Коллоидные мельницы как диспергационный метод получения дисперсионных систем

На сегодняшний день науке известны два метода получения дисперсных систем. Первый предусматривает тонкое измельчение (диспергирование) твердых и жидких веществ в дисперсионной среде. При втором подходе провоцируют появление частичек дисперсионной фазы из отдельных молекул или ионов.
Совокупность методов, нацеленных на получение дисперсных систем через измельчение крупных частиц, называют диспергационными методами. Группа методов, которая базируется на появлении частиц в результате протекания процессов кристаллизации или конденсации получила название конденсационных.

К диспергационным относят в первую очередь механические способы, при которых межмолекулярные силы преодолеваются за счет внешнего механического воздействия на систему. При этом твердые частицы измельчаются. Данные явления наблюдаются не только в лабораторных условиях, но и в условиях живой природы (измельчение твердых пород под действием прибоя, выветривание, выщелачивание и т.д.).

На уровне промышленности диспергационные методы реализуются за счет использования специального оборудования: дробилок, мельниц различной конструкции и т.п.

Самыми распространенными являются шаровые мельницы. Они представляют собой полые вращающиеся цилиндры и шары, изготовленные или из керамики, или из стали. Происходит вращение цилиндра, в результате которого шары перекатываются и истирают измельчаемый материал. Некоторые конструкции шаровых мельниц предусматривают измельчение за счет ударов шаров. В зависимости от модели мельницы можно получить частицы размером от 2-3 до 50-70 мкм.

Если полый цилиндр с шарами движется по кругу и колебательно, то такая мельница называется вибрационной.

Более тонкий помол является результатом процессов, протекающих в коллоидных мельницах. Их принцип работы основан на силах, которые возникают в зазоре между вращающимся ротором и неподвижным статором. Крупные частицы находятся под влиянием значительных разрывающих усилий, что способствует диспергированию. Коллоидные мельницы также являются достаточно распространенным механизмом для получения дисперсионных систем.

Степень измельчения частиц зависит от величины зазора между статором и ротором, а также от скорости вращения ротора. Для увеличения дисперсности уменьшают зазор и увеличивают скорость вращения последнего.

Ультразвуковое диспергирование связано с процессом кавитации. Данное явление представляет собой появление и захлопывание полостей в жидкости. Эти процессы сопровождаются кавитационными ударными волнами, воздействующими, а потом и разрушающими материал. Дисперсность при этом определяется частотой звуковых колебаний. Ультразвуковые диспергаторы демонстрируют большую эффективность в случае предварительного тонкого измельчения обрабатываемого сырья.