|
98 I ммоль/кг. При этом, как видно из расчета для критического расхода СаО 80 мг/л, только небольшая часть из них не более 6,99-7,69 мг/л Са2+ непосредственно участвовала в нейтрализации отрицательного поверхностного заряда коллоидных частиц, образовании мостиковых связей между частицами и коагуляции частиц. В реакциях нейтрализации и образования мостиковых связей на 1 катион кальция Са2т приходилось до 47-48 молекул диоксида кремния 8Ю?.. Образование связей между поверхностью коллоидных частиц без участия катионов кальция, по-видимому, не происходило. Наиболее вероятный механизм сорбции катионов кальция из раствора поверхностью коллоидных частиц, как показали эксперименты Айлера Р.К. [129], заключается в замещении ионов водорода Н* в поверхностных силанольных группах 8ьОН на катион Са2‘ и появлении на поверхности еще одного отрицательного заряда: ОН-81-ОН+Са2*—»ОН-8ьО"-Са2++ Н* (3.2) Подобный механизм сорбции в водном растворе различных катионов (Са2", Со2+, Ьа3+, ТЬ4) поверхностью коллоидного кремнезема был изучен в работах Джеймса Р.О. и Хели Т.В. [130-132]. С увеличением расхода СаО от 80 мг/л и выше происходило неограниченное насыщение поверхности коллоидных частиц катионами кальция и рост отношения СаО/ЗЮг в составе осажденного материала (табл. 3.56). Следует отметить, что после обработки известью рН раствора увеличивался, что способствовало увеличению концентрации отрицательно заряженных групп ОН* на поверхности коллоидных частиц и росту сорбционной способности поверхности но отношению к катионам Са2*. При расходе СаО 400 мг/л, когда показатель рН раствора увеличивался до 11,5-11,8, количество катионов Са2* на поверхности частиц становилось достаточно большим для образования связей между частицами и отдельными молекулами кремнекислоты. Этим можно объяснить осаждение ортокремниевой кислоты при расходе СаО более 400 мг/л. Осаждение ортокремниевой кис |
ставяла 0.0196x0.714 = 0.01399. При осаждении 473.2 мг/кг коллоидного кремнезема $Ю2 соосадилось 0.0139x473.2 = 6.62 мг/кг катионов кальция Са2*. Для коагуляции и осаждения из гидротермального раствора всего коллоидного кремнезема (500-550 мг/кг $Ю2) был необходим ввод критического количества двухзарядных катионов Са2~около 57-60 мг/кг = 1.425-1.50 ммоль/кг. При этом, как видно из расчета для критического расхода СаО 80 мг/кг, только небольшая часть из них не более 6.99-7.69 мг/кг Са2* непосредственно участвовала в нейтрализации отрицательного поверхностного заряда коллоидных частиц, образовании мостиковых связей между частицами и коагуляции частиц. В реакциях нейтрализации и образования мостиковых связей на 1 катион кальО «Ация Са приходилось до 47-48 молекул диоксида кремния 8Ю2. Образование связей между поверхностью коллоидных частиц без участия катионов кальция, по-видимому, не происходило. Наиболее вероятный механизм сорбции катионов кальция из раствора поверхностью коллоидных частиц, как показали эксперименты Айлера Р.К. [203], заключается в замещении ионов водорода Н+ в поверхностных силанольных группах 51-ОН на катион Са2* и появлении на поверхности еще одного отрицательного заряда: ОН-51-ОН + Са2+-> ОН-$1-0‘-Са2+ + Н+ (ЗЛО) Подобный механизм сорбции в водном растворе различных катионов (Са2+, Со2*, Ьа3*, ТЬ4+) поверхностью коллоидного кремнезема был изучен в работах Джеймса Р.О. и Хели Т.В. [204-206]. С увеличением расхода СаО от 80 мг/кг и выше происходило неограниченное насыщение поверхности коллоидных частиц катионами кальция и рост отношения СаО/ЗЮг в составе осажденного материала (табл. 3.8). Следует отметить, что после обработки известью показатель рН раствора увеличивался, что способствовало увеличению концентрации отрицательно заряженных групп ОН' на поверхности коллоидных частиц и росту сорбционной способности поверхности по отношению к катионам Са2+. 187 При расходе СаО 400 мг/кг, когда показатель рН раствора увеличивался до 11.5-11.8, количество катионов Са2+ на поверхности частиц становилось достаточно большим для образования связей между частицами и отдельными молекулами кремнекислоты. Этим можно объяснить цсаждение мономерного кремнезема при расходе СаО более 400 мг/кг. Осаждение мономерного кремнезема могло происходить также и за счет образования нерастворимых комплексов молекул кремнекислоты Н4ЗЮ4 с одиночными катионами кальция Са2+, присутствующими в воде после добавления извести. Сравнительно высокой чистоты образцов осадка удалось достичь при использовании свежеосажденных хлопьев (табл. 3.8). Образцы Ь611, Ь73, Ь84 были получены при расходе извести СаО 60-70 мг/кг с дополнительным вводом свежих хлопьев осадка из проб, обработанных при расходе извести СаО 100 мг/кг. Отношение СаО/$Ю2 в этих образцах было соответственно 0.0398, 0.0531,0.0331. Доля алюминия в образцах, полученных осаждением кремнекислоты с добавлением извести, была также достаточно низка: отношение А12Оз/5Ю2 было в пределах 0.00916-0.00490 (табл. 3.8). Величина этого отношения гораздо выше, чем в сепарате. Это можно объяснить тем, что в осадок поступал алюминий, который первоначально содержался в образце исходной негашеной извести ЬО. В образце ЬО отношение А12Оз/ЗЮ2 было равно 0.122, отношение А12Оз/СаО 0.00390. В образце Ы отношение А12Оз/СаО было равно 0.00916, в Ь84 0.172. Доля алюминия по отношению к кальцию в образцах осадка выше, чем в извести, так как алюминий практически полностью сорбируется хлопьями осадка, а часть кальция остается после обработки в растворе. Отношение А1203/Са0 в образцах осадка растет с уменьшением расхода извести (табл. 3.8), потому что при этом большая доля кальция остается после обработки в растворе. Доля железа в образцах осадка была в среднем ниже, чем доля алюминия (табл. 3.8). При этом отношение Ре203/Са0 в исходной извести (образец ЬО) было еще ниже, что объяснялось тем, что соединения железа лучше сорбировались из раствора хлопьями осадка, чем кальций. Доля магния в осадке была значительно выше, чем доля кальция (табл. 3.17а). Отношение М&0/ЗЮ2 находилось в пределах 0.02-0.029 и обнаруживало слабую тенденцию к росту с увеличением расхода морской воды. Сопоставление величины отношения М§0/8Ю2 и СаО/ЗЮ2 показало, что коагуляция и осаждение коллоидного кремнезема при обработке с добавлением морской воды происходит преимущественно под действием катионов магния. Обработка с добавлением морской воды приводила к осаждению коллоидного кремнезема ЗЮ2 в количестве от 433 до 512 мг с каждого килограмма раствора (табл. 3.16). Судя по тому, что величина отношения (М§0 + СаО)/ЗЮ2 в осажденном материале не увеличивалась с ростом расхода морской воды и находилась в пределах 0.020-0.029 (табл. 3.17а), поверхность коллоидных частиц кремнезема не насыщалась катионами М§2+ и Са2+ свыше некоторого количества, необходимого для коагуляции и осаждения частиц: от 6.24-6.86 мг/кг = 0.247-0.271 ммоль/кг до 8.74-9.6 мг/кг = 0.359-0.396 ммоль/кг. Осаждение частиц происходило после ввода в раствор критического количества катионов кальция и магния, которое составляло от 90 до 147.8 мг/кг (при расходе морской воды 100 см3/кг). Малая часть из этого количества участвовала в нейтрализации отрицательного поверхностного заряда коллоидных частиц, образовании мостиковых связей между частицами и их осаждении. При добавлении морской воды на 1 ион-коагулянт, который в большинстве случаевбыл катионом М§2+, в реакциях нейтрализации и образования мостиковых связей между частицами приходилось от 32-33 до 23 молекул диоксида кремния ЗЮ2. Количество активных катионов магния и кальция может быть реально еще меньше, так как в состав осадка в процессе сушки влажного материала переходили примеси раствора. После обезвоживания на центрифуге доля твердой фазы в составе влажного осадка была около 5 вес.%. В образце 1Л311 (расход морской воды 100 см3/кг) 15 % магния и кальция могли перейти из раствора после сушки, а в образце 1Л318 (расход морской воды 1000 см3/кг) до 56.6 %. Доля алюминия и железа в осадке была гораздо меньше, чем магния, но выше, чем кальция (табл. 3.17а). В осадке присутствовало значительное коли |