Étude des propriétés rhéologiques de suspensions d’alumine en présence d’ions divalents et d’acide polyacrylique

¹ Groupe de recherche en chimie inorganique, UFR Sciences exactes et naturelles, BP 1039, 51696 Reims cedex 2 , France.
² Laboratoire d'électrochimie et des systèmes microdispersés, UFR Sciences et techniques, route de Gray, F 25030 Besançon cedex France.
³ Aluminium Péchiney, F 13120 Gardanne France.

Résumé

Les propriétés rhéologiques et d'agrégation de suspensions d'alumine ont été analysées dans des solutions contenant du calcium et un polyélectrolyte anionique (acide polyacrylique, PAA). Les expériences ont été réalisées près du pH de charge nulle de l'alumine (pH 9). A faible concentration d'ions calcium, le polyélectrolyte agit normalement comme un dispersant. L'addition de calcium favorise l'adsorption et diminue légèrement la viscosité, jusqu’à la valeur 0,35 du rapport molaire calcium/motifs acryliques, où la viscosité et le seuil d écoulement augmentent soudainement. Pour cette même valeur du rapport, la formation du complexe calcium-PAA et l'adsorption du polyélectrolyte atteignent un maximum. Dans ces conditions, les mesures électrocinétiques et les calculs de densité de charge montrent que les forces interparticulaires ne suivent pas de simples lois électrostatiques, puisque la charge des particules est suffisante pour empêcher l'agrégation. Ce phénomène, qui n'est pas observé en présence d ions sodium à force ionique comparable, s'ajoute à d'autres expériences tendant à montrer que les ions calcium (et probablement d'autres ions multivalents) engendrent des forces attractives spécifiques entre des surfaces fortement chargées négativement.

Abstract

Rheological and aggregation properties of alumina suspensions were studied in aqueous systems containing both and anionic polyelectrolyte (poly (acrylic acid), PAA) and calcium ions. All experiments were made close to the pH of zero charge of alumina (pH 9). At low calcium concentration the polyelectrolyte acts normally as a dispersing agent. Addition of calcium favors polymer adsorption and decreases slightly the viscosity, up to a molar ratio (calcium/monomer acrylic units = 0,35) where suspensions exhibit a sudden increase in yield stress and viscosity. At the same ratio both calcium complexation with PAA and polyelectrolyte adsorption on particles attain a maximum value. In these circumstances, electrokinetic measurements and surface charge calculations suggest that particle/particle interactions do not obey simple electrostatic rules, since the surface charge density is high enough to prevent aggregation. This phenomenon, which is not observed with sodium ions at comparable ionic strength, adds up to several reports showing that calcium ions (may be other multivalent ions) induce specific attractive forces between negatively charged surfaces.