Connaissances de base des poudres: granulométrie, répartition granulométrique, densité, fluidité, surface spécifique

Dans l'industrie, un grand nombre de matières premières sont des poudres. Comprendre les propriétés et les paramètres de ces poudres est bénéfique pour le bon fonctionnement des processus de production. Les caractéristiques particulaires des poudres comprennent la taille des particules, la distribution granulométrique, la densité, la fluidité et la surface spécifique.

I. Propriétés de base des poudres

1. Taille des particulesLa taille des particules est collectivement appelée taille des particules, également connue sous le nom de diamètre des particules. Pour les particules sphériques, la taille des particules est directement exprimée en diamètre; pour les particules non sphériques, le concept de «taille de particule équivalente» est utilisé pour la décrire.

2. Distribution granulométrique (PSD)Également connu sous le nom de dispersion, se réfère au pourcentage de particules de différentes tailles dans une poudre. Selon l'étalon de mesure, il peut être divisé en distribution de quantité, distribution de surface et distribution de masse. Les méthodes courantes de représentation comprennent les représentations tabulaires, graphiques et fonctionnelles.

3. D10, D50, D90, D97: Tailles de particules caractéristiques correspondant à la courbe de répartition granulométrique cumulée. D50, également connu sous le nom de diamètre médian, représente la valeur de 50% des particules dans l'échantillon qui sont plus petites que cette valeur; D90 et D97 sont souvent utilisés pour caractériser la distribution de grosses particules et sont cruciaux pour le contrôle de la qualité du produit.

4. Valeur d'envergureUne métrique pour mesurer la largeur de la distribution granulométrique, calculée comme(D90 - D10) / D50. Une plus grande valeur indique une distribution plus large; une plus petite valeur indique une distribution plus concentrée.

5. Vraie densitéDensité obtenue en divisant la masse d'une poudre par le volume (volume réel de la substance) à l'exclusion des vides à l'intérieur ou à l'extérieur des particules.

6. Densité de granuleDensité obtenue en divisant la masse de la poudre par le volume des particules, y compris les pores ouverts et fermés.

7. Densité en vracÉgalement connue sous le nom de densité apparente libre, elle se réfère à la densité obtenue en divisant la masse d'une poudre par le volume du récipient occupé par la poudre (y compris les pores dans les particules et les vides entre les particules). Pour la même poudre, densité réelle % 3E densité de particules % 3E densité apparente.

8. Densité taraudéeDensité apparente de la poudre après avoir été taraudée et compactée plusieurs fois dans des conditions spécifiées.

9. PorositéRapport des vides dans une couche de poudre, c'est-à-dire le rapport du volume occupé par les vides entre les particules et les pores à l'intérieur des particules elles-mêmes au volume total de la poudre, exprimé en pourcentage.

10. Sphéricité: Indique à quel point la forme de la particule se rapproche d'une sphère. Une sphéricité plus élevée indique généralement une meilleure fluidité.

11. Rapport d'aspectRapport du diamètre le plus long au diamètre le plus court d'une particule. C'est un paramètre important pour les particules fibreuses ou en forme d'aiguille.

II. Mécanique des poudres et propriétés d'écoulement

1. FluiditéLa facilité avec laquelle la poudre s'écoule sous l'action d'une force externe, qui est étroitement liée à des facteurs tels que la forme, la taille, l'état de surface et la densité des particules.

2. Angle de reposL'angle entre la génératrice du cône et le plan horizontal après que la poudre coule naturellement du fond de l'entonnoir et s'accumule dans un cône. C'est l'indicateur le plus simple pour évaluer la fluidité; plus l'angle est petit, meilleure est la fluidité. Il est communément appelé l'angle de repos.

3. Angle de chute/Angle de différenceAprès avoir mesuré l'angle de repos, un impact spécifique est appliqué à un tas de poudre, et l'angle formé après que la surface de la pile s'effondre. La différence entre l'angle de chute et l'angle de repos reflète la tendance de la poudre à se cambrer.

4. Angle de friction interneAngle correspondant au rapport de la contrainte de cisaillement à la contrainte normale lorsque le glissement se produit entre les particules à l'intérieur d'une poudre, reflétant la capacité de la poudre à résister à la déformation de cisaillement.

5. Angle de friction du mur: L'angle de frottement quand la poudre glisse entre le mur de contacteur (tel que le mur de trémie), et c'est un paramètre clé pour concevoir l'angle de cône de trémie.

6. Indice de compressibilité/Index de Carr: Un indice de fluidité calculé à partir de la densité d'emballage lâche et de la densité taraudée, en utilisant la formule[(Densité taraudée-densité d'emballage lâche)/densité taraudée] × 100%. Plus la valeur est petite, meilleure est la fluidité.

7. Hausner Ratio: Le rapport de la densité taraudée à la densité d'emballage lâche. Semblable à l'indice de Carr, c'est un indicateur important de la liquidité; plus le ratio est élevé, plus la liquidité est mauvaise.

8. DébitMasse de poudre sortant d'un entonnoir avec une ouverture spécifique par unité de temps, utilisée pour quantifier directement la fluidité.

9. CompressibilitéSe réfère à la capacité d'une poudre à diminuer en volume sous pression.

10. CompactibilitéFait référence à la capacité d'un matériau à être comprimé et étroitement lié à une forme prédéterminée (bloc) avec une certaine résistance.

III. Surface de poudre et propriétés chimiques

1. Surface spécifiqueSurface totale par unité de masse du matériau. C'est un paramètre important caractérisant la taille des particules de poudre et la capacité d'adsorption des solides.

2. HygroscopicitéSe réfère au phénomène d'une surface solide absorbant l'humidité de l'environnement. Cela peut entraîner une diminution de la coulabilité de la poudre, de l'agglomération, du mouillage ou même de la liquéfaction.

3. MouillageFait référence au phénomène selon lequel une interface solide passe d'une interface solide-gaz à une interface solide-liquide.

4. Adhérence: Fait référence à l'attraction entre différentes molécules qui fait adhérer les particules de poudre à la surface de contact (telle que la paroi du récipient).

5. Cohésion: Également connu sous le nom d'adhésion, fait référence au phénomène où l'attraction entre des molécules similaires fait adhérer des particules de poudre les unes aux autres et forme des agrégats.

6. ÉlectrostatiqueLa tendance des poudres à générer et à accumuler des charges pendant le transport, la collision et la friction, affectant la fluidité et la sécurité opérationnelle.

7. Potentiel de ZetaLe potentiel d'une particule sur son plan de glissement en solution, c'est un indicateur clé de la stabilité d'un système de dispersion colloïdale. Plus la valeur absolue est élevée, plus la répulsion électrostatique entre les particules est grande et plus le système est stable.

8. Énergie de surfaceExcès d'énergie des molécules à la surface d'une particule par rapport aux molécules à l'intérieur. Plus l'énergie de surface est élevée, moins la particule est stable et plus son adhérence et sa cohésion sont fortes.

IV. Méthodes de mesure et d'analyse

1. Analyse de tamisageUne méthode traditionnelle d'analyse granulométrique utilisant un jeu de tamis standard. Les résultats sont exprimés en fraction massique et conviennent pour des particules plus grossières (3% à 38 μm).

2. Diffraction laserLa technologie actuelle de mesure de la taille des particules, qui calcule la distribution de la taille des particules en analysant le modèle de diffusion de la lumière laser par particules. Il a une large plage de mesure et une vitesse élevée.

3. Analyse d'image dynamiqueCette méthode utilise une caméra à haute vitesse pour capturer des images de particules en mouvement et analyser leur taille et leur forme (telles que la sphéricité et le rapport d'aspect) en temps réel.

4. Méthode de PARIBasé sur la théorie de Brunauer-Emmett-Teller, il s'agit d'une méthode standard pour calculer la surface spécifique en utilisant des données d'adsorption d'azote à basse température. Il peut également être utilisé pour analyser la distribution de la taille des pores.

5. Porosimétrie par intrusion de mercure (MIP)Utilise la propriété non mouillante du mercure dans les matériaux. Le mercure est forcé dans les pores sous haute pression, et la distribution de la taille des pores est calculée en fonction de la relation entre la pression et le volume de mercure injecté. Il est principalement utilisé pour mesurer des pores plus grands.

V. Opérations de l'unité de traitement

1. Écrasement/meulageLe processus de rupture de gros matériaux solides en poudre fine en utilisant la force mécanique.

2. ClassificationLe processus de séparation des particules en fonction de leur taille, souvent combiné avec le broyage pour former un système en boucle fermée.

3. MélangeLe processus de mélange uniforme de deux poudres ou plus de différents composants.

4. Granulation/agglomérationLe processus d'agglomération de poudre fine en particules plus grandes et plus fluides, visant à améliorer l'opérabilité et à prévenir la poussière.

5. SéchageOpération unitaire qui élimine l'humidité (eau ou solvant) des poudres ou des particules.

6. Transport pneumatiqueUne méthode de transport de matériaux en poudre dans des pipelines en utilisant l'énergie gazeuse, qui est divisée en phase diluée de transport et de transport de phase dense.

7. Stockage et alimentationCela implique la conception de silos/trémies et d'équipements de décharge stables et contrôlables (tels que des vannes rotatives et des alimentateurs à vis).

VI. Problèmes et phénomènes communs

1. SégrégationLa séparation se produit pendant la vibration, le transport, et d'autres processus dus aux différences dans la dimension particulaire, la densité, et la forme, qui peuvent perturber l'homogénéité du mélange.

2. PoussièreLe phénomène des particules fines de poudre suspendues dans l'air par le flux d'air, qui est lié à la santé et à la sécurité au travail.

3. Archer/RatholingLorsque la poudre est introduite dans un silo, elle forme une structure arquée stable ou un canal central en raison de la cohésion et de la friction, provoquant l'interruption de l'écoulement.

4. FluidisationLorsqu'un gaz ou un liquide passe vers le haut à travers une couche de poudre à une certaine vitesse, les particules sont soulevées par le fluide et l'ensemble présente un état semblable à un fluide. Il est largement utilisé dans le séchage, la réaction et d'autres processus.

5. Explosion de poussièreLorsque la poussière combustible en suspension dans l'air atteint sa limite de concentration explosive, elle subit une réaction d'oxydation violente lorsqu'elle rencontre une source d'inflammation, ce qui est extrêmement destructeur.