Ceramica

3.1.1 Preparazione della sospensione

Utilizzando il processo di granulazione mediante essiccazione a spruzzo, la preparazione della sospensione è un aspetto cruciale. Il contenuto solido, la finezza e la fluidità del fango influiranno direttamente sulla resa e sulla granulometria della polvere secca.

Poiché la polvere di questo tipo di porcellana di allumina è sterile, è necessario aggiungere una quantità adeguata di legante per migliorare le prestazioni di formatura del pezzo grezzo. Sostanze organiche comunemente utilizzate come destrina, alcol polivinilico, carbossimetilcellulosa, polistirene, ecc. In questo esperimento è stato selezionato l'alcol polivinilico (PVA), un legante idrosolubile. È più sensibile all'umidità ambientale, con la variazione dell'umidità ambientale che influirà in modo significativo sulle proprietà della polvere secca.

L'alcol polivinilico è disponibile in diverse tipologie, con diversi gradi di idrolisi e polimerizzazione, che influiscono sul processo di essiccazione a spruzzo. Il suo grado generale di idrolisi e il grado di polimerizzazione influiscono sul processo di essiccazione a spruzzo. Il suo dosaggio è solitamente compreso tra 0,14 e 0,15% in peso. Un'aggiunta eccessiva causerà la formazione di particelle dure e secche nella polvere granulata a spruzzo, impedendone la deformazione durante la pressatura. Se le caratteristiche delle particelle non possono essere eliminate durante la pressatura, questi difetti si depositeranno nel corpo crudo e non potranno essere eliminati dopo la cottura, il che influirà sulla qualità del prodotto finale. Un'aggiunta di legante con una resistenza al verde insufficiente aumenterà le perdite operative. L'esperimento mostra che, aggiungendo una quantità adeguata di legante, la sezione della billetta cruda viene osservata al microscopio. Si può osservare che, aumentando la pressione da 3 MPa a 6 MPa, la sezione aumenta gradualmente e si nota un piccolo numero di particelle sferiche. Quando la pressione è 9 MPa, la sezione è liscia e non ci sono praticamente particelle sferiche, ma l'alta pressione porterà alla stratificazione del billetta verde. Il PVA viene aperto a circa 200 ℃

Iniziare a bruciare e scolare a circa 360 ℃. Per sciogliere il legante organico e bagnare le particelle del billet, formare l'interstrato liquido tra le particelle, migliorare la plasticità del billet, ridurre l'attrito tra le particelle e l'attrito tra i materiali e lo stampo, promuovere l'aumento della densità del billet pressato e l'omogeneizzazione della distribuzione della pressione e aggiungere anche la quantità appropriata di plastificante, comunemente usati sono glicerina, acido etilossalico, ecc.

Poiché il legante è un polimero macromolecolare organico, anche il metodo di aggiunta del legante alla sospensione è molto importante. È consigliabile aggiungere il legante preparato al fango uniforme con il contenuto solido richiesto. In questo modo, si evita che le sostanze organiche non disciolte e non disperse vengano introdotte nella sospensione e si riducono i possibili difetti dopo la cottura. Una volta aggiunto il legante, la sospensione viene facilmente generata mediante macinazione a sfere o agitazione. L'aria contenuta nelle goccioline si trova nella polvere secca, rendendo le particelle secche cave e riducendone la densità volumetrica. Per risolvere questo problema, è possibile aggiungere degli antischiuma.

Per esigenze economiche e tecniche, è richiesto un elevato contenuto di solidi. Poiché la capacità produttiva dell'essiccatore si riferisce all'acqua di evaporazione all'ora, la sospensione ad alto contenuto di solidi aumenterà significativamente la produzione di polvere secca. Quando il contenuto di solidi aumenta dal 50% al 75%, la produzione dell'essiccatore raddoppia.

Il basso contenuto di solidi è la ragione principale della formazione di particelle cave. Nel processo di essiccazione, l'acqua migra sulla superficie della gocciolina e trasporta particelle solide, il che rende cava la parte interna della gocciolina; se attorno alla gocciolina si forma una pellicola elastica a bassa permeabilità, a causa della bassa velocità di evaporazione, la temperatura della gocciolina aumenta e l'acqua evapora dalla parte interna, il che fa gonfiare la gocciolina. In entrambi i casi, la forma sferica delle particelle verrà distrutta e verranno prodotte particelle anulari cave o a forma di mela o a forma di pera, il che ridurrà la fluidità e la densità apparente della polvere secca. Inoltre, la sospensione con un alto contenuto di solidi può ridurre

In un processo di essiccazione breve, la riduzione del tempo di essiccazione può ridurre la quantità di adesivo trasferito sulla superficie delle particelle insieme all'acqua, in modo da evitare che la concentrazione di legante sulla superficie delle particelle sia maggiore rispetto al centro, in modo che le particelle abbiano una superficie dura e non si deformino o si schiaccino durante il processo di pressatura e formatura, riducendo così la massa del blocco. Pertanto, per ottenere una polvere secca di alta qualità, è necessario aumentare il contenuto di solidi nella sospensione.

La sospensione utilizzata per l'essiccazione a spruzzo deve avere sufficiente fluidità e la minor umidità possibile. Se la viscosità della sospensione viene ridotta introducendo più acqua, non solo aumenta il consumo energetico dell'essiccazione, ma si riduce anche la densità apparente del prodotto. Pertanto, è necessario ridurre la viscosità della sospensione con l'ausilio di un coagulante. La sospensione essiccata è composta da diversi micron o particelle più piccole, che possono essere considerate un sistema di dispersione colloidale. La teoria della stabilità colloidale mostra che sulle particelle della sospensione agiscono due forze: la forza di van der Waals (forza di Coulomb) e la forza di repulsione elettrostatica. Se la forza è principalmente la gravità, si verificheranno agglomerazione e flocculazione. L'energia potenziale totale (VT) dell'interazione tra le particelle è correlata alla loro distanza, durante la quale VT in un certo punto è la somma dell'energia gravitazionale VA e dell'energia repulsiva VR. Quando VT tra le particelle presenta la massima energia potenziale positiva, si ha il sistema di depolimerizzazione. Per una data sospensione VA è certa, quindi la stabilità del sistema è data da quelle funzioni che controllano VR: la carica superficiale delle particelle e lo spessore dei doppi strati elettrici. Lo spessore del doppio strato è inversamente proporzionale alla radice quadrata del legame di valenza e alla concentrazione dello ione di equilibrio. La compressione del doppio strato può ridurre la barriera di potenziale della flocculazione, quindi è necessario che il legame di valenza e la concentrazione degli ioni di equilibrio nella soluzione siano bassi. I demulsionanti comunemente usati sono HCI, HNO3, NaOH, (CH)3noh (ammina quaternaria), GA, ecc.

Poiché la sospensione acquosa di polvere ceramica di allumina 95 è neutra e alcalescente, molti coagulanti che hanno un buon effetto diluente su altre sospensioni ceramiche perdono la loro funzione. Pertanto, è molto difficile preparare una sospensione con un alto contenuto di solidi e una buona fluidità. La sospensione di allumina sterile, che appartiene all'ossido anfotero, presenta diversi processi di dissociazione in mezzi acidi o alcalini e forma lo stato di dissociazione di diverse composizioni e strutture micellari. Il valore di pH della sospensione influenza direttamente il grado di dissociazione e adsorbimento, con conseguente variazione del potenziale ζ e corrispondente flocculazione o dissociazione.

La sospensione di allumina presenta il massimo valore di potenziale ζ positivo e negativo in ambiente acido o alcalino. In questo momento, la viscosità della sospensione si trova al valore minimo dello stato di decoagulazione, mentre quando la sospensione è in condizioni neutre, la sua viscosità aumenta e si verifica la flocculazione. Si è riscontrato che la fluidità della sospensione migliora notevolmente e la sua viscosità viene ridotta aggiungendo un demulsionante appropriato, in modo che il suo valore di viscosità sia prossimo a quello dell'acqua. La fluidità dell'acqua misurata da un semplice viscosimetro è di 3 secondi/100 ml, mentre quella della sospensione è di 4 secondi/100 ml. la viscosità della sospensione viene ridotta, in modo che il contenuto solido nella sospensione possa essere aumentato al 60% e si possa formare un imballaggio stabile. Poiché la capacità produttiva dell'essiccatore si riferisce all'evaporazione dell'acqua all'ora, così è per la sospensione.

3.1.2 Controllo dei parametri principali nel processo di essiccazione a spruzzo

Il modello del flusso d'aria nella torre di essiccazione influenza il tempo di essiccazione, il tempo di ritenzione, l'acqua residua e l'adesione delle goccioline alle pareti. In questo esperimento, il processo di miscelazione dell'aria delle goccioline è a flusso misto, ovvero il gas caldo entra nella torre di essiccazione dall'alto e l'ugello atomizzatore è installato alla base della torre, formando uno spruzzo a fontana e la gocciolina ha una forma parabolica, quindi la gocciolina si miscela con l'aria in controcorrente e, quando la gocciolina raggiunge la sommità della corsa, si trasforma in un flusso a valle e lo spruzzo assume una forma conica. Non appena la gocciolina entra nella torre di essiccazione, raggiungerà presto la massima velocità di essiccazione ed entrerà nella fase di essiccazione a velocità costante. La durata della fase di essiccazione a velocità costante dipende dal contenuto di umidità della gocciolina, dalla viscosità del fango, dalla temperatura e dall'umidità dell'aria secca. Il punto di confine C tra la fase di essiccazione a velocità costante e la fase di essiccazione rapida è chiamato punto critico. A questo punto, la superficie della gocciolina non riesce più a mantenere lo stato di saturazione a causa della migrazione dell'acqua. Con la diminuzione del tasso di evaporazione, la temperatura delle goccioline aumenta e la superficie delle goccioline nel punto D si satura, formando uno strato di guscio duro. L'evaporazione si sposta verso l'interno e il tasso di essiccazione continua a diminuire. L'ulteriore eliminazione dell'acqua è correlata alla permeabilità all'umidità del guscio duro. Pertanto, è necessario controllare i parametri operativi ragionevoli.

Il contenuto di umidità della polvere secca è determinato principalmente dalla temperatura di uscita dell'essiccatore a spruzzo. Il contenuto di umidità influisce sulla densità apparente e sulla fluidità della polvere secca e determina la qualità del pezzo grezzo pressato. Il PVA è sensibile all'umidità. In diverse condizioni di umidità, la stessa quantità di PVA può causare diverse durezze dello strato superficiale delle particelle di polvere secca, il che rende la determinazione della pressione fluttuante e la qualità del prodotto instabile durante il processo di pressatura. Pertanto, la temperatura di uscita deve essere rigorosamente controllata per garantire il contenuto di umidità della polvere secca. Generalmente, la temperatura di uscita deve essere controllata a 110 °C e la temperatura di ingresso deve essere regolata di conseguenza. La temperatura di ingresso non deve superare i 400 °C, generalmente controllata a circa 380 °C. Se la temperatura di ingresso è troppo elevata, la temperatura dell'aria calda sulla sommità della torre si surriscalda. Quando le gocce di nebbia salgono al punto più alto e incontrano aria surriscaldata, per la polvere ceramica contenente legante, l'effetto del legante sarà ridotto e, infine, le prestazioni di pressatura della polvere secca saranno compromesse. In secondo luogo, se la temperatura di ingresso è troppo alta, anche la durata utile del riscaldatore sarà compromessa e la superficie del riscaldatore cadrà ed entrerà nella torre di essiccazione con aria calda, inquinando la polvere secca. A condizione che la temperatura di ingresso e la temperatura di uscita siano determinate fondamentalmente, la temperatura di uscita può anche essere regolata dalla pressione della pompa di alimentazione, dalla differenza di pressione del separatore a ciclone, dal contenuto solido della poltiglia e da altri fattori.

Differenza di pressione del separatore a ciclone. La differenza di pressione del separatore a ciclone è elevata, il che aumenta la temperatura di uscita, aumenta la raccolta di particelle fini e riduce la resa dell'essiccatore.

3.1.3 Proprietà della polvere spray dried

La fluidità e la densità di compattazione della polvere ceramica di allumina preparata con il metodo di essiccazione a spruzzo sono generalmente migliori rispetto a quelle preparate con il processo tradizionale. La polvere ottenuta con granulazione manuale non può fluire attraverso il dispositivo di rilevamento senza vibrazioni, mentre la polvere ottenuta con granulazione a spruzzo può farlo completamente. Facendo riferimento allo standard ASTM per la verifica della fluidità e della densità apparente delle polveri metalliche, sono state misurate la densità apparente e la fluidità delle particelle ottenute mediante essiccazione a spruzzo in diverse condizioni di contenuto d'acqua. Si veda la Tabella 1.