Οι εξαιρετικά λεπτές σκόνες αναφέρονται σε υλικά με μεγέθη σωματιδίων που κυμαίνονται από μικρόμετρα έως νανόμετρα. Σύμφωνα με την κοινή πεποίθηση στη βιομηχανία επεξεργασίας ορυκτών της Κίνας, οι εξαιρετικά λεπτές σκόνες είναι εκείνες με 100% σωματιδίων μικρότερα από 30 μm. Τα νανοϋλικά χρησιμοποιούνται ευρέως. Έχουν μοναδικές ιδιότητες που δεν έχουν τα παραδοσιακά υλικά, όπως φαινόμενα μικρού μεγέθους, μακροσκοπικά φαινόμενα κβαντικής σήραγγας και επιφανειακά φαινόμενα.
Ωστόσο, τα νανοϋλικά έχουν υψηλή ειδική επιφάνεια, ισχυρή δραστικότητα και είναι εξαιρετικά ασταθή. Τείνουν να συσσωματώνονται εύκολα, χάνοντας τις αρχικές τους ιδιότητες. Αυτό μειώνει την αξία τους και περιπλέκει τόσο την προετοιμασία όσο και την αποθήκευση. Επομένως, η συσσωμάτωση είναι ένα βασικό τεχνικό ζήτημα που περιορίζει την ανάπτυξη νανοϋλικών.
Συσσωμάτωση εξαιρετικά λεπτών σκονών
Η συσσωμάτωση αναφέρεται στη διαδικασία όπου τα πρωτογενή σωματίδια σκόνης συνδέονται κατά την παρασκευή, τον διαχωρισμό, την επεξεργασία ή την αποθήκευση, σχηματίζοντας μεγαλύτερες συστάδες. Επί του παρόντος, τρεις κύριες αιτίες συσσωμάτωσης εξαιρετικά λεπτής σκόνης είναι οι εξής:
Διαμοριακές Δυνάμεις
Όταν τα ορυκτά σωματίδια μετατρέπονται σε εξαιρετικά λεπτή κλίμακα, η απόσταση μεταξύ τους γίνεται πολύ μικρή. Οι δυνάμεις Van der Waals υπερβαίνουν στη συνέχεια τη βαρυτική δύναμη των ίδιων των σωματιδίων, οδηγώντας σε έλξη και συσσωμάτωση. Οι δεσμοί υδρογόνου, οι προσροφημένες γέφυρες υγρασίας και άλλοι χημικοί δεσμοί στις επιφάνειες των σωματιδίων προάγουν επίσης την προσκόλληση και τη συσσωμάτωση.
Ηλεκτροστατικές Δυνάμεις
Κατά την εξαιρετικά λεπτή λείανση, η κρούση και η τριβή προκαλούν τη συσσώρευση θετικών ή αρνητικών φορτίων στα σωματίδια στις επιφάνειές τους. Ορισμένες προεξοχές σε ένα σωματίδιο μπορεί να είναι θετικά φορτισμένες, ενώ άλλες είναι αρνητικά φορτισμένες. Αυτά τα ασταθή, φορτισμένα σωματίδια έλκονται μεταξύ τους—ειδικά σε αιχμηρά σημεία—με αποτέλεσμα τη συσσωμάτωση. Η κύρια κινητήρια δύναμη σε αυτή τη διαδικασία είναι η ηλεκτροστατική έλξη.
Πρόσφυση στον αέρα
Όταν η σχετική υγρασία του αέρα υπερβαίνει τα 65%, οι υδρατμοί συμπυκνώνονται πάνω και μεταξύ των σωματιδίων. Αυτό δημιουργεί υγρές γέφυρες που ενισχύουν σημαντικά τη συσσωμάτωση.
Επιπλέον, κατά τη σύνθλιψη, τα ορυκτά υλικά απορροφούν μηχανική ή θερμική ενέργεια. Αυτό δίνει στα νεοσχηματισμένα υπερλεπτά σωματίδια υψηλή επιφανειακή ενέργεια, καθιστώντας τα ασταθή. Για να μειωθεί αυτή η ενέργεια, τα σωματίδια κινούνται φυσικά πιο κοντά και συσσωματώνονται.
Η συσσωμάτωση νανοϋλικών περιλαμβάνει μαλακό και σκληρό τύπο. Μαλακό συσσωμάτωμα προκαλείται από δυνάμεις van der Waals και διαμοριακές δυνάμεις και είναι σχετικά εύκολο να αντιστραφεί. Σκληρή συσσωμάτωση είναι πιο περίπλοκο, με πέντε κύριες θεωρίες που έχουν προταθεί: τριχοειδής προσρόφηση, δεσμός υδρογόνου, γεφύρωση κρυστάλλων, χημικός δεσμός και διάχυση επιφανειακών ατόμων. Ωστόσο, δεν έχει ακόμη γίνει αποδεκτή καμία ενιαία εξήγηση.
Παρά τις προκλήσεις αυτές, οι άνθρωποι έχουν διεξάγει εκτεταμένη έρευνα για την ανάπτυξη τεχνολογιών διασποράς για την πρόληψη της συσσωμάτωσης.
Διασπορά Υπερλεπτών Σκονών
Οι τεχνικές διασποράς επικεντρώνονται κυρίως σε δύο καταστάσεις: τη διασπορά σε μέσα αέριας φάσης και σε μέσα υγρής φάσης.
1. Μηχανική διασπορά
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί εξωτερική μηχανική ενέργεια—όπως διάτμηση ή κρούση—για τη διασπορά νανοσωματιδίων σε ένα μέσο. Συνήθεις τεχνικές περιλαμβάνουν άλεση, άλεση με σφαιρίδια, άλεση με δόνηση, άλεση με κολλοειδή, άλεση με αέρα. φρεζάρισμα με πίδακακαι μηχανική ανάδευση.
Ωστόσο, μόλις τα σωματίδια εγκαταλείψουν το τυρβώδες πεδίο που δημιουργείται από την ανάδευση, ενδέχεται να συσσωματωθούν ξανά. Επομένως, ο συνδυασμός μηχανικής διασποράς με χημικά διασπορευτικά συχνά παράγει καλύτερα αποτελέσματα.
2. Χημική διασπορά
Χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία και περιλαμβάνει την προσθήκη ηλεκτρολυτών, επιφανειοδραστικών ουσιών ή πολυμερών διασπορέων σε ένα εναιώρημα εξαιρετικά λεπτών σκονών. Αυτοί οι παράγοντες προσροφώνται στις επιφάνειες των σωματιδίων, μεταβάλλουν τις ιδιότητες της επιφάνειας και βελτιώνουν τη συμβατότητα με την υγρή φάση, οδηγώντας σε καλύτερη διασπορά.
Συνηθισμένα διασπορευτικά περιλαμβάνουν επιφανειοδραστικές ουσίες, ανόργανα άλατα χαμηλού μοριακού βάρους, πολυμερή διασπορευτικά και παράγοντες σύζευξης. Τα πολυμερή διασπορευτικά - ειδικά οι πολυηλεκτρολύτες - είναι από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα και αποτελεσματικά.
3. Υπερηχητική διασπορά
Η υπερηχητική διασπορά περιλαμβάνει την τοποθέτηση ενός εναιωρήματος σε ένα υπερηχητικό πεδίο και την εφαρμογή κατάλληλης συχνότητας και διάρκειας για την επίτευξη αποτελεσματικού διαχωρισμού σωματιδίων.
Ο υπέρηχος παράγει τοπικές υψηλές θερμοκρασίες, υψηλή πίεση, ισχυρά κρουστικά κύματα και μικροεκπομπές. Αυτές οι δυνάμεις αποδυναμώνουν τις αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων, βοηθώντας τη διασπορά. Ωστόσο, πρέπει να αποφεύγεται η υπερθέρμανση — η υπερβολική θερμική και μηχανική ενέργεια μπορεί να αυξήσει τη συχνότητα συγκρούσεων και να επιδεινώσει τη συσσωμάτωση.
Διασπορά σε αέρια φάση
1. Ξηρή διασπορά
Σε υγρό αέρα, σχηματίζονται υγρές γέφυρες μεταξύ των σωματιδίων και προκαλούν συσσωμάτωση. Η ξήρανση στερεών υλικών περιλαμβάνει δύο βασικά βήματα: θέρμανση για την εξάτμιση της υγρασίας και διάχυση των ατμών στην αέρια φάση. Η εξάλειψη ή το σπάσιμο των υγρών γεφυρών είναι απαραίτητη για τη διατήρηση της καλής διασποράς.
Οι περισσότερες διαδικασίες παραγωγής σκόνης περιλαμβάνουν θερμική ξήρανση ως στάδιο προεπεξεργασίας.
2. Μηχανική διασπορά
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί μηχανικές δυνάμεις—όπως διατμητική και συμπιεστική τάση—μεγαλύτερες από τις δυνάμεις πρόσφυσης των σωματιδίων για τη διάσπαση των συστάδων. Συνήθεις πηγές περιλαμβάνουν πτερωτές που περιστρέφονται υψηλής ταχύτητας, δίσκους ή πίδακες αέρα υψηλής ταχύτητας που δημιουργούν έντονη αναταραχή.
Η μηχανική διασπορά είναι σχετικά εύκολη στην εφαρμογή. Ωστόσο, επειδή πρόκειται για μια αναγκαστική διαδικασία, μόλις τα σωματίδια εγκαταλείψουν τον διασπορέα, ενδέχεται να συσσωματωθούν ξανά. Μπορεί επίσης να προκαλέσει ζημιά στα εύθραυστα σωματίδια και να οδηγήσει σε μειωμένη αποτελεσματικότητα καθώς ο εξοπλισμός φθείρεται.
3. Ηλεκτροστατικό Διασπορά
Σωματίδια του ίδιου υλικού με πανομοιότυπα φορτία απωθούνται μεταξύ τους λόγω ηλεκτροστατικής δύναμης. Αυτή η αρχή χρησιμοποιείται για τη διασπορά—εάν τα σωματίδια μπορούν να φορτιστούν πλήρως.
Οι μέθοδοι φόρτισης περιλαμβάνουν την επαφή, την επαγωγή και τη φόρτιση με κορώνα. Μεταξύ αυτών, η φόρτιση με κορώνα είναι η πιο αποτελεσματική. Δημιουργεί μια ιοντική κουρτίνα μέσω της εκκένωσης κορώνας, η οποία φορτίζει τα σωματίδια ομοιόμορφα. Οι προκύπτουσες απωστικές δυνάμεις βοηθούν στη διατήρηση της διασποράς.
συμπέρασμα
Υπάρχουν πολλές μέθοδοι για την τροποποίηση εξαιρετικά λεπτών σκονών, οι οποίες διαφέρουν σημαντικά από τις κύριες προσεγγίσεις που συζητήθηκαν παραπάνω. Πρέπει τόσο να βελτιστοποιήσουμε τις διαδικασίες τροποποίησης με βάση εις βάθος μελέτες όσο και να αναπτύξουμε σύνθετες τεχνικές που εξυπηρετούν πολλαπλές λειτουργίες. Εν ολίγοις, η πρόοδος στην τεχνολογία εξαιρετικά λεπτών σκονών απαιτεί συνεργασία σε ολόκληρο τον κλάδο - από τα ερευνητικά ιδρύματα έως τους κατασκευαστές - και συνεχή καινοτομία.
Επιλέγω Epic Powder για αποτελεσματικές, εξοικονόμησης ενέργειας και φιλικές προς το περιβάλλον λύσεις επεξεργασίας σκόνης!
