Ultrafijn poeders refer to materials with particle sizes ranging from the micron to the nanometer scale. According to the consensus in mineral processing industry, ultrafijn poeders 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.
Nanomaterialen hebben echter een groot specifiek oppervlak en een hoge activiteit, waardoor ze zeer instabiel zijn. Ze zijn zeer gevoelig voor aggregatie, wat leidt tot verlies van hun oorspronkelijke eigenschappen en dus tot waardevermindering. Het aggregatieprobleem is een belangrijk technologisch probleem dat de ontwikkeling van nanomaterialen beperkt.
Aggregatie van ultrafijne poeders verwijst naar het fenomeen waarbij primaire poederdeeltjes zich tijdens de bereiding, scheiding, verwerking of opslag met elkaar verbinden om grotere deeltjesclusters te vormen. De redenen voor aggregatie van ultrafijne poeders poederEr zijn hoofdzakelijk drie soorten:
- Moleculaire interacties tussen deeltjes
- Elektrostatische interacties tussen deeltjes
- Aanhechting van deeltjes in de lucht
Moleculaire interacties die leiden tot aggregatie:
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.
Elektrostatische interacties die leiden tot aggregatie
Tijdens het ultrafijnproces hoopt zich door schokken, wrijving en verkleining van de deeltjesgrootte een grote hoeveelheid positieve of negatieve lading op aan het oppervlak van nieuw gevormde ultrafijne deeltjes. Deze deeltjes zijn zeer instabiel omdat hun uitsteeksels aan het oppervlak positieve of negatieve lading dragen. Om een stabiele toestand te bereiken, trekken deze deeltjes elkaar aan en komen scherpe hoeken met elkaar in contact, wat leidt tot aggregatie. De belangrijkste kracht die hierbij een rol speelt, is elektrostatische kracht.
Adhesie van deeltjes in de lucht
Wanneer de relatieve luchtvochtigheid 65% overschrijdt, begint waterdamp te condenseren op het oppervlak en tussen de deeltjes. Deze vorming van vloeistofbruggen tussen de deeltjes versterkt het aggregatie-effect aanzienlijk. Bovendien absorberen minerale materialen tijdens het vermalingsproces veel mechanische of thermische energie, waardoor de oppervlakte-energie van de nieuw gevormde ultrafijne deeltjes zeer hoog wordt. De deeltjes bevinden zich in een onstabiele toestand en om de oppervlakte-energie te verlagen, hebben ze de neiging te aggregeren en zo te stabiliseren.
Methoden voor dispersie in vloeibare fase
Mechanische dispersie
Mechanische dispersie maakt gebruik van externe schuif- of impactkrachten om nanodeeltjes in een medium te verspreiden. Methoden omvatten: slijpen, kogelmolens, vibratiemolens, colloïdmolens, luchtstraalmolens en mechanisch roeren. Wanneer deeltjes echter het turbulente veld verlaten dat door mechanisch roeren wordt gegenereerd, keert de externe omgeving terug naar normaal en kunnen de deeltjes weer aggregeren. Daarom levert een combinatie van mechanisch roeren en chemische dispergeermiddelen vaak betere dispersie-effecten op.
Chemische dispersie
Chemische dispersie wordt veel gebruikt in de industriële productie om ultrafijn poeders in suspensie. Door anorganische elektrolyten, oppervlakteactieve stoffen en polymere dispergeermiddelen toe te voegen, veranderen de oppervlakte-eigenschappen van de poeders, waardoor hun interactie met het vloeibare medium en tussen deeltjes verandert om dispersie te bereiken. Dispergeermiddelen omvatten oppervlakteactieve stoffen, anorganische elektrolyten met kleine moleculaire moleculen, polymere dispergeermiddelen en koppelingsmiddelen, waarbij polymere dispergeermiddelen de meest gebruikte zijn.
Ultrasone methode
Bij ultrasone dispersie wordt de suspensie direct in een ultrasoon veld geplaatst en worden de juiste frequentie en belichtingstijd geregeld om deeltjes te verspreiden. Ultrageluid is effectiever voor het verspreiden van nanodeeltjes. Ultrasone cavitatie genereert lokaal hoge temperaturen, hoge druk, sterke schokgolven en microjets die de nano-interacties tussen deeltjes verzwakken, waardoor aggregatie effectief wordt voorkomen en dispersie wordt bereikt. Oververhitting moet echter worden vermeden, aangezien toenemende thermische en mechanische energie de botsingen van deeltjes kan vergroten en tot verdere aggregatie kan leiden.
Methoden voor dispersie in de gasfase
Droge dispersie
In vochtige lucht zijn vloeistofbruggen tussen poederdeeltjes de belangrijkste oorzaak van aggregatie. Het drogen van vaste stoffen omvat twee basisprocessen: warmteoverdracht om water te verdampen en de diffusie van verdampt water naar de gasfase. Het voorkomen van de vorming van vloeistofbruggen of het verbreken van bestaande bruggen is daarom een belangrijke methode om de verspreiding van deeltjes te waarborgen. De meeste poederproductieprocessen gebruiken verhitting en droging als voorbehandeling.
Mechanische dispersie
Mechanische dispersie omvat het gebruik van mechanische kracht om deeltjesclusters uiteen te breken. De noodzakelijke voorwaarde is dat de mechanische kracht (schuif- en drukspanning) groter is dan de adhesiekracht tussen de deeltjes. Deze kracht wordt meestal gegenereerd door snel roterende schijven, snelle gasinjectie en sterke turbulentie. Mechanische dispersie is eenvoudig te implementeren, maar het is een geforceerde dispersiemethode. Hoewel deeltjes in de dispergeermachine uiteen kunnen vallen, blijven de krachten tussen de deeltjes onveranderd. Zodra de deeltjes de dispergeermachine verlaten, kunnen ze zich opnieuw hechten. Bovendien kan mechanische dispersie leiden tot het verpulveren van brosse deeltjes, en de effectiviteit ervan neemt af naarmate de mechanische apparatuur slijt.
Elektrostatische dispersie
Voor homogene deeltjes zorgen elektrostatische krachten voor afstoting vanwege identieke ladingen op de oppervlakken. Elektrostatische kracht kan worden gebruikt voor deeltjesverspreiding. De uitdaging is hoe de deeltjes volledig te laden. Methoden zoals contactlading, inductielading of corona-lading kunnen worden gebruikt om deeltjes te laden. De meest effectieve methode is corona-ontlading, waarbij deeltjes door een geïoniseerd gebied gaan en dezelfde lading ontvangen, waardoor elektrostatische afstoting de deeltjes kan verspreiden.
Episch poeder
Epic Powder, meer dan 20 jaar werkervaring in de ultrafijne poederindustrie. Wij promoten actief de toekomstige ontwikkeling van ultrafijn poeder, met een focus op het breken, vermalen, classificeren en modificeren van ultrafijn poeder. Neem contact met ons op voor een gratis consult en oplossingen op maat! Ons deskundige team streeft ernaar hoogwaardige producten en diensten te leveren om de waarde van uw poederverwerking te maximaliseren. Epic Powder - uw vertrouwde expert in poederverwerking!