بررسی تأثیر pH دوغاب و قطر نازل0 دستگاه اسپری درایر بر خواص ریزساختاری و جریان‌یابی گرانول‌های آلومینا ـ زیرکن

شریفی, لیلا; کلانتر, مهدی

doi:10.30501/jamt.2026.581581.1363

بررسی تأثیر pH دوغاب و قطر نازل0 دستگاه اسپری درایر بر خواص ریزساختاری و جریان‌یابی گرانول‌های آلومینا ـ زیرکن

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

لیلا شریفی ¹

مهدی کلانتر ²

¹ دانشجوی دکتری، دانشکده‌ی مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

² استاد، دانشکده‌ی مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

10.30501/jamt.2026.581581.1363

چکیده

در این تحقیق، گرانول‌های آلومینا ـ زیرکن تحت شرایط گوناگون با استفاده از دستگاه اسپری درایر تهیه شدند. یکی از چالش‌های اساسی در تهیه‌ی این گرانول‌ها احتمال بروز پدیده‌ی جدایش فازی ناشی از اختلاف چگالی میان ذرات آلومینا و زیرکن است که می‌تواند به ناهمگنی ریزساختاری در محصول نهایی منجر شود. بر این اساس، بهینه‌سازی پارامترهای فرایند خشک ‌کردن پاششی، به‌منظور دستیابی به گرانول‌هایی یکنواخت و عاری از جدایش زیرکن، هدف اصلی تحقیق در نظر گرفته ‌شد. دوغاب‌های آلومینا حاوی ۱۵ درصد وزنی زیرکن، 2 درصد وزنی پراکنده‌ساز، ۲۵/۱ درصد چسب و ۲/۰ درصد وزنی تری‌پلی‌فسفات برای بهبود خواص جریان‌یابی دوغاب، در pHهای 4، ۵/۹ و ۱۱ تهیه شدند. سپس، با استفاده از دستگاه اسپری درایر، با نازلی به قطر 700 نانومتر، گرانول‌ها تهیه شدند. رفتار جریان‌یابی دوغاب‌ها و خواص گرانول‌های به‌دست‌آمده بررسی و مقایسه شد. در بخش دیگری از تحقیق، تأثیر قطر نازل دستگاه اسپری درایر بر خواص ریزساختاری و جریان‌یابی گرانول‌ها بررسی شد. درنهایت، گرانول‌های به‌دست‌آمده از دوغاب آلومینا ـ زیرکن با 2 درصد وزنی پراکنده‌ساز و ۵/۹= pHو تهیه‌شده از دستگاه اسپری درایر با قطر نازل ۵/۱ میلی‌متر، کروی‌شکل با خواص جریان‌‌‌یابی عالی شامل زاویه‌ی رپوز 28 درجه، چگالی ظاهریg/cm3 ۰۲/۱، چگالی ضربه‌ای g/cm3 ۱۳/۱، ضریب هاسنر ۱۱/۱ و ضریب ‌کار ۹/۹ مناسب برای شکل‌دهی به روش پرس بودند. همچنین، تصاویر میکروسکوپ الکترونی گرانول‌ها توزیع مناسب ذرات زیرکن در زمینه‌ی آلومینا را نشان داد.

کلیدواژه‌ها

دوغاب آلومینا ـ زیرکن

گرانول‌سازی

اسپری درایر

pH دوغاب

موضوعات

اکسیدها ( آلومینا، سیلیکا، تیتانیا، اکسید بور، منیزیا، اورانیا... )

عنوان مقاله English

Effect of suspension pH and nozzle diameter on the morphology and flowability of alumina - zircon granules fabricated by a spray dryer

نویسندگان English

Leila Sharifi ¹

Mahdi Kalantar ²

¹ Ph.D. Candidate, Materials Engineering Group, Department of Mining and Metallurgical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran.

² Assistant Professor, Materials Engineering Group, Department of Mining and Metallurgical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran.

چکیده English

In this study, alumina-zircon granules were prepared under various conditions using a spray dryer. The primary challenge of this research was phase separation resulting from the density difference between alumina and zircon. Therefore, identifying optimal spray-drying conditions to obtain granules without zircon segregation was the main objective. Alumina suspensions containing 15 wt.% zircon and 2 wt.% dispersant were prepared at pH values of 4, 9.5, and 11, and granules were produced using a spray dryer equipped with a 700 μm nozzle. In another part of the study, the effect of spray dryer nozzle size on the morphology and flowability of the granules was investigated. The granules obtained from the alumina-zircon suspension containing 2 wt.% dispersant at pH 9 and prepared using a spray dryer equipped with a 1.5 mm nozzle exhibited excellent flow properties, including a repose angle of 28°, apparent density of 1.02 g/cm³, tapped density of 1.13 g/cm³, Hausner ratio of 1.11, and Carr’s index of 9.9, making them suitable for pressing.

کلیدواژه‌ها English

Alumina-Zircon Suspension

Granulation

Spray Drying

Suspension pH

Flowability

1. Chen, J., Yang, H., Xu, C. M., Cheng, J. G., & Lu, Y. W. (2021). Preparation of ZrO2 microspheres by spray granulation. Powder Technology, 385, 234-241. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2021.02.067

2. Durmus, C., & Ozgen, O. S. (2015). Experimental synthesis of granulated zirconia powders by spray dryer. Materials letters, 145, 243-246. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2015.01.121

3. Ewsuk, K. (2001). Powder granulation and compaction. Encyclopedia of Materials: Science and Technology, 7788-7800. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.12103-4

4. Garrido, L. B., & Califano, A. N. (2007). Effect of an excess of polyelectrolyte on viscoelastic properties of suspensions of alumina and zircon mixtures. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 302(1-3), 24-30. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2007.01.036

5. Höhne, P., Mieller, B., & Rabe, T. (2020). Advancing spray granulation by ultrasound atomization. International Journal of Applied Ceramic Technology, 17(5), 2212-2219. https://doi.org/10.1111/ijac.13534

6. Khor, K., & Li, Y. (2001). Crystallization behaviors in the plasma-spheroidized alumina/zircon mixtures. Materials letters, 48(2), 57-63. https://doi.org/10.1016/S0167-577X(00)00280-9

7. Majidian, H., Nikzad, L., Farvizi, M., Razavi, M., & Behzadi, B. (2025). Reactive spark plasma sintering of alumina-mullite-zirconia composites. Ceramics International. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.06.101

8. Mazzei, A., Rodrigues, J., & Pandolfelli, V. (2000). Alumina-mullite-zirconia composites obtained by reaction sintering Part II. R-Curve behavior. Journal of Materials Science, 35, 2815-2824. https://doi.org/10.1023/A:1004743001686

9. Naglieri, V., Gutknecht, D., Garnier, V., Palmero, P., Chevalier, J., & Montanaro, L. (2013). Optimized slurries for spray drying: Different approaches to obtain homogeneous and deformable alumina-zirconia granules. Materials, 6(11), 5382-5397. https://doi.org/10.3390/ma6115382

10. Nasrollahnejad, R., Majidian, H., Abadzadeh, T. and Nikzad, L. (2016). Type and amount of the final phases of alumina-zircon. 5(1), 25-32. (In Persion) https://doi.org/10.30501/jamt.2637.70321

11. Nouri, S., Hoseinian, F. S., Rezai, B., & Saberyan, K. (2019). New pretreatment method for high-tension electrical separation of zircon from quartz. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 29(8), 1737-1743. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(19)65081-8

12. Pan, Z., Wang, Y., & Sun, X. (2011). Fabrication and characterization of spray dried Al2O3–ZrO2–Y2O3 powders treated by calcining and plasma. Powder technology, 212(2), 316-326. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2011.06.004

13. Sathish, S., Geetha, M., Udayakumar, A., Senthil Kumar, S., & Asokamani, R. (2012). Granulation of nano alumina powder for improved flowability by spray drying. Transactions of the Indian Institute of Metals, 65, 485-490. https://doi.org/10.1007/s12666-012-0158-1

14. Sharifi, L., & Kalantar, M. (2026). Fabrication and characterization of biphasic Al2O3-ZrSiO4 granules and related composites: Effect of dispersant content. Ceramics International. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2026.01.015

15. Sharma, S., Sharma, T., Deep, M., & Sharma, A. (2021). Techniques to Determine Powder Flow Properties. International Journal of Contemporary Technology and Research, 3(2), 199-204. https://doi.org/10.46860/cgcijctr.2021.06.31.199

16. Tsubaki, J., Yamakawa, H., Mori, T., & Mori, H. (2002). Optimization of granules and slurries for press forming. Journal of the Ceramic Society of Japan, 110(1286), 894-898. https://doi.org/10.2109/jcersj.110.894

17. Yıldız, Ö., & Soydan, A. M. (2019). Synthesis of zirconia toughened alumina nanopowders as soft spherical granules by combining co-precipitation with spray drying. Ceramics International, 45(14), 17521-17528. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.05.314

18. Yu, X., He, C., Liu, M., Liu, X., Guo, Z., Yang, M., …, & Min, X. (2025). Influence of γ-Al2O3 and Al (OH) 3 on the mechanical properties of corundum-zirconia-mullite composite materials prepared using zircon. Ceramics International, 51(17), 23671-23679. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.03.054