Com a crescente aplicação de recursos minerais não metálicos em diversos setores da economia e da sociedade, a exploração desses recursos intensificou-se significativamente. Como muitos desses minerais não metálicos são utilizados na forma de pó, a indústria exige tecnologias de processamento mais avançadas, principalmente para a obtenção de granulometrias ultrafinas. Neste artigo, exploraremos diversos tipos de moinhos para a preparação de pós ultrafinos.
1. Pós minerais não metálicos ultrafinos
pós ultrafinos Referem-se a uma série de materiais ultrafinos com tamanhos de partículas que variam da escala micrométrica à nanométrica. A ampla aplicação de pós minerais não metálicos em novos materiais de alta tecnologia modernos baseia-se em suas funcionalidades únicas. O desempenho da maioria das funções dos minerais não metálicos depende do tamanho, da distribuição de tamanho e da forma das partículas.
Os pós ultrafinos possuem excelentes propriedades físicas e químicas. Entre elas, destacam-se a grande área superficial específica, a alta atividade superficial, a rápida velocidade de reação química, a baixa temperatura de sinterização com alta resistência do corpo sinterizado, o bom desempenho de preenchimento e reforço e o alto poder de cobertura. Consequentemente, muitos campos de aplicação exigem que as matérias-primas minerais não metálicas apresentem granulometrias muito finas (micrométricas ou submicrométricas).
Atualmente, de acordo com o consenso na indústria de processamento mineral da China, o pó ultrafino é definido como pó com 100% de partículas menores que 30 μm. Com base no tamanho das partículas, os pós ultrafinos podem ser categorizados em: grau micrométrico (1–30 μm), grau submicrométrico (0,1–1 μm) e grau nanométrico (0,001–0,1 μm). Os pós minerais não metálicos ultrafinos apresentam vantagens significativas em propriedades ópticas, magnéticas, acústicas, elétricas e mecânicas, sendo amplamente utilizados nas áreas de medicina, química, eletrônica, energia e outras.
2. Processamento de pós minerais não metálicos ultrafinos
Existem inúmeros métodos para preparar pós ultrafinos. Com base no meio de formação, eles podem ser classificados em três categorias: métodos de fase gasosa, fase líquida e fase sólidaOs métodos em fase gasosa incluem aquecimento por indução de alta frequência e técnicas de preparação de plasma, adequadas para a produção de pós ultrafinos com alta pureza, distribuição granulométrica estreita, tamanho reduzido e distribuição uniforme. Os métodos em fase líquida incluem principalmente redução química em fase líquida, sol-gel, atomização ultrassônica e métodos hidrotérmicos. Os métodos em fase sólida empregam principalmente trituração mecânica.
Com base no princípio de preparação, os métodos podem ser divididos em métodos químicos e físicos.
métodos químicos
Os métodos químicos envolvem reações químicas, formando o pó ultrafino desejado a partir de íons ou átomos por meio de nucleação e crescimento. As vantagens incluem a capacidade de produzir pós com alta pureza, tamanho de partícula pequeno, distribuição de tamanho estreita e boa morfologia. As desvantagens incluem baixo rendimento, alto custo e processos complexos.
Métodos físicos
Os métodos físicos envolvem a trituração de materiais por meio de força mecânica. As vantagens incluem menor custo, processos relativamente simples, alta produtividade e adequação para produção industrial em larga escala. Além disso, os efeitos mecanoquímicos gerados durante a trituração podem aumentar a atividade do pó.
Atualmente, no processamento de pós minerais não metálicos ultrafinos, os métodos físicos são a principal técnica de preparação. Geralmente, o processo de conversão de matérias-primas em pó ultrafino envolve principalmente duas etapas: britagem e moagem. classificaçãoO material entra inicialmente em um equipamento de moagem ultrafina para trituração. Devido às variações na estrutura das partículas, a energia necessária para a trituração difere, e as forças exercidas dentro do equipamento são desiguais. Assim, as partículas finas resultantes variam em forma e tamanho, com apenas uma parte atendendo aos requisitos de tamanho. Na produção prática, o prolongamento do tempo de trituração é frequentemente utilizado para garantir uma redução completa do tamanho das partículas e atender aos padrões. No entanto, isso não apenas aumenta o consumo de energia, como também pode levar à moagem excessiva. Portanto, é crucial separar prontamente as partículas que atendem à especificação de tamanho, tornando a tecnologia de classificação ultrafina de extrema importância no processo de preparação de pós ultrafinos.
3. Estado atual da pesquisa sobre equipamentos de moagem ultrafina
Os equipamentos de moagem ultrafina mais comuns atualmente incluem moinhos de impacto, moinhos agitados, moinhos a jato e moinhos vibratórios.
3.1 Moinho de impacto
Os moinhos de impacto são dispositivos de moagem ultrafina que utilizam um rotor giratório de alta velocidade (com hastes, martelos, lâminas, etc.) em torno de um eixo horizontal ou vertical para gerar intensos impactos e forças de cisalhamento no material. Isso causa fortes colisões entre o material e a parede/partes fixas do moinho. Também pode causar colisões entre as partículas, levando à sua quebra. São adequados para materiais de dureza média, como talco, mármore e calcita. O tamanho das partículas alimentadas geralmente fica em torno de 8 mm e a finura do produto pode atingir de 3 a 74 μm.
As principais vantagens dos moinhos de impacto incluem ajuste de finura, estrutura simples, instalação compacta, operação fácil, tamanho reduzido e alta eficiência. Uma desvantagem é o potencial de superaquecimento durante a operação em alta velocidade. Portanto, melhorias no equipamento podem considerar métodos de resfriamento. Além disso, o uso de materiais com boas propriedades de resistência à compressão e ao desgaste é aconselhável para evitar desgaste significativo das peças.
3.2 Moinho Agitado
Os moinhos de agitação são um dos tipos de equipamentos de moagem ultrafina mais promissores, disponíveis em vários formatos. De acordo com a instalação, podem ser moinhos de agitação verticais, horizontais ou de disco. De acordo com o processo, incluem moinhos de agitação espiral, em lote, de circulação e contínuos.
De forma geral, os moinhos de agitação funcionam principalmente pela rotação de um eixo agitador que mistura os meios de moagem (esferas de aço, zircônia, cerâmica, coríndon, cascalho, etc.) e o material contido na câmara, fazendo com que se movimentem. São frequentemente utilizados para o processamento profundo de minerais não metálicos e para a preparação de pigmentos. O tamanho das partículas de alimentação geralmente fica em torno de 3 mm, e a finura do produto varia de 0,1 a 45 μm. Os principais parâmetros do processo que afetam a eficiência da moagem incluem a velocidade do agitador, a concentração da suspensão, a relação material/esferas, as propriedades dos meios de moagem e o tempo de retenção.
Em comparação com os moinhos de bolas tradicionais, os moinhos de agitação oferecem vantagens significativas: ① A câmara de moagem permanece estacionária enquanto o agitador gira, resolvendo o problema da alta perda de energia associada à rotação do tambor de um moinho de bolas. moinho de bolas② Ao contrário dos moinhos de bolas, que combinam impacto e moagem, os moinhos de agitação dependem principalmente da moagem, complementada por um impacto mínimo, reduzindo o consumo de energia proveniente de ruído, calor e vibração, melhorando assim a eficiência da moagem fina. ③ Os equipamentos de moinho de agitação geralmente têm uma área de ocupação relativamente pequena, estrutura simples e instalação conveniente.
3.3 Moinho vibratório
Os moinhos vibratórios utilizam esferas ou hastes como meio de moagem e podem processar produtos com granulometria de até alguns mícrons. Funcionam utilizando o meio de moagem dentro de uma câmara vibratória de alta frequência para aplicar forças de impacto, moagem e cisalhamento ao material, obtendo-se uma rápida redução do tamanho das partículas. São amplamente utilizados nas indústrias química, metalúrgica, de materiais de construção, cerâmica, refratários e minerais não metálicos para o processamento de pós ultrafinos. O tamanho das partículas de alimentação geralmente fica em torno de 6 mm, e a finura do produto varia de 1 a 74 μm. Os moinhos vibratórios oferecem vantagens como tamanho reduzido, baixo consumo de energia, alta produtividade, estrutura compacta, operação simples e facilidade de uso. manutençãoe tamanho uniforme do produto. As desvantagens incluem altos níveis de ruído e requisitos exigentes para as peças.
3.4 Moinho de jato
Os moinhos de jato funcionam acelerando ar comprimido através de bicos; os jatos resultantes impulsionam as partículas em alta velocidade, fazendo com que colidam, interajam por fricção e sofram cisalhamento, resultando na cominuição. São utilizados principalmente para a moagem ultrafina de minerais não metálicos com dureza média ou inferior, como mármore, caulim e talco, e também em alimentos funcionais, terras raras e matérias-primas químicas. O tamanho da alimentação é geralmente controlado abaixo de 1 mm e a finura do produto varia de 1 a 30 μm, mas a capacidade de produção é relativamente pequena.
Os moinhos a jato oferecem vantagens como alta automação e grande capacidade. As desvantagens incluem alto custo de equipamento, grande área ocupada, alto consumo de energia, disponibilidade limitada de produtos com altíssima finura, desgaste significativo das peças e falta de modelos inovadores independentes. Como os moinhos a jato são o tipo mais pesquisado na China, com a gama de modelos mais completa e tecnologia relativamente madura, eles são muito populares no mercado. Atualmente, podem ser classificados com base na estrutura ou operação em: moinhos a jato de disco horizontal (plano), moinhos a jato de tubo circulante, moinhos a jato opostos, moinhos a jato de alvo e moinhos a jato de leito fluidizado.
3.5 Outros equipamentos
Planetário Moinho de bolasAs estruturas são principalmente verticais e horizontais. Os recipientes de moagem individuais são geometricamente semelhantes aos dos moinhos de bolas comuns, mas a principal diferença é que cada recipiente em um moinho planetário gira em torno de seu próprio eixo enquanto simultaneamente gira em torno de um eixo central. A alta capacidade de moagem e a eficiência no uso de energia dos moinhos de bolas planetários os tornam amplamente utilizados na preparação de pós ultrafinos, mecanoquímica e liga mecânica. Adequados para materiais de alta dureza, a finura pode atingir 0,1 μm. As características incluem o desgaste menos propenso dos meios de moagem e a adequação para produção em pequenos lotes.
- Anel-Moinho de rolosEssencialmente um equipamento de moagem ultrafina de pequeno a médio porte. Ao longo de anos de desenvolvimento, seu escopo de aplicação expandiu-se gradualmente, demonstrando vantagens cada vez mais evidentes. Em termos de efeitos específicos de aplicação, a operação do processo é relativamente simples, a taxa de britagem é relativamente alta e o consumo de energia por unidade durante o processamento é baixo, atendendo aos requisitos de economia de energia e proteção ambiental. Com base nas aplicações atuais no processamento de minerais não metálicos, o tamanho da alimentação não deve exceder 20 mm. Dispositivos de classificação interna permitem o ajuste eficaz da finura do produto de acordo com os padrões durante o processamento.
Independentemente dos avanços na indústria de pós, o principal meio de obtenção de pós minerais não metálicos ultrafinos continua sendo a britagem mecânica. "Um artesão precisa afiar suas ferramentas para fazer bem o seu trabalho." No futuro, será essencial fortalecer a pesquisa teórica básica, aumentar o investimento em tecnologia, otimizar os fluxos de processo com base nos equipamentos existentes, aprimorar continuamente a capacidade de inovação e desenvolver equipamentos de moagem ultrafina de alta tecnologia, ecológicos, econômicos, de baixo consumo de energia e baixa emissão, com alto valor agregado.
4. Estado atual da pesquisa sobre equipamentos de classificação ultrafina
A classificação de pós ultrafinos separa as partículas com base nas diferentes trajetórias de movimento induzidas por forças como a força centrífuga, a gravidade e a força inercial que atuam sobre partículas de diferentes tamanhos em um meio, direcionando-as para os respectivos dispositivos de coleta.
Com base no meio utilizado, a classificação ultrafina é geralmente dividida em métodos secos e úmidos. A classificação úmida utiliza um líquido como meio de dispersão, oferecendo alta precisão de classificação e boa uniformidade. No entanto, etapas subsequentes, como secagem e tratamento de efluentes, limitam seu desenvolvimento.
Três tipos de classificadores de ar
Com base em diferentes princípios de classificação, os equipamentos de classificação a seco podem ser divididos em três tipos: inerciais, a jato e centrífugos.
- Classificadores inerciais Separar partículas utilizando suas diferentes inércias sob a ação de uma força, fazendo com que se movam em direções diferentes.
Classificadores de ar Aplicar de forma abrangente os princípios do efeito Coanda, da classificação inercial e da classificação rápida.
Força centrífuga é mais forte que a gravidade, tornando os classificadores centrífugos um tipo amplamente desenvolvido. Eles podem ser ainda divididos em tipos de vórtice forçado e vórtice livre, com base no campo de fluxo dentro do campo de força centrífuga.
Apesar de algumas desvantagens, a relação custo-benefício e a simplicidade da classificação a seco levam ao seu uso generalizado na preparação de pós.
Atualmente, o equipamento de classificação mais utilizado na produção industrial é o turbo classificador de arCom base no formato de instalação da roda de classificação, eles podem ser tipo de roda vertical e tipo de roda horizontal.
Em classificadores de roda verticalA roda classificadora é normalmente montada em balanço. A operação pode apresentar problemas como desequilíbrio com rodas maiores, suscetibilidade do eixo principal e dos rolamentos à fratura sob carga excessiva e vedação inadequada. classificadores de roda horizontalA roda classificadora é instalada horizontalmente, permitindo uma operação estável mesmo em altas velocidades, com vedação significativamente melhorada. Para a mesma capacidade de processamento, os classificadores horizontais são mais compactos, oferecendo vantagens como baixa vibração e longa vida útil.
Com o desenvolvimento de classificadores de ar por vórtice, os pesquisadores realizaram melhorias por meio de extensa pesquisa teórica e prática, aumentando efetivamente a precisão e a eficiência da classificação. Por exemplo, a adição de fluxos de ar terciários para eluir partículas grossas que descem ao longo do cone melhora a eficiência da separação.
Além de otimizar as dimensões estruturais e os parâmetros operacionais com base em classificadores de rotores existentes, alguns pesquisadores também desenvolveram novos classificadores dinâmicos adicionando componentes internos ou alterando a direção das entradas e saídas do fluxo de ar.
Com base nas pesquisas atuais, as futuras direções se concentrarão em três áreas: classificação da regulação do campo de fluxo, otimização do processo de separação e acoplamento de fluxo híbrido. Com tecnologias e equipamentos cada vez mais maduros disponíveis, as empresas agora precisam selecionar e otimizar cuidadosamente essas soluções. A prioridade é controlar os parâmetros do processo e ajustar os fluxos de trabalho para aumentar a capacidade e a lucratividade.
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— Jason Wang, Engenheiro Sênior
