Влияние сильных электролитов на реологические свойства водных суспензий Na-бентонита

Влияние сильных электролитов на реологические свойства водных суспензий Na-бентонита

Выявлены особенности протекания процесса коагуляционного разжижения в суспензиях (Na-бентонитвода) при добавлении сильных электролитов 1–1. Установлено, что количественные закономерности этого процесса определяются концентрационными факторами и природой катиона....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2008
Hauptverfasser: Хилько, С.Л., Титов, Е.В., Третинник, В.Ю.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2008
Schriftenreihe:Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/76069
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Влияние сильных электролитов на реологические свойства водных суспензий Na-бентонита / С.Л. Хилько, Е.В. Титов, В.Ю. Третинник // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 2. — С. 557-562. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-76069
record_format dspace
spelling irk-123456789-760692015-10-28T17:09:04Z Влияние сильных электролитов на реологические свойства водных суспензий Na-бентонита Хилько, С.Л. Титов, Е.В. Третинник, В.Ю. Выявлены особенности протекания процесса коагуляционного разжижения в суспензиях (Na-бентонитвода) при добавлении сильных электролитов 1–1. Установлено, что количественные закономерности этого процесса определяются концентрационными факторами и природой катиона. Виявлено особливості перебігу процесу коаґуляційного розрідження в суспензіях (Nа-бентонітвода) при додаванні сильних електролітів 1–1. Встановлено, що кількісні закономірності цього процесу визначаються концентраційними факторами та природою катіону. The peculiarities of the coagulatory-liquefaction process running in suspensions (Na-bentonitewater) are revealed for the case of strong-electrolytes’ adding. As established, the quantitative regularities of this process are governed by concentration factors and cation nature. 2008 Article Влияние сильных электролитов на реологические свойства водных суспензий Na-бентонита / С.Л. Хилько, Е.В. Титов, В.Ю. Третинник // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 2. — С. 557-562. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 61.20.Qg,66.20.+d,82.45.Gj,82.70.-y,83.80.Hj,83.80.Nb,83.85.Jn http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/76069 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Выявлены особенности протекания процесса коагуляционного разжижения в суспензиях (Na-бентонитвода) при добавлении сильных электролитов 1–1. Установлено, что количественные закономерности этого процесса определяются концентрационными факторами и природой катиона.
format Article
author Хилько, С.Л.
Титов, Е.В.
Третинник, В.Ю.
spellingShingle Хилько, С.Л.
Титов, Е.В.
Третинник, В.Ю.
Влияние сильных электролитов на реологические свойства водных суспензий Na-бентонита
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet Хилько, С.Л.
Титов, Е.В.
Третинник, В.Ю.
author_sort Хилько, С.Л.
title Влияние сильных электролитов на реологические свойства водных суспензий Na-бентонита
title_short Влияние сильных электролитов на реологические свойства водных суспензий Na-бентонита
title_full Влияние сильных электролитов на реологические свойства водных суспензий Na-бентонита
title_fullStr Влияние сильных электролитов на реологические свойства водных суспензий Na-бентонита
title_full_unstemmed Влияние сильных электролитов на реологические свойства водных суспензий Na-бентонита
title_sort влияние сильных электролитов на реологические свойства водных суспензий na-бентонита
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate 2008
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/76069
citation_txt Влияние сильных электролитов на реологические свойства водных суспензий Na-бентонита / С.Л. Хилько, Е.В. Титов, В.Ю. Третинник // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 2. — С. 557-562. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv AT hilʹkosl vliâniesilʹnyhélektrolitovnareologičeskiesvojstvavodnyhsuspenzijnabentonita
AT titovev vliâniesilʹnyhélektrolitovnareologičeskiesvojstvavodnyhsuspenzijnabentonita
AT tretinnikvû vliâniesilʹnyhélektrolitovnareologičeskiesvojstvavodnyhsuspenzijnabentonita
first_indexed 2025-07-06T00:32:38Z
last_indexed 2025-07-06T00:32:38Z
_version_ 1836855547550236672
fulltext 557 PACS numbers: 61.20.Qg, 66.20.+d, 82.45.Gj, 82.70.-y, 83.80.Hj, 83.80.Nb, 83.85.Jn Влияние сильных электролитов на реологические свойства водных суспензий Na-бентонита С. Л. Хилько, Е. В. Титов, В. Ю. Третинник* Институт физико-органической химии и углехимии НАН Украины, ул. Р. Люксембург, 70, 83111 Донецк, Украина *Институт коллоидной химии и химии воды НАН Украины, бульв. Акад. Вернадского, 42, 03142 Киев, Украина Выявлены особенности протекания процесса коагуляционного разжиже- ния в суспензиях (Na-бентонитвода) при добавлении сильных электро- литов 1–1. Установлено, что количественные закономерности этого про- цесса определяются концентрационными факторами и природой катиона. Виявлено особливості перебігу процесу коаґуляційного розрідження в суспензіях (Nа-бентонітвода) при додаванні сильних електролітів 1–1. Встановлено, що кількісні закономірності цього процесу визначаються концентраційними факторами та природою катіону. The peculiarities of the coagulatory-liquefaction process running in suspen- sions (Na-bentonitewater) are revealed for the case of strong-electrolytes’ adding. As established, the quantitative regularities of this process are gov- erned by concentration factors and cation nature. Ключевые слова: электролит, бентонит, коагуляционное уплотнение и разжижение. (Получено 20 августа 2006 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Сильные электролиты способны существенно изменять структурно- механические свойства и устойчивость водных суспензий глини- стых минералов. Их влияние может носить прямо противополож- ный характер: от коагуляционного упрочнения до коагуляционного разжижения [1–5]. В водных суспензиях палыгорскита добавки Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2008, т. 6, № 2, сс. 557–562  2008 ІÌÔ (Інститут металофізики ім. Ã. В. Êурдюмова ÍÀÍ України) Íадруковано в Україні. Ôотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 558 С. Л. ХИЛЬÊО, Е. В. ТИТОВ, В. Ю. ТРЕТИÍÍИÊ сильных электролитов не вызывают существенных изменений рео- логических характеристик и устойчивости [4, 5]. Исследование механизма влияния сильных электролитов на структурно-механические свойства водных суспензий, представляя теоретический интерес, может иметь и важное практическое значе- ние. Так, промышленные суспензии обычно готовят с использова- нием воды различной степени минерализации, которая может быть весьма значительной. Êроме того, применение буровых растворов на основе водных суспензий глинистых минералов в ряде случаев бывает сопряжено с их постепенным обогащением минеральными солями вплоть до полного насыщения. Это связано с тем, что в про- цессе бурения встречаются соленосные породы, в состав которых могут входить водорастворимые хлориды натрия и калия (галлит, сильвин). Цель работы — исследование влияние сильных электролитов (NaCl, KCl, LiCl) на реологические свойства водных суспензий Na- бентонита. 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ В работе использовали Na-бентонит Черкасского месторождения, отобранный на Êонстантиновском заводе утяжелителей. Исходный размер частиц Na-бентонита составлял менее 1 мкм. Êонцентрацию твердой фазы в суспензиях (φ, масс.%) варьировали в области 12,0– 18,0 масс.%. Êонцентрацию солей (NaCl, KCl, LiCl — марка «хч») изменяли от 0.3 до 10.0 масс.%. Водные суспензии готовили при перемешивании компонентов механической лопастной мешалкой в течение 15 мин. Ê полученной суспензии добавляли расчетное ко- личество соли и перемешивали еще 15 мин для достижения равно- весного состояния. Êривые течения измеряли на ротационном вискозиметре RHEOTEST-2 VEB MLW при температуре 200,1С. Êонтролирова- ли значения вязкости при скоростях сдвига (έ): 0,5 с1 (ηmax) и 437,4 с 1 (ηmin). Из кривых течения, έf(σ), рассчитывали значения динамического (σо, Па) и статического (σ1, Па) пределов текучести. 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Добавление в водные суспензии Na-бентонита возрастающих коли- честв NaCl, KCl и LiCl приводит к резкому снижению значений всех реологических параметров. Для выяснения особенностей протека- ния процесса коагуляционного разжижения в качестве объекта ис- следования использовали концентрированные суспензии с концен- трацией твердой фазы, близкой к критическому значению (φкр), то ЭЛЕÊТРОЛИТЫ И РЕОЛОÃИЧЕСÊИЕ СВОЙСТВÀ СУСПЕÍЗИЙ Na-БЕÍТОÍИТÀ 559 есть такой, когда течение суспензии сопровождается разрывами сплошности среды. Известно [6, 7], что в водных суспензиях Nа-бентонита в зависи- мости от концентрации твердой фазы могут быть реализованы три типа течения: с однозначными зависимостями έ  f(σ) при φφкр — I тип течения; с областью сверханомалии вязкости, когда зависимо- сти έf(σ) имеют возвратный ход, — II тип течения; с областью «предразрывного состояния», когда зависимости έf(σ) имеют чет- ко выраженный вертикальный участок, — III тип течения. Оказалось, что процесс коагуляционного разжижения протекает в несколько стадий, причем, в зависимости от содержания твердой фазы в системе, концентрации электролита и вида катиона, этот процесс имеет ряд особенностей. Íа рисунке 1 и в таблице приведены данные о влиянии концен- трации NaCl и KCl на реологические параметры водных суспензий Na-бентонита с 14,0 масс.% (кр). Êривая течения суспензии без добавок электролита относится к III типу. Из этих данных следует, что введение в водную суспензию бенто- нита NaCl в количестве до 0,3% способствует уменьшению значе- ний всех реологических характеристик системы, но не изменяет характера ее течения (III тип). При добавлении 0,5–1,0% NaCl на фоне уменьшения значений вязкостных и прочностных парамет- ров, появляются разрывы сплошности среды — зоны сверханома- лии вязкости или II тип течения. В системах с CNaCl1,5–4,0% име- ет место III тип течения. Дальнейшее повышение концентрации NaCl в системе способствует реализации I типа течения; при этом значения реологических параметров уже практически не меняют- а б Рис. 1. Êривые течения водных суспензий бентонита с φ14,0 масс.% без добавок электролита (1): а–с добавками NаСl, %: 2 — 0,3; 3 — 1,0; 4 — 1,5; 5 — 10,0; б — с добавками KCl, %: 2 — 0,3; 3 — 1,0; 4 — 1,5; 5 — 10,0. 560 С. Л. ХИЛЬÊО, Е. В. ТИТОВ, В. Ю. ТРЕТИÍÍИÊ ся, достигнув некоторого минимального значения. Добавление к суспензии бентонита возрастающих количеств LiCl приводит к несколько более выраженному эффекту коагуляционно- го разжижения по сравнению с NaCl и KCl (рис. 2). Изменения ха- рактера течения суспензий с добавками LiCl происходят в тех же концентрационных диапазонах электролита, что и в случае добавок NaCl. При добавлении в суспензию KCl эффект коагуляционного разжижения менее выражен, чем в системах с добавками NaCl и LiCl (рис. 2). Êроме того, во всем исследуемом диапазоне изменения концентраций KCl коагуляционное разжижение протекает без из- менения характера течения суспензий, то есть с однозначными за- висимостями έf(), что следует из рис. 1. Известно [1, 3, 8], что натриевые бентониты обладают высокой обменной емкостью и при диспергировании их в воде образуют хо- рошо развитый диффузионный слой ионов, благодаря которому достигается практически полная пептизация частиц и стабилиза- ция суспензий за счет высокой дисперсности частиц твердой фазы и развитых гидратных оболочек вокруг них. В этой связи, введение в систему сильных электролитов с различной способностью к гидра- тации должно по-разному сказываться на протекании процесса коагуляционного разжижения и реологических свойствах водных суспензий Na-бентонита. Известно [9], что влияние ионов на структуру водных растворов различно и зависит от их размеров, концентрации и способности к гидратации. При гидратации катионы Li, Na и K  связывают из а б Рис. 2. Изменение ηmax (при έ0,5 с 1) от концентрации: а — электролита в суспензии бентонита с содержанием твердой фазы 12,0% от концентрации добавляемого электролита: 1 — LiCl; 2 — NaCl; 3 — KCl; б — NaCl в сус- пензиях бентонита при содержании твердой фазы, , масс.%: 1 — 12,0; 2 — 14,0; 3 — 16,0; 4 — 18,0. ЭЛЕÊТРОЛИТЫ И РЕОЛОÃИЧЕСÊИЕ СВОЙСТВÀ СУСПЕÍЗИЙ Na-БЕÍТОÍИТÀ 561 межчастичного пространства суспензий разное количество воды, причем калий в значительно меньшей степени, чем натрий и литий [9]. Êроме того, согласно Самойлову [10], ионы Li и Na уменьшают подвижность ближайших молекул воды («положительная гидрата- ция»), а около ионов K подвижность воды становится большей («отрицательная гидратация»). Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что способность электролитов к коагуляционному разжижению водных суспензий бентонита (LiClNaClKCl) находится в соот- ветствии со способностью катионов этих металлов к гидратации (LiNaK). Что касается изменений в характере течения иссле- дуемых систем, можно предположить следующее. Добавление не- больших количеств сильных электролитов, LiCl и NaCl (Сэл1,5%), активно взаимодействующих с водой межчастичного пространства, может способствовать возникновению неоднородностей в форми- рующейся структуре суспензий и провоцировать образование об- ластей сверханомалии вязкости. Увеличение количества электро- лита в составе жидкой фазы должно приводить к изменению струк- туры водного раствора, упорядочиванию структуры воды [9, 10]. Изменение характера течения суспензий, содержащих большое ко- личество ионов Li и Na (Cэл1,5%), возможно и связано с таким упорядочиванием структуры жидкой фазы дисперсной системы. Особенности влияния KCl на реологические свойства суспензий бентонита, очевидно, обусловлены спецификой гидратации ионов K, отличающейся от гидратации ионов Li и Na. Увеличение содержания твердой фазы в суспензиях (Na-бенто- нитвода) с постоянной концентрацией электролитов закономерно приводит к росту реологических параметров и снижению, вследст- ТАБЛИЦА. Влияние концентрации NaCl и KCl на реологические пара- метры водных суспензий Na-бентонита с 14,0 масс.% (φφкр). Ств14,0, масс.% Ств16,0, масс.% CNaCl, % max, Пас min, Пас Тип течения max, Па·с min, Пас Тип течения 0 17,68 0,26 III 32,62 0,39 II 0.3 11,88 0,19 III 24,05 0,26 II 0.5 9,32 0,19 II 15,51 0,24 II 1.0 5,59 0,08 II 6,06 0,14 II 1.5 3,17 0,06 III 4,96 0,10 II 3.0 2,89 0,04 III 3,26 0,06 III 4.0 2,42 0,04 III 2,70 0,06 III 6.0 2,33 0,04 I 2,66 0,05 III 10.0 2,33 0,04 I 2,56 0,04 I 562 С. Л. ХИЛЬÊО, Е. В. ТИТОВ, В. Ю. ТРЕТИÍÍИÊ вие этого, величины коагуляционного разжижения. Вместе с тем, как следует из таблицы, в системах с большей концентрацией твер- дой фазы переходы между типами течения происходят при боль- ших концентрациях электролитов. Это может быть связано с тем, что рост содержания дисперсной фазы в структурированных систе- мах с постоянной концентрацией электролита приводит к заметно- му снижению величины заряда частиц и нарушению структуры двойных электрических слоев, что приводит к усилению взаимо- действия между частицами и агрегации [11, 12]. 4. ВЫВОДЫ 1. В суспензиях Na-бентонита при добавлении LiCl и NaCl процесс коагуляционного разжижения сопровождается изменениями ха- рактера течения системы. Добавки KCl не изменяют типа течения суспензий. 2. Способность к коагуляционному разжижению определяется кон- центрацией твердой фазы и природой катиона. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. П. À. Ребиндер, Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико- химическая механика. Избранные труды (Ìосква: Íаука: 1979). 2. Í. Í. Êруглицкий, Физико-химические основы регулирования свойств дис- персий глинистых минералов (Êиев: Íаукова думка: 1968). 3. Ô. Д. Овчаренко, С. П. Íичипоренко, Í. Í. Êруглицкий, В. Ю. Третинник, Исследования в области физико-химической механики дисперсий глини- стых минералов (Êиев: Íаукова думка: 1965). 4. Ô. Д. Овчаренко, Í. Í. Êруглицкий, С. П. Íичипоренко, Э. Ã. Àгабалянц, В. Ю. Третинник, À. И. Булатов, Термосолеустойчивые промывочные жид- кости на основе палыгорскита (Ìосква: Íедра: 1970). 5. Ê. Ô. Паус, Буровые растворы (Ìосква: Íедра: 1973). 6. Í. Б. Урьев, À. À. Потанин, Текучесть суспензий и порошков (Ìосква: Хи- мия: 1992). 7. С. Л. Хилько, Е. В. Титов, À. À. Ôедосеева, À. Ã. Петренко, Р. À. Ôедосеев, Коллоид. журн., 68, № 1: 114 (2006). 8. В. Ю. Третинник, Физическая химия дисперсных структур (Êиев: Íаукова думка: 1983), с. 50. 9. Í. À. Измайлов, Электрохимия растворов (Харьков: ХÃУ: 1959). 10. О. Я. Самойлов, Структура водных растворов электролитов и гидрата- ция ионов (Ìосква: ÀÍ СССР: 1957). 11. С. С. Духин, Электропроводность и электрокинетические свойства дис- персных систем (Êиев: Íаукова думка: 1975). 12. Ю. À. Буевич, À. Ю. Зубарев, Коллоид. журн., 51, № 4: 647 (1989).

Ähnliche Einträge