Aglomeración: aglomeradores de tambor

Los procesos de aglomeración son ubicuos en la industria de procesos, ya sea una aglomeración deseada a través de un proceso o una aglomeración no deseada, como el caking. Esta página tiene como objetivo explicar cuáles son los fenómenos físicos que causan la aglomeración de partículas de polvo, ya que una comprensión de estos es crítica para garantizar que una fábrica funcione correctamente en procesos como lechos fluidizados, compactadores de rodillos, prensas de tabletas, extrusión o sinterización.

1. ¿Qué es la aglomeración de partículas de polvo?

La aglomeración es la acción de reunir partículas sólidas originalmente separadas en un conglomerado, que es una masa de partículas que adhieren entre sí.

El proceso de aglomeración se puede llevar a cabo gracias a diferentes tecnologías de aglomeración, siendo las más comunes las siguientes:

• Aglomeradores de disco
• Mezcladores de alta cizalladura
• Tumblers
• Aglomeradores de lecho fluidizado
• Prensas de tabletas
• Compactadores de rodillos
• Extrusión
• Sinterización

Cada una de estas tecnologías juega con un mecanismo diferente para garantizar que las partículas sólidas formen un aglomerado lo suficientemente sólido como para cumplir con las propiedades del producto objetivo.

2. Mecanismos de unión de la aglomeración

La aglomeración de partículas sólidas puede deberse a 5 categorías diferentes de mecanismos de unión, para un proceso de aglomeración específico, uno o varios de estos mecanismos pueden estar en juego. 2.1 Puentes sólidos

Los puentes sólidos son el enlace más fuerte que se puede formar entre partículas durante la aglomeración, ya que se unen directamente por medio de un sólido.

Los puentes sólidos pueden crearse por los siguientes fenómenos:

Sinterización (las partículas, suficientemente calentadas, se "fusionan")

• Fusión parcial de la superficie de contacto entre partículas (diferente al principio de sinterización descrito anteriormente)
• Reacciones químicas
• Recristalización, que a menudo ocurre cuando hay agua presente, disuelve el sólido bajo ciertas condiciones y luego se evapora. También se puede lograr utilizando una solución con algún material coloidal utilizado para humedecer las partículas de sólidos y que luego se evapora, dejando que las partículas coloidales creen puentes sólidos.
• 2.2 Fuerzas de adhesión y cohesión

Estas fuerzas suelen ocurrir cuando hay una capa de una determinada sustancia entre 2 partículas.

Es el mecanismo de aglomeración utilizado por ligantes líquidos viscosos que se encuentran entre las partículas y las unen. El ligante se agrega durante el proceso de aglomeración, dependiendo de la cantidad agregada, puede incluso convertirse en un ligante de matriz, lo que significa que todo el espacio entre las partículas, no solo una capa, está ocupado por el ligante.

Las partículas también pueden adsorber moléculas en su superficie. Esta capa muy delgada, para partículas relativamente pequeñas, puede desempeñar un papel, ya que 2 capas de adsorción en 2 partículas pueden atraer y mantener juntas a las partículas anfitrionas.

2.3 Tensión superficial y fuerzas capilares: puentes líquidos

La presencia de un líquido, más a menudo agua, es una de las principales causas de aglomeración de partículas. El agua en la superficie de las partículas sólidas puede crear puentes líquidos gracias al agua libre o a la condensación capilar. Cuando el agua llena los poros de los sólidos hasta la superficie, puede desarrollarse una presión capilar negativa dentro del poro, creando una fuerza en el extremo del puente líquido y manteniendo las partículas juntas.

Estos puentes líquidos ocurren en el "punto de contacto" o punto de coordinación entre 2 partículas.

2.4 Fuerzas de atracción entre sólidos

Estas fuerzas son significativas a muy pequeña escala, entre moléculas, y pueden ser altas a esta escala, pero tan pronto como la distancia entre partículas aumenta, estas fuerzas se vuelven insignificantes en comparación con los otros mecanismos mencionados en esta página. Como actúan a muy corta distancia entre partículas, también son principalmente significativas para partículas muy finas (unas pocas decenas de micrones, o incluso nanopartículas).

Las fuerzas de atracción pueden ser de origen molecular, eléctrico o magnético. Las fuerzas involucradas son las siguientes:

Attraction forces can be of molecular, electrical or magnetic origin. The forces involved are the following :

• Van der Waals forces
• Valence forces
• Non valence associations (hydrogen links for example)
• Electrostatic forces
• Magnetic forces

2.5 Interlocking

The interlocking phenomena, helping particles to stay together in a conglomerate, is related to the shape of the particles and how the mechanically block the movement of each other at the particle level. For example, fibers, long particles can play a role to interlock with some other particles and restrain their movement. It is also the case in compression of powder where some particles can break, deform, and "enroll" around other particles, strengthening the bond in between them.

Source

[Pietsch] Agglomeration Processes (Phenomena, Technologies, Equipment), Pietsch, Wiley-VCH, 2004