La fresatura e la macinazione ad ultrasuoni a umido rappresentano tecniche avanzate utilizzate per la riduzione delle dimensioni delle particelle in materiali solidi. Si tratta di metodi che sfruttano l’energia degli ultrasuoni per generare cavitazione acustica nei liquidi, producendo forze intense che rompono e macinano le particelle. Questa tecnologia, offerta da Hielscher Ultrasonics Gmbh, presenta numerosi vantaggi rispetto ai metodi tradizionali di riduzione delle dimensioni, come i mulini a sfere, i mulini a perle, e i miscelatori a rotore-statore.
Principi della Cavitazione Ultrasonica
Quando i liquidi vengono sottoposti a intensità ultrasoniche elevate, le onde sonore generano cicli alternati di alta pressione e bassa pressione. Durante i cicli di bassa pressione, si formano piccole bolle di vuoto che, durante i cicli di alta pressione, collassano violentemente. Questo fenomeno, noto come cavitazione, crea micro-getti e turbolenze che causano la frantumazione delle particelle solide.
Nell’ambito della fresatura a umido e della macinazione, l’ultrasonicazione contente la lavorazione di liquami ad alta concentrazione e alta viscosità, riducendo quindi il volume da trattare. Il primo processo è particolarmente adatto per la lavorazione di materiali di dimensioni micron e nano, come ceramica, triidrato di allumina, solfato di bario, carbonato di calcio e ossidi metallici.
L’ultrasonicazione rimane un mezzo efficiente per la modifica delle particelle. In particolare per la produzione di fanghi di dimensioni superfini, gli ultrasuoni presentano numerosi vantaggi se confrontati con le comuni apparecchiature di riduzione dimensionale, quali: mulini colloidali (mulini a sfere), mulini a dischi, a getto, miscelatori rotatore-statore (ultra-turrax) o omogeneizzatori ad alta pressione.
Dispositivi
I dispositivi ad ultrasuoni sono molto facili sia da installare che da utilizzare. Le parti a contatto con il materiale da fresare sono solamente due: il sonotrodo in titanio e la cella di flusso in acciaio inox. Grazie al design semplice di quest’ultima, le unità possono essere pulite rapidamente. Inoltre, poichè i dispositivi Hielscher hanno un’efficienza molto elevata della conversione dell’energia elettrica in energia meccanica, in genere è necessaria meno potenza per la fresatura ad ultrasuoni rispetto alle apparecchiature convenzionali.
L’effetto di macinazione delle particelle si basa su un’intensa cavitazione ultrasonica. Quando si sonicano liquidi ad alta intensità, le onde sonore che si propagano nel mezzo liquido danno luogo a cicli alternati di compressione e rarefazione, con velocità che dipendono dalla frequenza. Durante il ciclo di rarefazione, le onde ultrasoniche ad alta intensità creano piccole bolle di vuoto o vuoti nel liquido. Nel momento in cui raggiungono un volume al quale non possono più assorbire energia, collassano violentemente durante il ciclo di compressione, concludendo il fenomeno della cavitazione.
L’implosione delle bolle di cavitazione provoca microturbolenze e microgetti fino a 1000km/ora. Le particelle di grandi dimensioni sono soggette ad erosione superficiale o riduzione delle dimensioni a causa della fissione tramite collisione tra particelle o collasso delle bolle di cavitazione formate sulla superficie. Questo porta ad una forte accelerazione della diffusione, dei processi di trasferimento di massa e delle reazioni in fase solida a cause del cambiamento delle dimensioni dei cristalliti e della struttura.
Sono disponibili processori ad ultrasuoni e celle di flusso per la dispersione e la macinazione a umido delle polveri sia per il livello di laboratorio che di produzione. In particolare, i sistemi industriali possono essere facilmente adattati per funzionare in maniera personalizzata. Per la ricerca e il test di questo processo, nonché per molti processi sonochimici, consigliamo i nostri dispositivi da laboratorio o l’UIP1000hd.