Serbuk halus 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.
Penggabungan serbuk halus
Aglomerasi serbuk halus bermaksud zarah primer bersambung ke dalam kelompok yang lebih besar. Ini berlaku semasa proses penyediaan, pengasingan, pengendalian dan penyimpanan. Pada masa ini, tiga punca utama aglomerasi serbuk ultrafine diiktiraf. Pertama, daya antara molekul menyebabkan aglomerasi serbuk ultrafine. Kedua, daya elektrostatik antara zarah membawa kepada aglomerasi. Ketiga, zarah terikat bersama apabila terampai di udara.
Daya antara molekul menyebabkan aglomerasi serbuk halus
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.
Daya elektrostatik antara zarah menyebabkan aglomerasi
Semasa pemprosesan ultrahalus, bahan mineral mendapat caj daripada hentaman dan geseran. Zarah ultrahalus yang baru terbentuk mengumpul sejumlah besar cas positif atau negatif. Sesetengah tonjolan permukaan membawa cas positif, yang lain membawa cas negatif. Zarah bercas ini sangat tidak stabil. Untuk menstabilkan, mereka menarik antara satu sama lain dan bersentuhan pada titik tajam. Sambungan ini menyebabkan aglomerasi zarah. Daya elektrostatik adalah daya penggerak utama dalam proses ini.
Ikatan zarah dalam udara
Apabila kelembapan relatif melebihi 65%, wap air terpeluwap pada permukaan zarah. Jambatan cecair terbentuk antara zarah, sangat meningkatkan penggumpalan.
Selain itu, semasa mengisar, bahan mineral menyerap sejumlah besar tenaga mekanikal atau haba. Oleh itu, zarah ultrahalus baharu mempunyai tenaga permukaan yang sangat tinggi. Zarah sangat tidak stabil dalam keadaan ini. Untuk mengurangkan tenaga permukaan, zarah cenderung untuk berkumpul dan bergerak lebih dekat. Ini juga dengan mudah menyebabkan penggumpalan zarah.
Aglomerasi bahan nano dibahagikan kepada aglomerasi lembut dan aglomerasi keras. Penggumpalan lembut disebabkan oleh daya antara molekul dan daya van der Waals. Ia agak mudah untuk menghapuskan penggumpalan lembut. Terdapat lima teori yang menerangkan pembentukan aglomerasi keras. Ia termasuk penjerapan kapilari, ikatan hidrogen, dan teori jambatan kristal. Juga, ikatan kimia dan teori ikatan resapan atom permukaan wujud. Walau bagaimanapun, tiada penjelasan bersatu telah diwujudkan lagi. Pada masa ini, banyak kajian memfokuskan pada teknologi penyebaran untuk mengelakkan penggumpalan serbuk halus.
Penyerakan serbuk halus
Penyerakan serbuk halus terutamanya melibatkan dua jenis keadaan penyebaran.
Satu ialah penyebaran dalam medium gas. Satu lagi ialah penyebaran dalam medium cecair.
Kaedah penyebaran dalam fasa cecair
Kaedah penyebaran mekanikal
Penyerakan mekanikal menggunakan daya ricih atau hentaman luaran untuk memencarkan zarah nano dalam medium. Kaedah termasuk pengisaran, kilang bola, kilang pin, kilang jet udara, dan kacau mekanikal.
Isu utama dengan pengacauan mekanikal ialah zarah mungkin terkumpul semula apabila meninggalkan pergolakan. Sebaik sahaja zarah keluar dari medan bergelora, persekitaran luaran mungkin menyebabkannya mengubah gugusan. Oleh itu, menggunakan kacau mekanikal dengan penyebar kimia selalunya menghasilkan hasil serakan yang lebih baik.
Kaedah penyebaran kimia
Penyerakan kimia ialah kaedah yang digunakan secara meluas untuk menyebarkan ampaian serbuk ultrafine dalam pengeluaran perindustrian. Dengan menambahkan elektrolit tak organik, surfaktan, dan penyebar polimer, permukaan serbuk diubah suai.
Ini mengubah interaksi antara serbuk dan medium cecair, mencapai penyebaran.
Penyebar termasuk surfaktan, elektrolit tak organik molekul kecil, penyebar polimer dan agen gandingan. Antaranya, penyebar polimer adalah yang paling biasa digunakan, dengan polielektrolit menjadi yang paling penting.
Kaedah ultrasonik
Kawalan ultrasonik meletakkan penggantungan industri dalam medan ultrasonik. Dengan melaraskan kekerapan dan tempoh, zarah tersebar sepenuhnya. Ultrasound lebih berkesan dalam menyebarkan nanopartikel. Penyerakan ultrasonik menggunakan peronggaan untuk menjana suhu tinggi, tekanan, gelombang kejutan dan mikrojet. Ini melemahkan daya interaksi antara zarah nano, menghalang penggumpalan dan memastikan penyebaran. Walau bagaimanapun, kacau ultrasonik yang berlebihan harus dielakkan. Dengan peningkatan haba dan tenaga mekanikal, perlanggaran zarah meningkat, menyebabkan aglomerasi selanjutnya.
Kaedah penyebaran dalam fasa gas
Pengeringan dan penyebaran
Dalam udara lembap, jambatan cecair antara zarah serbuk adalah punca utama aglomerasi. Pengeringan bahan pepejal melibatkan dua proses asas. Pertama, haba digunakan pada bahan untuk menguap lembapan. Kedua, air yang terwap meresap ke dalam fasa gas. Oleh itu, mencegah pembentukan jambatan cecair atau memecahkan jambatan sedia ada adalah kunci untuk memastikan penyebaran. Kebanyakan proses pengeluaran serbuk menggunakan pemanasan dan pengeringan sebagai langkah prarawatan.
Penyerakan mekanikal
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.
Penyerakan mekanikal agak mudah dicapai. Walau bagaimanapun, ia adalah kaedah penyebaran paksa. Walaupun zarah terkumpul boleh dipecahkan dalam penyerakan, interaksi mereka kekal tidak berubah. Selepas meninggalkan penyerakan, zarah mungkin terkumpul semula. Selain itu, penyebaran mekanikal boleh menghancurkan zarah rapuh. Apabila peralatan mekanikal haus, kecekapan penyebaran berkurangan.
Penyerakan Elektrostatik
Untuk zarah homogen, persamaan cas permukaan menyebabkan penolakan elektrostatik. Oleh itu, daya elektrostatik boleh digunakan untuk penyebaran zarah. Isu utama ialah cara mengecas sepenuhnya kumpulan zarah. Kaedah seperti pengecasan sentuhan dan pengecasan aruhan boleh mengecas zarah. Kaedah yang paling berkesan ialah pengecasan korona. Kaedah ini menggunakan pelepasan korona untuk membentuk tirai ion, mengecas zarah. Zarah menerima caj kekutuban yang sama. Tolakan elektrostatik antara zarah bercas menyebarkannya.
Kesimpulan
Terdapat banyak kaedah lain untuk pengubahsuaian serbuk ultrafine, sangat berbeza daripada kaedah arus perdana. Walau bagaimanapun, tanpa mengira kaedah, kajian lanjut mengenai prinsip pengubahsuaian diperlukan. Matlamatnya adalah untuk mencari kaedah baru yang sesuai untuk pelbagai keperluan pengubahsuaian dan pengeluaran praktikal.
Ini memerlukan pengoptimuman proses pengubahsuaian berdasarkan pemahaman mendalam tentang mekanisme pengubahsuaian. Kita perlu membangunkan proses rawatan "komposit" yang boleh mencapai pelbagai matlamat pengubahsuaian. Selain itu, pengubahsuaian kepada peralatan kimia am yang sedia ada diperlukan untuk menyesuaikan diri dengan pengubahsuaian permukaan. Kesimpulannya, ini memerlukan kerjasama dan kemajuan berterusan di seluruh industri serbuk, akademik dan penyelidikan.
serbuk epik
Bedak Epik, 20+ tahun pengalaman kerja dalam industri serbuk ultrahalus. Secara aktif menggalakkan pembangunan serbuk ultra-halus masa hadapan, memfokuskan pada proses penghancuran, pengisaran, pengelasan dan pengubahsuaian serbuk ultra-halus. Hubungi kami untuk perundingan percuma dan penyelesaian tersuai! Pasukan pakar kami berdedikasi untuk menyediakan produk dan perkhidmatan berkualiti tinggi untuk memaksimumkan nilai pemprosesan serbuk anda. Serbuk Epik—Pakar Pemprosesan Serbuk Dipercayai Anda!