Bột siêu mịn đề cập đến các vật liệu có kích thước hạt từ micron đến nanomet. Trong khoáng sản chế biến, bột siêu mịn có nghĩa là 100% kích thước hạt nhỏ hơn 30μm. Vật liệu nano cho thấy các đặc tính độc đáo như hiệu ứng kích thước và hiệu ứng đường hầm lượng tử vĩ mô. Các đặc tính này khiến vật liệu nano được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Tuy nhiên, vật liệu nano có diện tích bề mặt riêng lớn và hoạt động cao. Chúng rất không ổn định và dễ kết tụ, mất đi các đặc tính ban đầu của chúng. Sự kết tụ làm giảm giá trị vật liệu và hạn chế hiệu suất. Nó cũng làm tăng khó khăn trong việc chuẩn bị và lưu trữ vật liệu nano. Do đó, sự kết tụ là một thách thức kỹ thuật quan trọng trong quá trình phát triển vật liệu nano.
Sự kết tụ của bột siêu mịn
Sự kết tụ của bột siêu mịn có nghĩa là các hạt sơ cấp kết nối thành các cụm lớn hơn. Điều này xảy ra trong quá trình chuẩn bị, tách, xử lý và lưu trữ. Hiện nay, ba nguyên nhân chính gây ra sự kết tụ bột siêu mịn đã được xác định. Thứ nhất, các lực liên phân tử gây ra sự kết tụ bột siêu mịn. Thứ hai, các lực tĩnh điện giữa các hạt dẫn đến sự kết tụ. Thứ ba, các hạt liên kết với nhau khi lơ lửng trong không khí.
Lực liên phân tử gây ra sự kết tụ bột siêu mịn
Khi vật liệu khoáng chất cực mịn, khoảng cách giữa các hạt trở nên cực kỳ ngắn. Lực Van der Waals sau đó vượt xa trọng lực của chính hạt. Do đó, các hạt cực mịn có xu hướng thu hút và kết tụ. Liên kết hydro và cầu ẩm hấp phụ trên bề mặt hạt cũng gây ra sự kết dính. Khác hóa chất hiệu ứng liên kết thúc đẩy sự kết tụ của các hạt.
Lực tĩnh điện giữa các hạt gây ra sự kết tụ
Trong quá trình xử lý siêu mịn, vật liệu khoáng sản tích tụ điện tích từ va chạm và ma sát. Các hạt siêu mịn mới hình thành tích tụ một lượng lớn điện tích dương hoặc âm. Một số phần nhô ra trên bề mặt mang điện tích dương, một số khác mang điện tích âm. Các hạt tích điện này rất không ổn định. Để ổn định, chúng hút nhau và tiếp xúc tại các điểm sắc nhọn. Kết nối này gây ra sự kết tụ các hạt. Lực tĩnh điện là động lực chính trong quá trình này.
Liên kết hạt trong không khí
Khi độ ẩm tương đối vượt quá 65%, hơi nước ngưng tụ trên bề mặt hạt. Các cầu lỏng hình thành giữa các hạt, tăng cường đáng kể sự kết tụ.
Ngoài ra, trong quá trình nghiền, vật liệu khoáng hấp thụ một lượng lớn năng lượng cơ học hoặc nhiệt. Do đó, các hạt siêu mịn mới có năng lượng bề mặt rất cao. Các hạt rất không ổn định ở trạng thái này. Để giảm năng lượng bề mặt, các hạt có xu hướng tập hợp lại và di chuyển gần nhau hơn. Điều này cũng dễ gây ra sự kết tụ hạt.
Sự kết tụ vật liệu nano được chia thành sự kết tụ mềm và sự kết tụ cứng. Sự kết tụ mềm là do lực liên phân tử và lực van der Waals gây ra. Tương đối dễ để loại bỏ sự kết tụ mềm. Có năm lý thuyết giải thích sự hình thành sự kết tụ cứng. Chúng bao gồm các lý thuyết hấp phụ mao quản, liên kết hydro và cầu tinh thể. Ngoài ra, còn có các lý thuyết về liên kết hóa học và liên kết khuếch tán nguyên tử bề mặt. Tuy nhiên, vẫn chưa có lời giải thích thống nhất nào được đưa ra. Hiện nay, nhiều nghiên cứu tập trung vào các công nghệ phân tán để ngăn ngừa sự kết tụ bột siêu mịn.
Phân tán bột siêu mịn
Sự phân tán của bột siêu mịn chủ yếu liên quan đến hai loại trạng thái phân tán.
Một là phân tán trong môi trường khí. Hai là phân tán trong môi trường lỏng.
Phương pháp phân tán trong pha lỏng
Phương pháp phân tán cơ học
Phân tán cơ học sử dụng lực cắt hoặc lực tác động bên ngoài để phân tán các hạt nano trong môi trường. Các phương pháp bao gồm nghiền, máy nghiền bi, nhà máy ghim, máy nghiền khí nénvà khuấy cơ học.
Vấn đề chính với khuấy cơ học là các hạt có thể kết tụ lại khi rời khỏi vùng nhiễu động. Khi các hạt thoát khỏi vùng nhiễu động, môi trường bên ngoài có thể khiến chúng tái tạo thành các cụm. Do đó, sử dụng khuấy cơ học với chất phân tán hóa học thường mang lại kết quả phân tán tốt hơn.
Phương pháp phân tán hóa học
Phân tán hóa học là phương pháp được sử dụng rộng rãi để phân tán các hỗn dịch bột siêu mịn trong sản xuất công nghiệp. Bằng cách thêm chất điện phân vô cơ, chất hoạt động bề mặt và chất phân tán polyme, bề mặt bột được biến đổi.
Điều này làm thay đổi sự tương tác giữa bột và môi trường lỏng, đạt được sự phân tán.
Chất phân tán bao gồm chất hoạt động bề mặt, chất điện phân vô cơ phân tử nhỏ, chất phân tán polyme và chất kết dính. Trong số đó, chất phân tán polyme được sử dụng phổ biến nhất, với polyelectrolytes là quan trọng nhất.
Phương pháp siêu âm
Kiểm soát siêu âm đặt hệ thống treo công nghiệp vào trường siêu âm. Bằng cách điều chỉnh tần số và thời gian, các hạt được phân tán hoàn toàn. Siêu âm có hiệu quả hơn trong việc phân tán các hạt nano. Phân tán siêu âm sử dụng hiện tượng tạo lỗ rỗng để tạo ra nhiệt độ, áp suất, sóng xung kích và tia siêu nhỏ. Những hiện tượng này làm suy yếu lực tương tác giữa các hạt nano, ngăn ngừa sự kết tụ và đảm bảo sự phân tán. Tuy nhiên, cần tránh khuấy siêu âm quá mức. Khi nhiệt độ và năng lượng cơ học tăng lên, các va chạm của hạt sẽ tăng lên, gây ra sự kết tụ nhiều hơn nữa.
Phương pháp phân tán trong pha khí
Sấy khô và phân tán
Trong không khí ẩm, cầu lỏng giữa các hạt bột là nguyên nhân chính gây ra sự kết tụ. Làm khô vật liệu rắn bao gồm hai quy trình cơ bản. Đầu tiên, nhiệt được áp dụng cho vật liệu để làm bay hơi độ ẩm. Thứ hai, nước bốc hơi khuếch tán vào pha khí. Do đó, ngăn ngừa sự hình thành cầu lỏng hoặc phá vỡ các cầu hiện có là chìa khóa để đảm bảo sự phân tán. Hầu hết các quy trình sản xuất bột đều sử dụng quá trình gia nhiệt và sấy khô làm bước xử lý trước.
Phân tán cơ học
Phân tán cơ học là sử dụng lực cơ học để phá vỡ các hạt kết tụ. Điều kiện cần thiết là lực cơ học (ứng suất cắt và nén) phải vượt quá lực bám dính. Thông thường, lực cơ học được tạo ra bởi các đĩa cánh quạt quay tốc độ cao hoặc tác động của luồng khí tốc độ cao. Điều này dẫn đến chuyển động luồng khí hỗn loạn mạnh. Chẳng hạn như máy nghiền khí nén Và nhà máy ghim vân vân.
Phân tán cơ học tương đối dễ thực hiện. Tuy nhiên, đây là phương pháp phân tán cưỡng bức. Trong khi các hạt kết tụ có thể bị phá vỡ trong bộ phân tán, tương tác của chúng vẫn không thay đổi. Sau khi rời khỏi bộ phân tán, các hạt có thể kết tụ lại. Ngoài ra, phân tán cơ học có thể nghiền nát các hạt giòn. Khi thiết bị cơ học bị mòn, hiệu quả phân tán giảm.
Phân tán tĩnh điện
Đối với các hạt đồng nhất, sự giống nhau về điện tích bề mặt gây ra lực đẩy tĩnh điện. Do đó, lực tĩnh điện có thể được sử dụng để phân tán hạt. Vấn đề chính là làm thế nào để sạc đầy nhóm hạt. Các phương pháp như sạc tiếp xúc và sạc cảm ứng có thể sạc các hạt. Phương pháp hiệu quả nhất là sạc corona. Phương pháp này sử dụng phóng điện corona để tạo thành một bức màn ion, sạc các hạt. Các hạt nhận được cùng một điện tích phân cực. Lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt tích điện phân tán chúng.
Phần kết luận
Có nhiều phương pháp khác để biến đổi bột siêu mịn, khác biệt rất nhiều so với các phương pháp chính thống. Tuy nhiên, bất kể phương pháp nào, cần phải nghiên cứu thêm về các nguyên tắc biến đổi. Mục tiêu là tìm ra các phương pháp mới phù hợp với các nhu cầu biến đổi khác nhau và sản xuất thực tế.
Điều này đòi hỏi phải tối ưu hóa các quy trình biến đổi dựa trên sự hiểu biết sâu sắc về các cơ chế biến đổi. Chúng ta cần phát triển các quy trình xử lý “tổng hợp” có thể đạt được nhiều mục tiêu biến đổi. Hơn nữa, cần phải sửa đổi các thiết bị hóa học chung hiện có để thích ứng với việc biến đổi bề mặt. Tóm lại, điều này đòi hỏi sự hợp tác và tiến bộ liên tục trên toàn bộ ngành công nghiệp bột, học viện và nghiên cứu.
bột sử thi
Bột Epic, Hơn 20 năm kinh nghiệm làm việc trong ngành bột siêu mịn. Tích cực thúc đẩy sự phát triển trong tương lai của bột siêu mịn, tập trung vào quá trình nghiền, xay, phân loại và sửa đổi bột siêu mịn. Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn miễn phí và các giải pháp tùy chỉnh! Đội ngũ chuyên gia của chúng tôi tận tâm cung cấp các sản phẩm và dịch vụ chất lượng cao để tối đa hóa giá trị chế biến bột của bạn. Epic Powder—Chuyên gia chế biến bột đáng tin cậy của bạn!