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1、第13卷 第1期盐湖研究Vol.13No.12005年3月JOURNALOFSALTLAKERESEARCHMar.2005超细粉末团聚机理及其消除方法李召好,李法强,马培华(中国科学院青海盐湖研究所,青海西宁 810008)摘 要:对超细粉末的团聚机理进行了介绍,分析了粉体制备过程中团聚现象产生的原因以及消除团聚的方法。关键词:超细粉末;团聚;机理;分散剂中图分类号:O742文献标识码:A 文章编号:1008-858X(2005)01-0031-06 超细粉末是一种微小的固体颗粒,它属于结
2、构不容易被破坏。图1为粉末软团聚体和硬微观粒子和宏观物体交界的过渡区域,具有一团聚体的结构。系列独特的物理和化学特性。近年以来,利用超细粉末制成了大量的新型功能材料,超细粉末现在已被广泛应用于各行各业。随着超细粉末尺寸的减小,其颗粒的比表面积,表面能增大,极易发生团聚,使颗粒的粒径增大,容易失去超细粉末所具有的功能,从而使它的应用受到了很大的限制。所以防止超细粉末团聚的发生,以获得粒径符合要求且分布范围窄的超细粉末日益受到了科研工作者的重视。(a)软团聚体(softagglomeration)在一般
3、的超细粉末中,常会有一定数量的(b)硬团聚体(hardaggloineration)以一定作用力结合的微粒团,即团聚体。按团图1软团聚体和硬团聚体的结构[1]聚的成因,分为软团聚和硬团聚。在超细粉Fig.1Thestructureofsoftagglomerationand末中,颗粒尺寸小,表面积大,致使颗粒的比表hardagglomeration面积,表面能急剧增加,使其成为一个不稳定的热力学体系。颗粒之间有自发聚集以降低系统[2]自由焓的趋势,逐步变大形成二次颗粒构成1 团聚的机理软团聚。这是一
4、种自发过程,因物理作用引起,是不可避免的。软团聚是靠静电引力、范德华1.1 软团聚团聚机理力、毛细管力等较弱的力聚合在一起,常在液相反应阶段产生,通过化学作用和机械作用可以经典的DLVO理论可以解释液相反应阶段消除;粉末的硬团聚体内除了颗粒之间的范德产生的软团聚。溶胶在一定条件下能否稳定存华力和静电引力外,还存在化学键的作用。其在,取决于溶胶中分散相颗粒之间的相互作用。收稿日期:2004-05-10作者简介:李召好(1977-),男,硕士研究生,无机化学专业.©1995-2005TsinghuaTo
5、ngfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.3 盐湖研究 第213卷图2为胶体体系中分散相颗粒间相互作用能曲部分液体的排除,在毛细管力的作用下,颗粒与线,横坐标r表示颗粒间的距离,纵坐标Ψ表示颗粒之间的距离越来越接近,由于存在表面羟溶胶中两分散相颗粒间的相互作用势能。曲线基和溶解—沉淀形成的“晶桥”而变的更加紧1表示颗粒间的相互排斥势能ΨR,曲线2表示密。随着时间的推移,这些“晶桥”相互结合,变颗粒间
6、的相互吸引势能ΨA,曲线3为两颗粒间成大的块状团聚体。如果液相中含有其它的金总的作用势能ΨT。总势能曲线上出现的峰值属盐类物质,还会在颗粒之间形成结晶盐的固Ψr2称之为位垒,位垒的大小是胶体体系是否稳相桥(solidbridge),从而形成硬团聚体。[6]定存在的关键因素。从液相生成固相微粒后,毛细管吸附理论则认为,凝胶中的吸附由于Brown运动的驱使,固体微粒相互接近。水受热蒸发时,颗粒表面会裸露出来,水蒸气则若微粒有足够的动能能够克服阻止微粒发生碰从空隙的两端逸出,由于有毛细管力的存在,导撞在一
7、起形成团聚体的位垒(或者位垒很小甚致毛细管空隙收缩,从而造成了硬团聚,下图为至不存在),则粒子的热运动和布郎运动碰撞可含水的圆柱形空隙的剖面图。r为空隙半径;以克服它,形成软团聚。γgv、γsl、γlv分别为固—气、固—液和液—气界面能;<为湿润角;P是液体的静压强。由图分析知:由于毛细管力的存在,在水中形成一个静拉伸压强P,P值正比于γsv-γsl,它能导致毛细管空隙壁收缩。该理论认为P是导致硬团聚的直接原因。图2胶体分散相颗粒间的相互作用能图3含水的圆柱形空隙的剖面图Fig.2Mutualfun
8、ctionalpotentialenergybetweenFig.3Cutawayviewhydratedcolumnedspacingcolloidalparticles2 团聚的抑制和消除1.2 硬团聚团聚机理人们对硬团聚产生的机理有不同的看法,2.1 液相反应阶段有代表性的是氢键理论、化学键理论、晶桥理论和毛细管吸附理论。液相反应阶段,产生团聚的主要原因来自[3]氢键理论认为,如果液相为水,则残留在于颗粒间的范德华力。要减轻团聚,就要降低粉末颗粒之间的微量的水会
