Флокуляция

ФЛОКУЛЯЦИЯ (от лат. flocculi — клочья, хлопья * а. flocculation; н. Flockung, Flocken; ф. floculation, соagulation; и. floculacion) — образование рыхлых хлопьевидных агрегатов (флокул) из мелких частиц дисперсной фазы, находящихся во взвешенном состоянии в жидкой или газовой среде. Флокуляция — разновидность коагуляции. В жидких дисперсных системах (золях, суспензиях, эмульсиях, латексах) флокуляция вызывается специальными добавками — флокулянтами и реагентами, лиофобизирующими поверхность частиц, а также тепловыми, механическими и прочими внешними воздействиями. В присутствии флокулянтов и лиофобизирующих реагентов происходит сцепление частиц дисперсной фазы и возникновение пространственных дисперсных структур.

Практически наиболее важна флокуляция в водной среде, обусловленная действием растворённых в ней высокомолекулярных соединений (полиэлектролитов или неионогенных полимеров). Наиболее вероятным механизмом флокуляции считают образование мостиков — соединение частиц в результате адсорбции отдельных сегментов макромолекулярной цепи на разных частицах. Другая модель сцепления — через взаимодействие макромолекул, адсорбционно связанных лишь с одной частицей. Существуют также модели неадсорбционной, например вытеснительной, флокуляции. Значительное влияние на флокуляцию оказывает состояние двойного электрического слоя на поверхности частиц, свойства окружающей их ионно-сольватной оболочки. При этом важную роль играет электролитный состав дисперсионной среды, ионный обмен между её компонентами и ионогенными группами на поверхности флокулируемых частиц. Гидрофобизация поверхности усиливает флокуляцию в водной среде, гидрофилизация — ослабляет.

Адсорбционная флокуляция происходит при определённых соотношениях концентраций полимера-флокулянта и частиц дисперсной фазы, при определённых молекулярно-структурных характеристиках флокулянта и поверхностно-химических свойствах и дисперсном составе флокулируемых частиц. На кинетику и полноту флокуляции, структуру и свойства образовавшегося флокулята влияют, с одной стороны, молекулярная масса, степень ионизации, конформационная способность (гибкость) макромолекул флокулянта, с другой — знак и плотность поверхностных зарядов, размер и форма частиц. Наиболее эффективна флокуляция при оптимальной степени адсорбционного заполнения поверхности частиц полимером, близкой к 0,5, Избыток флокулянта может не только ухудшить флокуляцию, но в некоторых случаях вызвать обратный процесс (пептизацию) и даже повысить агрегативную устойчивость системы. Уменьшение содержания флокулянта в дисперсионной среде, например разбавлением, до концентраций ниже порога флокуляции обычно не приводит к распаду флокул на первичные частицы.

В неоднородных по составу дисперсной фазы системах различают общую (неизбирательную) и селективную (избирательную) флокуляцию. В первом случае флокулы образуются совокупностью частиц разной природы, во втором — преимущественно частицами одного из компонентов дисперсной фазы. Селективность флокуляции объясняется специфичностью взаимодействия флокулянта с частицами определенного типа. Усилить различие в свойствах поверхности частиц разного рода и тем самым увеличить селективность действия флокулянтов можно путём введения в систему низкомолекулярных электролитов или ПАВ (реагентов-модификаторов).

При флокуляции возможно образование флокул различного строения (рис.), структурный тип и размер которых зависят от состава и концентрации компонентов системы, температуры, гидродинамических режимов перемешивания и др.

Важнейшие области применения флокуляции — очистка природных и сточных вод, обогащение полезных ископаемых; технологические процессы химической и нефтяной промышленности. В технологической практике флокуляцию сочетают с отстаиванием, фильтрацией, центрифугированием, иногда с аэрированием (например, при флотофлокуляции). Селективную флокуляцию используют для повышения эффективности флотационного разделения высокодисперсных минералов, очистки буровых растворов от мелких частиц породы. Флокуляция, происходящая под действием органических веществ биогенного происхождения (в природных водоёмах), — важный фактор их самоочищения.