Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина - Коллоидная химия (1157045), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Высокая скорость измельчения достигается в вибрационных мельницах, в которых барабан с измельченным материалом и мелющими телами совершает колебательные движения с частотой в несколько тысяч периодов в минуту. Высокая чистота измельчаемого материала может быть достигнута применением струйных мельниц, в которых измельчение осуществляется при взаимных соудареннях летящих с большой скоростью частиц. Для получения высокодисперсных систем используются так называемые коллоидные мельницы, измельчение в которых осуществляется в полях с высоким градиентом скорости, возникающих, например, в тонком зазоре между быстро вращающимся конусом и неподвижной поверхносп ю; через этот зазор прокачнвается дисперсная система.
Сходные конструкции применяют и двя повышения дисперсности (томотенизация) эмульсий, например молока. Затраты энергии при механическом диспергировании твердых тел определяются механическими свойствами твердой фазы и требуемой дисперсностью продукта'. Хо- ' Ж.-М. Лен. Супрамолекулярная химия: концепции и перспективы. Новосибирске Наука, 1998. ~ Смз Ходаков Г.С. Физика измельчения. Мз Наука, 1972.
289 10э п1 рошо измелъчаюшя хрупкие материалы, тогла как измельчение пластичных материалов идет лишь с трудом. По степени измелъчения (диспергирования) материала обычно различают дробление (грубое измельчение до частиц размером в несколько сантлметров или миллиметров), измааьчеляе (до десятков микрометров) и тонкое измелиение. При дроблении обычно соблюдается эмпирическое правило Кирпичева — Кики, согласно которому работэ измельчения )Р„„пропорциональна о б ь е м у измельченного материала К При тонком измельчении обычно выполняется правило Ритгиншра — пропорциональность междуработой измельчения и и о в е р х н о с т ь ю образовавшегося порошка АХ В общем случае, по Ребиндеру, работа измелъчения определяется соотношением И' = о Д5+ (г), где о' — удельная работа измельчения, которая может на несколько порядков превосходить поверхностную энергию твердого тела о.
Вместе с тем лля ряда материалов наблюдается пропорциональность величин о» и о. Важную роль в интенсификации процессов диспергирования и уменьшения энергетических затрат на эти процессы играет введение различных по природе и механизму действия поверхностно-активных сред. Подобные среды способны, с одной стороны, облегчить измгдьчение за счет действия эффекта адсорбционного понижения прочно. сти (эффект Ребиндера; см. 1Х.4), а с другой — предотвратить сцепление (агрегирова. нйе) образующихся при измельчении частиц (см. ЪЧ1).
Например, для измельчения гидрофильных материалов, широко используемых в строительстве, производстве керамических масс, катализаторов, сорбентов и носителей, в качестве жидкой дисперсионной среды при помоле обычно применяют воду. Разумеется, ее использование определяется не только адсорбционной активностью ло отношению к гидрофилъным материалам и эффективностью воздействия на их прочность, но и легкодоступностью и дешевизной; последнее обстоятельство играет важную роль, если учесть масштабы указанных производств. Однако сравнительно высокое поверхностное натяжение воды (а -73 мДж/м2) ви. зывает появление больших капиллярных стягивающих сил (см. 1.5.1) в процессе удаления ее после помола и вследствие этого агрегирование частиц на стадии сушки, так что может возникнуть необходимость дополнительной операции — дезагрегации уже измельченного материала.
Введение в воду ПАВ снижает величину капиллярных стягивающих сил, предотвращает агрегирование частиц и позволяет провести процесс помола до его завершающей стадии в оптимальных уаювиях. Изучение роли жидких сред в интенсификации измельчения твердых тел составляет одну из задач физико-химической механики (см.
гл. 1Х). Столь же существенна роль ПАВ в эмульгировании и вспенивании жидкостей, процессах, используемых в технологии многих производств в пищевой, фармацевтической, химической промышленности. Высокодисперсные толи металлов и сплавов в самых различных дисперсионных средах могут быть получены методом электрораспыления, промежуточным по своей физико-химической природе между диспергированием и конденсацией. Наиболее эффективно осуществляется электрораспыление порошков в непроводяших средах с применением высокочастотных разрядов высокого напряжения.
Зтот метод, разрабо. танный Т. Бредигом и Т. Сведбергом, позволяет получать разнообразные воли, например такие экзотические, как зели щелочных металлов в органических растворителях. Можно также получать воли со сложными по составу частицами дисперсной фазы в результате электрораспыления сплава заданного состава. ГЛАВА ЧП ОБЩИЕ ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ЛИОФОБНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ Принципиальная термодинамическая неравновесность лиофобных дисперсных систем, связанная с наличием в них значительного избытка свободной поверхностной энергии, обусловливает протекание в них процессов, ведущих к изменению во времени их строения и разрушению.
Скорость процессов разрушения лиофобных дисперсных систем определяется природой, фазовым состоянием и составом дисперсной фазы и дисперсионной среды, а также дисперсностью и концентрацией дисперсной фазы. В лиофобной системе могут действовать различные факторы устойчивости как термодинамической (возникновение метастабильно-равновесных состояний), так и кинетической природы, замедляющие или практически полностью предотвращающие протекание процессов разрушения. В связи с этим устойчивость лиофобных дисперсных систем, т. е. способность их сохранять неизменными или практически неизменными размер частиц дисперсной фазы и их распределение по объему дисперсионной среды, может изменяться в широких пределах от практически полной их неустойчивости (когда время существования дисперсных систем составляет секунды и доли секунд) до практически полной устойчивости (когда заметные изменения состояния систем наблюдаются лишь за геологические промежутки времени).
Данная глава посвящена изложению теоретических представлений о природе, закономерностях и механизмах основных процессов, ведущих к разрушению дисперсных систем, и общих факторах, определяющих скорость протекания этих процессов, а следовательно, и устойчивость дисперсных систем 17]. Приложение этих общих представлений к различным конкретным системам будет рассмотрено в следующей главе. 291 ЧП.1. Седимеитационная и агрегативная устойчивость дисперсных систем. Роль теплового движения Под усто йч и в остью л и о ф об н ы х термодинамически неравновесных дисперсных систем понимается их способность сопротивляться протеканию процессов„ведущих к изменению их строения, т. е.
дисперсности, характера распределения частиц по размерам, а также в объеме дисперсионной среды, Н.П. Песковым было предложено различать седиментационную и агрегативную устойчивость дисперсных систем. Седименлгационная устойчивость — это устойчивость системы против снижения потенциальной энергии частиц дисперсной фазы при их оседании под действием силы тяжести. Агрегативная устойчивость — это способность системы противостоять процессам, ведущим к уменьшению свободной энергии поверхностей раздела частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой.
Процессами разрушения дисперсных систем, приводящими к уменьшению свободной поверхностной энергии служат изопгермическая перегонка вещества от малых частиц к более крупным, коалесценция (слияние частиц) и коагуляция (агрегирование частиц при их слипании) . При изотермической перегонке, связанной с повышенным 1 значением химического потенциала вещества малых частиц по сравнению с более крупными (см. 1.5), и при коалесценции уменьшение свободной поверхностной энергии Я; обусловлено уменьшением площади поверхности раздела фаз, часто при неизменном значении удельной свободной поверхностной энергии (поверхностного натяжения) гг, т.
е. ЬК = аЛЯ <О. При коагуляции особенно в тех случаях, когда между частицами сохраняются остаточные прослойки дисперсионной среды, площадь поверхности раздела фаз практически не изменяется или изменяется незначительно, и уменьшение величины Я; достигается в основном за счет частичного насыщения нескомпенсированных на поверхности частиц молекулярных сил.
Это эквивалентно локальному (в зоне контакта) уменьшению межфазного натяже- ~ В различных областях науки зги основные механизмы процессов нарушения агрегативной устойчивости дисперсных систем имеют различные названия, употребляемые как синонимы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
