Polvere ultrafinesi riferiscono a materiali con dimensioni delle particelle che vanno dal micron alla scala nanometrica. Secondo il consenso in minerale industria di trasformazione, polvere ultrafinesono definite come polveri con 100% dimensione delle particelle inferiore a 30 μm. I nanomateriali possiedono proprietà uniche che i materiali tradizionali non possiedono, come effetti dimensionali, effetti di tunneling quantistico macroscopico ed effetti di superficie. Queste proprietà li rendono ampiamente utilizzati.
Tuttavia, i nanomateriali hanno un'ampia superficie specifica e un'elevata attività, il che li rende molto instabili. Sono altamente inclini all'aggregazione, che porta alla perdita delle loro proprietà originali, riducendone il valore. Il problema dell'aggregazione è un problema tecnologico chiave che limita lo sviluppo dei nanomateriali.
L'aggregazione di polveri ultrafini si riferisce al fenomeno per cui le particelle di polvere primaria si uniscono tra loro per formare cluster di particelle più grandi durante la preparazione, la separazione, la manipolazione o lo stoccaggio. Le ragioni dell'aggregazione di polveri ultrafini polveresono principalmente tre:
- Interazioni molecolari tra particelle
- Interazioni elettrostatiche tra particelle
- Adesione delle particelle nell'aria
Interazioni molecolari che portano all'aggregazione:
Quando i materiali minerali vengono macinati fino a raggiungere una certa dimensione, la distanza tra le particelle diventa estremamente piccola e le forze di van der Waals tra le particelle diventano molto più grandi delle loro forze gravitazionali. Pertanto, le particelle ultrafini tendono ad attrarsi e ad aggregarsi tra loro. I legami a idrogeno, i ponti d'acqua adsorbiti e altri chimico i legami sulla superficie delle particelle ultrafini portano anche all'adesione e all'agglomerazione delle particelle.
Interazioni elettrostatiche che portano all'aggregazione
Nel processo di ultrafinitura, a causa di impatti, attrito e riduzione delle dimensioni delle particelle, una grande quantità di carica positiva o negativa si accumula sulla superficie delle particelle ultrafini appena formate. Queste particelle sono altamente instabili perché le loro sporgenze superficiali trasportano cariche positive o negative. Per raggiungere uno stato stabile, queste particelle si attraggono a vicenda e gli angoli acuti entrano in contatto, causando l'aggregazione. La forza principale in gioco è la forza elettrostatica.
Adesione delle particelle nell'aria
Quando l'umidità relativa dell'aria supera i 651 TP3T, il vapore acqueo inizia a condensarsi sulla superficie e tra le particelle. Questa formazione di ponti liquidi tra le particelle aumenta notevolmente l'effetto di aggregazione. Inoltre, durante il processo di macinazione, i materiali minerali assorbono molta energia meccanica o termica, determinando un'energia superficiale molto elevata delle particelle ultrafini appena formate. Le particelle si trovano in uno stato instabile e, per ridurre l'energia superficiale, tendono ad aggregarsi, stabilizzandosi.
Metodi di dispersione in fase liquida
Dispersione meccanica
La dispersione meccanica utilizza forze di taglio o di impatto esterne per disperdere le nanoparticelle in un mezzo. I metodi includono macinazione, macinazione a sfere, macinazione a vibrazione, mulini colloidali, mulini a getto d'aria e agitazione meccanica. Tuttavia, quando le particelle abbandonano il campo turbolento generato dall'agitazione meccanica, l'ambiente esterno torna alla normalità e le particelle possono aggregarsi nuovamente. Pertanto, l'utilizzo di una combinazione di agitazione meccanica e disperdenti chimici spesso produce effetti di dispersione migliori.
Dispersione chimica
La dispersione chimica è ampiamente utilizzata nella produzione industriale per disperdere polvere ultrafinein sospensione. Aggiungendo elettroliti inorganici, tensioattivi e disperdenti polimerici, le proprietà superficiali delle polveri vengono alterate, modificando la loro interazione con il mezzo liquido e tra le particelle per ottenere la dispersione. I disperdenti includono tensioattivi, elettroliti inorganici a piccole molecole, disperdenti polimerici e agenti accoppianti, con i disperdenti polimerici che sono i più comunemente utilizzati.
Metodo ultrasonico
La dispersione ultrasonica prevede il posizionamento della sospensione direttamente in un campo ultrasonico e il controllo della frequenza e del tempo di esposizione appropriati per disperdere le particelle. Gli ultrasuoni sono più efficaci per la dispersione delle nanoparticelle. La cavitazione ultrasonica genera localmente alte temperature, alte pressioni, forti onde d'urto e microgetti che indeboliscono le nanointerazioni tra le particelle, prevenendo efficacemente l'aggregazione e favorendo la dispersione. Tuttavia, è opportuno evitare il surriscaldamento, poiché l'aumento dell'energia termica e meccanica può aumentare le collisioni delle particelle e portare a un'ulteriore aggregazione.
Metodi di dispersione in fase gassosa
Dispersione secca
In aria umida, i ponti liquidi tra le particelle di polvere sono la principale causa di aggregazione. L'essiccazione dei materiali solidi prevede due processi fondamentali: il trasferimento di calore per vaporizzare l'acqua e la diffusione dell'acqua vaporizzata nella fase gassosa. Pertanto, prevenire la formazione di ponti liquidi o rompere quelli esistenti è un metodo fondamentale per garantire la dispersione delle particelle. La maggior parte dei processi di produzione di polveri utilizza il riscaldamento e l'essiccazione come pretrattamento.
Dispersione meccanica
La dispersione meccanica prevede l'utilizzo di una forza meccanica per rompere i cluster di particelle. La condizione necessaria è che la forza meccanica (sollecitazione di taglio e compressione) superi la forza di adesione tra le particelle. Questa forza è tipicamente generata da dischi rotanti ad alta velocità, iniezione di flusso di gas ad alta velocità e forte turbolenza. La dispersione meccanica è facile da implementare, ma è un metodo di dispersione forzata. Sebbene le particelle possano essere rotte nel dispersore, le forze tra le particelle rimangono invariate. Una volta che le particelle lasciano il dispersore, possono riaderire. Inoltre, la dispersione meccanica può portare alla frantumazione di particelle fragili e la sua efficacia diminuisce con l'usura delle apparecchiature meccaniche.
Dispersione elettrostatica
Per particelle omogenee, le forze elettrostatiche creano repulsione dovuta alla presenza di cariche identiche sulle superfici. La forza elettrostatica può essere utilizzata per la dispersione delle particelle. La sfida è come caricare completamente le particelle. Metodi come la carica per contatto, la carica per induzione o la carica a corona possono essere utilizzati per caricare le particelle. Il metodo più efficace è la scarica a corona, in cui le particelle attraversano una regione ionizzata e ricevono la stessa carica, consentendo alla repulsione elettrostatica di disperderle.
Polvere epica
Epic Powder, oltre 20 anni di esperienza nel settore delle polveri ultrafini. Promuoviamo attivamente lo sviluppo futuro delle polveri ultrafini, concentrandoci sui processi di frantumazione, macinazione, classificazione e modifica delle polveri ultrafini. Contattateci per una consulenza gratuita e soluzioni personalizzate! Il nostro team di esperti è impegnato a fornire prodotti e servizi di alta qualità per massimizzare il valore della vostra lavorazione delle polveri. Epic Powder: il vostro esperto di fiducia nella lavorazione delle polveri!