Bột siêu mịns đề cập đến các vật liệu có kích thước hạt từ micron đến nanomet. Theo sự đồng thuận trong khoáng sản công nghiệp chế biến, bột siêu mịnđược định nghĩa là bột có 100% kích thước hạt Vật liệu nano có những đặc tính độc đáo mà vật liệu truyền thống không có, chẳng hạn như hiệu ứng kích thước, hiệu ứng đường hầm lượng tử vĩ mô và hiệu ứng bề mặt. Những đặc tính này khiến chúng được sử dụng rộng rãi.
Tuy nhiên, vật liệu nano có diện tích bề mặt riêng lớn và hoạt tính cao, khiến chúng rất không ổn định. Chúng rất dễ bị kết tụ, dẫn đến mất đi các đặc tính ban đầu, làm giảm giá trị của chúng. Vấn đề kết tụ là một vấn đề công nghệ then chốt hạn chế sự phát triển của vật liệu nano.
Sự kết tụ của bột siêu mịn là hiện tượng các hạt bột sơ cấp kết nối với nhau để tạo thành các cụm hạt lớn hơn trong quá trình chuẩn bị, tách, xử lý hoặc lưu trữ. Nguyên nhân gây ra sự kết tụ của bột siêu mịn bộtchủ yếu có ba phần:
- Tương tác phân tử giữa các hạt
- Tương tác tĩnh điện giữa các hạt
- Sự bám dính của các hạt trong không khí
Tương tác phân tử dẫn đến sự kết tụ:
Khi vật liệu khoáng được nghiền đến một kích thước nhất định, khoảng cách giữa các hạt trở nên cực kỳ nhỏ, và lực Van der Waals giữa các hạt trở nên lớn hơn nhiều so với lực hấp dẫn của chính chúng. Do đó, các hạt siêu mịn có xu hướng thu hút và kết tụ với nhau. Các liên kết hydro, cầu nước hấp phụ, và các đặc tính khác hóa chất các liên kết trên bề mặt của các hạt siêu mịn cũng dẫn đến sự kết dính và kết tụ của các hạt.
Tương tác tĩnh điện dẫn đến sự kết tụ
Trong quá trình siêu mịn, do va chạm, ma sát và kích thước hạt giảm, một lượng lớn điện tích dương hoặc âm tích tụ trên bề mặt của các hạt siêu mịn mới hình thành. Những hạt này rất không ổn định vì các phần nhô ra trên bề mặt của chúng mang điện tích dương hoặc âm. Để đạt đến trạng thái ổn định, các hạt này hút nhau, và các góc nhọn tiếp xúc với nhau, dẫn đến sự kết tụ. Lực chính tác động ở đây là lực tĩnh điện.
Sự bám dính của các hạt trong không khí
Khi độ ẩm tương đối của không khí vượt quá 65%, hơi nước bắt đầu ngưng tụ trên bề mặt và giữa các hạt. Sự hình thành cầu nối lỏng giữa các hạt này làm tăng đáng kể hiệu ứng kết tụ. Hơn nữa, trong quá trình nghiền, vật liệu khoáng hấp thụ rất nhiều năng lượng cơ học hoặc nhiệt, khiến năng lượng bề mặt của các hạt siêu mịn mới hình thành rất cao. Các hạt ở trạng thái không ổn định, và để giảm năng lượng bề mặt, chúng có xu hướng kết tụ, do đó ổn định.
Phương pháp phân tán trong pha lỏng
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, nghiền bi, nghiền rung, nghiền keo, nghiền tia khí và khuấy cơ học. Tuy nhiên, khi các hạt rời khỏi trường nhiễu loạn do khuấy cơ học tạo ra, môi trường bên ngoài trở lại bình thường và các hạt có thể kết tụ lại. Do đó, việc kết hợp khuấy cơ học và chất phân tán hóa học thường mang lại hiệu quả phân tán tốt hơn.
Phân tán hóa học
Phân tán hóa học được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp để phân tán bột siêu mịns trong huyền phù. Bằng cách thêm chất điện phân vô cơ, chất hoạt động bề mặt và chất phân tán polyme, các đặc tính bề mặt của bột được thay đổi, làm thay đổi tương tác của chúng với môi trường lỏng và giữa các hạt để 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 liên kết, trong đó chất phân tán polyme là loại được sử dụng phổ biến nhất.
Phương pháp siêu âm
Phân tán siêu âm bao gồm việc đặt hỗn dịch trực tiếp vào trường siêu âm và kiểm soát tần số và thời gian tiếp xúc phù hợp để phân tán các hạt. Siêu âm hiệu quả hơn trong việc phân tán các hạt nano. Hiện tượng tạo bọt siêu âm tạo ra nhiệt độ cao, áp suất cao, sóng xung kích mạnh và các tia vi mô tại chỗ làm suy yếu tương tác nano giữa các hạt, ngăn ngừa hiệu quả sự kết tụ và đạt được sự phân tán. Tuy nhiên, cần tránh quá nhiệt, vì năng lượng nhiệt và cơ học tăng có thể làm tăng va chạm giữa các hạt và dẫn đến sự kết tụ sâu hơn.
Phương pháp phân tán trong pha khí
Phân tán khô
Trong không khí ẩm, cầu nối lỏng giữa các hạt bột là nguyên nhân chính gây ra sự kết tụ. Quá trình sấy vật liệu rắn bao gồm hai quá trình cơ bản: truyền nhiệt để làm bay hơi nước và khuếch tán nước đã bay hơi vào pha khí. Do đó, việc ngăn ngừa sự hình thành hoặc phá vỡ các cầu nối lỏng hiện có là một phương pháp quan trọng để đảm bảo sự phân tán của các hạt. Hầu hết các quy trình sản xuất bột đều sử dụng quá trình gia nhiệt và sấy khô làm tiền xử lý.
Phân tán cơ học
Phân tán cơ học liên quan đến việc sử dụng lực cơ học để phá vỡ các cụm hạt. Điều kiện cần thiết là lực cơ học (ứng suất cắt và ứng suất nén) phải lớn hơn lực dính giữa các hạt. Lực này thường được tạo ra bởi các đĩa quay tốc độ cao, dòng khí phun tốc độ cao và nhiễu loạn mạnh. Phân tán cơ học dễ thực hiện, nhưng đây là phương pháp phân tán cưỡng bức. Mặc dù các hạt có thể bị phá vỡ trong bộ phân tán, nhưng lực giữa các hạt vẫn không đổi. Sau khi các hạt rời khỏi bộ phân tán, chúng có thể dính lại. Hơn nữa, phân tán cơ học có thể dẫn đến việc nghiền nát các hạt giòn, và hiệu quả của nó giảm dần khi thiết bị cơ học bị mòn.
Phân tán tĩnh điện
Đối với các hạt đồng nhất, lực tĩnh điện tạo ra lực đẩy do các điện tích giống hệt nhau trên bề mặt. Lực tĩnh điện có thể được sử dụng để phân tán hạt. Thách thức là làm thế nào để tích điện đầy đủ cho các hạt. Các phương pháp như tích điện tiếp xúc, tích điện cảm ứng hoặc tích điện corona có thể được sử dụng để tích điện cho các hạt. Phương pháp hiệu quả nhất là phóng điện corona, trong đó các hạt đi qua vùng ion hóa và nhận cùng một điện tích, cho phép lực đẩy tĩnh điện phân tán các hạt.
Bột Epic
Epic Powder, 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!