• 30 May, 2022
• Por EPIC Powder
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Estado de investigación de la preparación de polvos minerales no metálicos ultrafinos

Polvo mineral no metálico ultrafino

El polvo ultrafino se refiere a una serie de materiales ultrafinos con tamaños de partículas que van desde micrómetros hasta nanómetros. En la actualidad, la amplia aplicación de polvo mineral no metálico en nuevos materiales modernos de alta tecnología se basa en su función única. Sin embargo, la función de la mayoría de los minerales no metálicos depende del tamaño, la distribución y la forma de las partículas. Tales como refuerzo o refuerzo en materiales compuestos a base de polímeros, resistencia y tenacidad de materiales cerámicos, tasa de cobertura, fuerza de teñido como pigmentos de papel y pintura, y absorción eléctrica, magnética, óptica, de ondas y protección de polvos, catálisis, adsorción, reología, antibacteriano, decoloración, unión, etc. están todos relacionados con su tamaño de partícula, distribución de tamaño de partícula y forma de partícula.

Debido a que el polvo ultrafino tiene una gran superficie específica, alta actividad superficial, rápida velocidad de reacción química, baja temperatura de sinterización, alta resistencia del cuerpo sinterizado, buen rendimiento de relleno y refuerzo, y alta tasa de cobertura, tiene excelentes propiedades físicas y químicas. Muchos campos de aplicación requieren un tamaño de partícula fino (micras o submicras) de materias primas (materiales) minerales no metálicos.

En la actualidad, según el consenso de la industria de procesamiento de minerales de mi país, el polvo ultrafino se define como polvo con un tamaño de partícula del 100 % inferior a 30 μm. De acuerdo con los diferentes tamaños de partículas, los polvos ultrafinos se pueden dividir en: micras (tamaño de partículas 1-30 μm), submicras (tamaño de partículas 1-0,1 μm) y nanonivel (0,001-0,1 μm). Los polvos minerales no metálicos ultrafinos muestran grandes ventajas en propiedades ópticas, magnéticas, acústicas, eléctricas y mecánicas, y han sido ampliamente utilizados en medicina, industria química, electrónica, energía y otros campos.

Procesamiento de polvo mineral no metálico ultrafino

Hay muchos métodos de preparación de polvo ultrafino, que se pueden dividir en tres categorías según el medio de formación: método de fase gaseosa, método de fase líquida y método de fase sólida. El método de fase gaseosa incluye tecnología de calentamiento por inducción de alta frecuencia, tecnología de preparación de plasma, etc., y es adecuado para la preparación de polvos ultrafinos con alta pureza, distribución de tamaño de partícula estrecha, tamaño de partícula pequeño y distribución de tamaño de partícula uniforme; los métodos de fase líquida incluyen principalmente el método de reducción de fase líquida química, el método sol-gel, el método de atomización ultrasónica y el método hidrotermal, etc.; El método de fase sólida adopta principalmente el método de pulverización mecánica.

En términos de principio de preparación, la preparación de polvo ultrafino se puede dividir en método químico y método físico. El método químico es preparar el polvo ultrafino requerido a través de una reacción química, a través de la formación y crecimiento de iones, átomos, etc. a través del núcleo cristalino. La ventaja es que puede preparar polvo ultrafino con alta pureza, tamaño de partícula pequeño, distribución de tamaño de partícula estrecha y buena morfología. La desventaja es que la producción es baja, el costo es alto y el proceso es complicado; el método físico consiste en pulverizar el material mediante la acción de la fuerza mecánica. La ventaja es que el costo es bajo, el proceso es relativamente simple, la producción es grande y es adecuada para la producción industrial a gran escala. Además, el efecto mecanoquímico se produce durante el proceso de pulverización, lo que puede mejorar la actividad del polvo [2-3].

En la actualidad, en el procesamiento de polvo de mineral no metálico ultrafino, el método físico es el principal método de preparación. Y, en términos generales, el proceso de convertir las materias primas en polvo ultrafino se divide principalmente en dos pasos: pulverización y clasificación. El material ingresa primero al equipo de pulverización ultrafina para pulverización. Debido a la estructura diferente de cada partícula, la energía requerida para la pulverización es diferente y la fuerza recibida en el equipo de pulverización no es igual, por lo que la forma y el tamaño de las partículas finas después de la pulverización son diferentes. , solo algunas de las partículas cumplen con los requisitos de tamaño de partícula. En el proceso de producción real, las partículas a menudo se pulverizan por completo extendiendo el tiempo de pulverización para que cumplan con el estándar de tamaño de partícula, lo que no solo aumenta el consumo de energía, sino que también puede conducir a una pulverización excesiva. Por lo tanto, es necesario separar las partículas con el tamaño de partícula requerido a tiempo, por lo que la tecnología de clasificación ultrafina también juega un papel importante en la preparación de polvo ultrafino [4].

Estado de investigación de equipos de trituración ultrafina

En la actualidad, el equipo de molienda ultrafina de uso común incluye principalmente molino de impacto, molino de agitación, molino de chorro y molino vibratorio.

1. Molino de impacto

El molino de impacto utiliza el cuerpo giratorio (varilla, martillo y cuchilla, etc.) que gira a alta velocidad alrededor del eje horizontal o vertical para producir un fuerte impacto y corte en el material, de modo que tenga una fuerte relación con la pared o el cuerpo fijo. y partículas. El equipo de trituración ultrafina que tritura las partículas por colisión por impacto puede ser utilizado para la trituración de materiales de dureza media, como talco, mármol y calcita. El tamaño de partícula de la alimentación generalmente está dentro de los 8 mm, y el tamaño de partícula del producto puede alcanzar los 3-74 μm.

Las principales ventajas de los molinos de impacto son finura ajustable, estructura simple, instalación compacta, fácil operación, tamaño reducido y alta eficiencia; la desventaja es que se producirá un sobrecalentamiento durante el funcionamiento a alta velocidad. Por lo tanto, al mejorar el equipo, se puede considerar el método de enfriamiento. Al mismo tiempo, para evitar un gran desgaste de las piezas, se deben utilizar materiales con buena resistencia a la compresión y al desgaste.

2. Molino agitador

El molino agitador es uno de los equipos de pulverización ultrafina con perspectivas de desarrollo. Tipo molino agitador, molino agitador por lotes, molino agitador circulante, molino agitador continuo, etc.

En general, el molino agitador agita principalmente el medio de molienda (bolas de acero, bolas de zirconio, bolas de cerámica, bolas de corindón y grava, etc.) y los materiales que se llenan en el barril a través de la rotación del eje agitador para que se mueva en el barril. . Se utiliza principalmente para el procesamiento profundo de minerales no metálicos, la preparación de pigmentos, etc. El tamaño de partícula de la alimentación generalmente está dentro de los 3 mm y el tamaño de partícula del producto está entre 0,1 y 45 μm. Los parámetros clave del proceso que afectan el efecto de molienda de un molino agitador incluyen la velocidad del agitador, la concentración de lodo, la relación material-bola, las propiedades del medio y el tiempo de residencia.

En comparación con los molinos de bolas tradicionales, la molienda con molino agitador tiene ventajas más significativas:

①Cuando el molino agitador está funcionando, el cilindro está fijo y el agitador gira, lo que resuelve el problema de la gran pérdida de energía causada por la rotación del cilindro del molino de bolas;

②En comparación con el molino de bolas, que combina la pulverización por impacto y la molienda, el molino agitador se basa principalmente en la acción de molienda complementada con una pequeña cantidad de impacto para lograr la pulverización del material, lo que alivia el consumo de energía causado por el sonido, el calor y la vibración, y mejora la eficiencia de molienda fina;

③El equipo del molino agitador ocupa un área relativamente pequeña, tiene una estructura simple y es conveniente y rápido de instalar.

3. Molino de vibración

El molino vibratorio es un equipo de pulverización ultrafina con bolas o varillas como medio, y la finura de los productos procesados ​​puede alcanzar varios micrones. El principio de funcionamiento es utilizar el medio de molienda para impactar, moler y cortar los materiales en el cilindro de vibración de alta frecuencia. , para que el material sea triturado en poco tiempo. Puede ser ampliamente utilizado en el procesamiento de polvo ultrafino en química, metalurgia, materiales de construcción, cerámica, materiales refractarios y minerales no metálicos. El tamaño de partícula de la alimentación generalmente está dentro de los 6 mm, y el tamaño de partícula del producto está entre 1 y 74 μm. Los molinos vibratorios tienen las ventajas de tamaño pequeño, bajo consumo de energía, alto rendimiento, estructura compacta, operación simple, mantenimiento conveniente y tamaño uniforme de las partículas del producto, etc., pero las desventajas son el alto nivel de ruido y los altos requisitos de las piezas [5].

4. Molino de chorro

El principio de funcionamiento del molino de chorro es acelerar el flujo de aire a través de la boquilla, y el chorro expulsado hace que el material se mueva a alta velocidad, de modo que el material choca, frota, corta y pulveriza. También se puede utilizar en el procesamiento de alimentos naturales, tierras raras y materias primas químicas en la trituración ultrafina de minerales. El tamaño de partícula de alimentación generalmente se controla por debajo de 1 mm, y el tamaño de partícula del producto terminado está entre 1 y 30 μm, pero la capacidad de producción es pequeña.

El molino de chorro tiene las ventajas de un alto grado de automatización y una gran capacidad de producción, pero las desventajas son el alto costo del equipo, el gran espacio de piso, el gran consumo de energía, los productos de menor finura, el gran desgaste de las piezas y la falta de modelos de innovación independientes. Debido a que el molino de chorro es el equipo de molienda ultrafina más investigado, el modelo más completo y relativamente maduro en China, es muy popular en el mercado. En la actualidad, el molino de chorro se puede dividir en: molino de chorro de tipo disco horizontal (tipo plano) según su estructura o modo de trabajo. Molino de chorro tubular circulante, molino de chorro de contrachorro, molino de chorro objetivo, molino de chorro de lecho fluidizado, etc.

5. Otros equipos

Molino de bolas planetario: La estructura del molino de bolas planetario se divide principalmente en dos tipos: tipo vertical y tipo horizontal. Su cilindro de molienda único es geométricamente similar al del molino de bolas ordinario. La diferencia es que cada cilindro de molienda del molino de bolas planetario debe girar mientras gira. La alta capacidad de molienda y la alta tasa de utilización de energía del molino de bolas planetario lo hacen ampliamente utilizado en la preparación de polvo ultrafino, mecanoquímica, aleaciones mecánicas y otros campos de aplicación. Adecuado para materiales de alta dureza, el tamaño de partícula puede llegar a 0,1 μm. La característica es que el medio de molienda es fácil de usar y es adecuado para la producción de lotes pequeños.

Molino de rodillos anulares: En esencia, el molino de rodillos anulares es un equipo de molienda ultrafina de tamaño pequeño y mediano. En el transcurso de años de desarrollo, el rango de aplicación del molino de rodillos anulares se ha expandido gradualmente y ha mostrado ventajas de equipo cada vez más obvias. Desde la perspectiva de su efecto de aplicación específico, la operación del proceso es relativamente simple, la relación de trituración es relativamente grande y el consumo de energía unitario durante la operación de procesamiento es bajo, lo que cumple con los requisitos de ahorro de energía y protección del medio ambiente. De acuerdo con la aplicación actual del molino de rodillos anulares en el procesamiento de polvo de mineral no metálico, el tamaño de partícula de alimentación no debe exceder los 20 mm, y se instala un dispositivo de clasificación dentro del equipo, de modo que la finura del producto se puede ajustar de manera efectiva de acuerdo con el estándar durante el proceso de procesamiento.

No importa cómo se desarrolle la industria del polvo, el método principal para obtener polvo mineral no metálico ultrafino sigue siendo la pulverización mecánica. "Si un trabajador quiere hacer un buen trabajo, primero debe afilar sus herramientas". En el futuro, debemos fortalecer la investigación teórica básica y aumentar la inversión en ciencia y tecnología, optimizar los procesos tecnológicos sobre la base de los equipos existentes, mejorar continuamente las capacidades de innovación y desarrollar una economía verde de ultra alta tecnología, bajo consumo de energía y bajas emisiones. , y de alto valor añadido. Equipos de trituración fina.

Estado de investigación del equipo de clasificación ultrafino

La clasificación del polvo ultrafino se basa en la fuerza centrífuga, la gravedad, la fuerza de inercia, etc. de diferentes tamaños de partículas en el medio, lo que da como resultado diferentes trayectorias de movimiento, para realizar la separación de diferentes tamaños de partículas y entrar en sus respectivos dispositivos de recolección.

La clasificación ultrafina generalmente se divide en tipo seco y tipo húmedo según los diferentes medios utilizados. La clasificación húmeda utiliza líquido como medio de dispersión, con alta precisión de clasificación y buena uniformidad. Sin embargo, la clasificación vía húmeda tiene una serie de problemas de operación posteriores como el secado y tratamiento de aguas residuales, lo que limita su desarrollo.

Según los diferentes principios de clasificación, los equipos de clasificación en seco se pueden dividir en tres tipos: tipo inercial, tipo chorro y tipo centrífugo. Entre ellos, de acuerdo con la diferente inercia de las partículas con diferentes tamaños de partículas, un clasificador que aplica fuerza para mover las partículas en diferentes direcciones para lograr la clasificación se denomina clasificador inercial. Un clasificador que utiliza de manera integral los principios del efecto Coanda, la clasificación inercial y la clasificación rápida se denomina clasificador de chorro. Debido a que el campo de fuerza centrífuga suele ser más fuerte que el campo gravitatorio, el clasificador centrífugo es un tipo de clasificador ultrafino que se ha desarrollado más. Según la diferencia del campo de flujo en el campo de fuerza centrífuga, se puede dividir en dos tipos: vórtice forzado y vórtice libre (o vórtice casi libre). Aunque la clasificación en seco tiene las desventajas de causar fácilmente contaminación del aire y una baja eficiencia de clasificación, ya que utiliza el aire como medio, el costo es bajo y no se requiere un procesamiento posterior, como el secado y la redispersión, y el proceso de clasificación es más simple, más eficiente y ahorro de energía, por lo que es ampliamente utilizado. Se utiliza en el campo de la preparación de polvos.

En la actualidad, el equipo de clasificación ampliamente utilizado en la producción industrial es el clasificador de aire de turbina, que se puede dividir en tipo de rueda vertical y tipo de rueda horizontal de acuerdo con las diferentes formas de instalación de la rueda de clasificación.

La rueda de clasificación del clasificador de ruedas verticales generalmente está en voladizo, y habrá algunos problemas durante la operación, como el aumento en el tamaño de la rueda de clasificación fácilmente conducirá a un desequilibrio, el eje principal y el cojinete se romperán fácilmente debido a una carga excesiva y el efecto de sellado será deficiente. La rueda de clasificación del clasificador de rueda horizontal se instala horizontalmente, lo que puede mantener un funcionamiento estable incluso cuando la velocidad de rotación es alta y el efecto de sellado mejora considerablemente. Larga vida y otras ventajas [4].

Con el desarrollo del clasificador de aire de vórtice, los académicos lo han mejorado a través de una gran cantidad de investigación teórica y práctica, mejorando efectivamente su precisión de clasificación y eficiencia de clasificación. Por ejemplo, al agregar un flujo de aire terciario, las partículas gruesas que caen a lo largo del cono se elutrian para mejorar la eficiencia de separación. El modelo representativo es el clasificador vertical de ruedas O-Sepa desarrollado por Onoda Corporation de Japón.

Además de optimizar la estructura, el tamaño, la estructura y los parámetros operativos sobre la base del clasificador de rotor original, algunos académicos también han desarrollado nuevos clasificadores dinámicos agregando componentes internos y cambiando la dirección de entrada y salida del flujo de aire.

En lo que respecta a la situación actual de la investigación, las direcciones de investigación futuras incluyen principalmente tres aspectos: regular y clasificar el campo de flujo, optimizar el proceso de separación y acoplar y clasificar patrones de flujo mixto.

Epílogo

En los últimos años, dado que el país otorga gran importancia al desarrollo y la utilización de los recursos mineros no metálicos, la industria de procesamiento de polvos minerales no metálicos relacionados ha dado paso a un nuevo desarrollo y ha logrado logros sobresalientes. En el proceso de años de exploración y práctica, la tecnología de procesamiento ultrafino de polvo de mineral no metálico se ha vuelto cada vez más madura, y hay cada vez más procesos y equipos técnicos en el mercado. En el proceso, es necesario tomar decisiones integrales en términos de tecnología, proceso y equipo de acuerdo con su propia realidad y necesidades de producción, y fortalecer el control de los parámetros relevantes y el ajuste del proceso en el proceso de procesamiento.