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Geschrieben von Dr. Amit Pratap Singh
Bewertet von Dr. Alidad Amirfazli
Geprüft: 28
This is a practical guide to Surface Science for researchers working in the Mining and Metals Industry.
In diesem brandneuen Leitfaden erfährst du alles über:
Lassen Sie uns gleich eintauchen.
From ore extraction and processing to refining and fabrication, the mining and metals industry spans a wide array of operations crucial to global infrastructure and manufacturing. This industry is a cornerstone of global economic development. It provides basic resources for construction, manufacturing, infrastructure development, and technology sector.
Understanding and manipulating surface properties such as wettability, adhesion, and corrosion resistance are essential for optimizing processes, enhancing product quality, and ensuring operational efficiency.
We use the important surface properties below to understand the behavior of Mining and Metals products and improve their quality.
Young – Laplace-Methode
Polynomiale Methode
Dynamischer Kontaktwinkel
Wenn wir einen Tropfen auf eine feste Oberfläche geben, besteht im Idealfall ein einzigartiger Winkel zwischen der Flüssigkeit und der festen Oberfläche. Den Wert dieses idealen Kontaktwinkels (den sogenannten Young-Kontaktwinkel) können wir mit Hilfe der Young-Gleichung berechnen. In der Praxis ist der Kontaktwinkelwert auf einer Oberfläche aufgrund der Oberflächengeometrie, Rauheit, Heterogenität, Verschmutzung und Verformung nicht unbedingt eindeutig, sondern liegt innerhalb eines Bereichs. Wir nennen die oberen und unteren Grenzen dieses Bereichs den fortschreitenden Kontaktwinkel bzw. den zurückweichenden Kontaktwinkel. Auch die Werte des vor- und zurückgehenden Kontaktwinkels für einen festen Untergrund sind sehr empfindlich. Sie können von vielen Parametern beeinflusst werden, wie z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Homogenität und kleinste Verschmutzung der Oberfläche und der Flüssigkeit. So können z.B. der vor- und zurückgehende Kontaktwinkel einer Fläche an verschiedenen Stellen unterschiedlich sein.
Praktische Oberflächen und Beschichtungen weisen von Natur aus eine Kontaktwinkelhysterese auf, die auf eine Reihe von Gleichgewichtswerten hinweist. Wenn wir statische Kontaktwinkel messen, erhalten wir einen einzigen Wert innerhalb dieses Bereichs. Sich ausschließlich auf statische Messungen zu verlassen, wirft Probleme auf, wie z. B. schlechte Wiederholgenauigkeit und unvollständige Oberflächenbewertung in Bezug auf Haftung, Sauberkeit, Rauheit und Homogenität.
In der Praxis müssen wir die Leichtigkeit der Flüssigkeitsverteilung (Vorschubwinkel) und die Entfernungsleichtigkeit (Rückzugswinkel) einer Oberfläche verstehen, z. B. beim Lackieren und Reinigen. Die Messung von Vorschub- und Rückzugswinkeln bietet eine ganzheitliche Sicht auf die Flüssig-Feststoff-Wechselwirkung, im Gegensatz zu statischen Messungen, die einen beliebigen Wert innerhalb des Bereichs liefern.
Diese Erkenntnisse sind entscheidend für reale Oberflächen mit Variationen, Rauheit und Dynamik und helfen Branchen wie Kosmetik, Materialwissenschaft und Biotechnologie bei der Gestaltung effektiver Oberflächen und der Optimierung von Prozessen.
Erfahren Sie, wie die Kontaktwinkelmessung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein vollständigeres Verständnis der Kontaktwinkelmessung lesen Sie unsere Kontaktwinkelmessung: Der endgültige Leitfaden
Diese Eigenschaft misst die Kraft, die auf die Oberfläche einer Flüssigkeit wirkt, mit dem Ziel, ihre Oberfläche zu minimieren.
Dynamische Oberflächenspannung
Die dynamische Oberflächenspannung unterscheidet sich von der statischen Oberflächenspannung, die sich auf die Oberflächenenergie pro Flächeneinheit (oder die Kraft, die pro Längeneinheit entlang des Randes einer flüssigen Oberfläche wirkt) bezieht.
Die statische Oberflächenspannung charakterisiert den Gleichgewichtszustand der Grenzfläche von Flüssigkeiten, während die dynamische Oberflächenspannung die Kinetik von Änderungen an der Grenzfläche berücksichtigt. Diese Veränderungen können das Vorhandensein von Tensiden, Additiven oder Schwankungen in Temperatur, Druck und Zusammensetzung an der Grenzfläche beinhalten.
Die dynamische Oberflächenspannung ist essentiell für Prozesse, die schnelle Änderungen an der Flüssig-Gas- oder Flüssig-Flüssig-Grenzfläche beinhalten, wie z. B. Tröpfchen- und Blasenbildung oder Koaleszenz (Änderung der Oberfläche), Verhalten von Schäumen und Trocknung von Lacken (Änderung der Zusammensetzung, z. B. Verdampfung von Lösungsmittel). Wir messen es, indem wir die Form eines hängenden Tröpfchens im Laufe der Zeit analysieren.
Die dynamische Oberflächenspannung gilt für verschiedene Branchen, darunter Kosmetika, Beschichtungen, Pharmazeutika, Farben, Lebensmittel und Getränke sowie industrielle Prozesse, in denen das Verständnis und die Kontrolle des Verhaltens von Flüssigkeitsgrenzflächen für die Produktqualität und Prozesseffizienz unerlässlich ist.
Erfahren Sie, wie die Messung der Oberflächenspannung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein vollständigeres Verständnis der Oberflächenenergiemessung lesen Sie unsere Oberflächenspannungsmessung: Der endgültige Leitfaden
Erfahren Sie, wie die Messung der Oberflächenenergie mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein umfassenderes Verständnis der Oberflächenenergiemessung lesen Sie unsere Oberflächenenergiemessung: Der ultimative Leitfaden
Der Gleitwinkel misst den Winkel, in dem ein flüssiger Film über eine feste Oberfläche gleitet. Es wird häufig verwendet, um die Rutschhemmung einer Oberfläche zu beurteilen.
Erfahren Sie, wie die Gleitwinkelmessung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein umfassenderes Verständnis der Gleitwinkelmessung lesen Sie unsere Gleitwinkelmessung: Der endgültige Leitfaden
Within the Mining and Metals industry, several case studies exemplify the advantages of conducting surface property measurements.
Herausforderung: Das Erreichen einer effizienten Flotation sowohl im Kupfer- als auch im Goldbergbau ist von entscheidender Bedeutung, aber auch komplex, da wertvolle Mineralien selektiv an Luftblasen gebunden werden müssen und gleichzeitig das Benetzungsverhalten und die Oberflächenspannung kontrolliert werden müssen.
Lösung: Die Flotation im Bergbau hängt stark von der Wechselwirkung zwischen mineralischen Partikeln und Luftblasen ab. Für den Kupferbergbau ist die Optimierung des Kontaktwinkels von entscheidender Bedeutung, um Kupfermineralien selektiv zu schwimmen und Gangmineralien wie Siliziumdioxid abzuwehren. Erreichen eines idealen Kontaktwinkels von 0 0 Sorgt für Hydrophobie, was zu einem hochwertigen Kupferkonzentrat führt.
Im Goldbergbau ist die Kontrolle der Oberflächenspannung unerlässlich, um einen stabilen Schaum zu erzeugen. Dieser Schaum ermöglicht es, dass sich Goldpartikel an Luftblasen anlagern und effektiv von Gangartmaterialien getrennt werden. Die richtigen Oberflächenspannungswerte stellen sicher, dass die Luftblasen ausreichend Auftrieb und Stabilität haben, um Goldpartikel an die Oberfläche zu transportieren und so eine effiziente Rückgewinnung zu ermöglichen.
Herausforderung : Rare earth element extraction involves complex separation processes dependent on surface interactions.
Lösung : The interactions between the mineral surfaces and chemical reagents used in the separation process are influenced by the surface energy. For example, rare earth elements (REE) often exist in complex mineral matrices with other elements. For the selective extraction of REE, chemical reagents are used. Miners can optimize the surface energy values so that these reagents can effectively adhere to the mineral surfaces containing REEs.
Similarly, surface energy optimization can be very useful in the selective extraction of minerals. By modifying surface energy, it’s possible to make the mineral surfaces more or less attractive to specific reagents, thus promoting the selective attachment of reagents to REE-bearing minerals while repelling unwanted minerals.
Herausforderung : The formation of rust and the durability of mining equipment is of great concern in the Mining Industry.
Lösung : One of the established methods to prevent corrosion and wear on mining equipment is using hydrophobic coatings. Applying hydrophobic coatings with a high contact angle helps repel water and corrosive substances, preventing the formation of rust and enhancing the durability of mining equipment. And therefore, mining companies apply a hydrophobic coating to the surface of their conveyor belts and ore processing machinery. The increased contact angle ensures that water and corrosive minerals are repelled, reducing maintenance costs and extending the lifespan of the equipment.
Herausforderung : Comminution is carried out to release valuable components, and the effectiveness of the subsequent separation heavily relies on the extent of this liberation. Nonetheless, the efficiency of concentration processes is compromised by the presence of fine particles generated during the grinding phase in mineral processing operations.
Lösung : An approach to extract fine valuable minerals from slimes involves augmenting their size through selective oil agglomeration. To achieve successful mineral agglomeration with oil, it is imperative that the solution’s surface tension surpasses the critical surface tension required for oil agglomeration. This selective oil agglomeration method is applied to segregate valuable minerals from mixtures of fine particles, facilitating the aggregation of the targeted mineral. Consequently, industries can refine the oil agglomeration process to attain effective comminution.
Wenn Sie an der Implementierung dieser oder anderer Anwendungen interessiert sind, kontaktieren Sie uns bitte.
In an industry where precision reigns supreme, where do Mining and Metals manufacturers turn to ensure their products can survive scrutiny? The answer lies in standards and guidelines: the compass that guides cosmetics manufacturers through the complex maze of quality and performance.
This standard provides the rock-mechanics terms commonly used in mining. The terms like ‘moisture content’, ‘angle of internal friction’, ‘basic sliding angle of friction of joint’, ‘roughness’, ‘angle of friction of fracture’, ‘rock burst’, ‘surface force’, ‘porosity’, ‘effective porosity’, ‘surface porosity’ are specified in this standard.
Wir hoffen, dass dieser Leitfaden Ihnen gezeigt hat, wie Sie die Oberflächenwissenschaft in der Kosmetikindustrie anwenden können.
Nun möchten wir das Wort an Sie übergeben:
Droplet Lab wurde 2016 von Dr. Alidad Amirfazli, Fakultätsmitglied an der York University, und zwei seiner Forscher, Dr. Huanchen Chen und Dr. Jesus L. Muros-Cobos, gegründet.
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