ArticlePDF Available

Kolloidisten suspensioiden online -analysointi: tutkimuksesta liiketoimintaa

Authors:

Abstract

Colloids are two-phase materials where one phase is finely dispersed into the other. Due to the small size of the dispersed particles, they build up electrical forces that can cause them to repulse or attract each other. Control of those forces is in key role at many industries processing colloidal suspensions. In order to achieve smooth production flow, electrical properties of these liquid-solid mixtures need to be monitored online, directly on the production site. Commercialization possibilities for a passive resonance sensor based method for monitoring the electrical state of the colloidal sus- pension is being studied in Tampere University of Technology. Initial aim for the method is in analyzing colloidal inorganic minerals.
54 Materia 5/2015 TIEDE & TEKNIIKKA
TIEDE & TEKNIIKKA
Oheinen kolmeen osaan jaeu artikkeli liiyy mineraalin-
jalostusprosesseissakin tärkeisiin partikkeli-neste-seosten
ilmiöihin ja niiden miaamiseen. Ensimmäinen esielee ko.
ilmiöitä tieteellisestä näkökulmasta sekä prosesseja, joissa
niitä havaitaan. Toinen kertoo online-miaamisen eduista
ja kolmas esielee Tampereen teknillisen yliopiston projek-
tia, jossa optimoidaan mm. sakeutusprosessia online-mia-
laiein ja selvitetään menetelmän kaupallista potentiaalia.
1. Kolloidiset suspensiot: määritelmä, ilmiöt ja esiintyminen
1.1. Kolloidinen suspensio
Materialla on kolme perinteistä olomuotoa: kiinteä, neste
ja kaasu. Kun jokin näistä on hienojakoisesti sekoiunut
toiseen, kutsutaan faasien muodostamaa kokonaisuua
kolloidiksi. Toinen faaseista on tällöin jatkuva ja toinen
siihen dispergoitunut faasi, jonka koko on niin pieni, eä
sitä ei yleensä voi havaita mikroskoopilla. Kolloidinen koko
kasvaaa myös painovoiman ulkopuolisten ilmiöiden mer-
kitystä ja niiden ymmärtäminen edesauaa selviämään
kolloidien stabiiliua ja antaa mahdollisuuksia vaikuaa
siihen. Kuva 1 havainnollistaa joidenkin tyypillisten kol-
loidien kokoluokkaa verrauna niitä pienempiin nanohiuk-
kasiin ja suurempiin partikkeleihin.
Kolloidit jaotellaan seosaineiden olomuodon mukaan
siten, eä esimerkiksi sumua, ilman sekaan dispergoitu-
neita vesipisaroita, kutsutaan aerosoliksi; terästä, raudan
joukkoon dispergoitunua hiiltä, kiinteäksi sooliksi; ja
maitoa, nesteeseen dispergoituneita rasvamisellejä, emulsi-
oksi. Artikkelissa keskitytään neljänteen ryhmään: nesteen
ja kolloidipartikkelien seoksiin, suspensioihin, joissa jotkin
kolloidiset ilmiöt korostuvat. Ennen niiden tarkastelua an-
netaan esimerkkejä teollisuudessa esiintyvistä kolloideista.
Esimerkiksi tehtaan tai sen johtajan piipusta tupruava
savu on kolloidinen aerosoli, kun taas suspensiota esiintyy
maaleissa, sementeissä, musteissa ja paperin valmistukses-
sa, jossa agglomeraation eli partikkelien liiymisen toisiin-
sa pidetään merkiävimpänä paperikoneen käyteävyyä
rajoiavana tekijänä. Myös mineraalien jalostuksessa on
suspensioprosesseja; esimerkiksi kuparimalmi rikastetaan
otaatioprosessissa, jossa murskatun malmin kuparimine-
raali kiinnitetään keräysaineeseen, jonka kolloidiset omi-
naisuudet määräävät prosessin tehokkuuden samoin kuin
päinvastoin toteuteavassa sakeutusprosessissakin.
1.2. Ilmiöitä kolloidisissa suspensioissa
Kolloidiset suspensiot aseuvat kuvan 1 mukaisesti ko-
koluokassa liuoksen ja seoksen
väliin. Tyypillinen liuos syntyy,
kun kahviin sekoitetaan sokeria,
joka liukenee nesteeseen mole-
kyylitasolla ja jakautuu siihen
tasaisesti. Suuren partikkelikoon
seoksessa taas liukenemista ei ta-
pahdu, vaan seosaineet vajoavat
nesteessä alaspäin kuten hiekan-
jyvät, jotka painovoiman vuoksi
kertyvät lopulta meren pohjalle
synnyäen veden ja hiekan
heterogeenisen seoksen. Kolloi-
dihiukkanen ei liukene, mua
on kuitenkin niin pieni, eä sen
kokemista voimista painovoima
ei ole kaikkein merkiävin.
Kolloidin voi eroaa liuokses-
Kolloidisten suspensioiden online
-analysointi: tutkimuksesta liiketoimintaa
Kuva 1. Esimerkkejä eri kokoluokan hiukkasista. Muokattu lähteestä: [Stephen Lower, chem-
wiki.ucdavis.edu] Creative commons lisenssin alaisena: BY-NC-SA.
Fig.1. Examples of the size ranges of different particles. Adapted from [Stephen Lower,
chemwiki.ucdavis.edu] under Creative Commons license: BY-NC-SA.
1. Materiaaliopin laitos,
Tampereen teknillinen
yliopisto 2. Systee-
mitekniikan laitos,
Tampereen teknillinen
yliopisto
Matti
Järveläinen1
Teemu
Yli-Hallila2
Timo
Salpavaara2
Jarmo
Verho2
Matti
Vilkko2
Erkki
Levänen1
55TIEDE & TEKNIIKKA Materia 5/2015
ta ja seoksesta mm. kiinniämällä huomiota siihen, eä se
siroaa valoa (Tyndall-efekti), mua tämän lisäksi kolloi-
deilla on sähköisiä ominaispiirteitä, joita tarkastellaan seu-
raavaksi suspensioiden näkökulmasta. Joissain tapauksissa
kolloidipartikkelit liiyvät toisiinsa muodostaen agglome-
raaeja tai tiiviitä koagulaaeja ja toisinaan ne dispergoi-
tuvat homogeenisiksi, stabiileiksi seoksiksi. Kuvassa 2 on
esitey kumpikin tilanne.
Yllä kuvau käytös seliyy partikkelien pienellä koolla,
minkä vuoksi niiden ja nestefaasin väliset vuorovaikutus-
voimat ovat suhteellisesti merkiävämpiä kuin painovoi-
man vaikutus. Kyseiset vuorovaikutusvoimat ovat olemassa
suurissakin partikkeleissa, mua koska voimat syntyvät
rajapinnoilla tapahtuvista ilmiöistä, vasta kolloidisessa
kokoluokassa partikkelin pinta-alan ja painon suhde on riit-
tävän suuri ilmiöiden esille tulemiseksi. Monelle osa näistä
ilmiöistä on tuuja viime vuosikymmenen nanopartikkeli-
villityksen myötä.
Nämä sähköiset voimat ovat molekyylien polarisaatiosta
aiheutuva van der Waalsin vetovoima, sekä voima, joka
syntyy faasien välisen rajapinnan varautumisesta. Kolloidis-
ten partikkelien stabiilius määräytyy voimien keskinäisestä
suuruudesta; ilman partikkelien sähköistä varautumista ne
taruisivat toisiinsa. Näin ei kuitenkaan aina tapahdu, koska
usein epäorgaaniset partikkelipinnat adsorpoivat liuoksesta
varautuneita ioneja, jotka vuorostaan vaikuavat siihen,
miten hanakasti partikkelit vetävät tai hylkivät toisiaan.
Toisinaan hylkivä voima halutaan maksimoida, jolloin
partikkelit pysyvät erillään, mua joskus ne halutaan
erotella nesteestä nopeasti, jolloin tavoitellaan niiden
liiymistä toisiinsa. Joskus myös kevyt agglomeraatio on
haluu ominaisuus: se esimerkiksi helpoaa maalaria, joka
nopealla maalin sekoituksella voi rikkoa agglomeraatit
ja alentaa siten hetkellisesti maalin viskositeeia leviä-
misen helpoamiseksi. Sekoiamista pysyvämpiä tapoja
vaikuaa partikkelien välisiin vuorovaikutuksiin ovat mm.
suspension happamuuden ja ionitasapainon muuaminen
tai dispergointiaineiden käyö, joita kaikkia tarkastellaan
seuraavassa kappaleessa.
1.3. Kolloidisten suspensioiden stabiilius
Kolloidin stabiiliudella tarkoitetaan sen kykyä pysyä ta-
saisesti jakautuneena ympäristössään. Esimerkiksi maidon
pilaantuminen havaitaan homogeenisuuden katoamisena
emulsion rasvamisellien koaguloituessa silmin havaiaviksi
alueiksi. Epäorgaanisilla kolloideilla stabiiliuden muutosten
takana ovat edellisessä kappaleessa esiteltyjen sähköisten
voimien väliset suhteelliset erot. Epäorgaaniset kolloidit
ovat väistämää epästabiileja, mua käytännössä niissä
tapahtuvat muutokset voivat kestää sekunneista satoihin
vuosiin. Muutosten nopeuteen voidaan vaikuaa elektro-
staaisesti muuamalla suspension pH:ta, ionitasapainoa
tai vaikuamalla sähköisen hylkimisvoiman suuruuteen
esimerkiksi lisäämällä suolapitoisuua. pH:n suhteen
kolloidilla on epästabiili alue nk. isoelektrisen pisteen ym-
päristössä, jossa partikkelia normaalisti ympäröivät varau-
tuneet ionit puuuvat kokonaan. Partikkeleita ympäröivän
ionikerroksen paksuuteen vaikuaa suspension ionitasa-
paino siten, eä ionien lisääminen tai niiden valenssiluvun
kasvaaminen tiivistävät kerrosta. Suorempi tekniikka
suspensioiden kontrollointiin on dispergointiaineen käyö;
aine adsorpoituu partikkelien pinnoille kasvaaen partik-
keleja ympäröiviä varauksia tai muodostaen fyysisiä esteitä
niiden välille. Dispergointiaine kuitenkin estää suspensi-
on tilan muuamisen myöhemmin, se on kallista ja usein
epäedullista suspension jatkokäsielylle. Tämän vuoksi
elektrostaaista stabilisointia käytetään aina, kun voidaan
olla varmoja sen riiävyydestä.
2. Kolloidisten suspensioiden analysointi
2.1. Suspensioiden miaamisen nykytila
Suspensioiden varautumista voidaan seurata kenämit-
tauksin, mua pääosin miaukset tehdään laboratorioissa.
Tyypillisimmin ne perustuvat sähkökentän aikaansaaman
elektroforeesin – varautuneiden partikkelien liikkeen –
nopeuden miaamiseen tai päinvastoin virtauspotentiaa-
liin – sähkökentässä havaiaviin muutoksiin kolloidien
virratessa siitä läpi. Kummassakin tapauksessa liikeä
säätelevät partikkelien dielektrisyys, ympäröivän nesteen
viskositeei ja partikkelin mukana liikkuvan ionikerroksen
ja nesteen välinen sähköinen potentiaali. Samaa ilmiötä
voidaan mitata myös elektroakustisesti, jolloin havain-
noidaan suurtaajuussähkökentän aiheuamaa kolloidien
värähtelyä. Epäsuoremmin suspensioiden tilan aiheuamia
funktionaalisia muutoksia voidaan mitata mm. viskositeetin
tai paikallisen kiintoainepitoisuuden kaua, mua tällöin
miauksiin vaikuavat useat eri tekijät.
2.2. Lean-tuotanto ja online-miaaminen
Edellä esiteyjen tekijöiden miaaminen on tärkeää
prosessien seurannan ja ohjaamisen kannalta ja niiden
analysointi muuaa muotoaan, koska modernit tuotantolai-
tokset ovat muuaneet toimintatapaansa massatuotannosta
lean-tuotantoon. Lean-periaaeen mukaisessa tuotannossa
pyritään eliminoimaan asiakasarvoa lisäämätön toiminta.
Tällöin tuoavuus kasvaa varastoihin sitoutuneen omai-
suuden ja läpimenoaikojen pienentyessä ja myös tuotelaatu
paranee. Lean-tuotannon tueksi, myös kolloidiprosesseissa,
tarvitaan jatkuvatoimisia, integroitavia ja nopeasti reagoivia
miausmenetelmiä.
3. Kolloidisen suspension online-miaaminen: Collo-projekti
3.1. Taustat
TTY:n Materiaaliopin laitoksella on pitkä perinne epä-
orgaanisten materiaalien kolloidiprosessien tutkimisesta.
Laitos on tutkinut pääsääntöisesti funktionaalisia ja teknisiä
epäorgaanisia rakenteita ja tutkimuksista saatuja tuloksia
on hyödynney esimerkiksi kuuman kaasun suodatuksessa,
kulutuskestoa vaativissa kappaleissa ja itsepuhdistuvissa
pinnoieissa. Lähes poikkeuksea jokainen tutkiu prosessi
on vaatinut kolloidista prosessointia, jonka tilanseuranta on
havaiu tärkeäksi jo pelkästään prosessin ymmärtämisen-
Kuva 2. Vasemmalla tasaisesti dispergoitunut kolloidi ja
oikealla agglomeroitunut kolloidiseos, joka on painovoiman
vaikutuksesta osittain sedimentoitunut.
Fig. 2. On the left evenly dispersed colloid and on the right
agglomerated suspension which has partly sedimented due to
agglomeration.
56 Materia 5/2015
kin kannalta. Seuranta perustuu kolloidien tilaa dominoivi-
en pintavarauksien miaamiseen.
Muun muassa kolloideja tutkiiin 2012–2014 Tekes-pro-
jektissa "Monitaajuussignaalin materiaalivaste". Nimensä
mukaisesti projektissa hyödynneiin signaaleja, joita mate-
riaalit muuivat eri tavoin riippuen niiden koostumuksesta,
kiintoainepitoisuudesta, huokoisuudesta [1] ja kosteudesta.
Sähköisen signaalin käyäminen havaiiin potentiaa-
lisimmaksi vaihtoehdoksi jatkuvatoimiseen ja nopeaan
miaamiseen. Nestepitoisten materiaalien vasteiden eroja
tutkiaessa havaiiin signaalien reagoivan materiaalien
rajapintoihin liiyviin ilmiöihin, jolloin projektissa mukana
olleet yritykset kiinnostuivat kolloidisten suspensioiden
tilanseurannasta. Tämän innoiamana haeiin Tekesiltä
”tutkimuksesta uua tietoa ja liiketoimintaa” -tyyppistä
rahoitusta suspensioiden online-analysaaorin mahdollisen
kaupallistamisen selviämiseksi. Hakupaperille keksivät
TTY:n Sähkötalon aulassa ohikulkeneet teekkarit nimen
Collo, sanoista ”kolloidisen lieeen online-analysaaori”.
Hakukokonaisuua kehiteiin sähkötekniikan, signaalinkä-
sielyn ja materiaaliopin insinööreistä koostuvassa kolmen
hengen ryhmässä, jota sparrasivat TTY:n innovaatiopalvelut
ohjaten tutkijakollegion esiämään asian Leijonan Luola
-tyyppisenä myyntipuheena. Yriäjämäinen asenne puri
Tekesiin, joka kehui projektin poikkitieteellisyyä, toimivaa
ryhmädynamiikkaa sekä yritysten selvää mielenkiintoa.
Saimme TTY:n oman rahoituksen tukemana rahoituksen
projektille, jonka tavoieet on kuvau seuraavaksi.
3.2. Collo-projektin tavoieet
Nykymaailma on voimakkaasti riippuvainen raaka-
aineista, joiden määrä maapallolla vähenee. Tämän vuoksi
käyteävät raaka-aineet on jalosteava huonommista ja vai-
keammista lähteistä. Raaka-aineiden käyöä on siksi tehos-
teava ja eräs merkiävä tekijä siinä on suspensioprosessien
parempi ymmärrys ja seuranta. Sitä varten Collo-projektissa
kehitetään dynaamista ja integroitavaa miausmenetelmää,
joka tarkastelee kolloidien pintavarauksia mitaten niiden
avulla mm. suspension homogeenisuua, dispergointiai-
neiden kiinniymistä kolloidien pintaan sekä suspension
sähköisen tilan muutoksia online-miauksena.
Collo-projektin tavoieena on saavuaa selkeä käsitys
jatkuvatoimisesti miaavan suspensioanalysaaorin mark-
kinapotentiaalista sekä tarkentaa potentiaalisten asiakasyri-
tysten analysointitarpeita. Lisäksi projektin avulla pyritään
lisäämään ymmärrystä sähköisen kolloidimiauksen
teknisestä kyvykkyydestä tuotantotoiminnassa kolmessa eri
prosessilaitoksessa tehtävien kokeiden avulla.
3.3. Alustavia tuloksia
Teknologia
Collossa käyteävä teknologia poikkeaa perinteisistä
sähköisen varauksen miaamiseen liiyvistä tekniikoista,
joissa mitaavat partikkelit asetetaan sähkökenään ja
seurataan niiden liikeä. Tekniikka perustuu sähköiseen
resonaaoripiiriin, jonka avulla vaikutetaan kolloidipartik-
kelien rajapintojen varauksiin ja samalla mitataan rajapin-
tojen vaikutusta resonanssiin. Näin voidaan suoremmin
mitata rajapintojen varauksia välillisen rajapintavarauksien
ja sähkökentän aiheuaman partikkeliliikkeen asemesta.
Liikkeeseen vaikuavat mm. ympäröivän faasin viskosi-
teei, partikkelin koko ja muoto. Lisäksi miausteknologia
voidaan tarviaessa toteuaa kontaktiomasti ja miaus
voidaan suoriaa johtamaoman rakenteen, esimerkiksi
muovisammion seinämän, läpi.
Teknologialla on tähän mennessä mitau suspensioiden
Kuva 3. Collon mittaustuloksia.
Fig. 3. Results from measurements with Collo.
paikallisia kiintoainepitoisuuksia epäorgaanisissa, nanokoko-
luokan partikkeli-vesi-kolloideissa [2]. Anturit värähtelevät
eri tavoin, kun partikkelikoko muuuu, sillä tämä vaikuaa
ominaispinta-alaan ja sitä kaua pintavarausten määrään.
Collo havaitsee myös dispergointiaineen lisäämisen kolloi-
diin ja pystyy eroelemaan partikkelien ja dispergointiainei-
den määrän muutokset toisistaan kuten kuvassa 3 on esitey.
Parhaillaan tieteellinen tutkimus on keskiynyt kolloi-
din ja dispergointiaineen vuorovaikutuksen miaamiseen.
Pyrkimyksenä on havaita piste, jossa kolloidin partikkelien
pinnat ovat täynnä dispergointiainea ja ylimääräinen kallis
dispergointiaine jää vapaana suspensioon. Teknisen puolen
tutkimushaasteena on käytännönläheisempi mialaieen
integraatio tuotantoprosessiin ja laieelta etäyhteyden kaut-
ta saatavan raakadatan käsiely. Miausta integroidaan
prosessiin, jossa ”tuntematon tekijä” aina toisinaan aihe-
uaa häiriöitä. Tällä tekijällä on mitä todennäköisimmin
yhteys raaka-aineiden laadun vaihtelusta aiheutuneisiin
kolloidisen tilan muutoksiin, joita ei voi havaita perinteisin
menetelmin.
Kaupallistamistutkimus
Collon liiketoimintamahdollisuuksia on projektissa sel-
vitey kaupallistamistutkimuksen keinoin. Aiheen parissa
ovat työskennelleet alan ammailaiset: tohtori Ilkka Sillan-
pää ja professori Josu Takala Hegemonia Oy:stä. Tutkimus
on keskiynyt mm. potentiaalisten asiakkaiden kartoiami-
seen, markkinasektori- ja kilpailija-analyysiin sekä diplomi-
työn kaua lead-user-analyysiin.
Vaikka kolloidiprosesseja esiintyy monilla markkinasekto-
reilla, mm. elintarvike-, lääke-, ja mineraalijalostusteollisuu-
dessa sekä kappaletavaratuotannossa, ovat tähän mennessä
saadut tulokset auaneet fokusoimaan Collon kehitystä:
prosessit, jotka ovat verraain nuoria ja scale-up -vaiheessa,
tarvitsevat lisää prosessiymmärrystä ja toisaalta jo toiminnas-
sa olevat prosessit kaipaavat prosessiseurantaa. Kummatkin
tahot kaipaavat hieman erilaista lähestymiskulmaa mahdollis-
ta liiketoimintaa ajatellen, mua menetelmä sinänsä vaikuaa
hyvin lupaavalta. Ensimmäiseksi mahdolliseksi asiakastoi-
mialaksi Collolle on valikoitunut epäorgaanisten mineraalien
kolloidisten suspensioiden miaaminen, koska siltä sektorilta
on eniten kokeellista näyöä ratkaisun toimivuudesta. x
[1] M. Järveläinen, T. Salpavaara, S. Seppälä, T. Roinila, T. Yli-Hallila, E. Levänen, and
M. Vilkko, “Characterization of Porous Ceramics by Using Frequency-Response Met-
hod,” in World Congress of the International Federation of Automatic Control, 2014.
[2] T. Salpavaara, M. Järveläinen, S. Seppälä, T. Yli-Hallila, J. Verho, M. Vilkko, J.
Lekkala, and E. Levänen, “Passive resonance sensor based method for monitoring
particle suspensions,” Sensors & Actuators: B. Chemical., 219, 324–330. http://doi.
org/10.1016/j.snb.2015.04.121 x
57
Materia 5/2015
M.Sc. Mai Järveläinen majored in materials science and mi-
nored in industrial management from which he earlier graduated
as a B.Sc. He works in Tampere University of Technology as a pro-
ject manager and a researcher where his interdisciplinary work
aligns at the interface of industry and academy. His projects deal
with the development of new characterization methods, usually
applicable for industrial components used in harsh environments.
M.Sc. Teemu Yli-Hallila works as a researcher in the Process
Automation research group at Tampere University of Technology,
Department of Automation Science and Engineering. His cur-
rent research interests include system identication, analysis and
process control.
M.Sc. Timo Salpavaara received his degree in electrical engineer-
ing from Tampere University of Technology, (TUT), Finland,
in 2005. Since 2005 he has been working at the Department of
Automation Science and Engineering at Tampere University
of Technology. Currently he is working on his PhD thesis. His
research activities include inductively coupled resonance sensors,
capacitive sensing and readout electronics.
Mr. Jarmo Verho works as a research assistant in TUT Depart-
ment of Automation Science and Engineering. His interests are
in low noise measuring electronics and inductive and capacitive
measuring methods.
Prof. Mai Vilkko received the M.Sc. degree in electrical engi-
neering in 1989, the Lic.Tech degree in electrical engineering in
1993, and the Dr.Tech degree in automation engineering in 1999,
all from Tampere University of Technology (TUT), Tampere, Fin-
land. From 1989 to 1999, he was a researcher with the Institute
of Automation and Control, TUT, where his research focused
on scheduling and optimizing hydrothermal power production.
From 2000 to 2003, he held research and development manage-
ment positions with Patria Ailon Inc. and Ailocom Inc. In 2003,
he became a senior researcher and in 2010 became a full pro-
fessor in process control with the Department of Automation
Science and Engineering, TUT. His current research interest is in
the areas of process control, modeling, simulation, and system
identication.
Prof. Erkki Levänen, Dr. Tech. is a professor of ceramics materi-
als and head of department in Department of Materials Science at
Tampere University of Technology, Tampere, Finland. Professor
Levänen’s research interests are in functional ceramics especially
in the energy and environmental applications. His work ranges
from material synthesis to novel processing techniques and
advanced characterization methods as well as to application ori-
ented research. Professor Levänen is currently author of 72 peer
reviewed publications. x
SUMMARY: Online analysis of colloidal suspensions: business
from research idea
Colloids are two-phase materials where one phase is nely dis-
persed into the other. Due to the small size of the dispersed par-
ticles, they build up electrical forces that can cause them to repulse
or aract each other. Control of those forces is in key role at many
industries processing colloidal suspensions. In order to achieve
smooth production ow, electrical properties of these liquid-solid
mixtures need to be monitored online, directly on the production
site. Commercialization possibilities for a passive resonance sensor
based method for monitoring the electrical state of the colloidal sus-
pension is being studied in Tampere University of Technology. Ini-
tial aim for the method is in analyzing colloidal inorganic minerals.
x
Brenntag Nordic Oy kuuluu Brenntag-
konserniin, joka on kemikaalijakelun
globaali markkinajohtaja.
Kaivosteollisuudessa Pohjoismaissa
hyödynnämme globaalia
osaamistamme ja kokemustamme.
Esittelemme asiakkaille
menestystarinoita muista maanosista.
PÄÄTUOTTEET
Aktiivihiilet
Ditiofosfaatit
Jauhinkuulat ja tangot (myös
kromiseosteiset)
Ksantaatit (PAX, SEX, SIPX ja SIBX)
Kupari- ja sinkkisulfaatti
Pölyämisenestoaineet
Yleisesti kokooja-, kerääjä-,
painaja-, vaahdotus-, aktivaattori-
ja pH-säätö kemikaalit
rikastukseen
PALVELUT
Kemikaalitestaukset ja
konsultaatio
Starttipaketit uusille kaivoksille
Varastointi- ja logistiikkapalvelut
YHTEYSTIEDOT
Brenntag Nordic Oy
Antti Takala
Puhelin 040 6731 800
antti.takala@brenntag-nordic.com
http://www.brenntag-nordic.com/fi/
Kaivosteollisuuden
raaka-aineet
... If multiple measuring points could be fixed at different levels, the homogeneity of a suspension could be analyzed. One publication has been written in Finnish to describe and market the idea [142]. ...
... The integration of the measuring device is discussed in [142]. ...
Thesis
Full-text available
Automation is becoming ever more important in production processes. But its progress is being hampered because a large part of process control is currently based on tacit knowledge, which is lost when plant operators retire. To offset this fading of knowledge, process variables must be quantified, because another change underway is the evident shift from conventional mass production to lean and green production, which promotes ordered production flow and rational process optimization by minimizing non-valueadded work. Both of these changes have affected the analysis of materials and necessitated in situ study of processes through their material properties. All the developed in situ methods in this thesis embody analysis of porous ceramics of different composition and pore structure, or the extent of added value in unfinished ceramic structures during powder compression [VII] and colloidal processing [V], in finished ceramic components in unsintered, high porosity fiber structures [I, III, VI], in ceramics composed of sintered, low porosity solids [II], and in oriented, lamellar structures [IV]. From the materials science perspective, the study of these porous ceramics provides information on their mechanical behavior in relation to pore structure: the effect of porosity changes in powder structure [VII], the effect of sintering in fibrous structure [III], and the effect of pore orientation in lamellar structure [IV]. The second investigated regime is the behavior of electrical signals in a porous material in sintered structure [II], and in suspensions [V]. Third regime is the investigation of local permeability of a fibrous structure [I, VI]. Whereas this thesis work focused mostly on the concrete development of 6 different characterization methods—thermal flow permeametry, grit blast-analysis, electrical pore analysis, adaptive image analysis, and granule bed compression—the results in the introduction demonstrate a systematic approach to developing process integrable in situ methods and discuss the relative importance of the methods’ robustness, integrability, reliability, and comprehensiveness. In the regime of materials science, this work contributes to the analysis of pore characteristics and the effects of pores by showing results of granule bed strength measurement, the effect of the pore parameter on compressive strength, the concept of fiber free length, and a strong hypothesis about the reactions of material interfaces with electrical signals.
... The EMF measurements were conducted with Collo-Probe (v1.0-0101) by ColloidTek Ltd, which meters the liquid's complex permittivity in real time (Järveläinen 2015). The probe was immersed in the measured liquid, where it provided two variables: CIV (Collo Ion Viscosity) and CP (Collo Permittivity). ...
Article
Full-text available
Online control of industrial processes by lean principle increases productivity and yields higher product quality. Polysaccharides are dissolved in liquids, such as water, in many industrial products, like paints, cosmetics and culinary products. In these products, it is important to control viscosity or create thixotropy and yield stress for product functionality. Electromagnetic field and electrical conductivity techniques were applied to a meter polysaccharide dissolution process online up to a 0.5 wt% concentration, and the resultant solution was also further tested by UV–Vis spectrophotometry. The electromagnetic field technique measures changes in the local electrical permittivity of the liquid and the interest in this research were to find out whether the changes correlate to the concentration changes during the dissolution of polymer polysaccharide. The results that were obtained showed good consistency, suggesting the feasibility of the electromagnetic field technique in online monitoring of a polysaccharide suspension concentration. Moreover, this technique gives the advantage of instant monitoring of a polysaccharide dissolution for improved process control. Graphic abstract
Article
Full-text available
The following discusses a certain approach for creating in situ measuring methods that I used and developed in my doctoral thesis [6] written at Tampere University of Technology in the laboratory of Materials Science under the guidance of Prof. Erkki Levänen. Chapter 1 describes the need and a systematic way to develop in situ measurement; Chapter 2 documents our learnings in creating such a method; and chapter 3 takes a look towards our future with our colloidial suspension online analyzer that is a case example of the development and in situ device. The Collo-technology was studied in Tekes- funded commericialization research.
Conference Paper
Nondestructively determining pore properties of ceramic materials is essential in many industrial applications. There are several limitations in the existing characterization methods, so new techniques are required to meet the increasing demands of analysis. This paper examines the possible use of an electrical frequency-response method based on broadband excitation and Fourier techniques to characterize porous ceramic materials. The applied method provides a non-destructive, online characterization technique that is fast and can be applied inexpensively. In this article, ceramic samples with three different pore characteristics were measured by the frequency-response method that used a pseudo-random binary sequence. A sample of material was placed between the plates of a capacitor, and the capacitance was measured. Material properties, such as porosity, influence the permittivity value of the material. The samples with different porosities can be distinguished by analyzing the capacitance of the capacitor.
Article
Control of particle suspensions is needed in several modern industrial processes. A reason for the difficulty in this task has been the lack of a fast and reliable measurement. In this study, we tested the measurement of particle suspension by using a method based on a passive resonance sensor. The relative amounts of dispersing agent and aluminium oxide in the suspension were varied. The studied method yielded signals which depended on the complex permittivity of the suspension. The results indicated that we were able to measure information that can be used as feedback for the suspension preparation process. In addition, the tested instrumentation was simple and robust and thus this method may allow online measurements directly from the industrial processes.
Passive resonance sensor based method for monitoring particle suspensions
  • T Salpavaara
  • M Järveläinen
  • S Seppälä
  • T Yli-Hallila
  • J Verho
  • M Vilkko
  • J Lekkala
  • E Levänen
T. Salpavaara, M. Järveläinen, S. Seppälä, T. Yli-Hallila, J. Verho, M. Vilkko, J. Lekkala, and E. Levänen, "Passive resonance sensor based method for monitoring particle suspensions," Sensors & Actuators: B. Chemical., 219, 324-330. http://doi. org/10.1016/j.snb.2015.04.121 x