Работа диспергирования определяется по формуле:
(2)
где: s — удельная поверхностная энергия; DS=S1+S2-S0 – увеличение площади суммарной поверхности.
Следующая стадия измельчения материалов до размеров частиц 0,1-1 мм производится на размольном оборудовании с жерновами – бегунах (рис. 5).
Из механических способов измельчения материалов получение наиболее тонкодисперсных порошков обеспечивается применением шаровых мельниц (рис. 6).
Рис. 6. Измельчение в шаровых мельницах |
Время измельчения – от нескольких до нескольких десятков часов.
Измельчаемый материал засыпается внутрь полого цилиндра 1, где он подвергается действию шаров 2 из стали или агата. Цилиндр размещается на двух резиновых роликах 3 и 4, причем ролик 3 является ведущим, а ролик 4 установлен на своей оси свободно.
Кроме шаров и измельчаемого материала внутри цилиндра содержится также жидкость (вода со специальными присадками).
|
|
Кинетика процесса измельчения
Одной из характеристик порошковых материалов является их удельная поверхность, то есть суммарная поверхность частиц, приходящаяся на единицу массы порошка. С повышением дисперсности порошка его удельная поверхность возрастает.
Уравнение кинетики измельчения S = f(t), где S — суммарная площадь поверхностей частиц единицы массы порошка; t –– время измельчения, определяется из условия:
, (3)
где S max — максимально достижимая для данного материала поверхность.
Разделяя переменные, получаем:
Решая это уравнение, имеем:
Постоянную интегрирования С определяем из граничных условий.
Пусть при t = 0 S = 0. Тогда оказывается, что lnSmax = C, и предыдущее уравнение принимает вид:
,
откуда имеем: .
Тогда уравнение кинетики измельчения принимает вид:
(4)
Зависимость (4) показана кривой 2 на рис. 7. Кинетика и механизм измельчения существенно изменяются при введении поверхностно активных веществ (ПАВ) (кривая 1 на рис. 7).
Адсорбция ПАВ понижает поверхностную энергию частиц, интенсифицируя процесс. Дефекты структуры и граница зерен, обладая избыточной энергией, являются местами преимущественной адсорбции ПАВ и вместе с тем каналами для их быстрой миграции. Под действием капиллярных сил и разной полярности вещества вклиниваются в микрощели, предотвращают их самозалечивание во время промежутков между ударными воздействиями мелющих тел и способствуют накапливанию разрушающих напряжений.
|
|
При отсутствии ПАВ может также наблюдаться агрегирование измельчаемых частиц (кривая 3 на рис. 7) за счет слипания ранее образовавшихся частиц.
Рис. 7. Кинетика измельчения материалов |