость при скоростях сдвига 5,4; 27 и 145, 8 с-1, относящихся к зоне «наименьшей» деструкции. Из рис. 2 видно, что при концентрации всех флокулянтов до 0,2 % их водный раствор соответствует ньютоновской системе, характеризующейся постоянной вязкостью, не зависящей от У .

Исходя из полученных зависимостей (рис. 1, ав) следует, что повышение С > 0,3-0,4 % приводит к увеличению вязкости в 3-4 раза, например, вязкость Магнафлока 345 увеличивается в 4 -5 раз при возрастании концентрации до 0,6 % (рис. 1, кривая 1), что потребует больших энергозатрат на обеспечение технологического процесса.

Из рис. 1-2 следует, что с увеличением концентрации флокулянтов наблюдается упрочнение структуры РФ. Об этом говорит увеличение значений напряжений сдвига, необходимых для деструкции системы.

Установлено, что при концентрациях от 0,5 до 2 % РФ имеют большие значения вязкости при

б

Рис. 2. Зависимость вязкости от скорости сдвига в пределах от 48 до 1312 с'1 для растворов флокулянтов а - анионного высокомолекулярного флокулянты М 345; б - катионных полиэлектролитов; концентрация флокулянтов:

♦ - 0,1 %; и - 0,3 %; А - 0,6 %; х - 2 %

невысоких напряжениях сдвига для полимера М 345 до 145,8 с-1, у КП до 81 с-1. Можно предположить, что именно в этом диапазоне концентраций образуются наиболее прочные комплексы из макроионов. Эти результаты свидетельствуют о том, что при этих условиях в ВРФ наблюдается явление реопексии (упрочнение системы при механическом воздействии).

Основной причиной этого может быть образование надмолекулярных структур молекулами полимера, в результате которого увеличивается межцепное взаимодействие и соответственно вязкость [8]. Из рис. 2, б видно, что ВПК-402 имеет более высокие значения вязкости по сравнению с М 1597 для всех концентраций, что говорит о его большей ММ, а значит меньшем его расходе для дестабилизации сточных вод отходов флотации.

Представленные зависимости «вязкость 7) - скорость сдвига У», для ВРФ показывают, что течение возникает уже при малых напряжениях, а при скоростях сдвига более 100 с-1 все образцы КП, а также М 345 менее 0,1 % имеют прямолинейные участки.

Это объясняется тем, что для изученных жидкостей в данных условиях происходит переход к ньютоновскому поведению, т.е. может происхо-

дить разрушение их молекулярной структуры. Следовательно, в этой структуре присутствуют относительно непрочные агрегаты со слабыми связями, поэтому она может быть разрушена путем увеличения напряжения сдвига. Это важно учитывать при создании эффективных технологий по растворению и подаче разбавленных растворов флокулянтов в пульпу, а для этого необходимо применять специальные аппараты для их «щадящего» растворения в производственных условиях [9].

Таким образом, проведенные исследования позволили установить взаимосвязь реологических свойств ВРФ и сделать ряд выводов о предположительной их молекулярной структуре.

Анализ реологических характеристик позволяет считать, что наибольшая деструкция происходит у флокулянтов при их концентрациях: в диапазоне < 0,1 % - для М 345; и < 0,3 % для катионных полиэлектролитов, а также при высоких напряжениях сдвига.

Таким образом, полученные данные позволят более рационально использовать, флокулянты разной химико-органической природы на стадиях флокуляции и фильтрации для очистки сточных вод отходов флотации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вейцер Ю. И., Минц Д. М. Высокомолекулярные флокулянты в процессе очистки природных и сточных вод. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1984. 191 С.

2. Байченко А. А., Кардашов А. В. Интенсификация процесса агрегирования частиц отходов флотации при очистке сточных вод углеобогащения. // Вестник КузГТУ. - 2005. № 4-2 С. 31-33.

3. Шрам Г. Основы практической реологии. - М.: Колос, 2003.

4. Малкин А. Я., Чалых А. Е. Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерения. - М.: Химия, 1979.

5. Павлов В. П., Виноградов Т. В. Обобщенная реологическая характеристика дисперсных систем // Коллоидный журнал.1966. т 28. № 3.

6. Урьев Н. Б. Физико-химические основы технологий дисперсных систем и материалов. - М.: Химия,1988.

7. Остроумов Л. А., Пирогов А. Н., Пирогова Н. А., Доня Д. В. Структурно-механические свойства сливочного масла с облепиховой биодобавкой. // Хранение и переработка сельхозсырья. № 9. 2001. С. 45-47.

8. Овчинников П. Ф., Круглицкий Н. Н., Михайлов Н. В. Реология тиксотропных систем.- Киев: Наукова думка, 1975.

9. Байченко А. А., Кардашов А. В. Усовершенствование технологии обезвоживания тонкодисперсных угольных шламов на ЦОФ «Березовская». // Вестник. КузГТУ. - 2004. № 5. С. 53-56.

Авторы статьи:

Байченко Арнольд Алексеевич

- докт. техн. наук, профессор каф. обогащения полезных ископаемых

Кардашов Андрей Вячеславович

- аспирант каф. обогащения полезных ископаемых

Пирогов Александр Николаевич

- канд. техн. наук, доц. каф. «Прикладная механика» КемТИПП

Шилов Антон Валерьевич

- магистр каф. «Прикладная механика» Кем-ТИПП