Segregazione

Per segregazione si intende la separazione di materiali sfusi, polveri o granulati che può verificarsi dopo un processo di miscelazione o durante il trasporto, lo stoccaggio o la movimentazione. In questo caso, le particelle si separano le une dalle altre a causa delle loro diverse proprietà, come ad esempio la dimensione, la densità, la forma o la struttura superficiale. I meccanismi tipici di segregazione sono la percolazione (chiamata anche segregazione per setacciamento), la segregazione per densità, la segregazione per inerzia e la segregazione dovuta a differenze nell'angolo di scorrimento e nella fluidità. La segregazione si verifica spesso durante il riempimento dei silos, durante lo scarico, durante il trasporto pneumatico o a causa delle vibrazioni. Può compromettere in modo significativo l'omogeneità di un prodotto. Per descrivere la segregazione nelle polveri solide si ricorre solitamente a modelli cinetici, modelli di meccanica dei continui e parametri empirici. Un approccio comunemente utilizzato è il modello di segregazione per advezione-diffusione. Questo modello descrive l'interazione tra la separazione diretta e la miscelazione opposta.

∂c/∂t = − ∇· (v_s c) +∇·(D_(eff) ∇c)

Dove c rappresenta la concentrazione locale di una frazione di particelle, v_s la velocità di segregazione e D_(eff) il coefficiente di dispersione effettivo. Il termine −∇·(v_s c) descrive la dismiscelazione diretta, ad esempio per percolazione o per effetto della forza di gravità. Il termine ∇·(D_(eff) ∇c) rappresenta la miscelazione compensativa dovuta al movimento casuale delle particelle.

Nel caso della segregazione basata sulle dimensioni, in cui le particelle più piccole filtrano attraverso quelle più grandi, si ipotizza spesso una relazione proporzionale.

v_s = k · g · (Δd/d_m) ; Δd = d_g−d_k)

In questo caso v_s rappresenta la velocità di segregazione, g l'accelerazione di gravità, d_g il diametro delle particelle grandi, d_k il diametro delle particelle piccole, Δd la differenza di granulometria, d_(medio) un diametro medio caratteristico e k un fattore di proporzionalità empirico.

Nel caso della segregazione guidata dalla densità, è possibile formulare analogamente:

v_s ∝ g ((ρ_s − ρ_L)/ρ_L)

Dove ρ_s è la densità delle particelle solide e ρ_L la densità della fase circostante. Questa relazione corrisponde a una considerazione della spinta granulare. Per la valutazione quantitativa della separazione viene spesso definito un indice di segregazione.

S = σ / σ_(max)

Dove σ è la deviazione standard della concentrazione, σ_(max) la deviazione standard massima possibile. Quando S = 0 si ha una miscela ideale, quando S = 1 una segregazione completa. Per i materiali sfusi a flusso libero in strati inclinati viene spesso utilizzato il modello di Gray-Thornton.

∂c/∂t +∇·(c · u) + ∂/∂z (w_s · c · (1 - c)) = ∇·(D · ∇c)

Qui u è la velocità media del flusso, w_s la velocità caratteristica di segregazione e D un coefficiente di diffusione.

Il termine w_s c (1 − c) descrive un flusso di segregazione non lineare, come quello che si verifica nei flussi di valanga granulari.

Nella pratica dell'industria dei materiali sfusi, la segregazione è solitamente causata dall'interazione di diversi meccanismi.

• Percolazione,
• differenze di densità,
• separazione della traiettoria,
• fluidizzazione indotta dall'aria e
• flussi nelle zone di parete e di bordo.

In questo senso, le prove pratiche di miscelazione e riempimento forniscono spesso risultati più affidabili rispetto ai modelli puramente teorici, in particolare nel caso di polveri coesive il cui comportamento di scorrimento varia. Amixon GmbH offre possibilità di test in centri tecnici ben attrezzati in Germania, India, Giappone, Cina, Corea, Thailandia e Stati Uniti.