Floculation de particules colloïdales par les polymères hydrosolubles

¹ CNRS Laboratoire des Matériaux Organiques, BP 24, 69390 Vernaison, France.
² Université Pierre et Marie Curie, Laboratoire de Physicochimie Macromoléculaire, URA 278, CNRS-ESPCI, 10 rue Vauquelin, 75231 Paris Cedex 05, France.
³ Université Paris IX, Laboratoire de Physique des solides, Bâtiment 510, 91405 Orsay, France.
⁴ CEA, CEN Saclay DLPC, URA 331 CNRS, 91190 Gif-sur-Yvette Cedex, France.
⁵ CNRS, Institut Charles Sadron, 6 rue Boussingault, 67083 Strasbourg, Cedex, France.

Résumé

Cette mise au point résume les travaux effectués par les laboratoires membres de l'Action de Recherches Coordonnées "Floculation par les Polymères Hydrosolubles" qui ont porté sur la floculation de colloïdes modèles, silices ou latex, par des polymères hydrosolubles, le plus souvent de la famille des Polyacrylamides. On a déterminé les paramètres pertinents relatifs à l'adsorption des polymères sur les surfaces des colloïdes, aux quantités de polymères permettant d'obtenir une floculation optimale (minimum de turbidité de la phase surnageante), et à la cinétique de floculation. Ces paramètres régissent la contribution relative des deux mécanismes principaux de floculation, par neutralisation des charges et par pontage interparticulaire. La structure des agrégats (ou flocs) peut, dans des cas favorables, être observée directement par microscopie électronique après congélation rapide. Elle peut aussi être analysée par diffusion de neutrons aux petits angles, et assez bien interprétée lorsque l'on se trouve dans des situations pas trop éloignées des conditions d'équilibre. Les modèles d'agrégation ont été également utilisés pour analyser la compacité des amas, traduite en termes quantitatifs par leurs dimensions fractales. Les modèles pertinents, pour chaque situation, peuvent être sélectionnés grâce à l'analyse de la distribution des tailles de flocs. Dans cette optique, l'introduction des polymères dans les modèles d'agrégation n'est pas absolument obligatoire.

Abstract

This is a review paper of the research work carried out by the group of laboratories in the "Action de Recherches Coordonnées" : floculation with water-soluble polymers. The work dealt with model colloids (silica or latex) and (most often) acrylamide polymers. The main parameters governing i) adsorption of these polymers onto the surface of the colloids, ii) the amount of polymers needed for getting optimal floculation (minimum of turbidity for the supernatant liquid) and iii) the floculation kinetics, were studied. These parameters determine the relative contribution of the two main floculation mechanisms, i.e. charge neutralization and interparticular bridging. The structure of the aggregates (flocs) may be observed directly in favorable cases, by transmission electron microscopy after flash congelation. Small angle neutron scattering has been extensively used and lead to nice analysis of the floe structure, chiefly when the situation is not far from equilibrium conditions. Aggregation models have also been used to quantitatively analyze the cluster compacity, through their fractal dimension. The pertinent models for each situation can be selected, using the study of floe size distribution. It may be shown that it is not obviously necessary to introduce the polymers in these models.