Bagnatura delle polveri
Il termine «bagnatura delle polveri» viene spesso utilizzato come sinonimo di «umidificazione delle polveri». Si tratta di uno dei processi tecnologici più importanti nella lavorazione delle polveri. La bagnatura delle polveri consiste nell'unione di due componenti con diverso stato fisico. Le particelle solide vengono messe a contatto con una fase liquida. Anche piccole quantità di liquido possono modificare radicalmente il comportamento di scorrimento e deformazione della polvere.
Le polveri si presentano allo stato secco come sistemi solido-gas dispersi. La bagnatura dà origine a un sistema multifase composto da solido, liquido e gas. Con l'aumentare della percentuale di liquido, le interazioni tra le particelle cambiano notevolmente.
Inizialmente si formano ponti di liquido tra particelle vicine. Questi generano forze capillari e aumentano la coesione del sistema. La polvere diventa meno scorrevole e mostra un comportamento plastico. Con l'ulteriore aggiunta di liquido, il sistema passa a uno stato pastoso o fangoso. La forza capillare di un ponte liquido può essere descritta in modo semplificato da:
Fk ≈ 2 ·π ·r· γ · cos θ
- r è il raggio effettivo della particella
- γ è la tensione superficiale del liquido
- θ è l'angolo di bagnatura
Più piccolo è l'angolo di bagnatura, più forte è la bagnatura e più elevate sono le forze di legame capillari. Il fatto che un liquido bagni bene una polvere dipende dall'energia superficiale delle particelle e dalla tensione superficiale del liquido. Lo stato di bagnatura è descritto dall'angolo di contatto:
cos θ = (γSV−γSL) / γLV
- γSV è la tensione interfacciale solido-gas
- γSL è la tensione interfacciale solido-liquido
- γLV è la tensione interfacciale liquido-gas
Un angolo di contatto piccolo indica una buona bagnabilità. Con l'aumentare della bagnabilità, cambiano le proprietà reologiche del sistema. La polvere mostra un comportamento non newtoniano. Spesso si verifica un limite di scorrimento. Il materiale si comporta come un solido sotto un carico ridotto e inizia a scorrere solo al di sopra di una tensione di taglio critica. Questo comportamento può essere descritto in modo idealizzato con il modello di Bingham:
τ = τ0 + ηp · γ˙
- τ è la tensione di taglio
- τ0 è il limite di scorrimento
- ηp è la viscosità plastica
- γ˙ è la velocità di taglio
La bagnatura delle polveri influenza quindi in modo decisivo il meccanismo di miscelazione, l'apporto di energia e la conduzione del processo. Dal punto di vista tecnico, la bagnatura delle polveri viene utilizzata per legare la polvere, avviare l'agglomerazione, applicare uniformemente gli additivi o consentire reazioni chimiche. È una fase centrale nella granulazione, nel rivestimento, nell'impregnazione e nella produzione di polveri funzionali.
Il processo opposto è la deumidificazione o l'essiccazione. In questo caso il liquido viene nuovamente rimosso. La consistenza del materiale attraversa gli stessi stati in ordine inverso. La comprensione dei meccanismi di bagnatura è quindi di fondamentale importanza anche per i processi di miscelazione-essiccazione sotto vuoto.
La bagnatura delle polveri è un'interazione complessa tra tecnologia delle polveri, fisica delle interfacce e reologia. I miscelatori amixon® dispongono di moderni metodi di bagnatura. Ciò consente di bagnare le polveri in modo particolarmente delicato e uniforme. In questo modo è possibile migliorare in modo mirato le proprietà del prodotto.