Диспергирование

ДИСПЕРГИРОВАНИЕ (от лат. dispergo — рассеиваю, рассыпаю * а. dispersion; Н. Dispergierung, Dispergieren, feine Verteilung, ф. dispersion; и. dispersion) — тонкое измельчение твёрдых тел или жидкости, в результате которого образуются дисперсные системы: порошки, суспензии, эмульсии, аэрозоли.

Диспергирование жидкости в газовой среде называется распылением, в другой жидкости (несмешивающейся с первой) — эмульгированием. Удельная работа, затрачиваемая на диспергирование, зависит от когезионных характеристик и особенностей структуры измельчаемого тела, поверхностной (межфазной) энергии и степени измельчения. Введение поверхностно активных веществ — диспергаторов, эмульгаторов, понизителей твёрдости — снижает энергозатраты при диспергировании и повышает дисперсность измельчённой фазы, т.е. величину удельной межфазной поверхности. В промышленности диспергирование твёрдых тел осуществляют с помощью мельниц различных конструкций (шаровых, вибрационных и др.).

Для диспергирования жидкостей применяют гомогенизаторы, в которых жидкая смесь продавливается под высоким давлением (до 3,5•10⁷ Па) через узкие кольцевые щели или отверстия сечением около 10-4 см²; коллоидные мельницы, в которых жидкость диспергируется при прохождении через конический зазор шириной до 25 мкм между статором и ротором, вращающимся с частотой 2-10⁴ об/мин, смесители инжекционного типа и форсунки, работающие по принципу действия струйного насоса, высокоскоростные мешалки турбинного и других типов. Применяют также акустический и электрический методы диспергирования. Практическое значение имеют, например, ультразвуковые свистки и сирены для эмульгирования, аппараты с магнитострикционными преобразователями для получения суспензий. Электрическое эмульгирование или распыление происходит главным образом под действием сил электростатического отталкивания, возникающих в результате сообщения жидкости избытка электрических зарядов при истечении через распылительные сопла. В случае понижения удельной свободной поверхностной энергии на границе фаз, или межфазного (поверхностного) натяжения, s до значений ниже критической величины sc, в результате действия поверхностно активных веществ или повышения температуры диспергирование может происходить самопроизвольно благодаря энергии теплового движения. Такое диспергирование с образованием лиофильных (термодинамически устойчивых) дисперсных систем наблюдается близ критической температуры смешения двух жидкостей, при получении смазочно-охлаждающих жидкостей из эмульсолов, при образовании водных дисперсий некоторых гидрофильных минералов. Условие самопроизвольного диспергирования определяется соотношением

где b 15-30 — безразмерный множитель;

k — постоянная Больцмана;

Т — абсолютная температура;

а — коэффициент формы;

d — линейный размер частиц.

В зависимости от состава и свойств диспергируемой фазы и дисперсионной среды, а также способа диспергирования нижней границы частиц измельчённого тела может находиться в пределах от нескольких десятков до нескольких десятых долей микрометров, при самопроизвольном диспергировании — несколько нанометров.

Диспергирование различных твёрдых тел осуществляют с целью придания им требуемых технологических свойств изменения физических параметров, повышения химической активности. Диспергирование применяют, например, при подготовке материалов для изготовления изделий порошковой технологии, в производстве минеральных вяжущих веществ, пигментов, наполнителей полимерных материалов, при сжигании жидкого и твёрдого топлива, при флотации многих видов минерального сырья. Диспергирование происходит при разрушении горных пород в процессе бурения шпуров и скважин, при абразивном износе инструментов, деталей машин и механизмов. В природных условиях диспергирование сопровождает геотектонические процессы, выветривание горных пород, почвообразование.