ผงละเอียดพิเศษที่กระจายตัวและไม่มีการเกาะตัวกัน

ผงละเอียดพิเศษหมายถึงวัสดุที่มีขนาดอนุภาคตั้งแต่ไมโครเมตรไปจนถึงนาโนเมตร ตามความเห็นพ้องกันในอุตสาหกรรมการแปรรูปแร่ของจีน ผงละเอียดพิเศษคือวัสดุที่มีอนุภาคขนาดเล็กกว่า 30 μm จำนวน 100% วัสดุนาโนถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยมีคุณสมบัติเฉพาะตัวที่วัสดุแบบดั้งเดิมไม่มี เช่น เอฟเฟกต์ขนาดเล็ก เอฟเฟกต์อุโมงค์ควอนตัมในระดับมหภาค และเอฟเฟกต์พื้นผิว

อย่างไรก็ตาม นาโนวัสดุมีพื้นที่ผิวจำเพาะสูง มีกิจกรรมสูง และไม่เสถียรอย่างยิ่ง นาโนวัสดุมีแนวโน้มที่จะเกาะกลุ่มกันได้ง่าย ทำให้สูญเสียคุณสมบัติเดิม ส่งผลให้มูลค่าของนาโนวัสดุลดลง และยุ่งยากในการเตรียมและจัดเก็บ ดังนั้น การเกาะกลุ่มกันจึงเป็นปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญที่จำกัดการพัฒนานาโนวัสดุ

การรวมตัวของผงละเอียดพิเศษ

การเกาะกลุ่มกันหมายถึงกระบวนการที่อนุภาคผงหลักเชื่อมต่อกันระหว่างการเตรียม การแยก การแปรรูป หรือการจัดเก็บ ทำให้เกิดคลัสเตอร์ขนาดใหญ่ขึ้น ปัจจุบัน สาเหตุหลักสามประการของการเกาะกลุ่มกันของผงละเอียดพิเศษมีดังต่อไปนี้:

แรงระหว่างโมเลกุล

เมื่ออนุภาคแร่ธาตุเปลี่ยนแปลงเป็นขนาดที่เล็กมาก ระยะห่างระหว่างอนุภาคจะเล็กลงมาก แรงแวนเดอร์วาลส์จะเกินแรงโน้มถ่วงของอนุภาคเอง ทำให้เกิดแรงดึงดูดและการรวมตัวเป็นก้อน พันธะไฮโดรเจน สะพานความชื้นที่ดูดซับ และพันธะเคมีอื่นๆ บนพื้นผิวของอนุภาคยังส่งเสริมการยึดเกาะและการรวมกลุ่มอีกด้วย

แรงไฟฟ้าสถิต

ในระหว่างการบดละเอียดมาก แรงกระแทกและแรงเสียดทานทำให้อนุภาคสะสมประจุบวกหรือลบบนพื้นผิว ส่วนที่ยื่นออกมาของอนุภาคบางส่วนอาจมีประจุบวก ในขณะที่ส่วนอื่นๆ มีประจุลบ อนุภาคที่มีประจุไม่เสถียรเหล่านี้จะดึงดูดกัน โดยเฉพาะที่จุดแหลมคม ส่งผลให้เกิดการเกาะกลุ่มกัน แรงขับเคลื่อนหลักในกระบวนการนี้คือแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิต

การยึดเกาะในอากาศ

เมื่อความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศเกิน 65% ไอน้ำจะควบแน่นบนและระหว่างอนุภาค ทำให้เกิดสะพานของเหลวที่ช่วยเพิ่มการรวมตัวอย่างมีนัยสำคัญ

นอกจากนี้ ในระหว่างการบด วัสดุแร่จะดูดซับพลังงานกลหรือพลังงานความร้อน ซึ่งทำให้อนุภาคขนาดเล็กที่เพิ่งก่อตัวมีพลังงานพื้นผิวสูง ทำให้ไม่เสถียร เพื่อลดพลังงานนี้ อนุภาคจะเคลื่อนเข้ามาใกล้และรวมตัวเป็นกลุ่มโดยธรรมชาติ

การรวมตัวของวัสดุนาโน ได้แก่ ชนิดอ่อนและชนิดแข็ง การรวมตัวกันอย่างนุ่มนวล เกิดจากแรงแวนเดอร์วาลส์และแรงระหว่างโมเลกุล และย้อนกลับได้ค่อนข้างง่าย การรวมตัวกันอย่างแข็งขัน มีความซับซ้อนมากขึ้น โดยมีทฤษฎีหลัก 5 ประการที่เสนอขึ้น ได้แก่ การดูดซับด้วยเส้นเลือดฝอย พันธะไฮโดรเจน การเชื่อมโยงผลึก พันธะเคมี และการแพร่กระจายของอะตอมบนพื้นผิว อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการยอมรับคำอธิบายที่เป็นเอกภาพ

แม้จะมีความท้าทายเหล่านี้ แต่ผู้คนก็ยังทำการวิจัยอย่างกว้างขวางเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีการกระจายเพื่อป้องกันการรวมตัว

การกระจายตัวของผงละเอียดพิเศษ

เทคนิคการกระจายตัวมุ่งเน้นไปที่สถานะสองสถานะหลัก ได้แก่ การกระจายตัวในสื่อเฟสก๊าซ และในสื่อเฟสของเหลว

1. การกระจายตัวทางกล

วิธีนี้ใช้พลังงานกลจากภายนอก เช่น แรงเฉือนหรือการกระแทก เพื่อกระจายอนุภาคขนาดนาโนในตัวกลาง เทคนิคทั่วไป ได้แก่ การบด การบดด้วยลูกบอล การบดด้วยการสั่นสะเทือน การบดแบบคอลลอยด์ การบดด้วยอากาศ การกัดเจ็ทและการกวนทางกล

อย่างไรก็ตาม เมื่ออนุภาคออกจากสนามปั่นป่วนที่เกิดจากการกวน อนุภาคเหล่านั้นอาจรวมตัวกันใหม่ ดังนั้น การผสมผสานการกระจายเชิงกลกับสารกระจายทางเคมีมักจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า

2. การกระจายตัวของสารเคมี

วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม โดยเกี่ยวข้องกับการเติมอิเล็กโทรไลต์ สารลดแรงตึงผิว หรือสารกระจายตัวของพอลิเมอร์ลงในสารแขวนลอยของผงละเอียดพิเศษ สารเหล่านี้จะดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาค เปลี่ยนคุณสมบัติของพื้นผิว และปรับปรุงความเข้ากันได้กับเฟสของเหลว ส่งผลให้กระจายตัวได้ดีขึ้น

สารกระจายตัวทั่วไป ได้แก่ สารลดแรงตึงผิว เกลืออนินทรีย์โมเลกุลต่ำ สารกระจายตัวโพลีเมอร์ และตัวแทนเชื่อมต่อ สารกระจายตัวโพลีเมอร์ โดยเฉพาะโพลีอิเล็กโทรไลต์ ถือเป็นสารที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและมีประสิทธิภาพมากที่สุด

3. การกระจายคลื่นอัลตราโซนิก

การกระจายแบบอัลตราโซนิกเกี่ยวข้องกับการวางสารแขวนลอยในสนามอัลตราโซนิกและการใช้ความถี่และระยะเวลาที่เหมาะสมเพื่อให้เกิดการแยกอนุภาคอย่างมีประสิทธิภาพ

อัลตราซาวนด์ทำให้เกิดอุณหภูมิสูงเฉพาะจุด แรงดันสูง คลื่นกระแทกที่รุนแรง และไมโครเจ็ต แรงเหล่านี้ทำให้ปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคอ่อนลง ส่งผลให้การกระจายตัวดีขึ้น อย่างไรก็ตาม ต้องหลีกเลี่ยงการเกิดความร้อนสูงเกินไป พลังงานความร้อนและพลังงานกลที่มากเกินไปอาจเพิ่มความถี่ในการชนและทำให้การรวมตัวเป็นกลุ่มแย่ลง

การกระจายตัวในเฟสก๊าซ

1. การกระจายแบบแห้ง

ในอากาศชื้น สะพานของเหลวจะก่อตัวขึ้นระหว่างอนุภาคและทำให้เกิดการเกาะตัวกัน การทำให้วัสดุแข็งแห้งเกี่ยวข้องกับขั้นตอนพื้นฐาน 2 ขั้นตอน ได้แก่ การให้ความร้อนเพื่อระเหยความชื้น และการให้ไอระเหยเข้าไปในสถานะก๊าซ การกำจัดหรือทำลายสะพานของเหลวถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการรักษาการกระจายตัวที่ดี

กระบวนการผลิตผงส่วนใหญ่จะรวมการอบแห้งด้วยความร้อนเป็นขั้นตอนการเตรียมเบื้องต้น

2. การกระจายตัวทางกล

วิธีนี้ใช้แรงทางกล เช่น แรงเฉือนและแรงอัด มากกว่าแรงยึดเกาะของอนุภาคเพื่อทำลายคลัสเตอร์ แหล่งที่มาทั่วไป ได้แก่ ใบพัดหมุนด้วยความเร็วสูง ดิสก์ หรือเจ็ตลมความเร็วสูงที่สร้างความปั่นป่วนรุนแรง

การกระจายทางกลนั้นทำได้ค่อนข้างง่าย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเป็นกระบวนการที่ต้องใช้แรง เมื่ออนุภาคออกจากเครื่องกระจาย อนุภาคเหล่านั้นอาจรวมตัวกันใหม่ได้ นอกจากนี้ยังอาจทำให้อนุภาคที่เปราะบางเสียหายและทำให้ประสิทธิภาพลดลงเมื่ออุปกรณ์สึกหรอ

3. ไฟฟ้าสถิต การกระจายตัว

อนุภาคที่มีวัสดุเดียวกันแต่มีประจุเท่ากันจะผลักกันเนื่องจากแรงไฟฟ้าสถิต หลักการนี้ใช้สำหรับการกระจายตัว หากสามารถชาร์จอนุภาคได้เต็ม

วิธีการชาร์จ ได้แก่ การชาร์จแบบสัมผัส การเหนี่ยวนำ และการชาร์จแบบโคโรนา การชาร์จแบบโคโรนาเป็นวิธีที่มีประสิทธิผลที่สุด โดยจะสร้างม่านไอออนผ่านการคายประจุแบบโคโรนา ซึ่งจะชาร์จอนุภาคให้สม่ำเสมอ แรงผลักที่เกิดขึ้นจะช่วยรักษาการกระจายตัว

บทสรุป

มีวิธีการดัดแปลงผงละเอียดมากหลายวิธี ซึ่งแตกต่างกันอย่างมากจากวิธีการหลักที่กล่าวถึงข้างต้น เราจำเป็นต้องปรับกระบวนการดัดแปลงให้เหมาะสมโดยอาศัยการศึกษาเชิงลึกและพัฒนาวิธีการแบบผสมที่ทำหน้าที่หลายอย่าง กล่าวโดยสรุป ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีผงละเอียดมากต้องอาศัยความร่วมมือจากทั้งอุตสาหกรรม ตั้งแต่สถาบันวิจัยไปจนถึงผู้ผลิต และนวัตกรรมอย่างต่อเนื่อง

เลือก ผงมหากาพย์ เพื่อโซลูชันการแปรรูปผงที่มีประสิทธิภาพ ประหยัดพลังงาน และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม!