Agrégation de dispersions concentrées de silice colloïdale sous

AGREGATION DE DISPERSIONS CONCENTREES DE SILICE
COLLOIDALE SOUS ECOULEMENT
TOURBIN Mallorie, FRANCES Christine, BISCANS Béatrice
Laboratoire de Génie Chimique CNRS UMR 5503, 5 rue Paulin Talabot, BP 1301
31106 Toulouse Cedex 01, France
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Résumé
De nombreux procédés comme la précipitation, le broyage en voie humide ou la
filtration mettent en œuvre des suspensions concentrées de nanoparticules. Dans ces procédés,
les particules sont susceptibles de subir des processus d'agrégation et de fragmentation sous
l’effet des interactions physico-chimiques et des forces hydrodynamiques de transport ou de
cisaillement. L’objectif de cette étude est d’analyser le comportement de la silice colloïdale en
suspension dense soumise à des forces hydrodynamiques.
Différentes suspensions de silice de la gamme Klebosol® (Clariant) ont été analysées.
Elles ont toutes, initialement, une taille de particules comprise environ entre 12 et 50 nm et
une concentration massique de l’ordre de 30%. Les produits utilisés sont soit des suspensions
basiques (pH 8-9) stabilisées par des ions Na+ ou NH4+, soit des suspensions acides (pH 2-3).
Dans cette étude, le phénomène d’agrégation des particules, obtenu par déstabilisation
de dispersions stables, a été observé en l’absence de tout autre phénomène tel que la
précipitation. La déstabilisation de chacune des suspensions colloïdales est provoquée par
ajout de sel (NaCl), jouant ainsi sur la force ionique du système, et est mise en œuvre dans
une cuve agitée discontinue ou dans un système Couette.
Plusieurs expériences ont été menées dans le but d’observer l’influence de différents
paramètres sur le comportement des particules en suspension. Les paramètres expérimentaux
étudiés sont la concentration en sel, la concentration en silice et la puissance dissipée par le
mobile d’agitation dans la cuve. L’utilisation de différentes techniques de caractérisation de la
granulométrie des particules (spectroscopie acoustique, diffraction laser, diffusion multiple de
la lumière) et de leurs propriétés physico-chimiques a permis de bien appréhender les
propriétés des suspensions (distribution de taille, arrangement spatial des particules lors de
l’agrégation, pH, potentiel zêta). En s’appuyant sur la théorie DLVO, il est alors possible de
définir dans quel domaine, de stabilité ou d’instabilité, se trouvent les suspensions de silice
colloïdale en fonction de leurs propriétés granulométriques et physico-chimiques.
L’évolution de la distribution de taille des particules avec le temps montre que
l’agrégation de la silice se fait en plusieurs étapes dont les cinétiques dépendent soit des
paramètres physico-chimiques, soit des paramètres hydrodynamiques. De plus, elle nous
permet d’appréhender les mécanismes mis en jeu et de proposer une description du procédé
d’agrégation de suspensions concentrées sous écoulement.