Коагуляция

КОАГУЛЯЦИЯ (от лат. соagulatio — свёртывание, сгущение * а. соagulation; н. Koagulation; Flockung; ф. соagulation, floculation; и. соagulacion) — слипание частиц дисперсной фазы в коллоидных системах. Происходит при столкновениях частиц в процессе броуновского движения, направленного перемещения в силовом поле или при перемешивании дисперсионной среды. В образующихся агрегатах (флокулах, хлопьях) первичные частицы связаны молекулярными силами непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды. Коагуляция обусловлена агрегативной неустойчивостью системы и её тенденцией к уменьшению свободной энергии. Коагуляция может происходить как в результате физических или химических процессов, протекающих в системе при её старении (автокоагуляция), так и под влиянием внешних воздействий — температурных, механических, электрических и др.

В системах с жидкой дисперсионной средой быструю коагуляцию вызывает введение коагулянтов — веществ, снижающих защитную способность адсорбционно-сольватных слоёв на поверхности частиц дисперсной фазы. В случае гидрозолей эффективные коагулянты — электролиты, например, соли поливалентных металлов. Образование агрегатов однородных частиц называется гомокоагуляцией, разнородных — гетерокоагуляцией. В полидисперсных системах может происходить т.н. ортокинетическая коагуляция — "захват" крупными частицами мелких при их направленном движении с разными скоростями, например при седиментации.

Вид коагуляции, при которой частицы дисперсной фазы объединяются в рыхлые агрегаты при введении в систему специальных полимерных добавок, назывется флокуляцией. Наиболее вероятный механизм действия таких добавок (флокулянтов) — адсорбция макромолекул одновременно на разных частицах.

В водных средах активные флокулянты — органические высокомолекулярные соединения, например полисахариды (крахмал, производные целлюлозы), синтетические полимеры акрилового ряда (полиакрилаты, полиакриламиды), поливиниловый спирт и его производные, полиэлектролиты различных химических классов, а также неорганические соединения типа поликремниевой кислоты (активной кремнекислоты).

Коагуляция в жидких средах обычно приводит к выпадению студенистого осадка (коагулята, коагеля) или гелеобразованию во всём объёме системы. При этом образуется дисперсная структура коагуляционного типа (по классификации П. А. Ребиндера), обладающая тиксотропными свойствами, т.е. способностью самопроизвольно восстанавливаться после механического разрушения в изотермических условиях. При старении структура геля может из коагуляционной (обратимой) перерождаться в конденсационно-кристаллизационную (необратимую) вследствие прорыва прослоек дисперсионной среды, разделяющей частицы дисперсной фазы, и возникновения фазовых (когезионных) сростков между частицами. В случае систем с жидкой или газовой дисперсной фазой коагуляция может сопровождаться коалесценцией — укрупнением капель или пузырьков вследствие их слияния вплоть до полного расслоения системы на макрофазы. Процесс, обратный коагуляции, — распад агрегатов на первичные частицы, или переход геля в золь, называется пептизацией.

Коагуляция происходит во многих технологических, геологических, атмосферных и биологических процессах. Коагуляцию используют, например, при флотационном обогащении руд, очистке воды от природных и бытовых загрязнений, выделении ценных промышленных продуктов из отходов производства, укреплении водонасыщенных грунтов. Коагуляция играет важную роль при кольматации проницаемых пород во время бурения нефтяных и газовых скважин с использованием буровых растворов. Процессы коагуляции и гелеобразования, а также вторичные физические и химические превращения в коагелях (конденсация, рекристаллизация, ионный обмен и др.) имеют решающее значение в формировании разнообразных осадочных пород (глинистых, карбонатных, кремнистых и др.).