Диспергирование твёрдых материалов

Твердый материал обрабатывается струями газа. В образованном кипящем слое происходит многократное соударение частиц материала, что ведет к сильному самоизмельчению частиц вплоть до крупности от 1 до 5 мкм. Частицы практически не вступают в контакт со стенками камеры, это предотвращает износ стенок и загрязнение измельчаемого материала примесями от оборудования. Размолотые дисперсные частицы газовым потоком поднимаются вверх и попадают на диск сепаратора, крупные частицы выбрасываются диском сепаратора назад в зону измельчения.Рисунок 10 – Струйная мельница1 – впускной вентиль; 2 – бункер; 3 – дозатор; 4 – псевдосжиженный слой материала; 5 – форсунки; 6 – ввод газа; 7 – камера измельчения; 8 – сепаратор; 9 – патрубок для вывода измельченного материала и газа.Нетрадиционные методы и подходы к реализации процессов диспергирования твёрдых веществВ последнее десятилетие за рубежом были разработаны шаровые вращающиеся мельницы, которые работают на высоких скоростях и имеют лопасти внутри вращающегося барабана. При вращении шары прижимаются к внутренней поверхности барабана, а лопасти перемещают по рабочей зоне. Применяются такие мельницы на заводе FORD при получения композитных порошков механического легирования, которое представляет собой совмещение размолотых двух металлов[4]. Такой процесс измельчения условно можно разделить на следующие стадии.•расплющивание и размол отдельных частиц; •соединение разнородных материалов с образованием слоистой структуры; •разрушение слоистой структуры до более мелких композитных частиц; •разрушение параллельности строения композитных частиц; •гомогенизация частиц и их истончение. Механическое легирование – это перспективный для нашей промышленности метод получения порошков материалов, компоненты которых обладают низкой взаимной растворимостью. Для интенсификации измельчения твердых материалов применяются также аттриторы, которые представляют разновидность шаровых мельниц. Принципиальная схема аттритора представлена на рис. 11.Аппарат состоит из неподвижного вертикального барабана, внутри которого с высокой скоростью вращается лопастная мешалка. Лопасти мешалки снабжены дополнительными направляющими гребками, которые имеют наклон по отношению к горизонту. Мешалка, вращаясь, приводит в движение шары, которые передают друг другу импульс движения и перемещаются в аппарате с разными скоростями по сложной траектории (рис. 12).Рисунок 11 - Схема вертикального аттритора1 – корпус; 2 – рубашка водяного охлаждения; 3 – вал мешалки; 4 – измельчаемый материал; 5 – размольные шары; 6 – лопасти мешалки.Рисунок 12 – Траектория передвижения шаров в аттритореПроизвольное турбулентное движение каждого из шаров и конвективное движение их массы повышает интенсивность измельчения и обеспечивает получение порошков с более равномерным распределением по размерам. Время размола уменьшается в несколько раз в сравнении с обычной шаровой мельницей. В последние годы за рубежом появились аттриторы с горизонтальной осью вращения, которые называют симолойерами[4] (рис. 13).Рисунок 13 - Симолойер: а — внешний вид; б — рабочая камераПри помощи аттриторов и симойлеров появилась возможность получать нанопорошки не только легированных сплавов, но и интерметаллидов, с размерами частиц от 5 до 15 нм. Главным достоинством такого способа является то, что за счет взаимной диффузии веществ в твердом состоянии стало возможно получение «сплавов» таких элементов, взаимная растворимость которых слишком мала и для их получения невозможно использование традиционных жидкофазных методов.ЗаключениеНаука переработки твердых веществ за последний век претерпела глобальные изменения. В начале 20го века, под нажимом развития электроламповой промышленности понадобились нити накаливания. Это послужило толчком к развитию этапа порошковой металлургии, а именно получение из вольфрамового порошка долговечной нити накаливания для электроламп. Далее последовало решение и других технических задач при помощи порошковой металлургии. Таких, как разработка и производство порошковых самосмазывающихся подшипников, создание твердых сплавов на основе карбида вольфрама с кобальтом, разработка порошковых магнитных и электроконтактных материалов, создание производства конструкционных деталей для автомобилестроения. На данный момент времени существует возможность методом механического измельчения получать нанопорошки не только металлов и их соединений, но и полимеров. Этим методом получают нанопорошки оксидов вольфрама и молибдена с размерами около 5 нанометров, а железа — от 10 до 20 нанометров.К достоинствам механических способов измельчения относятся сравнительная их простота, доступность и несложность использования установок и технологий, возможность измельчать различные материалы и получать порошки сплавов, а также материалы в большом количестве.К недостаткам новых методов можно отнести возможность загрязнения измельчаемого материала материалами аппарата-истерателя, а также сложность регулирования состава порошка в процессе измельчения.Список использованных источниковГиршов В.Л., Котов С.А., Цеменко В.Н. Современные технологии в порошковой металлургии: учебное пособие – СПб.: Изд-во Политехнического Университа, 2010.– 385 с.Анциферов В.Н. [и др.]; под общ.ред. Б.С. Митина. Порошковая металлургия и напыленные покрытия: учебное пособие – М.: Металлургия, 1987. – 792 с.Злотников И.И., Волнянко Е.Н. Особенности применения силикатполимерных наполнителей в качестве присадок к смазочным маслам// Трение и износ. – 2001 (22) – № 6. – С. 689—691.Кемалов А.Ф., Кемалов Р.А. Научно-практические основы физико-химической механики и статистического анализа дисперсных систем. – Казань: КГТУ, 2008. – 472 с.