I solidi sfusi sono difficili da descrivere. Nella tecnologia delle polveri si utilizzano più di 30 parametri. La caratterizzazione dei solidi sfusi comprende, ad esempio, proprietà come la forma dei grani, la distribuzione granulometrica, l'umidità e la densità apparente. Tuttavia, anche la polverosità e il comportamento del flusso sono particolarmente importanti.
Miscelazione di fluidificanti e antiagglomeranti nelle polveri
Ad esempio, una piccola quantità di un pigmento di colore dovrebbe essere sufficiente per colorare in modo omogeneo diverse tonnellate di intonaco per facciate. Allo stesso modo, una piccola quantità di una miscela di spezie dovrebbe essere sufficiente per dare alle polpette vegane il gusto di carne.
Oltre all'efficacia di una polvere o di una miscela di polveri, anche le proprietà secondarie sono importanti. Ad esempio, quando le polveri vengono lavorate industrialmente. Quando le miscele di bevande istantanee, come il cappuccino e il tè freddo, vengono confezionate in bustina. Quando il tè viene confezionato in bustina, il processo di riempimento avviene ad alta velocità. La miscela di polveri deve scorrere in maniera continua ed essere dosabile. Inoltre, la miscela deve essere il più possibile priva di polvere, altrimenti la sigillatura delle bustine non avverrebbe con successo.
Le miscele possono essere rese prive di polvere se vengono aggiunti degli agglomerati stabili. Così, di solito, scorrono meglio. Si può ridurre la polvere anche inumidendo gli ingredienti in polvere. Tuttavia, più sono umidi e meno scorrono. In molti casi, i componenti liquidi devono essere mescolati all’interno di una miscela. Quindi ogni particella deve essere inumidita con una quantità proporzionale di liquido. Di solito, questo peggiora anche il comportamento di flusso delle polveri. La fase liquida favorisce l'adesione delle particelle e può verificarsi un’agglomerazione accidentale.
La forma del cono dà i primi indizi
Esistono molti metodi per determinare la scorrevolezza delle polveri. Un metodo particolarmente semplice può essere utilizzato per una valutazione iniziale. Viene determinata l'altezza del cono del materiale sfuso. La polvere scorre attraverso un setaccio su un cilindro metallico e forma un cono. Questo cono aumenta fino al punto in cui la forza di gravità è maggiore delle forze coesive. Quindi le particelle scivolano via. La pendenza del cono fornisce una misura della coesione della polvere. Un cono piatto indica una buona scorrevolezza della polvere. Il metodo di taglio Jenike è un metodo affidabile per misurare le proprietà di flusso quando le polveri devono essere conservate in grandi silos.
Un semplice indicatore del comportamento del flusso è l'angolo di pendenza: a) comportamento peggiore del flusso, b) comportamento migliore del flusso.
Un collettivo di particelle è mescolato e bagnato. La quantità di liquido aumenta da 1 a 4
Meccanismi di legame all'interno di insiemi di particelle
Se guardiamo un ammasso di particelle, possiamo notare che la gravità influenza prima ogni singola particella. Queste forze si incorporano negli strati inferiori in base all'altezza del mucchio. Allo stesso tempo, le particelle sviluppano forze di adesione tra loro. Queste sono le forze di van der Waals e le interazioni elettrostatiche. Queste forze interparticellari dominano sulla forza di taglio quando le particelle diventano molto piccole. Inoltre, la presenza di umidità aumenta l'effetto delle forze interparticellari.
Dimensione delle particelle e contenuto di polvere
Più le particelle sono a contatto fra loro, maggiori sono le forze interparticellari. Più le particelle si toccano più le forze interparticellari aumentano. Questa correlazione è significativa. Questo perché il numero di contatti particellari è inversamente proporzionale al quadrato della dimensione delle particelle.
Se l'aria ha un'umidità relativa del 50% o più, le particelle di polvere idrofila possono assorbire acqua. Questo viene fatto sotto forma di strati di assorbimento singoli e multimolecolari. Quando questi strati di assorbimento di diverse particelle (punto per punto) si toccano, si verifica la condensazione capillare. L'acqua forma ponti liquidi e può causare importanti forze adesive tra le particelle. I processi di agglomerazione vengono avviati in questa forma.
Le diverse dimensioni delle particelle consentono di attivare diversi meccanismi di legame. (1) ponte liquido; (2) forze di van der Waals, (3) forze elettrostatiche, (4) forza peso
Ecco due additivi fluidificanti con proprietà diverse: idrofobico a sinistra, idrofilo a destra.
Che cosa possono fare gli additivi fluidificanti?
- Il comportamento di flusso viene migliorato
- Si evitano legami e grumi
- La polvere appare più secca di quanto non sia
Ecco due additivi antiagglomeranti ad azione diversa:
c. le particelle azzurre sono bagnate con un liquido blu. Un ponte liquido lega insieme due particelle.
d. dopo aver aggiunto e miscelato una piccola quantità di additivo fluidificante, il liquido viene rivestito. Gli additivi fluidificanti e i componenti liquidi non sono affini. Entrambe le particelle sono ora separate l'una dall'altra.
e. le particelle marroni sono bagnate con un liquido turchese. Un ponte liquido lega insieme due particelle.
f. dopo l'aggiunta e la miscelazione di una piccola quantità di additivo fluidificante, il liquido bagnante viene assorbito. Gli additivi fluidificanti e i componenti liquidi hanno un'affinità molto elevata gli uni per gli altri. Entrambe le particelle sono ora separate l'una dall'altra.
L'uso di additivi fluidificanti è utile solo se una polvere scorre così male
- che la logistica interna della produzione viene ostacolata, o
- se il trattamento automatizzato delle polveri è ostacolato, o
- quando le macchine confezionatrici ad alte prestazioni si bloccano o
- se il prodotto viene scaricato da silos, big bag o blocchi di contenitori sfusi
- quando un materiale sfuso tende ad aggregarsi quando è a riposo (solidificazione nel tempo).
Gli additivi fluidificanti (noti anche come “antiagglomeranti”) sono polveri a bassissima densità che vengono disperse finemente. Questo le rende estremamente produttive. La loro superficie specifica è estremamente elevata. Quantità molto piccole possono rivestire con efficacia merci in polvere. Le forze interparticellari vengono ridotte, i ponti liquidi scompaiono e le merci scorrono come previsto.
Gli additivi fluidificanti, come il silicato di magnesio, il silicato di calcio, il biossido di silicio (altri nomi sono anche gel di silice o silice), sono estremamente sensibili in termini di pressione e taglio. Se vengono miscelati intensamente all’interno di materiali sfusi, il loro effetto antiaderente viene perso. L'additivo fluidificante deve quindi essere distribuito nel materiale sfuso in modo poco invasivo e con un apporto energetico minimo. Tuttavia, l’additivo fluidificante deve rivestire tutte le particelle del materiale sfuso.
Gli additivi fluidificanti vengono aggiunti al materiale sfuso solo in proporzioni dello 0,001 o dello 0,002% del peso. Questo complica la miscelazione.
I miscelatori a doppio albero amixon® sono particolarmente efficienti. Gli strumenti di miscelazione ruotano a bassa velocità. In questo modo si preserva la struttura delle particelle.
La distribuzione di agenti antiagglomeranti in materiali sfusi è molto impegnativa. Devono essere superati diversi obiettivi contrastanti:
- L'additivo antiagglomerante non deve essere dichiarato
- Gli agenti antiagglomeranti devono essere utilizzati solo in dosaggi minimi, ad esempio solo lo 0,001% del peso
- Gli agenti antiagglomeranti sono polveri molto leggere, che tendono a "galleggiare" sulla miscela di polveri.
- Gli antiagglomeranti sono efficaci solo se distribuiti nella miscela di polveri in modo omogeneo
- La struttura particellare degli agenti antiagglomeranti è complessa ed estremamente sensibile. Gli additivi fluidificanti sono efficaci solo se non sono sottoposti a stress, cioè non sono compattatiné tagliati.
Miscelazione delicata
amixon® si occupa di lavorazioni di questo tipo da molti anni e ha sviluppato soluzioni particolarmente efficaci. I miscelatori amixon® sono perfettamente adatti per le lavorazioni di cui abbiamo appena parlato. I materiali sfusi sono fluidificati utilizzando pochissimi agenti antiagglomeranti. Ciò accade anche quando i lotti hanno dimensioni di diversi metri cubi. Questa lavorazione complicata viene eseguita dai miscelatori amixon® in modo ottimale, delicato e in poco tempo.
Miscelatore a doppio albero amixon®. Effetto di miscelazione ideale e delicato con un bisogno di energia minimo
"Liquido secco"
La struttura della superficie delle particelle è caratterizzata dalla presenza di numerosi capillari. Le particelle dei superfluidificanti hanno superfici estremamente ampie, fino a 500 m²/grammo. A questo proposito, i superfluidificanti possono anche essere utilizzati per assorbire e legare grandi quantità di liquido (fino a tre volte il loro peso). I miscelatori amixon® sono particolarmente adatti alla produzione di liquidi secchi grazie al loro funzionamento delicato.
I "liquidi secchi" vengono occasionalmente prodotti per inumidire le polveri critiche e sopprimere la loro agglomerazione. Questo metodo di bagnatura delle polveri funziona senza sistemi di spruzzatura di liquidi.
Processo di bagnatura. Qui si può vedere il liquido a riposo al centro, la polvere secca sul bordo e la bagnatura che procede lentamente. Il comportamento di bagnatura dei coadiuvanti di flusso è totalmente diverso. In pochi secondi, l'intero liquido viene assorbito. (Assorbimento flash).
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