Планетарные мельницы
Именно в России созданы планетарные мельницы, способные развивать высокие ускорения и обеспечивать быстрое и эффективное измельчение различных материалов в промышленном масштабе. Принцип действия планетарных мельниц В планетарных мельницах обычно имеются 3 или 4 барабана, вращающихся вокруг центральной оси и одновременно вокруг собственных осей в противоположном направлении (подобно движению планет вокруг Солнца). В барабаны загружают измельчаемый материал и мелющие тела (обычно шарики). Частицы измельчаемого материала претерпевают множество соударений с мелющими телами и стенками барабана. Эффективность планетарных мельниц обусловлена высокой кинетической энергией мелющих тел, благодаря большой скорости их движения создающих высокие напряжения в активируемом веществе.
Сравнение с традиционным измельчительным оборудованием При вращении обычной вращающейся шаровой мельницы мелющие тела измельчают материал, падая под действием силы тяжести. Гравитационное ускорение = 1 G. В планетарных мельницах используется центробежное движение барабанов с высокими ускорениями. Ускорение в лабораторных планетарных мельницах = 28-60 G и выше. Ускорение в планетарных мельницах промышленного типа = 20 G. Ясно, что силы, действующие на
измельчаемый материал в планетарных мельницах, не менее чем в десятки раз превышают силу воздействия на материал в традиционном измельчительном оборудовании. Процесс измельчения в планетарных мельницах происходит значительно быстрее и эффективнее. Например, в производстве тонкого порошка карбида вольфрама (WC) рядовым событием является измельчение порошка в шаровой мельнице в течение 130 часов. В планетарной мельнице характерное время измельчения WC до субмикронного размера составляет 15-30 мин. Энергонапряженность (в англоязычной литературе – energy density, плотность энергии) мельницы можно оценить, разделив ее мощность на объем рабочей камеры. Энергонапряженность планетарной мельницы может в 1000 раз превышать соответствующие параметры шаровых мельниц. Планетарные мельницы, использующие высокие ускорения, характеризуются наиболее высокой энергонапряженностью по сравнению с аттриторами, вибро-мельницами, струйными мельницами и дезинтеграторами. На рынке лабораторного оборудования известны планетарные мельницы зарубежных производителей. Реально используемые в них ускорения обычно не превышают 7-8 G. Промышленных аналогов для них нет. В рамках проекта «Активация» проводилось сравнение эффективности измельчения в различных лабораторных планетарных мельницах. В мельнице российского производителя размер частиц в 120–180 нм для карбида вольфрама достигался в 18–30 раз быстрее, чем в зарубежном рыночном аналоге. В литературе можно даже встретить утверждение, что планетарные мельницы принципиально невозможно масштабировать и создать оборудование большой производительности. Действительно, задача непрерывной загрузки и выгрузки материала для барабанов, вращающихся с высокой скоростью, является технически сложной. Однако, она была успешно решена, и в настоящее время на рынке представлен типоразмерный ряд планетарных мельниц промышленного типа, созданных в России.
Планетарные мельницы периодического и непрерывного действия При работе с планетарной мельницей периодического действия необходимо загрузить мелющие тела и материал в барабаны, установить их в устройство крепления, произвести помол и выгрузить порошок. В мельницах непрерывного действия, как следует из их названия, процесс подачи и выгрузки материала осуществляется непрерывно. На рынке имеются планетарные мельницы периодического действия с объемом загружаемого материала в 1 барабан от 75 мл до 2,4 л. Поскольку имеется 4 барабана, а измельчение происходит быстро, производительность их может достичь 36 кг/ч. Мельницы большой производительности используют ускорения 20 G. В режиме самоизмельчения крупность исходного материала может достигать 60 мм для самой крупной из мельниц периодического действия. Их главная задача - выполнять малые производственные программы в промышленных условиях. Область их применений включает подготовку проб к физико-химическому анализу, смешивание компонентов, механическое легирование (сплавление), получение тонких и сверхтонких порошков для порошковой металлургии, использование в небольшом производстве пигментов, абразивных материалов, фармацевтических препаратов, избирательное измельчение при разведке драгметаллов и алмазов, активацию концентратов перед гидрометаллургией.
Измельчение различных материалов имеет свои особенности. Для некоторых материалов требуется использовать футеровки и работать в атмосфере инертного газа. Планетарные мельницы непрерывного действия, представленные на рынке, характеризуются производительностью от 20 кг/ч до 12 т/ч для порошка менее 10 мкм. Они сочетают высокую эффективность получения супертонких порошков и компактность. Удельная производительность планетарных мельниц в 10-30 раз превышает удельную производительность традиционного измельчительного оборудования. Недостатки обычных шаровых мельниц хорошо известны: большие габаритные размеры, огромный расход энергии и низкая эффективность измельчения. Планетарные мельницы не требуют массивного дорогостоящего фундамента, а их эксплуатационные расходы в несколько раз меньше, чем для обычного измельчительного оборудования.
Сухое измельчение в промышленном масштабе предполагает использование технологических линий, включающих, кроме мельницы, классификатор, фильтр и вентилятор. Организация масштабного и эффективного производства тонкодисперсных и наноструктурированных порошков требует создания технологий на основе планетарных мельниц, обладающих техническими характеристиками, которые позволяют отказаться от нескольких стадий дробления-измельчения, применяемых в традиционных технологических схемах. При высоких ускорениях барабанов в результате интенсивной механической обработки происходит изменение физико-химических свойств порошков. Механически активированные частицы обладают повышенной реакционной способностью и легче вступают в химические реакции, чем порошки, полученные другими методами.
Механически активированные керамические порошки спекаются при более низких температурах, чем неактивированные. Используя измельчительное оборудование нового поколения, можно достичь не только уменьшения размера частиц, но и получить механически активированные порошки с новыми физико-химическими свойствами. Использование планетарных мельниц перспективно в порошковой металлургии, для механического легирования и создания дисперсно-упрочненных сплавов. В результате механического легирования сплавов на основе алюминия (проект «Активация») при значительном ускорении процесса были достигнуты высокая степень покрытия твердой фазы металлом, хорошие адгезия и распределение твердой фазы в металлической матрице. Полученные результаты и анализ литературы однозначно свидетельствуют о перспективности применения планетарных мельниц в самых различных областях, в которых необходим тонкий помол (один из наиболее дорогостоящих переделов в крупнотоннажном производстве).
Области применения планетарных мельниц: - порошковая металлургия - производство и регенерация катализаторов - производство фармацевтических препаратов - измельчение пигментов - измельчение и плакирование абразивных материалов - активация концентратов руд для гидрометаллургии и пирометаллургии - переработке трудноизмельчаемых твердых отходов - производство строительных материалов, сухих строительных смесей - керамическая промышленность - химическая промышленность - горнодобывающая промышленность
|
