ปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญของผงละเอียดพิเศษ: การกระจายตัวและการรวมตัวเป็นก้อน

ผงละเอียดพิเศษ refers to materials with micron to nanometer particle sizes. In mineral processing, ultrafine powder means 100% particle size less than 30μm. Nanomaterials show unique properties like size effect and macroscopic quantum tunneling. These properties make nanomaterials widely used across many fields. However, nanomaterials have large specific surface areas and high activity. They are very unstable and easily agglomerate, losing their original properties. Agglomeration reduces material value and limits performance. It also increases difficulty in preparation and storage of nanomaterials. Therefore, agglomeration is a key technical challenge in nanomaterials development.

การรวมตัวของผงละเอียดพิเศษ

การรวมตัวของผงละเอียดพิเศษหมายถึงอนุภาคหลักที่เชื่อมต่อกันเป็นกลุ่มที่ใหญ่กว่า ซึ่งเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการเตรียม การแยก การจัดการ และการจัดเก็บ ปัจจุบัน มีการระบุสาเหตุหลักสามประการของการรวมตัวของผงละเอียดพิเศษ ประการแรก แรงระหว่างโมเลกุลทำให้ผงละเอียดพิเศษรวมตัว ประการที่สอง แรงไฟฟ้าสถิตระหว่างอนุภาคทำให้เกิดการรวมตัว ประการที่สาม อนุภาคจะจับกันเมื่อแขวนลอยอยู่ในอากาศ

แรงระหว่างโมเลกุลทำให้ผงละเอียดมากเกาะตัวกัน

When mineral materials are ultrafine, particle distances become extremely short. Van der Waals forces then far exceed the particle’s own gravity. Thus, ultrafine particles tend to attract and agglomerate. Hydrogen bonds and adsorbed moisture bridges on particle surfaces also cause adhesion. Other chemical bonding effects further promote particle aggregation.

แรงไฟฟ้าสถิตระหว่างอนุภาคทำให้เกิดการรวมตัวกัน

ในระหว่างการประมวลผลแบบละเอียดพิเศษ วัสดุแร่จะได้รับประจุจากแรงกระแทกและแรงเสียดทาน อนุภาคละเอียดพิเศษที่เพิ่งก่อตัวขึ้นจะสะสมประจุบวกหรือลบจำนวนมาก ส่วนที่ยื่นออกมาบนพื้นผิวบางส่วนมีประจุบวก ในขณะที่ส่วนอื่นๆ มีประจุลบ อนุภาคที่มีประจุเหล่านี้ไม่เสถียรอย่างยิ่ง เพื่อให้เสถียร อนุภาคจะดึงดูดกันและสัมผัสกันที่จุดแหลมคม การเชื่อมต่อนี้ทำให้อนุภาครวมตัวกัน แรงไฟฟ้าสถิตเป็นแรงขับเคลื่อนหลักในกระบวนการนี้

พันธะอนุภาคในอากาศ

เมื่อความชื้นสัมพัทธ์เกิน 65% ไอน้ำจะควบแน่นบนพื้นผิวของอนุภาค สะพานของเหลวจะก่อตัวระหว่างอนุภาค ทำให้การรวมตัวเป็นก้อนดีขึ้นอย่างมาก
นอกจากนี้ ในระหว่างการบด วัสดุแร่จะดูดซับพลังงานกลหรือพลังงานความร้อนจำนวนมาก ดังนั้น อนุภาคขนาดเล็กพิเศษใหม่จะมีพลังงานพื้นผิวสูงมาก อนุภาคจะไม่เสถียรอย่างมากในสถานะนี้ เพื่อลดพลังงานพื้นผิว อนุภาคจึงมีแนวโน้มที่จะรวมตัวกันและเคลื่อนเข้ามาใกล้กัน ซึ่งยังทำให้อนุภาคเกาะกลุ่มกันได้ง่ายอีกด้วย

การรวมตัวของนาโนวัสดุแบ่งออกเป็นการรวมตัวแบบอ่อนและการรวมตัวแบบแข็ง การรวมตัวแบบอ่อนเกิดจากแรงระหว่างโมเลกุลและแรงแวนเดอร์วาลส์ การกำจัดการรวมตัวแบบอ่อนทำได้ค่อนข้างง่าย มีทฤษฎี 5 ประการที่อธิบายการก่อตัวของการรวมตัวแบบแข็ง ได้แก่ ทฤษฎีการดูดซับแบบเส้นเลือดฝอย พันธะไฮโดรเจน และทฤษฎีสะพานคริสตัล นอกจากนี้ยังมีทฤษฎีพันธะเคมีและทฤษฎีการแพร่ของอะตอมบนพื้นผิว อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีคำอธิบายที่ชัดเจน ปัจจุบัน การศึกษาจำนวนมากมุ่งเน้นไปที่เทคโนโลยีการกระจายเพื่อป้องกันการรวมตัวของผงละเอียดพิเศษ

การกระจายตัวของผงละเอียดพิเศษ

การกระจายผงละเอียดพิเศษส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับสถานะการกระจายสองประเภท
อย่างหนึ่งคือการกระจายตัวในสื่อที่เป็นก๊าซ อีกอย่างหนึ่งคือการกระจายตัวในสื่อที่เป็นของเหลว

วิธีการกระจายตัวในเฟสของเหลว

วิธีการกระจายเชิงกล

การกระจายเชิงกลใช้แรงเฉือนหรือแรงกระแทกภายนอกเพื่อกระจายอนุภาคขนาดนาโนในตัวกลาง วิธีการต่างๆ ได้แก่ การบด โรงงานลูกบอล, โรงสีพิน, เครื่องโม่พ่นลมและการกวนทางกล
ปัญหาหลักในการกวนด้วยเครื่องจักรคืออนุภาคอาจรวมตัวกันอีกครั้งเมื่อออกจากบริเวณที่ปั่นป่วน เมื่ออนุภาคออกจากบริเวณที่ปั่นป่วน สภาพแวดล้อมภายนอกอาจทำให้อนุภาครวมตัวกันเป็นกลุ่มใหม่ ดังนั้น การใช้เครื่องจักรกวนร่วมกับสารเคมีช่วยกระจายมักจะให้ผลการกระจายตัวที่ดีกว่า

วิธีการกระจายสารเคมี

การกระจายทางเคมีเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการกระจายสารแขวนลอยของผงละเอียดมากในการผลิตทางอุตสาหกรรม โดยการเติมอิเล็กโทรไลต์อนินทรีย์ สารลดแรงตึงผิว และสารกระจายพอลิเมอร์ พื้นผิวของผงจะถูกปรับเปลี่ยน
การกระทำดังกล่าวจะเปลี่ยนปฏิสัมพันธ์ระหว่างผงและของเหลว ทำให้เกิดการกระจายตัว
สารกระจายตัว ได้แก่ สารลดแรงตึงผิว อิเล็กโทรไลต์อนินทรีย์โมเลกุลเล็ก สารกระจายตัวโพลีเมอร์ และตัวแทนจับคู่ โดยสารกระจายตัวโพลีเมอร์เป็นสารที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด โดยโพลีอิเล็กโทรไลต์เป็นสารที่สำคัญที่สุด

วิธีอัลตราโซนิค

การควบคุมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงจะทำให้สารแขวนลอยในอุตสาหกรรมกระจายตัวอยู่ในสนามคลื่นเสียงความถี่สูง โดยการปรับความถี่และระยะเวลา อนุภาคจะกระจายตัวได้เต็มที่ คลื่นเสียงความถี่สูงมีประสิทธิภาพมากกว่าในการกระจายตัวของอนุภาคในระดับนาโน คลื่นเสียงความถี่สูงใช้การเกิดโพรงอากาศเพื่อสร้างอุณหภูมิ ความดัน คลื่นกระแทก และไมโครเจ็ตสูง ซึ่งจะลดแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคในระดับนาโน ป้องกันการเกาะกลุ่มและช่วยให้เกิดการกระจายตัว อย่างไรก็ตาม ควรหลีกเลี่ยงการกวนด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงมากเกินไป เมื่อความร้อนและพลังงานกลเพิ่มขึ้น การชนกันของอนุภาคจะเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดการเกาะกลุ่มกันมากขึ้น

วิธีการกระจายตัวในเฟสก๊าซ

การอบแห้งและการกระจายตัว

ในอากาศชื้น สะพานของเหลวระหว่างอนุภาคผงเป็นสาเหตุหลักของการเกาะตัวกัน การทำให้วัสดุแข็งแห้งเกี่ยวข้องกับกระบวนการพื้นฐานสองประการ ประการแรก ความร้อนจะถูกใช้กับวัสดุเพื่อทำให้ความชื้นระเหย ประการที่สอง น้ำที่ระเหยแล้วจะแพร่กระจายไปในสถานะก๊าซ ดังนั้น การป้องกันการเกิดสะพานของเหลวหรือการทำลายสะพานที่มีอยู่จึงเป็นกุญแจสำคัญในการรับรองการกระจายตัว กระบวนการผลิตผงส่วนใหญ่ใช้การให้ความร้อนและการอบแห้งเป็นขั้นตอนการเตรียมการเบื้องต้น

การกระจายเชิงกล

Mechanical dispersion refers to using mechanical force to break apart agglomerated particles. The necessary condition is that the mechanical force (shear and compressive stress) must exceed the adhesion force. Typically, mechanical force is generated by high-speed rotating impeller disks or high-speed air jet impact . This results in strong turbulent airflow motion. Such as air jet mill and pin mill etc.

การกระจายทางกลนั้นทำได้ค่อนข้างง่าย อย่างไรก็ตาม เป็นวิธีการกระจายแบบบังคับ แม้ว่าอนุภาคที่รวมตัวกันสามารถแยกออกจากกันในเครื่องกระจายได้ แต่ปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคเหล่านั้นยังคงไม่เปลี่ยนแปลง หลังจากออกจากเครื่องกระจายแล้ว อนุภาคอาจรวมตัวกันใหม่ นอกจากนี้ การกระจายทางกลอาจทำให้อนุภาคที่เปราะบางถูกบดขยี้ เมื่ออุปกรณ์ทางกลสึกหรอ ประสิทธิภาพการกระจายจะลดลง

การกระจายไฟฟ้าสถิต

สำหรับอนุภาคที่เป็นเนื้อเดียวกัน ความคล้ายคลึงของประจุบนพื้นผิวทำให้เกิดแรงผลักไฟฟ้าสถิต ดังนั้น แรงไฟฟ้าสถิตจึงสามารถใช้เพื่อการกระจายตัวของอนุภาคได้ ประเด็นสำคัญคือจะชาร์จกลุ่มอนุภาคให้เต็มได้อย่างไร วิธีการต่างๆ เช่น การชาร์จแบบสัมผัสและการชาร์จแบบเหนี่ยวนำสามารถชาร์จอนุภาคได้ วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดคือการชาร์จแบบโคโรนา วิธีนี้ใช้การคายประจุแบบโคโรนาเพื่อสร้างม่านไอออนที่ชาร์จอนุภาค อนุภาคจะได้รับประจุที่มีขั้วเดียวกัน แรงผลักไฟฟ้าสถิตระหว่างอนุภาคที่มีประจุจะทำให้อนุภาคกระจายตัว

บทสรุป

มีวิธีการดัดแปลงผงละเอียดพิเศษอื่นๆ อีกมากมาย ซึ่งแตกต่างอย่างมากจากวิธีการทั่วไป อย่างไรก็ตาม ไม่ว่าจะใช้วิธีใดก็ตาม จำเป็นต้องมีการศึกษาวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับหลักการดัดแปลง เป้าหมายคือการค้นหาวิธีการใหม่ๆ ที่เหมาะสมสำหรับความต้องการดัดแปลงที่หลากหลายและการผลิตจริง
สิ่งนี้ต้องการการปรับปรุงกระบวนการปรับเปลี่ยนตามความเข้าใจเชิงลึกเกี่ยวกับกลไกการปรับเปลี่ยน เราจำเป็นต้องพัฒนากระบวนการบำบัดแบบ "ผสม" ที่สามารถบรรลุเป้าหมายการปรับเปลี่ยนหลายประการ นอกจากนี้ จำเป็นต้องปรับเปลี่ยนอุปกรณ์เคมีทั่วไปที่มีอยู่เพื่อให้ปรับให้เข้ากับการปรับเปลี่ยนพื้นผิว สรุปได้ว่าสิ่งนี้ต้องการความร่วมมือและความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในอุตสาหกรรมผง สถาบันการศึกษา และการวิจัยทั้งหมด

ผงวิเศษ

ผงมหากาพย์ประสบการณ์การทำงานในอุตสาหกรรมผงละเอียดมากว่า 20 ปี ส่งเสริมการพัฒนาผงละเอียดมากในอนาคตอย่างแข็งขัน โดยเน้นที่กระบวนการบด การบด การจำแนก และการปรับเปลี่ยนผงละเอียดมาก ติดต่อเราเพื่อขอคำปรึกษาฟรีและโซลูชันที่ปรับแต่งได้! ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราทุ่มเทเพื่อจัดหาผลิตภัณฑ์และบริการคุณภาพสูงเพื่อเพิ่มมูลค่าให้กับการแปรรูปผงของคุณ Epic Powder—ผู้เชี่ยวชาญด้านการแปรรูปผงที่คุณวางใจได้!