Гранулирование материалов

Силы взаимодействия при гранулировании

В процессах гранулирования проявляются почти все известные виды физико-механических и физико-хи­мических связей между частицами. Наиболее полная характеристика различных межчастичных связей в про­цессе образования гранул приведена в работе [186]. В ней рассмотрены следующие силы, действующие на частицы при росте и формировании гранул: капилляр­ные и поверхностно-активные силы на границе раздела твердой и жидкой фаз; адгезионные силы, возникающие в адсорбированных слоях; силы притяжения между твердыми частицами (мономолекулярные силы Ван - дер-Ваальса и силы электростатического притяжения); силы связи, обусловленные образованием материальных мостиков, возникающих при спекании, химической реак­ции, затвердевании связующего, плавлении и кристал­лизации растворенного вещества при сушке. С учетом этого все известные виды связей при гранулировании сведены нами в общую классификационную схему (рис. 11-2).

Рис. ІІ-З. Сопоставление свя­зей между частицами при раз­личных механизмах сцепления и размерах частиц.

Для формирования гранул из исходных час­тиц порошкообразного материала необходимо обеспечить их сближение на такое расстояние, при котором проявляется дей­ствие указанных сил. В том случае, когда гранулы мо­гут быть получены без добавления жидкой фазы (свя­зующих жидкостей), применяют «сухое» гранулирование (например, методом прессования). При этом сцепление обеспечивается ван-дер-ваальсовскими и электростатиче­скими силами связи.

При гранулировании методом окатывания более ре­зультативными оказываются связи между частицами, обусловленные капиллярными силами, что объясняется использованием жидкофазного связующего и образова­нием кристаллических мостиков.

Сопоставление приведенных на рис. II-1 видов проч­ностных связей, вызванных действием различных меха­низмов межчастичного сцепления, представлено на рис. П-З. Горизонтальной штриховой линией диаграмма разделена на две половины: для области / характерны силы связи, образованные связующим при поверхност­ном соприкосновении. Активная поверхность взаимо­действия частиц при этом определяется в основном внешней энергией или давлением и в меньшей мере за­висит от размера частиц исходного сыпучего материа­ла. Область П иллюстрирует более слабые связи, обу­словленные капиллярным сцеплением и кристалличе­скими мостиками. Для этой области наблюдается уве­личение прочности связи с уменьшением размера час­тиц.

Область значений прочности электростатических свя­зей, малозависящей от размера частиц, находится ниже области II. Наклонные прямые разделяют диаграмму на области различных механизмов связей, прочность
которых не зависит от размера частиц. Для мелких час­тиц размером менее 10 мкм силы Ван-дер-Ваальса ока­зываются более эффективными, так как расстояния между частицами достаточно малы.

Граничная прямая области А рассчитана для сред­него расстояния между частицами 3 мкм. Область В со­ответствует силам сцепления, обеспечиваемым адсорб­ционными пленками. В этой области преобладают силы Ван-дер-Ваальса. Область С иллюстрирует прочность связей, вызванных действием обоих механизмов: пле­ночного натяжения в жидкостных мостиках и отрица­тельного гидростатического давления в капиллярах. Выше области С возможно образование еще более проч­ных связей, обеспечиваемых спеканием, а также добав­лением клейких или связующих веществ (область D).

Рассмотрение видов связей и сопоставление их проч­ностных характеристик имеют особое значение при ана­лизе механизма и кинетики процесса гранулирования, осуществляемого различными методами.

Глава III