في عملية الطحن الدقيق لمواد كاثود بطاريات الليثيوم، تُستخدم المطاحن النفاثة والمطاحن الميكانيكية على نطاق واسع. وتختلف هذه المطاحن اختلافًا كبيرًا في مبادئ الطحن وفعاليته. لذا، يُعد اختيار معدات الطحن المناسبة وتحسين معايير العملية بناءً على خصائص المادة أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق مواصفات المنتج ومتطلبات الجودة وأهداف استهلاك الطاقة.
هذه المقالة بعنوان “التركيز على المعدات: مقارنة الأداء لـ مطحنة جيت مقابل المطحنة الميكانيكية للطحن الدقيق”, ويشمل الأقسام التالية:
1. مطحنة نفاثة
إن مطحنة النفث المذكورة هنا هي مطحنة نفث ذات طبقة مميعة. يوضح الشكل 1 تدفق معدات النظام.
1- ضاغط هواء، 2- خزان هواء، 3- نظام تبريد وتنقية، 4- نظام تغذية، 5- آلية طحن، 6- أفقي تصنيف الآلية، 7 – نظام تصنيف الأعاصير، 8 – نظام الترشيح، 9 – مروحة الشفط
الشكل 1: مخطط تدفق معدات نظام مطحنة النفاث
يُضخ الهواء المضغوط، بعد تبريده وترشيحه وتجفيفه، إلى حجرة الطحن عبر عدة فوهات مرتبة ثنائية أو ثلاثية الأبعاد، مُشكلةً تدفق هواء فوق صوتي. تعمل الطاقة الحركية لهذا التدفق على تسييل المادة. تتقارب الجسيمات المتسارعة عند نقطة تقاطع فوهات الطحن، وتتعرض لقوى تصادم واحتكاك وقص شديدة لتحقيق طحن فائق النعومة. ثم تُنقل المادة المطحونة بواسطة تدفق الهواء الصاعد إلى منطقة التصنيف. تحت تأثير قوة الطرد المركزي لـ مُصَنِّف بفضل قوة الشفط الناتجة عن العجلة والمروحة، يتم فصل الجزيئات الخشنة عن الدقيقة. تعود الجزيئات الخشنة إلى حجرة الطحن بفعل الجاذبية لمواصلة طحنها. أما الجزيئات الدقيقة المطابقة للمواصفات، فتدخل مع تيار الهواء إلى فاصل الإعصار لمزيد من الفصل والتجميع، بينما تنتقل الجزيئات الدقيقة الموجودة في المادة إلى نظام تجميع الغبار.
تتضمن معايير المعدات الرئيسية في عملية مطحنة النفث ما يلي: قطر الفوهة، ومعدل التغذية، وضغط الطحن، والسرعة الخطية لعجلة التصنيف، وحجم شفط الهواء. تؤثر هذه العوامل مجتمعة على مواصفات المنتج وجودته وإنتاجه.
(1) فوهة
اخترع المهندس السويدي غوستاف دي لافال الفوهة المستخدمة في مطاحن النفث، ولذلك تُسمى “"فوهة لافال"”. يتقارب الجزء الأمامي من فوهة الفوهة من فتحة واسعة إلى فتحة ضيقة، ثم يتباعد من فتحة صغيرة إلى فتحة واسعة. يؤدي هذا التصميم إلى تغير سرعة تدفق الهواء (v) بتغير مساحة المقطع العرضي للفوهة، مما يُسرّع تدفق الهواء من سرعات دون سرعة الصوت إلى سرعات صوتية، وصولاً إلى سرعات فوق صوتية.
الشكل 2: رسم تخطيطي لفوهة لافال
بعد مرور الهواء المضغوط عبر الفوهة، يصبح فوق صوتي ويدخل حجرة الطحن. ونظرًا لتأثير تدفق الهواء والمادة، تتطلب الفوهة قوة ميكانيكية عالية ومقاومة للتآكل. كما هو موضح في الشكل 3أ، تُظهر فوهة من الفولاذ المقاوم للصدأ تآكلًا شديدًا بعد شهر واحد من الاستخدام. يُؤدي هذا التآكل إلى اضطراب مجال تدفق الهواء، مما يؤثر على حجم الجسيمات ومساحة السطح النوعية للمنتج المطحون، كما يُسبب تلوثًا معدنيًا، مما يؤثر على جودة المنتج. ولتجنب هذه المشكلات، تُستخدم الآن فوهات خزفية على نطاق واسع، كما هو موضح في الشكل 3ب.
الشكل 3. أ- فوهة من الفولاذ المقاوم للصدأ، ب- فوهة من السيراميك
(2) عجلة التصنيف
تتكون عجلة التصنيف من شفة أمامية، وشفة خلفية، وشفرات متعددة، وقرص مانع لتسرب الهواء. وتعمل الفجوات بين الشفرات المتجاورة كقنوات تغذية، وتشكل الجوانب الداخلية للشفرات تجويفًا. تؤدي السرعة الخطية الأعلى لعجلة المصنف إلى حجم أصغر لجزيئات المنتج. ترتبط السرعة الخطية ارتباطًا طرديًا بقطر عجلة التصنيف وسرعة دورانها. ويمكن مراقبة كمية المواد في حجرة الطحن من خلال تيار محرك عجلة التصنيف؛ حيث يشير التيار الأعلى إلى وجود كمية أكبر من المواد في الحجرة.
تصطدم المواد بعجلة التصنيف وتؤثر عليها. تظهر عجلات التصنيف المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ علامات التآكل بعد الاستخدام المطول، كما هو موضح في الشكلين 4أ و4ب. ولمنع ذلك، تُستخدم عجلات التصنيف الخزفية على نطاق واسع حاليًا، كما هو موضح في الشكل 4ج.
أ. مادة الفولاذ المقاوم للصدأ (بالية)، ب. مادة الفولاذ المقاوم للصدأ (عادية)، ج. مادة السيراميك
الشكل 4. عجلة التصنيف
(3) مواصفات المنتج
العلاقة بين معايير مطحنة النفث وحجم جسيمات المنتج/الناتج هي كما يلي:
- “"—"” يشير ذلك إلى عدم وجود علاقة مباشرة بين قطر الفوهة وحجم الجسيمات.
- “"↗"” يشير ذلك إلى أن مواصفات المنتج تزداد مع زيادة المعلمة.
- “"↘"” يشير ذلك إلى أن مواصفات المنتج تتناقص مع زيادة المعلمة.
ملاحظة: يختلف وزن تأثير كل معلمة.
| المؤشر/ المعلمة | قطر الفوهة | معدل التغذية | سرعة خطية لقرص التجليخ | سرعة خطية لعجلة المصنف | مستوى سحب الهواء |
| حجم الجسيمات | — | ↘ | ↘ | ↘ | ↗ |
| القدرة الإنتاجية | ↗ | ↗ | ↗ | ↘ | ↗ |
عملية ضبط المعلمات:
- حدد حجم الفوهة مسبقًا بناءً على طراز المعدات والسعة المقدرة.
- حدد نطاق السرعة الخطية المناسب (عدد دورات عجلة التصنيف في الدقيقة) بناءً على حجم الجسيمات المستهدف للمادة.
- حدد نطاق ضغط الطحن المناسب بناءً على خصائص المادة (مثل: أحادية البلورة، متعددة البلورات، متكتلة صلبة، متكتلة لينة). الضغط المفرط يُنتج كميات كبيرة من المواد الناعمة التي يصعب إزالتها.
- قم بتحسين معدل التغذية وحجم سحب الهواء بناءً على متطلبات السعة.
- إعادة تقييم ما إذا كان ينبغي تحسين قطر الفوهة بناءً على السعة النهائية واستهلاك الطاقة.
2. مطحنة ميكانيكية
إن المطحنة الميكانيكية التي نناقشها هنا هي مطحنة صدمية ميكانيكية. يوضح الشكل 5 تدفق معدات النظام.
1- خزانة التحكم الكهربائية، 2- نظام التغذية، 3- آلية الطحن،,
4- آلية التصنيف، 5- نظام الفصل الإعصاري، 6- نظام الترشيح
الشكل 5. مخطط تدفق معدات نظام الطحن الميكانيكي
يُغذّى جهاز التغذية المواد بالتساوي إلى حجرة الطحن، حيث تتعرض لصدمات قوية من قرص طحن دوار عالي السرعة. في الوقت نفسه، تتسبب قوة الطرد المركزي في اصطدام المواد بحلقة الطحن، مما يؤدي إلى تعرضها لقوى القص والاحتكاك والصدم مجتمعة لتقليل حجمها. تُنقل المواد المطحونة بواسطة تيار الهواء إلى منطقة التصنيف لفصل الجسيمات الخشنة عن الجسيمات الدقيقة. تعود الجسيمات الخشنة إلى حجرة الطحن لمزيد من الطحن. تدخل الجسيمات الدقيقة المؤهلة إلى فاصل الإعصار مع تيار الهواء لمزيد من الفصل والتجميع، بينما تنتقل الجسيمات الدقيقة إلى نظام تجميع الغبار.
تشمل معايير المعدات الرئيسية للمطحنة الميكانيكية ما يلي: معدل التغذية، والسرعة الخطية لقرص الطحن، والسرعة الخطية لعجلة التصنيف، وحجم شفط الهواء, والتي تؤثر مجتمعة على مواصفات المنتج وجودته وإنتاجه.
(1) قرص التجليخ
قرص التجليخ مزود بدبابيس تجليخ. وتتعرض المادة الموجودة في الحجرة للصدمات من هذه الدبابيس الدوارة عالية السرعة. يوضح الشكل 6أ قرص تجليخ معدني، وهو عرضة للتآكل أثناء التشغيل طويل الأمد، مما يؤدي إلى تلوث معدني. تُستخدم أقراص التجليخ الخزفية بشكل شائع الآن. ورغم صلابتها ومقاومتها العالية للتآكل، إلا أن هشاشتها تتطلب عادةً سرعة تشغيل خطية أقل مقارنةً بالأقراص المعدنية، مما يقلل من قوة الصدمة. تؤدي السرعة الخطية العالية لقرص الطحن إلى تقليل حجم جزيئات المنتج. ترتبط السرعة الخطية ارتباطًا إيجابيًا بكل من قطر القرص وسرعته الدورانية.
الشكل 6. أ. قرص تجليخ معدني ب. قرص تجليخ خزفي
(2) مواصفات المنتج
العلاقة بين معايير المطحنة الميكانيكية وحجم جسيمات المنتج/الناتج هي كما يلي:
- “"—"” يشير ذلك إلى عدم وجود علاقة مباشرة بين معدل التغذية وحجم الجسيمات.
- “"↗"” يشير ذلك إلى أن مواصفات المنتج تزداد مع زيادة المعلمة.
- “"↘"” يشير ذلك إلى أن مواصفات المنتج تتناقص مع زيادة المعلمة.
ملاحظة: يختلف وزن تأثير كل معلمة.
| المؤشر/ المعلمة | معدل التغذية | قرص الطحن ذو السرعة الخطية | سرعة خطية لعجلة المصنف | مستوى سحب الهواء |
| حجم الجسيمات | — | ↘ | ↘ | ↗ |
| القدرة الإنتاجية | ↗ | ↗ | ↘ | ↗ |
إن عملية ضبط عجلة التصنيف والمعلمات الأخرى في المطحنة الميكانيكية تشبه عملية ضبط المطحنة النفاثة.
(3) مقارنة الأداء
تُحدد مبادئ الطحن المختلفة للمطاحن النفاثة والمطاحن الميكانيكية مدى ملاءمتها وإنتاجيتها واستهلاكها للطاقة. بشكل أساسي:
- مطاحن جيت استخدام تدفق الهواء فوق الصوتي لإحداث تصادمات بين الجسيمات بهدف تقليل حجمها.
- المطاحن الميكانيكية استخدم قرصًا دوارًا لقذف المواد على دبابيس ثابتة وجدار الحجرة لتقليل الحجم، كما هو موضح في الشكل 7.
الشكل 7: رسم تخطيطي لتقليل حجم الجسيمات في حجرات المطحنة النفاثة / المطحنة الميكانيكية
| مطحنة جيت | مطحنة ميكانيكية | |
| مبدأ | تتسبب السرعة فوق الصوتية في حدوث تصادمات بين المواد | القص والتصادم بين المواد والمعدات |
| شدة الطحن | كبير: سرعة تفوق سرعة الصوت | صغير: سرعة الدوران الخطي لقرص الطحن محدودة |
| استهلاك الطاقة | مرتفع: يلزم وجود هواء مضغوط | منخفض: يستخدم الماء المتداول للتبريد |
| يكلف | عالي | قليل |
| بصمة المعدات | كبير | صغير |
يُلخص الجدول أعلاه مقارنة شاملة للأداء. تُعدّ المطاحن الميكانيكية أكثر ملاءمة لطحن الجسيمات ذات التكتلات الناعمة (مثل المواد متعددة البلورات). أما بالنسبة لبعض الجسيمات الصغيرة أحادية البلورة ذات التكتلات الصلبة، فقد لا يتحقق الطحن الفعال حتى عند أقصى سرعة للقرص. تستطيع المطاحن النفاثة طحن كلٍ من الجسيمات ذات التكتلات الناعمة والصلبة (مثل المواد أحادية البلورة)، ولكنها تعاني من ارتفاع استهلاك الطاقة والتكلفة. بالنسبة لبعض المواد متعددة البلورات ذات البنية غير المتماسكة، قد يتسبب الطحن النفاث في تفتت الجسيمات بشكل مفرط.
الشكل 8: طحن المطحنة النفاثة وطحن المطحنة الميكانيكية
يوضح الشكل 8 صورًا مجهرية إلكترونية ماسحة لمادة NCM ثلاثية أحادية البلورة مطحونة بواسطة مطحنة نفاثة ومطحنة ميكانيكية على التوالي. تُظهر المطحنة النفاثة قوة طحن فائقة بشكل ملحوظ، حيث تعمل على تفتيت التكتلات الصلبة بين الجزيئات بكفاءة عالية.
مسحوق ملحمي
مسحوق ملحمي وهي متخصصة في تكنولوجيا معالجة المساحيق الدقيقة للصناعات المعدنية والكيميائية., طعام الصناعة، صناعة الأدوية، إلخ. يتمتع فريقنا بخبرة تزيد عن 20 عامًا في معالجة المساحيق المختلفة، وقد قام بتصميم وتركيب أكبر خط إنتاج مطحنة نفاثة لخط إنتاج مسحوق الباريت فائق النعومة في الصين.
نحن موردون محترفون لمشاريع معالجة المساحيق، وخاصة طحن المساحيق، وتصنيفها، وتشتيتها، ومعالجة أسطحها، وإعادة تدوير النفايات. نقدم خدمات الاستشارات والاختبار., مشروع التصميم، والآلات، والتشغيل، والتدريب.
شكرًا لقراءتكم. آمل أن يكون مقالي مفيدًا. يُرجى ترك تعليق أدناه. يمكنكم أيضًا التواصل مع ممثل خدمة عملاء EPIC Powder عبر الإنترنت. زيلدا "لأي استفسارات أخرى."
— جيسون وانج، مهندس أول
