Superfijne poeders 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.
Agglomeratie van superfijne poeders
Agglomeratie van superfijne poeders houdt in dat primaire deeltjes zich verbinden tot grotere clusters. Dit gebeurt tijdens de bereiding, scheiding, verwerking en opslag. Momenteel worden drie hoofdoorzaken van agglomeratie van ultrafijn poeder herkend. Ten eerste veroorzaken intermoleculaire krachten agglomeratie van ultrafijn poeder. Ten tweede leiden elektrostatische krachten tussen deeltjes tot agglomeratie. Ten derde binden deeltjes zich aan elkaar wanneer ze in de lucht zweven.
Intermoleculaire krachten veroorzaken agglomeratie van superfijne poeders
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.
Elektrostatische krachten tussen deeltjes veroorzaken agglomeratie
Tijdens ultrafijne verwerking krijgen minerale materialen ladingen door impact en wrijving. Nieuw gevormde ultrafijne deeltjes accumuleren grote hoeveelheden positieve of negatieve ladingen. Sommige uitsteeksels aan het oppervlak dragen positieve ladingen, andere negatieve. Deze geladen deeltjes zijn zeer instabiel. Om te stabiliseren, trekken ze elkaar aan en raken elkaar op scherpe punten. Deze verbinding veroorzaakt deeltjesagglomeratie. Elektrostatische kracht is de belangrijkste drijvende kracht in dit proces.
Deeltjesbinding in de lucht
Wanneer de relatieve vochtigheid hoger is dan 65%, condenseert waterdamp op het oppervlak van de deeltjes. Er vormen zich vloeistofbruggen tussen de deeltjes, waardoor de agglomeratie aanzienlijk wordt bevorderd.
Bovendien absorberen minerale materialen tijdens het malen grote hoeveelheden mechanische of thermische energie. Nieuwe ultrafijne deeltjes hebben daardoor een zeer hoge oppervlakte-energie. In deze toestand zijn deeltjes zeer instabiel. Om de oppervlakte-energie te verlagen, hebben deeltjes de neiging te aggregeren en dichter bij elkaar te komen. Dit leidt ook gemakkelijk tot agglomeratie van deeltjes.
Agglomeratie van nanomaterialen wordt onderverdeeld in zachte en harde agglomeratie. Zachte agglomeratie wordt veroorzaakt door intermoleculaire krachten en vanderwaalskrachten. Zachte agglomeratie is relatief eenvoudig te elimineren. Er zijn vijf theorieën die de vorming van harde agglomeratie verklaren. Deze omvatten capillaire adsorptie, waterstofbinding en kristalbrugtheorieën. Ook bestaan er theorieën over chemische binding en oppervlakte-atoomdiffusiebinding. Er is echter nog geen eenduidige verklaring gevonden. Momenteel richten veel studies zich op dispersietechnologieën om agglomeratie van superfijne poeders te voorkomen.
Dispersie van superfijne poeders
Bij de dispersie van superfijne poeders zijn er hoofdzakelijk twee soorten dispersietoestanden.
De ene is dispersie in een gasvormig medium, de andere is dispersie in een vloeibaar medium.
Dispersiemethode in vloeibare fase
Mechanische dispersiemethode
Mechanische dispersie maakt gebruik van externe schuif- of impactkrachten om nanodeeltjes in een medium te verspreiden. Methoden omvatten onder meer vermalen, kogel molen, pin molen, luchtstraalmolenen mechanisch roeren.
Het grootste probleem met mechanisch roeren is dat deeltjes zich opnieuw kunnen samenklonteren wanneer ze de turbulentie verlaten. Zodra de deeltjes het turbulente veld verlaten, kan de externe omgeving ervoor zorgen dat ze opnieuw clusters vormen. Daarom levert mechanisch roeren met chemische dispergeermiddelen vaak betere dispersieresultaten op.
Chemische dispersiemethode
Chemische dispersie is een veelgebruikte methode voor het dispergeren van ultrafijne poedersuspensies in de industriële productie. Door anorganische elektrolyten, oppervlakteactieve stoffen en polymeerdispergeermiddelen toe te voegen, wordt het poederoppervlak gemodificeerd.
Hierdoor verandert de interactie tussen het poeder en het vloeibare medium, waardoor er dispersie ontstaat.
Dispergeermiddelen omvatten oppervlakteactieve stoffen, anorganische elektrolyten met kleine moleculen, polymere dispergeermiddelen en koppelingsmiddelen. Polymere dispergeermiddelen worden het meest gebruikt, met polyelektrolyten als belangrijkste.
Ultrasoon methode
Ultrasone besturing plaatst de industriële suspensie in een ultrasoon veld. Door de frequentie en duur aan te passen, worden de deeltjes volledig verspreid. Ultrasoon geluid is effectiever in het verspreiden van nanodeeltjes. Ultrasone dispersie maakt gebruik van cavitatie om hoge temperaturen, druk, schokgolven en microjets te genereren. Deze verzwakken de interactiekrachten tussen nanodeeltjes, waardoor agglomeratie wordt voorkomen en dispersie wordt gegarandeerd. Overmatig ultrasoon roeren moet echter worden vermeden. Bij verhoogde hitte en mechanische energie nemen de botsingen van deeltjes toe, wat leidt tot verdere agglomeratie.
Dispersiemethoden in de gasfase
Drogen en dispergeren
In vochtige lucht zijn vloeistofbruggen tussen poederdeeltjes de belangrijkste oorzaak van agglomeratie. Het drogen van vaste stoffen omvat twee basisprocessen. Ten eerste wordt het materiaal verhit om het vocht te verdampen. Ten tweede diffundeert het verdampte water naar de gasfase. Het voorkomen van de vorming van vloeistofbruggen of het verbreken van bestaande bruggen is daarom essentieel om dispersie te garanderen. De meeste poederproductieprocessen gebruiken verhitting en droging als voorbehandeling.
Mechanische dispersie
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.
Mechanische dispersie is relatief eenvoudig te realiseren. Het is echter een geforceerde dispersiemethode. Hoewel geagglomereerde deeltjes in de dispergeermachine uiteen kunnen vallen, blijven hun interacties onveranderd. Na het dispergeerapparaat kunnen de deeltjes weer samenklonteren. Bovendien kan mechanische dispersie brosse deeltjes verpulveren. Naarmate mechanische apparatuur slijt, neemt de dispersie-efficiëntie af.
Elektrostatische dispersie
Bij homogene deeltjes veroorzaakt gelijkvormige oppervlaktelading elektrostatische afstoting. Elektrostatische krachten kunnen dus worden gebruikt voor deeltjesverspreiding. De kernvraag is hoe de deeltjesgroep volledig geladen kan worden. Methoden zoals contactlading en inductielading kunnen deeltjes laden. De meest effectieve methode is coronalading. Deze methode gebruikt corona-ontlading om een ionengordijn te vormen, waardoor deeltjes worden geladen. De deeltjes ontvangen dezelfde polariteit. Elektrostatische afstoting tussen geladen deeltjes verspreidt ze.
Conclusie
Er bestaan vele andere methoden voor het modificeren van ultrafijn poeder, die sterk verschillen van de gangbare methoden. Ongeacht de methode is echter verder onderzoek naar de modificatieprincipes nodig. Het doel is om nieuwe methoden te vinden die geschikt zijn voor diverse modificatiebehoeften en praktische productie.
Dit vereist het optimaliseren van modificatieprocessen op basis van diepgaande kennis van modificatiemechanismen. We moeten 'samengestelde' behandelingsprocessen ontwikkelen die meerdere modificatiedoelen kunnen bereiken. Bovendien zijn aanpassingen aan bestaande algemene chemische apparatuur nodig om zich aan te passen aan oppervlaktemodificatie. Kortom, dit vereist samenwerking en continue vooruitgang in de gehele poederindustrie, de academische wereld en het onderzoek.
Episch poeder
Episch poeder, 20+ jaar werkervaring in de ultrafijne poederindustrie. Actief promoten van de toekomstige ontwikkeling van ultrafijn poeder, met de focus op het breken, malen, classificeren en modificatieproces van ultrafijn poeder. Neem contact met ons op voor een gratis consult en op maat gemaakte oplossingen! Ons deskundige team is toegewijd aan het leveren van hoogwaardige producten en diensten om de waarde van uw poederverwerking te maximaliseren. Epic Powder—Uw vertrouwde poederverwerkingsexpert!