Ортокинетическая коагуляция коллоидов

Это коагуляция, обусловленная силами, действующими преимущественно в одном направлении. Вероятность встреч в одном направлении больше, чем в остальных. Ортокинетическая коагуляция возникает в следующих случаях:

• — различные размеры частиц, которые всплывают с разной скоростью;
• — различная плотность частиц (жидкая взвесь, газовые пузыри в жидкости).
• — различная форма частиц (сферическая или удлиненная).
• — наличие конвективных токов в среде.

Различные размеры частиц

.

В предыдущих выводах мы пренебрегали различиями в размерах частиц, считая их одинаковыми. В общем случае такое приближение некорректно:

Если частицы по размерам различаются сильно, то выражением в круглых скобках пренебрегать нельзя.

Если соотношение радиусов составляет rjr_} = 10, то коагуляция ускоряется примерно в 3 раза. Если отношение /•//• = 100, то скорость соединения частиц возрастает приближенно в 26 раз.

Следовательно, наличие частиц различных размеров может заметно ускорить коагуляцию. В практике стекловарения для ускорения вывода из расплава стекла мелких газовых включений широко используется барботаж стеклорасплава крупными газовыми пузырями.

Влияние формы частиц. Имеем частицы одинакового объема, но различной формы:

Рис. 7.3. Твердые частицы разной формы

При наличии удлиненных частиц вероятность встречи повышается, так как встречи возможны на большем расстоянии, чем диаметр одинаковых частиц. Но этот эффект невелик. По расчетам Мюллера, когда удлиненные частицы имеют полуоси а и b (эллипсоид вращения), на расстоянии R = 2г вероятность встреч удлиненных частиц составит 21п (2а/b). Следовательно, если обычная вероятность равна 2, то в нашем случае она составит 4,5 (при небольшой вытянутости).

Наличие конвекции. Сопоставление вероятности столкновения частиц, обусловленной потоками с градиентом скорости du/dx, со встречами без конвекции проводится по уравнению.

Это соопюшение очень сильно зависит от размеров частиц. В частности, для расплава металла при Т= 1600 °C, г) = 0,05 пуаз, когда Щ=10^-5 см и du/dx = 1.

то есть наличие потоков практически не сказывается на скорости коагуляции.

Но если увеличить Ry до 10^_3, то отношение будет иметь порядка сотен, а если Ry ~ 0,1 см, то вероятность встреч разноразмерных частиц будет больше в 10⁸ раз по сравнению с изомерными частицами.

Поэтому введение в расплав стали грубой взвеси шлака при наличии конвективных токов может сильно ускорить очистку металла от неметаллических включений. В сталеплавильную ванну вводят синтетические шлаки и расплав стали перемешивают.