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阅读次数：996 发布时间：2023/11/23 9:19:35
超细粉体的团聚及分散
超细粉体，是指粒径在微米到纳米的一系列超细材料。按照我国矿物加工行业的共识，将超细粉体定义为粒径100%小于30μm的粉体。由于纳米材料具有许多传统材料不具备的小尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面效应等特殊性能而被广泛应用。
但纳米材料具有较大的比表面积，活性很高，不稳定，其容易发生团聚而失去原有的性质，降低了材料的价值，对纳米材料的制备、储存造成了一定的难度，因此，纳米材料的团聚问题是限制纳米材料发展的关键技术问题。
超细粉体的团聚
超细粉体的团聚是指原生的粉体颗粒在制备、分离、处理及存放过程中相互连接形成的由多个颗粒形成较大的颗粒团簇的现象。目认为超细粉体产生团聚的原因主要有三点：分子间作用力引起超细粉体团聚；颗粒间静电作用力引起团聚；颗粒在空气中的粘结。
1.分子间作用力引起超细粉体团聚
当矿物材料超细化到一定程度以下时，颗粒之间的距离短，颗粒之间的范德华力远大于颗粒自身的重力。因此，这种超细颗粒往往互相吸引团聚。超细粒子表面的氢键、吸附湿桥及其他化学键作用，也易导致粒子之间互相黏附聚集。
2.颗粒间静电作用力引起团聚
矿物材料在超细过程中，由于冲击、摩擦及粒径的减小，在新生超细粒子的表面积累了大量的正电荷或负电荷。这些颗粒的表面凸起处有的带正电荷，有的带负电荷，这些带电粒子不稳定，为了趋于稳定，它们互相吸引，尖角处互相接触连接，使颗粒产生团聚，此过程的主要作用力是静电力。
3.颗粒在空气中的粘结
当空气的相对湿度超过65%时,水蒸气开始在颗粒表面及颗粒间凝集,颗粒间因形成液桥而大大增强了团聚作用。
另外，矿物材料在粉碎过程中，吸收了大量的机械能或热能，因而使新生的超细颗粒表面具有相当高的表面能，粒子处于不稳定状态。粒子为了降低表面能，往往通过相互聚集靠拢而达到稳定状态，也容易引起粒子团聚。
纳米材料的团聚分为软团聚、硬团聚两种。软团聚是由分子间作用、范德华力引起的，比较容易去除，而关于硬团聚的形成原因目有毛细管吸附理论、氢键理论、晶桥理论、化学键作用理论、表面原子扩散键合机理五种观点，但是到目为止，还没有统一的解释。
但是当对超细粉体的防止团聚的分散技术已有大量研究。
超细粉体的分散
超细粉体的分散主要关注颗粒在气相介质中的分散状态、在液相中的分散状态两类。
在液相的分散方法
1.机械分散法
机械分散法是借助外界剪切力或撞击力等机械能，使纳米粒子在介质中充分分散的一种方法。机械分散法有研磨、普通球磨、振动球磨、胶体磨、空气磨、机械搅拌等。
机械搅拌的主要问题是:一旦颗粒离开机械搅拌产生的湍流场,外部环境复原,它们又有可能重新形成聚团。因此,用机械搅拌加化学分散剂的双重作用往往可获得更好的分散效果。
2.化学分散法
化学分散是工业生产广泛应用的一种超细粉体悬浮液体的分散方法。通过在超细粉体悬浮液中添加无机电解质、表面活性剂及高分子分散剂使其在粉体表面吸附，改变粉体表面的性质，从而改变粉体与液相介质以及粒间的相互作用，实现体系的分散。
分散剂包括表面活性剂、小分子无机电解质、聚合物分散剂与偶联剂。其中聚合物分散剂应用为广泛，聚电解质又为重要。
3.超声波法
超声调控是把需要处理的工业悬浮液直接置于超声场中,控制恰当的超声频率及作用时间，以使颗粒充分分散。
超声波对纳米颗粒的分散更为有效,超声波分散就是利用超声空化时产生的局部高温、高压、强冲击波和微射流等,较大幅度地弱化纳米微粒间的纳米作用能,有效防止纳米微粒团聚而使之充分分散。但应当避免使用过热超声搅拌,因为随着热能和机械能的增加,颗粒碰撞的几率也增加,反而导致进一步的团聚。
在气相的分散方法
1.干燥分散
在潮湿的空气中，粉体颗粒间形成的液桥是粉体团聚的主要原因，固体物料的干燥包括两个基本过程，先是对物料加热并使水分汽化的传热过程，其次是气化的水扩散到气相中传质过程。
因此，杜绝液桥的产生或破坏已形成的液桥是确保颗粒分散的主要手段。
绝大多数粉体生产过程中都采用加温干燥预处理。
2.机械分散
机械分散是指用机械力把颗粒团聚打散,它的必要条件是机械力(指流体的剪切力及压应力)应大于颗粒间的粘着力。通常机械力是由高速旋转的叶轮圆盘或高速气流的喷射及冲击作用所引起的气流强湍流运动造成的。
机械分散较易实现,但由于这是一种强制性分散方法,尽管互相粘结的颗粒可以在分散器中被打散,但它们之间的作用力没有改变,当颗粒排出分散器后又有可能重新黏结聚团。另外,机械分散可能导致脆性颗粒被粉碎，且当机械设备磨损后其分散效果下降。
3.静电分散
对于同质颗粒,由于表面带电形同,静电力反而起排斥作用。因此,可以利用静电力来进行颗粒分散,问题的关键是如何使颗粒群充分带电。
采用接触带电、感应带电等方式可以使颗粒带电,但有效的方法是电晕带电,使连续供给的颗粒群通过电晕放电形成离子电帘,使颗粒带电。给颗粒带上相同性的电荷。利用荷电粒子间的静电斥力使颗粒分散。
结语
超细粉体的改性方法还有很多，与面的主流方法也有很大的不同。但不论是那种方法，都需要进一步研究超细粉体的改性原理，找到适用于各种改性要求并能应用于实际生产的新型改性方法。
既需要在深入研究改性机理的基础上优化改性工艺流程，发展能够达到多种改性目的的“复合”处理工艺，也需要在改进原有一些的通用化工设备基础上发展适应表面改性的设备，总而言之，这需要的是整个粉体行业产学研众人的通力合作与不断的进 步。
原创作者：上海依肯机械设备有限公司
