Quels paramètres de procédé sont déterminants pour favoriser l'agglomération de manière ciblée plutôt que de la détruire ?
L'agglomération naît d'une interaction contrôlée de plusieurs paramètres. Sont déterminants l'apport d'énergie, le liquide, la température et les propriétés des particules. L'objectif est une formation stable d'agglomérats. Les vitesses de croissance doivent être supérieures aux vitesses de destruction. En même temps, le système doit rester stable.
L'apport d'énergie mécanique pilote l'équilibre. Les forces de cisaillement créent des contacts entre particules. Ceux-ci sont nécessaires à la formation de ponts. Le cisaillement ne doit toutefois pas être trop élevé. Sinon, les agglomérats se brisent. Un cisaillement trop faible conduit à des structures instables. Un cisaillement trop élevé provoque de l'abrasion et une désintégration.
Le rapport liquide-solide est central. Le liquide forme les ponts de liaison. Trop peu de liquide engendre des liaisons faibles. Les agglomérats se désagrègent facilement. Trop de liquide conduit à un surmouillage. Des grumeaux incontrôlés se forment. Le lit peut devenir instable.
Les propriétés du liant sont également importantes. La quantité ajoutée doit être dosée exactement. Le taux d'ajout influence la répartition. Une viscosité élevée augmente la force de liaison. La tension superficielle pilote les forces capillaires. Le comportement au mouillage détermine la formation des ponts. Le degré de saturation des pores influence la structure. Les états pendulaires engendrent des structures lâches. Les états capillaires conduisent à des agglomérats denses.
Avec les procédés de pulvérisation, la taille des gouttelettes est déterminante. De petites gouttelettes peuvent s'évaporer avant d'agir. De grosses gouttelettes conduisent à un surmouillage local. Le taux de pulvérisation influence l'humidité locale. La pression de pulvérisation pilote la répartition. Le rapport air-liquide détermine le spectre des gouttelettes. L'objectif est un mouillage uniforme.
La température pilote plusieurs effets à la fois. Elle influence la viscosité du liant. Elle détermine la vitesse d'évaporation. Le liant doit rester liquide suffisamment longtemps. C'est la seule façon d'obtenir des ponts stables. Un séchage trop rapide engendre des structures fragiles. Un séchage trop lent conduit à du collage et à des incrustations.
Les propriétés des particules définissent la fenêtre de procédé. Une distribution granulométrique large améliore l'empilement. Cela augmente la stabilité. Des distributions étroites conduisent à des structures plus faibles. Des surfaces rugueuses améliorent l'adhérence. Des surfaces lisses exigent des liants plus puissants. L'énergie de surface influence le mouillage.
L'écoulement et le mouvement dans l'appareil sont également critiques. Le taux de remplissage influence la fréquence des collisions. Un taux de remplissage trop élevé engendre des zones mortes. La vitesse du gaz pilote la fluidisation. Une vitesse trop faible dégrade le brassage. Une vitesse trop élevée augmente la casse. Le temps de séjour détermine l'uniformité du produit.
L'exploitation doit se dérouler à l'intérieur d'une fenêtre de procédé stable. L'apport d'énergie, le liquide et la température doivent être accordés entre eux. La sollicitation mécanique ne doit pas détruire les agglomérats.
Les procédés modernes utilisent des systèmes PAT. Ceux-ci mesurent l'humidité, la température et la taille des particules en temps réel. Le procédé peut ainsi être régulé de façon ciblée. L'agglomération se construit de manière stable. La destruction est reconnue tôt et évitée.
Quels paramètres de procédé favorisent l'agglomération ciblée ?
Une agglomération ciblée naît lorsque les contacts entre particules, l'ajout de liquide, l'action du liant et l'apport d'énergie sont accordés entre eux. L'objectif est de construire des agglomérats stables, sans provoquer de surmouillage, de formation indésirable de grumeaux ni de casse excessive des particules.
Ce qui est d'abord déterminant, c'est le rapport du liquide au solide. Le liquide forme des ponts de liaison entre les particules ; sa quantité, sa viscosité, sa tension superficielle et sa mouillabilité influencent la résistance, la porosité et la solubilité des agglomérats. Une quantité de liquide trop faible engendre des structures faibles, tandis qu'un surmouillage local peut conduire à de gros grumeaux ou à des incrustations. Le liquide devrait donc être introduit lentement, de façon dosée et aussi finement répartie que possible dans le lit de poudre en mouvement. amixon® emploie pour cela des lances à liquide qui atteignent la partie basse de la chambre de mélange ; le débit de liquide est adapté à la capacité d'adsorption et au mouvement du produit.
L'apport d'énergie doit lui aussi être choisi de façon ciblée. Il doit permettre suffisamment de contacts entre particules et un mouillage uniforme, mais il ne doit pas solliciter inutilement des agglomérats, des enrobages ou des composants grossiers sensibles. Au besoin, des rotors de coupe, des turbulateurs ou des désagglomérateurs peuvent être employés pour ouvrir les grumeaux existants et mieux répartir le liquide. Ces outils ne devraient toutefois être exploités que le temps et avec l'intensité nécessaires au produit.
L'agglomération peut s'effectuer de façon particulièrement économique et fiable avec la méthode de mélange multi-étapes d'amixon®. On commence par mélanger intensément des composants pulvérulents robustes dans une petite charge partielle et par les mouiller avec du liquide. D'autres proportions de poudre sont ensuite ajoutées progressivement et, le cas échéant, pulvérisées à nouveau avec du liquide. Le taux de remplissage croît ainsi de façon contrôlée jusqu'à la charge finale. Des poudres plus fines peuvent enrober des particules légèrement surmouillées et contribuer ainsi à une structure d'agglomérat plus uniforme et moins collante.
Le mélangeur conique à un arbre AM d'amixon® convient particulièrement à ce procédé. Son rotor de coupe disposé en position basse peut travailler efficacement dès de faibles taux de remplissage. Des prémélanges hautement concentrés, le mouillage, la désagglomération et le mélange final qui suit peuvent ainsi être réalisés dans le même appareil. Des prémélangeurs séparés, des transferts de produit supplémentaires et l'effort de nettoyage qui va avec peuvent être supprimés.
Un autre avantage du procédé multi-étapes est que les composants sensibles ou grossiers ne sont ajoutés qu'à la fin. Après l'étape intensive de mouillage et d'agglomération, ils sont incorporés avec ménagement à intensité de mélange réduite. La fixation des poussières, la coulabilité, les propriétés instantanées et l'intégrité des particules peuvent ainsi être prises en compte ensemble.