Pós superfinos refere-se a materiais com tamanhos de partículas de mícron a nanômetro. Em mineral processamento, pó ultrafino significa 100% tamanho da partícula Menos de 30 μm. Os nanomateriais apresentam propriedades únicas, como efeito de tamanho e tunelamento quântico macroscópico. Essas propriedades os tornam amplamente utilizados em diversas áreas. No entanto, os nanomateriais possuem grandes áreas superficiais específicas e alta atividade. São muito instáveis e se aglomeram facilmente, perdendo suas propriedades originais. A aglomeração reduz o valor do material e limita seu desempenho. Também aumenta a dificuldade na preparação e no armazenamento de nanomateriais. Portanto, a aglomeração é um desafio técnico fundamental no desenvolvimento de nanomateriais.
Aglomeração de pós superfinos
A aglomeração de pós superfinos significa que as partículas primárias se conectam em aglomerados maiores. Isso ocorre durante os processos de preparação, separação, manuseio e armazenamento. Atualmente, são reconhecidas três causas principais para a aglomeração de pós ultrafinos. Primeiro, as forças intermoleculares causam a aglomeração de pós ultrafinos. Segundo, as forças eletrostáticas entre as partículas levam à aglomeração. Terceiro, as partículas se ligam quando suspensas no ar.
Forças intermoleculares causam aglomeração de pós superfinos
Quando os materiais minerais são ultrafinos, as distâncias entre as partículas tornam-se extremamente curtas. As forças de Van der Waals excedem em muito a gravidade da própria partícula. Assim, as partículas ultrafinas tendem a se atrair e aglomerar. Ligações de hidrogênio e pontes de umidade adsorvidas na superfície das partículas também causam adesão. químico os efeitos de ligação promovem ainda mais a agregação de partículas.
Forças eletrostáticas entre partículas causam aglomeração
Durante o processamento ultrafino, os materiais minerais ganham cargas devido ao impacto e ao atrito. Partículas ultrafinas recém-formadas acumulam grandes quantidades de cargas positivas ou negativas. Algumas saliências da superfície carregam cargas positivas, outras, negativas. Essas partículas carregadas são altamente instáveis. Para se estabilizarem, elas se atraem e entram em contato em pontos afiados. Essa conexão causa aglomeração de partículas. A força eletrostática é a principal força motriz nesse processo.
Ligação de partículas no ar
Quando a umidade relativa excede 65%, o vapor d'água condensa na superfície das partículas. Pontes líquidas se formam entre as partículas, aumentando significativamente a aglomeração.
Além disso, durante a moagem, os materiais minerais absorvem grandes quantidades de energia mecânica ou térmica. Assim, novas partículas ultrafinas apresentam energia superficial muito alta. As partículas são altamente instáveis nesse estado. Para reduzir a energia superficial, as partículas tendem a se agregar e se aproximar. Isso também causa facilmente a aglomeração de partículas.
A aglomeração de nanomateriais é dividida em aglomeração suave e aglomeração rígida. A aglomeração suave é causada por forças intermoleculares e forças de van der Waals. É relativamente fácil eliminar a aglomeração suave. Existem cinco teorias que explicam a formação da aglomeração rígida. Elas incluem adsorção capilar, ligações de hidrogênio e pontes cristalinas. Além disso, existem teorias de ligação química e ligação por difusão de átomos de superfície. No entanto, nenhuma explicação unificada foi estabelecida até o momento. Atualmente, muitos estudos se concentram em tecnologias de dispersão para prevenir a aglomeração de pós superfinos.
Dispersão de pós superfinos
A dispersão de pós superfinos envolve principalmente dois tipos de estados de dispersão.
Uma é a dispersão em meio gasoso. A outra é a dispersão em meio líquido.
Método de dispersão em fase líquida
Método de dispersão mecânica
A dispersão mecânica utiliza forças externas de cisalhamento ou impacto para dispersar nanopartículas em um meio. Os métodos incluem moagem, moinho de bolas, moinho de pinos, moinho de jato de ar, e agitação mecânica.
O principal problema com a agitação mecânica é que as partículas podem se reagregar ao sair da turbulência. Uma vez que as partículas saem do campo turbulento, o ambiente externo pode fazer com que elas se reagrupem. Portanto, o uso de agitação mecânica com dispersantes químicos geralmente produz melhores resultados de dispersão.
Método de dispersão química
A dispersão química é um método amplamente utilizado para dispersar suspensões de pó ultrafino na produção industrial. A superfície do pó é modificada pela adição de eletrólitos inorgânicos, surfactantes e dispersantes poliméricos.
Isso altera a interação entre o pó e o meio líquido, alcançando a dispersão.
Dispersantes incluem surfactantes, eletrólitos inorgânicos de pequenas moléculas, dispersantes poliméricos e agentes de acoplamento. Entre eles, os dispersantes poliméricos são os mais comumente utilizados, sendo os polieletrólitos os mais importantes.
Método ultrassônico
O controle ultrassônico coloca a suspensão industrial em um campo ultrassônico. Ao ajustar a frequência e a duração, as partículas são totalmente dispersas. O ultrassom é mais eficaz na dispersão de nanopartículas. A dispersão ultrassônica utiliza cavitação para gerar altas temperaturas, pressão, ondas de choque e microjatos. Estes enfraquecem as forças de interação entre as nanopartículas, impedindo a aglomeração e garantindo a dispersão. No entanto, a agitação ultrassônica excessiva deve ser evitada. Com o aumento do calor e da energia mecânica, as colisões de partículas aumentam, causando ainda mais aglomeração.
Métodos de dispersão na fase gasosa
Secagem e dispersão
Em ar úmido, as pontes líquidas entre as partículas de pó são a principal causa de aglomeração. A secagem de materiais sólidos envolve dois processos básicos. Primeiro, o calor é aplicado ao material para vaporizar a umidade. Segundo, a água vaporizada se difunde para a fase gasosa. Portanto, evitar a formação de pontes líquidas ou a quebra das pontes existentes é fundamental para garantir a dispersão. A maioria dos processos de produção de pó utiliza aquecimento e secagem como etapas de pré-tratamento.
Dispersão mecânica
Dispersão mecânica refere-se ao uso de força mecânica para quebrar partículas aglomeradas. A condição necessária é que a força mecânica (tensão de cisalhamento e compressão) exceda a força de adesão. Normalmente, a força mecânica é gerada por discos de impulsor rotativos de alta velocidade ou por impacto de jato de ar de alta velocidade. Isso resulta em um forte movimento turbulento do fluxo de ar. Como moinho de jato de ar e moinho de pinos etc.
A dispersão mecânica é relativamente fácil de realizar. No entanto, é um método de dispersão forçada. Embora partículas aglomeradas possam ser quebradas no dispersor, suas interações permanecem inalteradas. Após saírem do dispersor, as partículas podem se reagregar. Além disso, a dispersão mecânica pode esmagar partículas quebradiças. À medida que o equipamento mecânico se desgasta, a eficiência da dispersão diminui.
Dispersão Eletrostática
Para partículas homogêneas, a similaridade de cargas superficiais causa repulsão eletrostática. Assim, forças eletrostáticas podem ser usadas para dispersão de partículas. A questão-chave é como carregar completamente o grupo de partículas. Métodos como carga de contato e carga de indução podem carregar partículas. O método mais eficaz é a carga corona. Este método utiliza descarga corona para formar uma cortina de íons, carregando as partículas. As partículas recebem a mesma polaridade de carga. A repulsão eletrostática entre partículas carregadas as dispersa.
Conclusão
Existem muitos outros métodos de modificação de pós ultrafinos, que diferem significativamente dos métodos tradicionais. No entanto, independentemente do método, são necessárias mais pesquisas sobre os princípios da modificação. O objetivo é encontrar novos métodos adequados às diversas necessidades de modificação e à produção prática.
Isso requer a otimização dos processos de modificação com base em um profundo conhecimento dos mecanismos de modificação. Precisamos desenvolver processos de tratamento "compostos" que possam atingir múltiplos objetivos de modificação. Além disso, são necessárias modificações nos equipamentos químicos gerais existentes para se adaptarem à modificação de superfície. Em suma, isso requer cooperação e progresso contínuo em toda a indústria de pós, no meio acadêmico e na pesquisa.
Pó épico
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