Звыштонкія парашкі refers to materials with micron to nanometer particle sizes. In mineral processing, ultrafine powder means 100% particle size less than 30μm. Nanomaterials show unique properties like size effect and macroscopic quantum tunneling. These properties make nanomaterials widely used across many fields. However, nanomaterials have large specific surface areas and high activity. They are very unstable and easily agglomerate, losing their original properties. Agglomeration reduces material value and limits performance. It also increases difficulty in preparation and storage of nanomaterials. Therefore, agglomeration is a key technical challenge in nanomaterials development.
Агламерацыя звыштонкіх парашкоў
Агламерацыя звыштонкіх парашкоў азначае аб'яднанне першасных часціц у больш буйныя кластары. Гэта адбываецца падчас падрыхтоўкі, падзелу, апрацоўкі і захоўвання. У цяперашні час вызначаюцца тры асноўныя прычыны агламерацыі звыштонкага парашка. Па-першае, міжмалекулярныя сілы выклікаюць агламерацыю звыштонкага парашка. Па-другое, электрастатычныя сілы паміж часціцамі прыводзяць да агламерацыі. Па-трэцяе, часціцы злучаюцца разам, калі яны знаходзяцца ў паветры.
Міжмалекулярныя сілы выклікаюць агламерацыю звыштонкіх парашкоў
When mineral materials are ultrafine, particle distances become extremely short. Van der Waals forces then far exceed the particle’s own gravity. Thus, ultrafine particles tend to attract and agglomerate. Hydrogen bonds and adsorbed moisture bridges on particle surfaces also cause adhesion. Other chemical bonding effects further promote particle aggregation.
Электрастатычныя сілы паміж часціцамі выклікаюць агламерацыю
Падчас ультратонкай апрацоўкі мінеральныя матэрыялы набываюць зарад ад удару і трэння. Новаўтвораныя ультратонкія часціцы назапашваюць вялікую колькасць станоўчых або адмоўных зарадаў. Некаторыя выступы на паверхні нясуць станоўчыя зарады, іншыя — адмоўныя. Гэтыя зараджаныя часціцы вельмі нестабільныя. Каб стабілізавацца, яны прыцягваюцца адзін да аднаго і кантактуюць у вострых кропках. Гэта злучэнне выклікае агламерацыю часціц. Электрастатычная сіла з'яўляецца асноўнай рухаючай сілай у гэтым працэсе.
Звязванне часціц у паветры
Калі адносная вільготнасць перавышае 65°T³/°C, вадзяная пара кандэнсуецца на паверхні часціц. Паміж часціцамі ўтвараюцца вадкія масткі, што значна ўзмацняе агламерацыю.
Акрамя таго, падчас драбнення мінеральныя матэрыялы паглынаюць вялікую колькасць механічнай або цеплавой энергіі. Такім чынам, новыя ультратонкія часціцы маюць вельмі высокую павярхоўную энергію. У гэтым стане часціцы вельмі нестабільныя. Каб знізіць павярхоўную энергію, часціцы імкнуцца агрэгавацца і збліжацца. Гэта таксама лёгка прыводзіць да агламерацыі часціц.
Агламерацыя нанаматэрыялаў падзяляецца на мяккую і цвёрдую. Мяккая агламерацыя выклікана міжмалекулярнымі сіламі і сіламі Ван-дэр-Ваальса. Мяккую агламерацыю адносна лёгка ліквідаваць. Існуе пяць тэорый, якія тлумачаць утварэнне цвёрдай агламерацыі. Да іх адносяцца капілярная адсорбцыя, вадародныя сувязі і тэорыі крышталічных мастоў. Таксама існуюць тэорыі хімічных сувязей і дыфузійных сувязяў паверхневых атамаў. Аднак адзінага тлумачэння пакуль не знойдзена. У цяперашні час многія даследаванні сканцэнтраваны на тэхналогіях дысперсіі для прадухілення агламерацыі звыштонкіх парашкоў.
Дысперсія звыштонкіх парашкоў
Дысперсія звыштонкіх парашкоў у асноўным тычыцца двух тыпаў дысперсійных станаў.
Адзін з іх — дысперсія ў газавым асяроддзі. Другі — дысперсія ў вадкім асяроддзі.
Метад дысперсійнага размеркавання ў вадкай фазе
Метад механічнага дысперсійнага
Механічнае дысперсійнае развеянне выкарыстоўвае знешнія сілы зруху або ўдару для дысперсійвання наначасціц у асяроддзі. Метады ўключаюць драбненне, шаравая млын, шпількавы млын, паветраструйны млын, і механічнае перамешванне.
Асноўная праблема механічнага перамешвання заключаецца ў тым, што часціцы могуць зноў агрэгаваць пры выхадзе з турбулентнага поля. Пасля таго, як часціцы пакідаюць турбулентнае поле, знешняе асяроддзе можа прымусіць іх зноў утвараць кластары. Таму выкарыстанне механічнага перамешвання з хімічнымі дысперсантамі часта дае лепшыя вынікі дысперсіі.
Метад хімічнай дысперсіі
Хімічная дыспергія — гэта шырока выкарыстоўваны метад дыспергавання ультратонкіх парашковых суспензій у прамысловай вытворчасці. Дадаючы неарганічныя электраліты, павярхоўна-актыўныя рэчывы і палімерныя дысперсанты, паверхня парашка мадыфікуецца.
Гэта змяняе ўзаемадзеянне паміж парашком і вадкім асяроддзем, дасягаючы дысперсіі.
Дысперсанты ўключаюць павярхоўна-актыўныя рэчывы, нізкамалекулярныя неарганічныя электраліты, палімерныя дысперсанты і злучныя агенты. Сярод іх палімерныя дысперсанты выкарыстоўваюцца найбольш часта, а поліэлектраліты — найбольш важнымі.
Ультрагукавы метад
Ультрагукавое кіраванне размяшчае прамысловую суспензію ў ультрагукавым полі. Рэгулюючы частату і працягласць, часціцы цалкам дыспергуюцца. Ультрагук больш эфектыўны ў дыспергаванні наначасціц. Ультрагукавое дысперсійнае ўздзеянне выкарыстоўвае кавітацыю для стварэння высокай тэмпературы, ціску, ударных хваль і мікраструменяў. Гэта аслабляе сілы ўзаемадзеяння паміж наначасціцамі, прадухіляючы агламерацыю і забяспечваючы дысперсію. Аднак варта пазбягаць празмернага ультрагукавога перамешвання. Пры павелічэнні цеплавой і механічнай энергіі сутыкненні часціц павялічваюцца, што выклікае далейшую агламерацыю.
Метады дысперсійнага размеркавання ў газавай фазе
Сушка і дысперсія
У вільготным паветры асноўнай прычынай агламерацыі з'яўляюцца вадкія масткі паміж часцінкамі парашка. Сушка цвёрдых матэрыялаў ўключае ў сябе два асноўныя працэсы. Па-першае, да матэрыялу прыкладаецца цяпло для выпарэння вільгаці. Па-другое, выпараная вада дыфузіруе ў газавую фазу. Такім чынам, прадухіленне ўтварэння вадкіх масткоў або разбурэнне існуючых масткоў з'яўляецца ключом да забеспячэння дысперсіі. У большасці працэсаў вытворчасці парашка награванне і сушка выкарыстоўваюцца ў якасці этапу папярэдняй апрацоўкі.
Механічнае рассейванне
Mechanical dispersion refers to using mechanical force to break apart agglomerated particles. The necessary condition is that the mechanical force (shear and compressive stress) must exceed the adhesion force. Typically, mechanical force is generated by high-speed rotating impeller disks or high-speed air jet impact . This results in strong turbulent airflow motion. Such as air jet mill and pin mill etc.
Механічнае дысперсаванне адносна лёгка дасягнуць. Аднак гэта метад прымусовага дысперсавання. Хоць агламераваныя часціцы могуць быць разбураны ў дысперсары, іх узаемадзеянне застаецца нязменным. Пасля выхаду з дысперсара часціцы могуць зноў агрэгавацца. Акрамя таго, механічнае дысперсаванне можа здрабніць далікатныя часціцы. Па меры зносу механічнага абсталявання эфектыўнасць дысперсавання зніжаецца.
Электрастатычная дысперсія
Для аднародных часціц падабенства паверхневага зараду выклікае электрастатычнае адштурхванне. Такім чынам, электрастатычныя сілы можна выкарыстоўваць для рассейвання часціц. Ключавое пытанне заключаецца ў тым, як цалкам зарадзіць групу часціц. Такія метады, як кантактная зарадка і індукцыйная зарадка, могуць зараджаць часціцы. Найбольш эфектыўным метадам з'яўляецца каронны разрад. Гэты метад выкарыстоўвае каронны разрад для фарміравання іённай заслоны, зараджаючы часціцы. Часціцы атрымліваюць зарад аднолькавай палярнасці. Электрастатычнае адштурхванне паміж зараджанымі часціцамі рассейвае іх.
Заключэнне
Існуе мноства іншых метадаў мадыфікацыі ультратонкіх парашкоў, якія значна адрозніваюцца ад асноўных метадаў. Аднак, незалежна ад метаду, патрабуюцца далейшыя даследаванні прынцыпаў мадыфікацыі. Мэта складаецца ў тым, каб знайсці новыя метады, прыдатныя для розных патрэб мадыфікацыі і практычнай вытворчасці.
Гэта патрабуе аптымізацыі працэсаў мадыфікацыі на аснове глыбокага разумення механізмаў мадыфікацыі. Нам неабходна распрацаваць «кампазітныя» працэсы апрацоўкі, якія могуць дасягнуць некалькіх мэтаў мадыфікацыі. Больш за тое, неабходныя мадыфікацыі існуючага агульнахімічнага абсталявання для адаптацыі да мадыфікацыі паверхні. У заключэнне, гэта патрабуе супрацоўніцтва і пастаяннага прагрэсу ва ўсёй парашковай прамысловасці, навуковых колах і даследаваннях.
Эпічны парашок
Эпічны парашок, больш за 20 гадоў вопыту работы ў прамысловасці ультратонкага парашка. Актыўна садзейнічаць будучаму развіццю звыштонкага парашка, засяродзіўшы ўвагу на працэсе драбнення, памолу, класіфікацыі і мадыфікацыі звыштонкага парашка. Звяжыцеся з намі для бясплатнай кансультацыі і індывідуальных рашэнняў! Наша каманда экспертаў імкнецца прадастаўляць высакаякасныя прадукты і паслугі, каб максымізаваць каштоўнасць вашай апрацоўкі парашка. Epic Powder—Ваш надзейны эксперт па апрацоўцы парашка!