Pó ultrafinos referem-se a materiais com tamanhos de partículas que variam da escala micrométrica à nanométrica. De acordo com o consenso em mineral indústria de processamento, pó ultrafinos são definidos como pós com 100% tamanho da partícula Menos de 30 μm. Os nanomateriais possuem propriedades únicas que os materiais tradicionais não possuem, como efeitos de tamanho, efeitos de tunelamento quântico macroscópico e efeitos de superfície. Essas propriedades os tornam amplamente utilizados.
No entanto, os nanomateriais possuem uma grande área superficial específica e alta atividade, o que os torna muito instáveis. São altamente propensos à agregação, o que leva à perda de suas propriedades originais, reduzindo seu valor. A questão da agregação é um problema tecnológico fundamental que limita o desenvolvimento de nanomateriais.
A agregação de pós ultrafinos refere-se ao fenômeno em que partículas primárias de pó se conectam para formar aglomerados maiores de partículas durante a preparação, separação, manuseio ou armazenamento. As razões para a agregação de pós ultrafinos pós são principalmente triplos:
- Interações moleculares entre partículas
- Interações eletrostáticas entre partículas
- Adesão de partículas no ar
Interações moleculares que levam à agregação:
Quando materiais minerais são moídos até um determinado tamanho, a distância entre as partículas torna-se extremamente pequena e as forças de van der Waals entre as partículas tornam-se muito maiores do que suas próprias forças gravitacionais. Assim, partículas ultrafinas tendem a se atrair e agregar umas às outras. As ligações de hidrogênio, as pontes de água adsorvidas e outras químico ligações na superfície de partículas ultrafinas também levam à adesão e aglomeração de partículas.
Interações eletrostáticas que levam à agregação
No processo de ultrafinação, devido a impactos, atrito e redução do tamanho das partículas, uma grande quantidade de carga positiva ou negativa se acumula na superfície das partículas ultrafinas recém-formadas. Essas partículas são altamente instáveis, pois suas saliências superficiais carregam cargas positivas ou negativas. Para atingir um estado estável, essas partículas se atraem, e cantos afiados entram em contato, levando à agregação. A principal força em jogo aqui é a força eletrostática.
Adesão de Partículas no Ar
Quando a umidade relativa do ar excede 65%, o vapor d'água começa a condensar na superfície e entre as partículas. Essa formação de pontes líquidas entre as partículas aumenta significativamente o efeito de agregação. Além disso, durante o processo de moagem, os materiais minerais absorvem muita energia mecânica ou térmica, fazendo com que a energia de superfície das partículas ultrafinas recém-formadas seja muito alta. As partículas estão em um estado instável e, para reduzir a energia de superfície, tendem a se agregar, estabilizando-se.
Métodos de Dispersão em Fase Líquida
Dispersão Mecânica
A dispersão mecânica utiliza forças externas de cisalhamento ou impacto para dispersar nanopartículas em um meio. Os métodos incluem moagem, moagem de esferas, moagem por vibração, moinhos coloidais, moinhos de jato de ar e agitação mecânica. No entanto, quando as partículas deixam o campo turbulento gerado pela agitação mecânica, o ambiente externo retorna ao normal e as partículas podem se agregar novamente. Portanto, o uso de uma combinação de agitação mecânica e dispersantes químicos geralmente produz melhores efeitos de dispersão.
Dispersão Química
A dispersão química é amplamente utilizada na produção industrial para dispersar pó ultrafinoem suspensão. Ao adicionar eletrólitos inorgânicos, surfactantes e dispersantes poliméricos, as propriedades superficiais dos pós são alteradas, alterando sua interação com o meio líquido e entre as partículas para obter dispersão. Os dispersantes incluem surfactantes, eletrólitos inorgânicos de pequeno peso molecular, dispersantes poliméricos e agentes de acoplamento, sendo os dispersantes poliméricos os mais comumente utilizados.
Método Ultrassônico
A dispersão ultrassônica envolve a colocação da suspensão diretamente em um campo ultrassônico e o controle da frequência e do tempo de exposição adequados para dispersar as partículas. O ultrassom é mais eficaz para dispersar nanopartículas. A cavitação ultrassônica gera altas temperaturas locais, alta pressão, fortes ondas de choque e microjatos que enfraquecem as nanointerações entre as partículas, prevenindo efetivamente a agregação e alcançando a dispersão. No entanto, o superaquecimento deve ser evitado, pois o aumento da energia térmica e mecânica pode aumentar as colisões de partículas e levar a uma maior agregação.
Métodos de Dispersão em Fase Gasosa
Dispersão Seca
Em ar úmido, as pontes líquidas entre as partículas de pó são a principal causa de agregação. A secagem de materiais sólidos envolve dois processos básicos: transferência de calor para vaporizar a água e a difusão da água vaporizada para a fase gasosa. Portanto, prevenir a formação de pontes líquidas ou a quebra das existentes é um método fundamental para garantir a dispersão das partículas. A maioria dos processos de produção de pó utiliza aquecimento e secagem como pré-tratamento.
Dispersão Mecânica
A dispersão mecânica envolve o uso de força mecânica para quebrar aglomerados de partículas. A condição necessária é que a força mecânica (tensão de cisalhamento e compressão) exceda a força de adesão entre as partículas. Essa força é tipicamente gerada por discos rotativos de alta velocidade, injeção de fluxo de gás em alta velocidade e forte turbulência. A dispersão mecânica é fácil de implementar, mas é um método de dispersão forçada. Embora as partículas possam ser quebradas no dispersor, as forças entre as partículas permanecem inalteradas. Uma vez que as partículas deixam o dispersor, elas podem aderir novamente. Além disso, a dispersão mecânica pode levar ao esmagamento de partículas quebradiças, e sua eficácia diminui à medida que o equipamento mecânico se desgasta.
Dispersão Eletrostática
Para partículas homogêneas, as forças eletrostáticas criam repulsão devido às cargas idênticas nas superfícies. A força eletrostática pode ser usada para a dispersão de partículas. O desafio é como carregar completamente as partículas. Métodos como carga de contato, carga por indução ou carga corona podem ser usados para carregar partículas. O método mais eficaz é a descarga corona, na qual as partículas passam por uma região ionizada e recebem a mesma carga, permitindo que a repulsão eletrostática as disperse.
Pó épico
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