（中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）液相是指物質(zhì)以液態(tài)形式存在的相。通常在分散過程中遇到的液態(tài)介質(zhì)大體可分為3 類,即水、有機(jī)極性液體( 常用的有乙二醇、丁醇、乙醇、環(huán)己醇、甘油水溶液及丙酮等) ; 有機(jī)非極性液體(常用的有環(huán)己烷、二甲苯、苯、煤油及四氯化碳等)。
根據(jù)顆粒性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)姆稚⒔橘|(zhì), 可以較容易保證制得充分分散的懸浮液。在過去幾十年的分散研究實(shí)踐中, 人們總結(jié)出了選擇分散介質(zhì)的粗略的基本原則, 即非極性顆粒易干在非極性液體中分散, 極性顆粒易干在極性液體中分散, 即所謂相同極性原理。例如, 大多數(shù)無機(jī)鹽、氧化物、硅酸鹽顆粒及無機(jī)粉體, 如陶瓷、熟料、白奎、玻璃粉等易在水中分散; 錳、銅等金屬粉末、剛玉粉以及有機(jī)粉末易在有機(jī)極性液體中分散; 大多數(shù)非極性顆粒易在非極性液體中分散。
但是, 許多有機(jī)高分子聚合物( 聚四氟乙烯、聚乙烯等) 及具有非極性表面的穎粒在水中與具有極性表面的顆粒在非極性液體中往往處于強(qiáng)烈的團(tuán)聚狀態(tài), 在不進(jìn)行任何分散處理是難以達(dá)到分散懸浮狀態(tài)為。
事實(shí)上, 所述的易干分散,也只是相對(duì)而言的。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中常常還必須得采用一定方法給予進(jìn)一步的分散或強(qiáng)化才能達(dá)到要求。至干后者就更需要采用特殊的處理方法才能得以獲得充分分散的懸浮體。
一、物理分散
1.1 超聲分散
超聲波具有有波長(zhǎng)短、近似直線傳播、能量容易集中的特點(diǎn), 從而產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng), 并可導(dǎo)致液相中的空化作用等許多特殊作用。超聲分散是將所需處理的顆粒懸浮體直接置于超聲場(chǎng)中, 用適當(dāng)?shù)某曨l率和作用時(shí)間加以處理。
它是一種強(qiáng)度很高的分散手段, 所以被用在難以分散的固一液或液一液體系的分散中。超聲乳化用于分散難溶的液態(tài)藥劑就是一個(gè)最典型的實(shí)例. 例如應(yīng)用油酸浮選螢石, 在14℃ 時(shí)用22kHZ : 超聲處理60S。的分選效果與32℃時(shí)無超聲處理效果相當(dāng),在對(duì)煤油乳化時(shí)幾乎無其它方法能達(dá)到超聲乳化至1-2μm乳狀分散體.
石原透等在用超聲波對(duì)高鐵鋁鋇土的分散中認(rèn)為顆粒的超聲凝聚與分散主要由超聲頻率及徽細(xì)粒度的相互關(guān)系所決定. 實(shí)臉結(jié)果表明, 方鉛礦、黃銅礦、磁黃鐵礦及石英除在頗率為。0.4MHz: -5MHz:， 粒度為5-50μm的區(qū)域內(nèi)呈凝聚行為外, 在其它區(qū)域礦物顆粒均處于高度分散狀態(tài). 也有資料表明, 超聲波對(duì)高分子團(tuán)聚有顯著的分散作用。
超聲波處理時(shí)間對(duì)石英、菱錳礦和赤鐵礦懸浮液影響的研究認(rèn)為, 超聲波處理60s可顯著改普石英和赤鐵礦懸浮液的分散狀態(tài), 而對(duì)菱錳礦懸浮液未見有文獻(xiàn), 所報(bào)道的導(dǎo)致顆粒聚團(tuán)現(xiàn)象。
超聲波用于微細(xì)顆粒懸浮體的分散雖然效果很好, 但是由于其能耗大, 大規(guī)模使用在經(jīng)濟(jì)上還存在許多問題。不過隨著超聲技術(shù)的不斷發(fā)展, 這個(gè)問題將會(huì)得到解決, 超聲分散在生產(chǎn)上應(yīng)用是完全可能的。
1.2 機(jī)械攪拌分散
機(jī)械攪拌分散是指用強(qiáng)烈的攪拌方式把顆粒懸浮體分散。這種分散方法幾乎在所有的工
業(yè)生產(chǎn)過程都要用到. 通過強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌引起液流強(qiáng)湍流運(yùn)動(dòng)而造成顆粒分散懸浮。因?yàn)槭且环N通用方法, 所以對(duì)其研究較少, 在此不再贅述。
二、化學(xué)分散
化學(xué)分散是工業(yè)生產(chǎn)廣泛應(yīng)用的一種顆粒懸浮體的分散方法。通過在顆粒懸浮體中加入無機(jī)電解質(zhì)、有機(jī)高聚物及表面活性劑使其在顆粒表面吸附, 改變顆粒表面的性質(zhì), 從而改變了顆粒與液相介質(zhì)、顆粒與顆粒間的相互作用, 導(dǎo)致體系分散.
2.1 分散荊
分散劑包括無機(jī)電解質(zhì)和有機(jī)高聚物兩類, 如水玻璃、聚磷酸鈉、氫氧化鈉及蘇打和聚丙烯酞胺系列、聚氧化乙烯系列及單寧、木質(zhì)素等天然高分子等. 無機(jī)電解質(zhì)分散劑主要用于極性表面顆粒在水中的分散。而有機(jī)高聚物分散劑隨其特性不同在水中或在有機(jī)介質(zhì)中均可使用。
盧壽慈等采用水玻璃、單寧、六偏磷酸鈉及木質(zhì)素磺酸鈣作為分散劑分別對(duì)石英/菱鎂礦、石英/ 金紅石及石英/ 赤鐵礦3 種不同混合礦物在水中分散做了一系列研究。結(jié)果表明, 在一定的范圍內(nèi)4種藥劑均有分散作用, 當(dāng)用量足夠大時(shí), 可使礦粒懸浮體達(dá)到穩(wěn)定分散。有趣的是, 水玻璃作為最廣泛應(yīng)用的典型分散劑, 是4 種藥劑中分散效果最弱者。
在六偏磷酸鈉對(duì)菱錳礦/ 石英、菱錳礦/ 方解石混合礦物的分散研究中同樣可見顯著的分散效果。
歐陽(yáng)堅(jiān)翔在其博士論文研究中選用水玻璃、六偏磷酸鈉、單寧及腐植酸鈉4種典型分散劑對(duì)一水硬鋁石/金紅石, 菱錳礦/ 石英混合礦物和滑石在水中的分散研究也充分表明: 4種藥劑對(duì)前兩者混合礦物均顯示出明顯的抗互凝作用; 六偏磷酸鈉和水玻璃對(duì)滑石具有較強(qiáng)的分散作用, 但是為達(dá)到體系的良好分散, 需明顯增大分散劑的用量, 認(rèn)為這是與疏水表面存在的疏水作用能直接相關(guān)。
方啟學(xué)對(duì)SS、STPP 、AT-802、SHP分散劑在赤鐵礦、石英及赤鐵礦/ 石英混合礦的礦漿體系分散研究得出分散劑之間存在分散能力差異, 對(duì)同一懸浮體系而言, 分散劑用量相同時(shí), 其分散強(qiáng)弱順序?yàn)? SHP > AT-802 > STPP >SS. 認(rèn)為分散是實(shí)現(xiàn)選擇性聚團(tuán)的前提, 在分選允許的分散劑添加量范圍內(nèi), 分散度越高, 分選指標(biāo)越好, 與分散劑品種及分散能力無關(guān)。
廣末英晴等通過研究六偏磷酸鈉濃度對(duì)滑石分散的影響, 提出了最佳分散劑濃度的確定模型, 他們認(rèn)為隨顆粒的分散, 粒度分布向小的粒度域移動(dòng), 最佳分散劑濃度對(duì)應(yīng)著最小的粒度分布, 即沉降量最小。
大量研究結(jié)果認(rèn)為, 不同的分散劑在分散體系中所起的作用不盡相同。對(duì)于氫氧化鈉、蘇打一類, 其分散作用主要由增大顆粒表面負(fù)電荷引起顆粒間雙電層排斥作用能的顯著提高, 使得顆粒間靠范德華力吸引作用而互相靠攏甚至接觸成為不可能。水玻璃、聚磷酸鈉等分散劑在顆粒表面吸附既可增加表面電位絕對(duì)值, 又可使顆粒間出現(xiàn)強(qiáng)烈的位阻效應(yīng), 同時(shí)還因增強(qiáng)其親水性而提高顆粒間水化作用能, 他們是全面調(diào)節(jié)V , Vs 和Vst 三者的分散劑。有機(jī)高分子聚合物分散劑主要是通過它的吸附層產(chǎn)生并強(qiáng)化空間位阻效應(yīng), 使顆粒間產(chǎn)生強(qiáng)位阻排斥作用能Vst。
2.2 表面活性劑
表面活性劑按分子大小可分為低分子表面活性劑和高分子表面活性劑2類, 按其極性又可分為陰離子型、陽(yáng)離子型和非離子型表面活性劑3 種, 常用的表面活性劑列于附表。在涂料等工業(yè)中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用。表面活性劑的分散作用主要表現(xiàn)為它對(duì)顆粒表面潤(rùn)濕性的調(diào)整上。文獻(xiàn)報(bào)道石英、滑石的實(shí)驗(yàn)研究可以證明這一點(diǎn)。通過適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣? 如脂肪胺陽(yáng)離子對(duì)石英的吸附可以使石英表面疏水化, 從而誘導(dǎo)出疏水作用力, 石英由分散變?yōu)閳F(tuán)聚。當(dāng)表面活性劑濃度加大, 又出現(xiàn)分散狀態(tài)。
對(duì)于天然疏水礦物滑石, 同樣也可以通過表面活性劑的吸附使其表面的疏水性加強(qiáng)或消弱, 從而達(dá)到調(diào)整滑石聚集狀態(tài)的目的。十二胺可以增強(qiáng)滑石疏水性及團(tuán)聚作用。十二胺陽(yáng)離子通過靜電吸引作用在荷負(fù)電的滑石表面吸附, 提高表面的疏水程度, 使接觸角增大, 同時(shí)又使表面電位絕對(duì)值減小, 其結(jié)果增強(qiáng)了滑石顆粒在水中的絮凝程度。
與之相反, 十二烷基硫酸陰離子通過非極性基的色散作用在滑石表面吸附, 而把極性基朝外, 使滑石表面親水化, 導(dǎo)致滑石顆粒在水中分散。在顆粒表面潤(rùn)濕性的調(diào)整中, 表面活性劑的濃度至關(guān)重要。適當(dāng)濃度的表面活性劑在極性表面的吸附可以導(dǎo)致表面的疏水化, 引起顆粒在水中橋聯(lián)團(tuán)聚, 但是濃度過大, 表面活性劑在顆粒表面形成表面膠束吸附, 反而引起顆粒表面由疏水向親水轉(zhuǎn)化, 此時(shí)團(tuán)聚又轉(zhuǎn)化為分散。
赤鐵礦、菱鐵礦、菱錳礦及金紅石4四種礦物顆粒的分散、團(tuán)聚行為與表面活性劑油酸濃度關(guān)系就說明這一點(diǎn)。
油酸鈉和十二烷基硫酸鈉對(duì)滑石顆粒在煤油中分散的影響表明, 隨著表面活性劑濃度增加, 滑石在煤油中的分散與團(tuán)聚呈周期性交替出現(xiàn), 這一現(xiàn)象也與上述情況完全相似, 這是由于表面活性劑在滑石表面呈膠束吸附所致。
 3 結(jié)語(yǔ)
從上述固體顆粒分散的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展可以看出，在水介質(zhì)中的研究相對(duì)較多，在有機(jī)極性和有機(jī)非極性介質(zhì)中的研究甚少。
(1) 不同類型固體顆粒在水介質(zhì)中分散的目的, 還處在零散性、局部性的探討, 尚未達(dá)
到系統(tǒng)化認(rèn)識(shí)和建立統(tǒng)一完善的理論的水平。
(2) 固體顆粒在有機(jī)極性或非極性介質(zhì)中的分散研究剛剛起步, 需做進(jìn)一步的深入工作,首先從分散理論需有一個(gè)較深入的認(rèn)識(shí), 其次應(yīng)從分散手段上即使用化學(xué)藥劑使其表面性質(zhì)改變, 達(dá)到在有機(jī)介質(zhì)中的分散。
經(jīng)典的DLVO 理論只能對(duì)某些體系作一簡(jiǎn)單解釋, 在很多情況下, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是不符合D LVO 理論的, 甚至結(jié)果完全相反。
關(guān)于這方面至今還沒有較完善統(tǒng)一的理論。因此研究顆粒分散的機(jī)理和行為不僅可以進(jìn)一步揭示分散的本質(zhì), 完善發(fā)展其理論, 而且可以指導(dǎo)不同顆粒的分散過程控制, 為解決工業(yè)領(lǐng)域所遇到的相關(guān)難題提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)手段。
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