Polvo ultrafinos refer to materials with particle sizes ranging from the micron to the nanometer scale. According to the consensus in mineral processing industry, polvo ultrafinos are defined as powders with 100% particle size less than 30 μm. Nanomaterials have unique properties that traditional materials do not possess, such as size effects, macroscopic quantum tunneling effects, and surface effects. These properties make them widely used.
Sin embargo, los nanomateriales poseen una gran superficie específica y una alta actividad, lo que los hace muy inestables. Son muy propensos a la agregación, lo que conlleva la pérdida de sus propiedades originales y reduce su valor. Este problema de agregación es un problema tecnológico clave que limita el desarrollo de los nanomateriales.
La agregación de polvos ultrafinos se refiere al fenómeno en el que las partículas primarias de polvo se unen entre sí para formar cúmulos de partículas más grandes durante la preparación, la separación, la manipulación o el almacenamiento. Las razones de la agregación de polvos ultrafinos... polvoLos principios básicos son tres:
- Interacciones moleculares entre partículas
- Interacciones electrostáticas entre partículas
- Adhesión de partículas en el aire
Interacciones moleculares que conducen a la agregación:
When mineral materials are ground to a certain size, the distance between particles becomes extremely small, and the van der Waals forces between particles become much larger than their own gravitational forces. Thus, ultrafine particles tend to attract and aggregate with each other. The hydrogen bonds, adsorbed water bridges, and other chemical bonds on the surface of ultrafine particles also lead to particle adhesion and agglomeration.
Interacciones electrostáticas que conducen a la agregación
En el proceso de ultrafino, debido a los impactos, la fricción y la reducción del tamaño de las partículas, se acumula una gran cantidad de carga positiva o negativa en la superficie de las partículas ultrafinas recién formadas. Estas partículas son altamente inestables debido a que sus protuberancias superficiales contienen cargas positivas o negativas. Para alcanzar un estado estable, estas partículas se atraen entre sí y las esquinas afiladas entran en contacto, lo que provoca la agregación. La principal fuerza en juego es la fuerza electrostática.
Adhesión de partículas en el aire
Cuando la humedad relativa del aire supera los 651 TP3T, el vapor de agua comienza a condensarse en la superficie y entre las partículas. Esta formación de puentes líquidos entre partículas potencia considerablemente el efecto de agregación. Además, durante el proceso de molienda, los materiales minerales absorben mucha energía mecánica o térmica, lo que provoca que la energía superficial de las partículas ultrafinas recién formadas sea muy alta. Las partículas se encuentran en un estado inestable y, para reducir la energía superficial, tienden a agregarse, estabilizándose así.
Métodos de dispersión en fase líquida
Dispersión mecánica
La dispersión mecánica utiliza fuerzas externas de cizallamiento o impacto para dispersar nanopartículas en un medio. Los métodos incluyen moliendaMolienda de bolas, molienda vibratoria, molinos coloidales, molinos de chorro de aire y agitación mecánica. Sin embargo, cuando las partículas abandonan el campo turbulento generado por la agitación mecánica, el ambiente externo se normaliza y las partículas pueden volver a agregarse. Por lo tanto, la combinación de agitación mecánica y dispersantes químicos suele producir mejores resultados de dispersión.
Dispersión química
La dispersión química se utiliza ampliamente en la producción industrial para dispersar polvo ultrafinos en suspensión. Al añadir electrolitos inorgánicos, surfactantes y dispersantes poliméricos, se modifican las propiedades superficiales de los polvos, modificando su interacción con el medio líquido y entre partículas para lograr la dispersión. Los dispersantes incluyen surfactantes, electrolitos inorgánicos de pequeño peso molecular, dispersantes poliméricos y agentes de acoplamiento, siendo los dispersantes poliméricos los más utilizados.
Método ultrasónico
La dispersión ultrasónica implica colocar la suspensión directamente en un campo ultrasónico y controlar la frecuencia y el tiempo de exposición adecuados para dispersar las partículas. El ultrasonido es más eficaz para dispersar nanopartículas. La cavitación ultrasónica genera alta temperatura local, alta presión, fuertes ondas de choque y microchorros que debilitan las nanointeracciones entre partículas, previniendo eficazmente la agregación y logrando la dispersión. Sin embargo, debe evitarse el sobrecalentamiento, ya que el aumento de la energía térmica y mecánica puede aumentar las colisiones de partículas y provocar una mayor agregación.
Métodos de dispersión en fase gaseosa
Dispersión seca
En aire húmedo, los puentes líquidos entre las partículas de polvo son la principal causa de agregación. El secado de materiales sólidos implica dos procesos básicos: la transferencia de calor para vaporizar el agua y la difusión del agua vaporizada a la fase gaseosa. Por lo tanto, prevenir la formación de puentes líquidos o romper los existentes es un método clave para garantizar la dispersión de las partículas. La mayoría de los procesos de producción de polvo utilizan calentamiento y secado como pretratamiento.
Dispersión mecánica
La dispersión mecánica implica el uso de fuerza mecánica para separar los grupos de partículas. La condición necesaria es que la fuerza mecánica (esfuerzo cortante y compresivo) supere la fuerza de adhesión entre las partículas. Esta fuerza se genera típicamente mediante discos giratorios de alta velocidad, inyección de flujo de gas a alta velocidad y una fuerte turbulencia. La dispersión mecánica es fácil de implementar, pero se trata de un método de dispersión forzada. Aunque las partículas pueden separarse en el dispersor, las fuerzas entre ellas permanecen inalteradas. Una vez que las partículas salen del dispersor, pueden volver a adherirse. Además, la dispersión mecánica puede provocar el aplastamiento de partículas frágiles, y su eficacia disminuye con el desgaste del equipo mecánico.
Dispersión electrostática
En partículas homogéneas, las fuerzas electrostáticas generan repulsión debido a la idéntica carga en sus superficies. La fuerza electrostática puede utilizarse para la dispersión de partículas. El reto reside en cómo cargarlas completamente. Se pueden emplear métodos como la carga por contacto, la carga por inducción o la carga corona para cargar partículas. El método más eficaz es la descarga corona, donde las partículas atraviesan una región ionizada y reciben la misma carga, lo que permite que la repulsión electrostática las disperse.
Polvo épico
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