Hbwj1 Hbwj2
平均粒径 (μm) 91205
81316
Zeta 电位 ( mv) - 2515 - 2611
测试单位 : 中科院生态中心
Hbwj3 Hbwj4
71421
51226
- 2716 - 3017 测试者 : 孙英华
表 3 热处理后电气石的 Zeta 电位测定
处理条件
测试项目 Zeta 电位 ( mv)
从表中不难看出 , 在氧化条件下热处理的样 品 , 其表面电位略低 ; 经过 750 ℃处理的样品 , 其 表面电位略高 ; 黑电气石粉体的表面电位略低 , 这 是总体的规律 。
由于 Zeta 电位不是粒子界面的电位 , 只是吸 附层外侧的电位 , Zeta 电位的高低一定程度上也反 应出粉体颗粒在水溶液中的表面活性 。在氧化条件 下 , 热处理样品颗粒表面的金属阳离子的相对活性 较低 , 而还原条件下 , 热处理样品颗粒表面的金属 阳离 子 的 相 对 活 性 较 高 。同 样 , 热 处 理 温 度 在 750 ℃时 , 其颗粒表面的金属阳离子的相对活性较 高 , 有利于使分散体系的稳定 。 314 电气石等电点的计算
Keywords : Zeta potential Tourmaline Granularity
1 前 言 粉体表面的荷电性影响颗粒之间的凝聚和分散
特性以及表面改性剂在颗粒表面的吸附作用 。若颗 粒表面带有某种电荷 (如正电荷) , 其表面就会吸 附相反符号的电荷 (即负电荷) , 构成双电层 。众 所周知 , 在滑动面处产生的动电电位称为 Zeta 电 位 , Zeta 电位实际上不是粒子界面的电位 , 只是吸 附层外侧的电位 , Zeta 电位的高低一定程度上也反 应出粉体颗粒的表面活性 。假如颗粒表面上的正电 荷数与固定层吸附的负离子数相符 , Zeta 电位就变
313 热处理后电气石微粒的 Zeta 电位 笔者对黑电气石和镁电气石粉体进行了热处
理 , 分别采用还原条件 、氧化条件 , 缓慢加热到
第 2 期 张晓晖等 : 电气石粉体的表面电性研究 7 5
700 ℃和 750 ℃, 在炉内自然冷却 , 然后在常温和 中性条件下 , 严格地测定了它们的表面电位 ( Zeta 电位) 。表 3 说明了不同热处理条件下 , 样品的 Zeta 电位 。
利用 Yoon2Salman2Donnay 方程 ( YSD) 的 经 验公式 (1994) ( Eqn131411) , 进行相应的计算 : p Hpzc = 2111158 ( 1/εk) - 4219148 ( s/ rM - OH) + 1416866 (表 4) 式中 S/ rM - OH = ∑ [ s/ rM - OH) I ( Ni/ΣN I) ] , s 等 于阳离子电价数 Z/ 配位数 n , rM - OH等于晶格内 M - O 平均键长与冰晶格内 O - H 的距离 1101 ! 之 和 , Ni 为单位晶胞中某一类的键的数目 ; ε为电介 常数 , εk = [ (ε∥C) 2 + (ε⊥C) 2 ]1/ 2 。经过计算 , 得 到镁电气石的等电点为 5138 (表 5) 。
对上述 3 个系列的电气石粉体进行了 Zeta 电 位的测定 。测定时 , 使用去离子水将相应的电气石 样品配制成浓度为 0125g/ L 的悬浊液 , 在常温下 , 使用搅拌器搅拌 2 小时 , 充分摇匀后用注射器缓慢 均匀地抽取 10ml 样品 , 然后以 5ml/ min 的速度均 匀注入 5ml 于测量池内进行测定 。测定所用的仪器 为英国 Malvern 公司生产的 Zeta 电位仪 , 同时使用 英国 Malvern 公司生产的激光粒度分析仪精确测试 样品的平均粒径 。由于 Zeta 电位在测定的过程中 非常敏感 , 一点点的改变 , 包括浓度 、温度 、离子 强度 、p H 值 、粒度等都很容易使 Zeta 电位发生漂 移 。因此 , 在实验过程中 , 我们应该尽量保证严格 地操作 、规范地程序 、精确地计算和测定 , 实验过 程中尽量使各种参数保持一致 。
7 4 中 国 矿 业 第 14 卷
以河北镁电气石 、黑电气石以及河南锂电气石 等为原料 , 进行超细粉碎 , 之后使用沉淀方法制备 相应粒度的电气石粉体系列样品 , 将上述部分样品 进行热处理 , 分别制得 3 个系列的样品组 : ①不同 成分的电气石样品 , 分别为镁电气石 ( Hbwj) 、黑 电气石 ( Hbbz) 、锂电气石 ( Hnli) ; ②不同粒径的 镁 电 气 石 样 品 , 分 别 为 91205μm ( Hbwj1 ) 、 81316μm ( Hbwj2) 、71421μm ( Hbwj3) 、51226μm ( Hbwj4) ; ③不同热处理条件的黑电气石和镁电气 石样品 。 212 实验方法
笔 者 采 用 Zeta Potential Analyzer ( Zetasizer 2000) , 对电气石的表面电位进行测定 。分别采用 未处理的镁电气石 、黑电气石以及锂电气石粉体样 品 , 称 量 50mg , 使 用 去 离 子 水 配 制 成 浓 度 为 0125g/ L 的悬浊液 , 同时对电气石的 Zeta 电位和 电气石粉体的粒径进行测量 , 重点对比了不同粒径 镁电气石粉体的 Zeta 电位 。
第 14 卷第 2005 年 2
2期 月
中
CHINA
国 矿 业
MINING MAGAZINE
Vol114 , February
No12 2005
电气石粉体的表面电性研究
张晓晖 吴瑞华 董 颖
(中国地质大学·北京 100083)
摘 要 运用激光粒度分析仪和 Zeta 电位仪 , 精确测试了不同成分 、不同粒径以及热处理后微米级 电气石粉体的表面电性特征 。测试表明 : 在中性条件下 , 电气石粉体颗粒在水溶液中带负电荷 ; 相同条 件下 , 锂电气石粉体的 Zeta 电位高于其他类型的电气石 ; 电气石粒径越小 , 表面电位越高 , 相对表面活 性较高 ; 在还原条件下热处理电气石粉体的表面电位高于氧化条件下热处理的样品 ; 经过计算 , 电气石 的等电点在酸性范围内 , 镁电气石的等电点为 5138 。
3 实验结果 311 样品的粒度测定
粉体样品的粒径与热处理温度 、化学成分 、均 相等因素有关 , 笔者通过激光粒度分析仪对实验样 品进行了精确测定 , 结果表明 : 本实验所制备的样 品体积平均粒径均在微米级的范围 , 样品 Hbbz 、 Hbwj、 Hnli 的 粒 径 分 别 为 21836 、 51226 、 21085μm (图 1) 。 312 未处理微米级电气石粉体的 Zeta 电位研究
结果显示 (表 1) , 在中性条件下 , 电气石粉 体颗粒在水溶液中带负电荷 , 其中锂电气石的 Zeta 电位相对最高 。电气石的粒径可以导致其表面状态 发生变化 , 相应地 , 表面电位发生变化 , 大体呈现 粒度越细 , Zeta 电位的绝对值越大的趋势 (表 2) , 但不改变表面电性的正负 。
矿物表面电位为零时溶液的 p H 值 , 称为矿物 的等电点 (p Hpzc) 。等电点是矿物表面所荷正负电 荷的分界点 , 对于表面带负电荷的矿物 , 当水溶液 中的 p H 值 > p Hpzc , 矿物表面带负电 ; 当 p H < p Hpzc时 , 表面带正电 。矿物表面电位是一个与 p H 值相关的函数 , 受到溶液 p H 值的影响 。随着溶液 的 p H 值增加 , 矿物表面荷正电区域减小 , 荷负电 区域相应增加 。由此可以判定 : 电气石的等电点处
表 1 不同类型电气石粉体的 Zeta 电位测定
样品编号
Hbwj
平均粒径 (μm)
51226
Zeta 电位 ( mv)
- 3017
测试单位 : 中科院生态中心
Hbbz
Hnli
21836
21085- 2411- 312测试者 : 孙英华
表 2 不同粒径电气石粉体的 Zeta 电位测定
样品编号
( Hbwj)
氧化条件 700 ℃ 750 ℃
- 2113 - 2217
还原条件 700 ℃ 750 ℃
- 2517 - 2519
Zeta 电位 ( mv) ( Hbbz)
- 1916 - 2118
测试单位 : 中科院生态中心
- 2413 - 2516 测试者 : 孙英华
图 1 三种电气石粉体的粒径分布
关键词 Zeta 电位 电气石 粒径 中图分类号 TD878 + 15 文献标识码 B 文章编号 1004 - 4051 (2005) 02 - 0073 - 04
RESEARCH ON SURFACE EL ECTRICITY PROPERTY OF TOURMAL INE POWD ER
于酸性范围 。
从 p H —Zeta potential 关系图上或者通过相应 的计算可以求出等电点 , 是认识粉体表面电性的重 要方法 , 也是粉体表面处理中的重要手段 。当然 , 影响 Zeta 电位的因素很多 , 如粉体的化学成分 、 p H 值 、表面缺陷 、溶剂 、粒度分布等等 。笔者对 微米级镁电气石的等电点进行了计算研究 。
Zhang Xiaohui Wu Ruihua Dong Ying ( The Chinese university of geosciences·Beijing 100083)
Abstract : The surface electricity property of micrometer tourmaline powder , divided into t hree groups in terms of different component , size and heat2treated temperature , is tested accurately by means of Laser Size Analyzer and Zeta Potential Analyzer. The testing result show t hat t he tourmaline powder particle in water is electronegative under neutral condition ; t hat t he Elbaite powder has higher zeta potential t han ot her species of t he tourmaline ; t hat t he tourmaline size is smaller , its surface potential is higher , and its surface activity is stronger correspondingly; t hat t he tourmaline powder heat - treated under deoxidization condition has higher surface potential t han t hat heat - treated under oxidation condition ; and t hat t he is o electricpoint of tourmaline is in t he range of acidity , and t he isoelectric point spot of dravite is 5. 38.