Представьте себе, что вы в составе какой-то экспе­диции едете по выжженной солнцем степи. Нестерпимо хочется пить, вода нужна и для технических целей. Но нигде не видно ни речки, ни озерца. И вот вам встретился заброшенный колодец. Вы опускаете ведро и вытаскиваете вместо чистой воды немыслимую жижу. Что делать? Ждете: может быть, взвешенные частицы глины скоро осядут. Но нет, суспензия не расслаива­ется даже через час.

Скорее всего, вы попытаетесь ее профильтровать. Но если частицы глины очень мелкие, то естественная фильтрация будет идти крайне медленно, а для прину­дительной нужно специальное оборудование, которого в экспедиции скорее всего нет. В арсенале химика имеются также флокулянта и коагулянты: достаточно в ведро с суспензией добавить несколько капель таких веществ — и через минуту-другую произойдет разде­ление.

Сейчас в нашем распоряжении есть еще одно сред­ство — магнитное устройство. Аппарат с маркой СО-1 («система омагничивающая») представляет собой ци­линдр размером чуть больше спичечного коробка (его схема будет дана позже — см. рис. 16). Если сквозь этот цилиндр пролить суспензию глины в воде, то через несколько минут начнется расслоение.

Удивительное свойство суспензий расслаиваться после магнитной обработки изучается давно и тща­тельно. Установлено, что при магнитной обработке суспензий частицы взвешенных веществ коагулируют (слипаются). В суспензиях различных химических соединений, в том числе и не обладающих ферро­магнитными свойствами, осаждение ускорялось — зна­чит, слипание частиц не связано с силой F\. Если же за слипание ответственна сила F2, то явление связано с движущимися зарядами и их взаимодействием с час­тицами твердой фазы суспензии.

Причиной коагуляции является изменение поверх­ностного заряда взвешенных частиц. Обычно измеряют не сам заряд поверхности частицы, а величину, ей пропорциональную,— так называемый ^-потенциал. Ус­тановлено, что в водных суспензиях магнитная обра­ботка уменьшает ^-потенциал частиц твердой фазы, например для гидроксида железа от — J— Б4 до 47 мВ, для сульфида цинка от —23 мВ до нуля, для кальцита от 4-5 до -(-І мВ, а для частиц каолина от 4-7 до 4-4 мВ. Значит, во всех случаях уменьшается коли­чество мономерных молекул НгО, ориентирующихся вокруг заряженных твердых частиц и препятствую­щих тем самым их коагуляции. Вблизи точки £ = 0 частицы сбрасывают свою гидратную «шубу»,— вот тогда и происходит коагуляция, слипание частиц.

В отличие от ионов, твердые частицы взвешен­ных веществ не имеют неизменного электрического заряда — он зависит от предыстории частиц (условий измельчения, трения при транспортировке), а также от адсорбции ионов жидкой фазы на частицах твердой фазы. Поэтому для сбрасывания гидратной шубы не требуется большая энергия. Если поверхностный заряд частиц увеличить, то шуба станет «пышной», подобно медвежьей дохе. Если же заряд уменьшить, то шуба «повытрется».

Поверхностный заряд частиц можно изменить, влияя на адсорбцию ионов жидкой фазы. Если в суспен­зию, где частицы заряжены положительно, вводить избыточные катионы, например с раствором другой соли (с общим катионом), то заряд частиц возрастет, а если вводить избыточные анионы — уменьшится. Связано ли это с изменением поверхностного заряда при магнитной обработке? Вот опыт, проведенный автором этой книги: действию магнитного поля под­вергали суспензию, в твердой фазе которой были частицы гипса, а в жидкой — содержались ионы натрия и фтора. После обработки химический анализ показал возрастание концентрации натрия в гипсе и уменьше­ние его концентрации в жидкой фазе. Содержание фтора в обеих фазах не изменилось. ^-Потенциал частиц гипса возрос от — f-8 до — f-25 мВ, значит, увели­чился положительный заряд. Таким образом, при магнитной обработке происходит перераспределение ионов между жидкой и твердой фазами, и магнитное поле действует на ионы избирательно. Тут играют важ­ную роль скорость иона (определяемая зарядом и мас­сой) и степень его гидратации (определяемая зарядом и радиусом).

Как и в растворах, в суспензиях магнитное поле вызывает движение ионов; энергии этого движения недостаточно для сбрасывания гидратной оболочки, которая препятствует адсорбции ионов на поверх­ности частиц. Однако адсорбция все-таки идет, о чем свидетельст. вует эксперимент. Процесс, пе-видимому, осуществляется в две стадии. Сначала ион, движу­щийся в магнитном поле, перемещается в слой, близкий к поверхности твердой частицы (так называемый слой Штерна). Попасть в этот слой легко, если в нем мало других ионов, и трудно, если слой уже заполнен. А за­полнен слой Штерна бывает тогда, когда концентраций электролита в жидкой фазе суспензии большая и заряд частиц твердой фазы велик. Но если наш ион все-таки попадет в слой Штерна, то вскоре наступит вторая стадия — за счет сил электростатического взаимодей­ствия (а они велики) ион будет «втянут» в кристал­лическую решетку твердой фазы. Таким образом, эффект коагуляции суспензий в магнитном поле осу­ществляется тем легче, чем меньше концентрация электролита в жидкой фазе. Известен случай, когда при концентрации электролита 2 кмоль/м3 вместо коагуляции был зафиксирован обратный эффект — пептизация. Стоило уменьшить концентрацию электро­лита в 10 раз,— и в суспензии снова стала возникать коагуляция после магнитной обработки. Этот результат получен в лаборатории В. И. Классена. Вилли Ива­нович Классен первым в нашей стране организовал систематическое и комплексное исследование вопросов, связанных с разнообразными применениями магнитной обработки воды. Его монография (см. список реко­мендуемой литературы в конце книги) семь лет тому назад вышла в Японии.

Коагуляция сменяется пептизацией и при магнитной обработке кислых сред. Частицы твердой фазы в таких суспензиях заряжены положительно, после магнитной обработки заряд частиц еще более возрастает вслед­ствие адсорбции ионов Н+, система приобретает боль­шую агрегативную устойчивость.