4. Порошки

0. 5.1. Визначення порошків та їх розміри

При дробленні твердих тіл одержують дисперсні системи, які прийнято називати порошками. Порошки – це грубодисперсні системи, частинки яких мають великі розміри і видимі візуально. В порошках дисперсна фаза – тверда речовина, а дисперсійне середовище – газ. Це надзвичайно концентровані та полідисперсні системи.

Розміри частинок порошків змінюються в широкому інтервалі і залежно від них порошкам дають різні назви: з діаметром частинок 20∙10^-3 – 10^-5м – пісок; 2∙10^-5 – 10^-6м – пил; менше 2∙10^-6м – пудра. Розмір частинок різних порошків коливається в широких межах. Так, пшеничне борошно одного й того самого сорту може містити частинки від 5∙10^-3 до 6∙10^-2см.

До типових порошків відносяться борошно, цукрова пудра, какао.

0. 5.2. Методи одержання порошків

Залежно від властивостей матеріалу, призначення та економічної доцільності порошки одержують різними методами, які поділяються на фізико-механічні (диспергування) та фізико-хімічні (метод конденсації).

Фізико-механічні методи одержання порошків основані на процесах подрібнення твердих матеріалів на різних дробарках і млинах з послідуючим розділенням на фракції за розмірами частинок.

В основі фізико-хімічних методів виробництва порошків лежать процеси окиснення, відновлення, електролізу тощо, тому хімічний склад вихідних матеріалів і порошків не однаковий. Метод конденсації оснований на отриманні порошків осадженням з розчинів в результаті коагуляції золів колоїдів або в результаті хімічної реакції між електролітами. Наприклад, осаджену крейду (зубний порошок) отримують за реакцією:

Na₂CO₃ + CaCl₂ = CaCO₃↓ + 2NaCl

Деякі високодисперсні порошки отримують, спалюючи (окиснюючи) метали. Наприклад, різні види сажі, які застосовуються при виробництві гуми, пластмас та типофрафської фарби, отримують спалюванням газоподібних або рідких вуглеводнів при нестачі кисню.

0. 5.3. Особливості порошків

Важливою характеристикою порошків є їх дисперсність, і тому існує багато методів визначення розміру частинок порошків. Найбільш розповсюджений ситовий аналіз, при якому порошок просіюють крізь набір сит з отворами різних розмірів.

Характерною особливістю порошків є їх властивість переходити в псевдорозріджений стан. Якщо порошок помістити в посуд з пористим дном, то припускаючи через нього знизу повітря з поступово збільшуючою швидкістю, можна змінити властивості порошку. При малих швидкостях повітря проходить крізь порошок, не змінюючи його об’єму. При досягненні певної швидкості повітря, шар порошку рівномірно розширюється в результаті того, що тверді частинки починають інтенсивно перемішуватися відносно один одного. По мірі розширення шару збільшується його текучість, тобто порошок наближається за цією властивістю до рідини. Із збільшенням тиску повітря шар порошку є схожим на киплячу рідину, від чого і одержав назву “киплячого шару”.

Порошки в псевдорозрідженому стані завдяки текучості легко перемішаються в промислових транспортних жолобах. Деякі порошки переходять в текучій стан при обережному пересипанні. Пересипання сприяє утворенню пухкої структури внаслідок проникнення газу між частинками. Цю властивість застосовують для просіювання борошна.

Але для ряда порошків пересипання приводить до утворення крупних, та не дуже міцних кулястих частинок – гранул.

Гранулюванням називають процес утворення в порошкоподібній масі гранул кулеподібної або циліндричної форми, більш або менш однакових за величиною.

Цей процес може відбуватися самочинно, оскільки зменшується поверхнева енергія Гіббса. Більш міцні гранули одержуються при механічному ущільненні попередньо зволожених порошків або порошків, в які добавлені ключі речовини. Гранулювання широко використовується в технології виробництва порошкоподібних продуктів. Гранульовані продукти менше розпилюються та злежуються, більш стійкі при зберіганні, їх зручно фасувати та дозувати.