RU2508947C1 - Method of producing ultra disperse powders with narrow particle size distribution - Google Patents

Method of producing ultra disperse powders with narrow particle size distribution Download PDF

Info

Publication number
RU2508947C1
RU2508947C1 RU2012133795/13A RU2012133795A RU2508947C1 RU 2508947 C1 RU2508947 C1 RU 2508947C1 RU 2012133795/13 A RU2012133795/13 A RU 2012133795/13A RU 2012133795 A RU2012133795 A RU 2012133795A RU 2508947 C1 RU2508947 C1 RU 2508947C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
particles
centrifugal
particle size
gas
zone
Prior art date
Application number
RU2012133795/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012133795A (en
Inventor
Юрий Александрович Бирюков
Анатолий Алексеевич Глазунов
Сергей Борисович Сунцов
Леонид Николаевич Богданов
Александр Юрьевич Бирюков
Александр Ювинальевич Объедков
Владимир Иванович Романдин
Владимир Анатольевич Полюшко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ)
Priority to RU2012133795/13A priority Critical patent/RU2508947C1/en
Publication of RU2012133795A publication Critical patent/RU2012133795A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2508947C1 publication Critical patent/RU2508947C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to powder metallurgy, particularly, to production of powders of mean grain size in submicron range. Prepared bulk layer of initial powder is displaced by upward gas flow to the area of centrifugal forces developed by centrifugal classifier rotor. Portion of material is recycled to feed coarse particles back from said area to bulk layer. Fine particles are discharged by gas flow from said area. Used is powder material with mean particle size of 1-2 mcm, major portion of said particle is sized to 10-15 mcm. This process proceeds in two steps. For this working gas is, first heated to 90-100°C to disperse the material and dry it in compressed gas flow at 4-6 kg/cm2. Moisture content in gas flow at working zone inlet and outlet is continuously measured after release of particles therefrom. Centrifugal acceleration created by classifier rotor is set to (8.5-12)·104 m/s2. Mean size of particles in the flow is continuously measured as well as bulk concentration in said flow. Pulsation of bulk concentration is stabilised by increase in centrifugal acceleration to (12-16)·104 m/s2. With moisture content at gas flow inlet and outlet equalised, heating is terminated to start the second stage. Working pressure is increased to 6-8 kg/cm2. Mean particle size exceeds the preset value, amount of material fed to gas flow is decreased. This is performed by decreasing gradually the height of particle ingress zone to the level of 80-85 % of initial height. At further increase of mean particle size, centrifugal acceleration is increased to (16-19)·104 m/s2. At further increase in mean particle size or notable decrease in bulk concentration, the process is interrupted.
EFFECT: jet size reduction and air centrifugal classification to produce powders of mean grain size in submicron range.
15 dwg

Description

Изобретение относится к области порошковой технологии и может быть использовано для получения узких фракций частиц со средним размером, находящимся в субмикронном диапазоне.The invention relates to the field of powder technology and can be used to obtain narrow fractions of particles with an average size in the submicron range.

В настоящее время для получения тонких и ультрадисперсных (содержащих частицы с размерами в субмикронном диапазоне, в частности, нанодиапазоне) порошков разработаны и используются несколько классов методов, при этом характеристики получаемого продукта - гранулометрический состав и форма частиц, содержание примесей, величина удельной поверхности - могут колебаться в зависимости от способа получения в весьма широких пределах. Так, в зависимости от условий получения, частицы могут иметь сферическую, гексагональную, пластинчатую, дендритную, игольчатую формы, аморфную или мелкокристаллическую структуру. Методы получения разделяют на механические, физические, химические. Физические, химические и другие немеханические методы (плазменный, электровзрывной, газофазный синтез, различные химические и т.д.) имеют ряд недостатков: они применимы для узкого класса материалов, характеризуются сложностью установок и технологии, а получаемые порошки имеют как ультрадисперсные частицы, так и большую долю частиц в диапазоне больше 1 мкм (фиг.4, 11, 12). Все указанные методы получения ультрадисперсных порошков пока малопроизводительны и трудоемки, и потому стоимость порошков очень высока - порядка 100 долларов за килограмм.Currently, to obtain fine and ultrafine (containing particles with sizes in the submicron range, in particular, nanoscale) powders, several classes of methods have been developed and are used, while the characteristics of the resulting product — particle size distribution and particle shape, impurity content, specific surface area — can vary depending on the method of obtaining in a very wide range. So, depending on the production conditions, the particles can have a spherical, hexagonal, lamellar, dendritic, needle-shaped, amorphous or small-crystalline structure. Production methods are divided into mechanical, physical, chemical. Physical, chemical, and other non-mechanical methods (plasma, electroexplosive, gas-phase synthesis, various chemical, etc.) have a number of disadvantages: they are applicable for a narrow class of materials, are characterized by the complexity of plants and technology, and the resulting powders have both ultrafine particles and a large proportion of particles in the range of more than 1 μm (Fig.4, 11, 12). All these methods for producing ultrafine powders are still inefficient and laborious, and therefore the cost of the powders is very high - about $ 100 per kilogram.

Известные механические способы для сухого измельчения порошкообразных материалов хотя и дают высокую производительность, но также не позволяют достичь удовлетворительного результата, так как получаемые тонкие порошки имеют очень широкий диапазон размеров частиц. Обусловлено это тем, что эти методы могут эффективно перерабатывать только достаточно крупные исходные порошки: порядка 100 мкм и более: с уменьшением размеров частиц их эффективность существенно снижается, а в диапазоне порядка 10 мкм и ниже положительный результат практически отсутствует. Это объясняется тем, что механически в сухом состоянии эффективно воздействовать на частицы такого размера достаточно сложно: насыпной слой находится в крайне рыхлом состоянии, частицы перемещаются вслед за любыми вихревыми движениями газовой среды, находящейся в рабочем объеме, что не позволяет подвергать их эффективному энергетическому нагружению. Кроме того, задача по выделению узких фракций частиц в ультрадисперсном диапазоне из широкого диапазона размеров частиц, поступающих в зону воздушно-центробежной классификации, трудно осуществимая: чтобы на границе разделения обеспечить центробежную силу, действующую на субмикронную частицу, соразмерную аэродинамической, требуется скорость вращения ротора классификатора порядка 100000 оборотов в минуту, для которой не возможно сохранить динамическую балансировку ротора в условиях быстрого износа лопаток от жесткого взаимодействия их с частицами.Known mechanical methods for dry grinding powder materials although they give high performance, but also do not allow to achieve a satisfactory result, since the resulting fine powders have a very wide range of particle sizes. This is due to the fact that these methods can efficiently process only sufficiently large initial powders: of the order of 100 μm or more: with decreasing particle sizes, their efficiency decreases significantly, and in the range of the order of 10 μm and below, a positive result is practically absent. This is explained by the fact that it is rather difficult to effectively act on particles of this size mechanically in a dry state: the bulk layer is in an extremely loose state, the particles move after any vortex movements of the gaseous medium in the working volume, which does not allow them to be subjected to effective energy loading. In addition, the task of separating narrow fractions of particles in the ultrafine range from a wide range of particle sizes entering the air-centrifugal classification zone is difficult to achieve: in order to provide a centrifugal force acting on a submicron particle proportional to aerodynamic at the separation boundary, the rotor speed of the classifier is required about 100,000 rpm, for which it is not possible to maintain the dynamic balancing of the rotor in the conditions of rapid wear of the blades from their hard interaction with particles.

В настоящее время для получения в промышленных количествах особо тонких порошков используется мокрое измельчение, например, в аттриторах, бисерных или кольцевых мельницах (1). Влажное состояние перерабатываемого порошка в виде пасты или суспензии обеспечивает высокую концентрацию частиц в зоне воздействия измельчающих элементов.At present, wet grinding is used to obtain especially fine powders in industrial quantities, for example, in attritors, bead mills, or ring mills (1). The wet state of the processed powder in the form of a paste or suspension provides a high concentration of particles in the zone of influence of the grinding elements.

Главным недостатком данных методов является то, они пригодны для измельчения в основном мягких материалов, так как для твердых и особо твердых происходит износ элементов оборудования, в результате чего продукт теряет исходную химическую чистоту. Другим недостатком является необходимость дополнительных операций по осушке и дезагрегации частиц, что для ультрадисперсных порошков достаточно трудоемко и возможно на специализированном (достаточно сложном) оборудовании.The main disadvantage of these methods is that they are suitable for grinding mainly soft materials, since for hard and especially hard materials, wear and tear of equipment elements occurs, as a result of which the product loses its original chemical purity. Another drawback is the need for additional operations to dry and disaggregate particles, which for ultrafine powders is rather laborious and possible on specialized (rather complicated) equipment.

Положительной стороной механических способов измельчения является сравнительная простота установок и технологии, возможность измельчать различные материалы и получать с большой производительностью. К недостаткам метода относятся возможность загрязнения измельчаемого порошка истирающими материалами, а также трудности получения порошков с узким распределением частиц по размерам.The positive side of mechanical grinding methods is the comparative simplicity of plants and technology, the ability to grind various materials and get with great productivity. The disadvantages of the method include the possibility of contamination of the crushed powder with abrasive materials, as well as the difficulties in obtaining powders with a narrow particle size distribution.

Известны струйные методы измельчения порошков, в которых эти недостатки частично устранены. Несмотря на значительно большие удельные энергозатраты, они широко используются для получения тонких порошков в сухом состоянии без загрязнения продуктами намола. Струйные методы рентабельны для измельчения порошков с исходным размером менее 100-200 мкм (в зависимости от твердости перерабатываемых материалов).Known inkjet methods for grinding powders in which these disadvantages are partially eliminated. Despite the significantly higher specific energy consumption, they are widely used to obtain fine powders in the dry state without contamination with milling products. Inkjet methods are cost-effective for grinding powders with an initial size of less than 100-200 microns (depending on the hardness of the processed materials).

Известен способ измельчения частиц во встречных струях в псевдоожиженном слое с одновременной воздушно-центробежной классификацией, реализованный в устройствах различного назначения корпорацией «Hosokawa Micron Ltd» (2).A known method of grinding particles in oncoming jets in a fluidized bed with simultaneous air-centrifugal classification, implemented in devices for various purposes by the corporation "Hosokawa Micron Ltd" (2).

Недостатком данного метода является то, что его эффективность существенно снижается при переработке ультрадисперсных порошков. Известно, что насыпной слой, имеющий ультрадисперсный состав и сложную морфологию частиц, характеризуется их значительной связностью, которая является причиной большой порозности слоя. (Для пояснения на фиг.2 представлена зависимость насыпной плотности порошка от дисперсного состава для оксида алюминия, из которой видно, что в области субмикронных размеров происходит резкое падение насыпной плотности.) При этом еще и вихревые потоки от вращающегося ротора классификатора и нескольких встречных струй создают сильно турбулизированную зону, в которой ультрадисперсным частицам нет возможности сформироваться в достаточно концентрированную массу в области пересечения струй (что обеспечило бы эффективное столкновение частиц и разрушение).The disadvantage of this method is that its effectiveness is significantly reduced when processing ultrafine powders. It is known that a bulk layer having an ultrafine composition and a complex morphology of particles is characterized by their significant cohesion, which is the reason for the high porosity of the layer. (For explanation, Fig. 2 shows the dependence of the bulk density of the powder on the dispersed composition for alumina, which shows that in the region of submicron sizes there is a sharp drop in bulk density.) In addition, vortex flows from the rotating rotor of the classifier and several counter jets create a highly turbulent zone in which ultrafine particles cannot form into a sufficiently concentrated mass at the intersection of the jets (which would ensure an effective hour collision egg and destruction).

Известен способ получения активированного алюминия, включающий образование насыпного слоя порошкового материала, активирование его путем подачи восходящим газовым потоком из насыпного слоя в зону действия центробежных сил, создаваемых ротором центробежного классификатора, рециркуляцию части порошкового материала путем возвращения крупной фракции из зоны действия центробежных сил в насыпной слой и выведение мелкой фракции материала газовым потоком из центра зоны действия центробежных сил, при этом в качестве исходного материала используют тонкодисперсный порошок алюминия (3).A known method of producing activated aluminum, including the formation of a bulk layer of powder material, activating it by applying an upward gas stream from the bulk layer to the centrifugal force action zone created by the rotor of the centrifugal classifier, recirculating part of the powder material by returning a large fraction from the centrifugal force action zone to the bulk layer and removing a small fraction of the material by a gas stream from the center of the centrifugal force, while the starting material is use finely dispersed aluminum powder (3).

Указанный способ выбран за прототип.The specified method is selected for the prototype.

Однако данный способ не позволяет получать узкие фракции ультрадисперсных частиц для связных порошкообразных материалов, характеризующихся значительной полиморфностью частиц (особенно в субмикронном диапазоне), например, керамических. Это связано с тем, что при ультрадисперсном размере частиц присутствие влаги в исходном перерабатываемом материале или в рабочем газе абсолютно недопустимо, поскольку это многократно усиливает влияние аутогезии, так как ультрадисперсные частицы (получаемые любым методом) из-за развитой поверхности образуют агрегаты и агломераты, и присутствие влаги на поверхности частиц делает их слипание значительно прочнее. Это существенно ухудшает эффективность как измельчения, так и классификации.However, this method does not allow to obtain narrow fractions of ultrafine particles for cohesive powder materials characterized by significant polymorphism of particles (especially in the submicron range), for example, ceramic. This is due to the fact that with an ultrafine particle size, the presence of moisture in the starting material being processed or in the working gas is absolutely unacceptable, since this greatly enhances the effect of autohesion, since ultrafine particles (obtained by any method) form aggregates and agglomerates due to the developed surface, and the presence of moisture on the surface of the particles makes their adhesion much stronger. This significantly degrades the efficiency of both grinding and classification.

Однако, как известно, при адиабатическом расширении газа в вытекающей струе происходит резкое снижение температуры (фиг.3), что приводит к конденсации присутствовавшей в нем влаги и контактированию ее с поверхностью частиц. Для крупных порошков с размером частиц порядка 100 мкм и более или тонких порошков, частицы которых имеют сферообразную форму, это не оказывает существенного влияния на циркуляцию слоя и измельчение частиц, но для частиц с развитой поверхностью (ультрадисперсных) происходит резкое снижение эффективности процесса измельчения (энергия струи тратится на повторное диспергирование агломератов) и нарушение процесса классификации (за счет высокой парусности агломератов из крупных частиц, облепленных ультрадисперсными, происходит вынос крупных частиц в продукт).However, as is known, with adiabatic expansion of the gas in the effluent, a sharp decrease in temperature occurs (Fig. 3), which leads to the condensation of the moisture present in it and its contact with the surface of the particles. For large powders with a particle size of the order of 100 μm or more or fine powders whose particles have a spherical shape, this does not significantly affect the circulation of the layer and particle grinding, but for particles with a developed surface (ultrafine) there is a sharp decrease in the efficiency of the grinding process (energy the jet is spent on re-dispersing the agglomerates) and a violation of the classification process (due to the high windage of the agglomerates from large particles clad in ultrafine particles, large x particles in the product).

На основе экспериментальных исследований для связных порошков определено, что даже при не большом в них количестве влаги (1-2%) замедляется процесс измельчения и ухудшается качество классификации. Однако влагосодержание в исходном тонкодисперсном сырье часто достигает 3-5%, а относительная влажность рабочего газа даже после компрессорного влагоотделителя в зависимости от времени года и погодных условий может достигать 15% и более, что существенно ухудшает процесс переработки. Например, в летних условиях часто возникают ситуации с резким увеличением влажности во время сильных дождей, когда компрессорные осушители не дают необходимого уровня.Based on experimental studies for cohesive powders, it was determined that even with a small amount of moisture (1-2%), the grinding process slows down and the quality of classification deteriorates. However, the moisture content in the initial finely divided raw materials often reaches 3-5%, and the relative humidity of the working gas, even after the compressor moisture separator, can reach 15% or more, depending on the season and weather conditions, which significantly worsens the processing process. For example, in summer conditions, situations often arise with a sharp increase in humidity during heavy rains, when compressor dehumidifiers do not provide the necessary level.

Таким образом, неустойчивость циркуляции слоя в начальный период обусловлена связностью исходной массы ультрадисперсных частиц и проявляется кратковременными локальными зависаниями слоя, колебаниями поступления материала в зону измельчения и в зону воздушно-центробежной классификации. Кроме того, изменение фракционного состава измельчаемого материала в процессе переработки в сторону укрупнения частиц (за счет выноса товарных частиц), изменение морфологии частиц в ходе измельчения, уменьшение влияния агрегации за счет осушения материала - все это в совокупности существенно меняет условия как измельчения, так и классификации и требует непрерывного изменения режимно-геометрических параметров.Thus, the instability of the circulation of the layer in the initial period is due to the connectedness of the initial mass of ultrafine particles and is manifested by short-term local hangs of the layer, fluctuations in the flow of material into the grinding zone and into the zone of air-centrifugal classification. In addition, a change in the fractional composition of the crushed material during processing towards particle enlargement (due to the removal of marketable particles), a change in the morphology of the particles during grinding, a decrease in the effect of aggregation due to the drying of the material - all this together significantly changes the conditions of both grinding and classification and requires continuous change of the operating geometric parameters.

Технический результат заявленного изобретения состоит в получении с помощью струйного измельчения и воздушно-центробежной классификации узких фракций ультрадисперсных частиц со средним размером менее 1 мкм.The technical result of the claimed invention is to obtain using jet grinding and air-centrifugal classification of narrow fractions of ultrafine particles with an average size of less than 1 micron.

Указанный технический результат достигается следующим образом. В способе, включающем образование насыпного слоя исходного порошкообразного материала, перемещение его восходящим газовым потоком в зону действия центробежных сил, создаваемых ротором центробежного классификатора, рециркуляцию части материала путем возвращения крупнодисперсных частиц из зоны действия центробежных сил в насыпной слой и выведение мелкодисперсных частиц газовым потоком из центра зоны действия центробежных сил, используют исходный порошкообразный материал, имеющий средний размер частиц (δ50) менее 1-2 мкм, основную массу частиц (δ90) менее 10-15 мкм, причем процесс осуществляют двухстадийно, для чего вначале нагревают рабочий газ до температуры 90÷100°С, материал диспергируют и осушают в струе сжатого газа при давлении 4÷6 кг/см2, непрерывно измеряют влагосодержание в газовом потоке на входе в рабочую зону и на выходе после выделения из него частиц, при этом величину центробежного ускорения, создаваемого ротором классификатора, задают в пределах (8,5÷12)·104 м/с2, непрерывно определяют средний размер частиц δ50 в потоке, выходящем из центра зоны действия центробежных сил с помощью, например, лазерного дифрактометра, и объемную концентрацию частиц σч в данном потоке путем измерения, например, его диэлектрической проницаемости, стабилизируют пульсации объемной концентрации σч за счет увеличения центробежного ускорения до (12÷16)·104 м/с2, после выравнивания влагосодержания на входе и выходе газового потока нагрев рабочего газа отключают и начинают вторую стадию: увеличивают рабочее давление до 6÷8 кг/см2, причем при превышении δ50 заданного значения начинают одновременно снижать количество материала, поступающего в газовую струю путем постепенного уменьшения высоты зоны входа частиц в нее до уровня 80÷85% от первоначальной высоты, при дальнейшем возрастании δ50 увеличивают величину центробежного ускорения до (16÷19)·104 м/с2, а при дальнейшем увеличении δ50 или существенном снижении σч, например, в 1,5-2 раза процесс останавливают, удаляют грубый остаток и повторяют на новой порции исходного материала; где δ50 - параметр дисперсного состава, имеющий значение, меньше которого массовая доля частиц составляет 50% (средний размер частиц), δ90 - параметр дисперсного состава имеющий значение, меньше которого массовая доля частиц составляет 90%, σч - объемная концентрация частиц в газовом потоке на выходе из зоны классификации.The specified technical result is achieved as follows. In the method, comprising the formation of a bulk layer of the initial powdery material, its movement by an upward gas flow into the zone of action of the centrifugal forces created by the rotor of the centrifugal classifier, recirculation of a part of the material by returning coarse particles from the zone of action of the centrifugal forces into the bulk layer and removing fine particles by the gas stream from the center zone of action of centrifugal force, using raw material powder having an average particle size (δ 50) of less than 1.2 microns, the bulk weight the particles (δ 90) of less than 10-15 microns, wherein the process is carried out in two stages, in which the working gas to a temperature of 90 ÷ 100 ° C is first heated, the material was dispersed and then dried in a stream of pressurized gas at a pressure of 4 ÷ 6 kg / cm 2, continuously measure the moisture content in the gas stream at the entrance to the working area and at the exit after particles are separated from it, while the value of the centrifugal acceleration created by the classifier rotor is set in the range (8.5 ÷ 12) · 10 4 m / s 2 , the average is continuously determined particle size δ 50 in a stream exiting the center of the centrobus forces using, for example, a laser diffractometer, and the volume concentration of particles σ h in a given stream by measuring, for example, its dielectric constant, stabilize the pulsations of the volume concentration σ h by increasing centrifugal acceleration to (12 ÷ 16) · 10 4 m / 2, after aligning the moisture content at the inlet and outlet of the gas flow of the working gas heating is switched off and start the second stage of: increasing the operating pressure of up to 6 ÷ 8 kg / cm 2 and at exceeding a predetermined value δ 50 simultaneously start to decrease the amount of mother la flowing into the gas stream by gradually reducing the height of the particle inlet region therein to a level of 80 ÷ 85% of the original height, with a further increase δ 50 increases the value of centrifugal acceleration to (16 ÷ 19) × 10 4 m / s 2, while a further increase in δ 50 or a significant decrease in σ h , for example, by a factor of 1.5-2, the process is stopped, the coarse residue is removed and repeated on a new portion of the starting material; where δ 50 is the parameter of the dispersed composition having a value less than which the mass fraction of particles is 50% (average particle size), δ 90 is the parameter of the dispersed composition having the value less than which the mass fraction of particles is 90%, σ h is the volume concentration of particles in gas flow at the exit of the classification zone.

Как экспериментально нами установлено, для решения поставленной задачи - выделения узких фракций частиц в субмикронном диапазоне, требуется реализация следующих условий.As we experimentally established, to solve the problem - the allocation of narrow fractions of particles in the submicron range, the following conditions are required.

1. В качестве исходного материала должен быть ультрадисперсный: оптимальным является гранулометрический состав со средним размером частиц до 1-2 мкм (δ50<1÷2 мкм) и основной массой частиц (90%) размера до 10-15 мкм (δ90<10÷15 мкм). (Такой материал относительно легко может быть получен другими методами.)1. The starting material should be ultrafine: the particle size distribution is optimal with an average particle size of up to 1-2 microns (δ 50 <1 ÷ 2 microns) and a bulk of particles (90%) of size up to 10-15 microns (δ 90 < 10 ÷ 15 μm). (Such material can be relatively easily obtained by other methods.)

Указанный дисперсный состав обеспечивает эффективное самоизмельчение частиц в струе, поскольку для данного размера характерно малое отставание частиц от потока газа, в результате чего в микровихрях происходит высокоскоростное ударное взаимодействие частиц - на встречных курсах достигается скорость взаимодействия до 500-600 м/с.The specified dispersed composition provides effective self-grinding of particles in the jet, since this size is characterized by a small lag of the particles from the gas flow, as a result of which high-speed impact interaction of particles occurs in microvortices - the interaction speed reaches up to 500-600 m / s in opposite courses.

Кроме того, одним из главных условий остроты сепарации ультрадисперсных частиц является достаточно большая их объемная концентрация в зоне классификации, что обеспечивает эффект жгутообразования при вращении ротора. Оптимальная объемная концентрация (плотность «жгута») зависит от гранулометрического состава перерабатываемого материала, количества эжектируемого материала струей газа, скорости закрутки, создаваемой ротором классификатора, и является условием эффективного удержания крупных частиц в рабочем объеме. Наиболее сильно этот эффект проявляется при доминировании в зоне классификации мелких частиц, поскольку тогда пылегазовые жгуты имеют достаточную плотность (концентрацию) частиц, минимизирующую вероятность проскока крупных частиц. Благодаря этому фактору отпадает необходимость в сверхбольших оборотах ротора классификатора. (Например, в устройствах «Hosokawa Micron Ltd» скорость ротора порядка 18000-22000 об/мин). Это особенно актуально для промышленного применения, поскольку при высоких оборотах лопатки ротора должны быть сверхстойки к абразивному износу, а также необходим постоянный контроль за вибрацией ротора в процессе эксплуатации и регулярная достаточно трудоемкая балансировка ротора на сложном оборудовании. Поскольку кромка тонкой лопатки легко изнашивается и в результате нарушается балансировка ротора, то в устройствах-аналогах «Hosokawa Micron Ltd» в конструкции ротора вместо лопаток используются стержни из прочной керамики. Однако стержневые ротора (даже при высоких скоростях) не дают требуемой остроты классификации ультрадисперсных порошков.In addition, one of the main conditions for the severity of separation of ultrafine particles is their sufficiently large volume concentration in the classification zone, which ensures the effect of bundle formation during rotation of the rotor. The optimal volume concentration (density of the “tow”) depends on the particle size distribution of the processed material, the amount of ejected material by a gas jet, the spin speed created by the classifier rotor, and is a condition for the effective retention of large particles in the working volume. This effect is most pronounced when small particles dominate in the classification zone, since then dust and gas tows have a sufficient density (concentration) of particles that minimizes the probability of breakthrough of large particles. Thanks to this factor, there is no need for super-large revolutions of the classifier rotor. (For example, in Hosokawa Micron Ltd devices, the rotor speed is about 18000-22000 rpm). This is especially true for industrial applications, since at high speeds the rotor blades must be extremely resistant to abrasion, and constant monitoring of the rotor vibration during operation and regular rather laborious balancing of the rotor on complex equipment is also necessary. Since the edge of the thin blade is easily worn out and, as a result, the rotor balancing is impaired, instead of the blades in the rotor design, the Hosokawa Micron Ltd analog devices use rods made of durable ceramic. However, rod rotors (even at high speeds) do not give the required acuity for the classification of ultrafine powders.

Следует отметить, что исходный порошкообразный материал с указанным дисперсным составом минимизирует загрязнение продукта за счет абразивного износа лопаток, поскольку при таком размере массовая составляющая силы взаимодействия частицы с лопаткой ротора значительно меньше, чем аэродинамическая, которая задает безопасное (для лопатки) направление движения частицы в ее пограничном слое - вдоль поверхности лопатки.It should be noted that the initial powdery material with the indicated dispersed composition minimizes product contamination due to abrasive wear of the blades, since at this size the mass component of the force of interaction of the particle with the rotor blade is much less than the aerodynamic component, which defines a safe (for the blade) direction of particle movement in it boundary layer - along the surface of the scapula.

2. Процесс измельчения ультрадисперсных материалов очень чувствителен к наличию влаги в перерабатываемом материале, так как происходит слипание частиц, и энергия струи тратится на повторную диспергацию материала. Поэтому, чтобы исключить конденсацию паров из рабочего газа на поверхность частиц, а также удалить ее из исходного порошкообразного материала, рабочий газ перед входом в рабочую зону нагревают до температуры 90-120°С. Данной температуры достаточно, чтобы исключить конденсацию влаги на частицы и осушить исходный порошкообразный материал. При этом измеряют влагосодержание газа на входе в рабочую зону - mвх и выходе из процесса - mвых, то есть после выделения частиц из газа.2. The grinding process of ultrafine materials is very sensitive to the presence of moisture in the processed material, since particles stick together, and the energy of the jet is spent on re-dispersing the material. Therefore, in order to exclude condensation of vapors from the working gas onto the particle surface, as well as to remove it from the starting powder material, the working gas is heated to a temperature of 90-120 ° C before entering the working zone. This temperature is sufficient to prevent moisture condensation on the particles and to dry the original powdery material. In this case, the moisture content of the gas is measured at the entrance to the working area - m in and exit from the process - m out , that is, after the separation of particles from the gas.

На первой стадии процесса струей рабочего газа при давлении 4÷6 кг/см2 осуществляют мягкое измельчение порошкообразного материала - дезагрегацию (дезагломерацию) и, как сказано выше, его осушение. Если mвх>mвых, значит процесс осушения еще не закончился и нагрев газа продолжается. При mвх=mвых нагрев отключают, сохраняя непрерывный контроль за влагосодержанием газа. Если влагосодержание рабочего газа на выходе снизилось - mвых<mвх, то есть началось поглощение влаги частицами, то нагрев снова включают.At the first stage of the process with a working gas stream at a pressure of 4 ÷ 6 kg / cm 2 , soft grinding of the powdered material is carried out — disaggregation (deagglomeration) and, as mentioned above, its dewatering. If m in > m out , then the drainage process has not yet ended and gas heating continues. When m in = m out heating is turned off, while maintaining continuous monitoring of the moisture content of the gas. If the moisture content of the working gas at the outlet has decreased - m o <m in , that is, the absorption of moisture by particles has begun, then the heating is turned on again.

3. Для исходных ультрадисперсных порошкообразных материалов объемная концентрация частиц σч в зоне струи и в зоне ротора существенно меняется в ходе процесса переработки. Это связано с постепенным уменьшением доли мелких частиц в слое. В результате изменяется характер движения насыпного слоя - от нестабильного с локальными остановками к более равномерному, что значительно увеличивает массу частиц, поступающих в струю. Это приводит к замедлению измельчения, с одной стороны, и к увеличению эжектируемой массы частиц, поступающих в зону классификации. В результате ухудшаются условия качественной классификации: укрупняется дисперсный состав и увеличивается масса материала, которую нужно «закручивать» ротору. Уменьшение доли мелких частиц в зоне классификации приводит к ослаблению сепарационных свойств «жгута»: он хуже удерживает крупные частицы.3. For the initial ultrafine powder materials, the volume concentration of particles σ h in the jet zone and in the rotor zone changes significantly during the processing process. This is due to a gradual decrease in the fraction of small particles in the layer. As a result, the nature of the movement of the bulk layer changes - from unstable with local stops to a more uniform one, which significantly increases the mass of particles entering the stream. This leads to a slowdown of grinding, on the one hand, and to an increase in the ejected mass of particles entering the classification zone. As a result, the conditions of qualitative classification worsen: the dispersed composition is enlarged and the mass of material that needs to be “twisted” to the rotor is increased. A decrease in the fraction of small particles in the classification zone leads to a weakening of the separation properties of the “tow”: it holds large particles worse.

Данный фактор - скорость циркуляции слоя - можно отслеживать по изменению объемной концентрации частиц σч в слое или в пылегазовом потоке на выходе из классификатора путем измерения, например, его диэлектрической проницаемости. Исходя из исследований, более объективный (суммарный) контроль σч возможен при измерении на выходе из классификатора, а не в локальных точках слоя. Стабильность циркуляции слоя проявляется как постоянство средней величины пульсаций σч в достаточно узком диапазоне, величина которого определяется экспериментально и задается для конкретного материала как базовая.This factor — the layer circulation velocity — can be monitored by the change in the volume concentration of particles σ h in the layer or in the dust and gas stream at the outlet of the classifier by measuring, for example, its dielectric constant. Based on the studies, a more objective (total) control of σ h is possible when measuring at the exit from the classifier, and not at local points of the layer. The stability of the circulation of the layer is manifested as the constancy of the average value of the pulsations σ h in a fairly narrow range, the value of which is determined experimentally and set as the base for a particular material.

Кроме того, величина σч характеризует эффективность измельчения: существенное снижение σч, например, в 1,5-2 раза говорит о том, что процесс самоистирания частиц становится неэффективен, поскольку к концу операции остаются наиболее крупные частицы, измельчение которых требует большего времени и, соответственно, существенно увеличивает энергозатраты. Поэтому экономичнее грубый остаток повторно помолоть, например, на шаровой или бисерной мельнице, а затем продолжить измельчение указанным методом.In addition, the value of σ h characterizes the grinding efficiency: a significant decrease in σ h , for example, by a factor of 1.5–2, indicates that the process of self-abrasion of particles becomes inefficient, since the largest particles remain at the end of the operation, the grinding of which requires more time and , accordingly, significantly increases energy consumption. Therefore, it is more economical to grind the coarse residue, for example, on a ball or bead mill, and then continue grinding by the specified method.

Кроме того, при существенном укрупнении перерабатываемого материала ухудшаются и условия классификации, а поэтому происходит дальнейшее увеличение δ50. В связи с вышеуказанными изменениями параметров σч, δ50 процесс останавливают и повторяют на новой порции исходного материала.In addition, with a significant enlargement of the processed material, the classification conditions worsen, and therefore a further increase in δ 50 occurs. In connection with the above changes in the parameters σ h , δ 50 the process is stopped and repeated on a new portion of the starting material.

4. Величина центробежного ускорения (скорость вращения ротора классификатора) на первой стадии устанавливается в диапазоне (8,5÷12)·104 м/с2 в зависимости от свойств конкретного материала: плотности, формы частиц и гранулометрического состава. Например, для тяжелых по насыпной плотности ультрадисперсных материалов хватает ускорения - (8,5÷10)·104 м/с2, но для большинства «легких» ультрадисперсных порошков необходимо (10÷12)·104 м/с2. Кроме того, для того чтобы слой из «легких» материалов не зависал - не нарушались условия измельчения и классификации, необходимо его «поддавливать». Экспериментально установлено, что стабилизирующее воздействие на движение циркулирующего материала эффективно оказывает пылегазовый вихрь от ротора классификатора при величине центробежного ускорения (12÷16)·104 м/c2.4. The value of centrifugal acceleration (rotor speed of the classifier) at the first stage is set in the range (8.5 ÷ 12) · 10 4 m / s 2 depending on the properties of a particular material: density, particle shape and particle size distribution. For example, for heavy ultrafine materials with a bulk density, acceleration is sufficient - (8.5 ÷ 10) · 10 4 m / s 2 , but for most “light” ultrafine powders it is necessary (10 ÷ 12) · 10 4 m / s 2 . In addition, so that the layer of “light” materials does not hang - the grinding and classification conditions are not violated, it is necessary to “crush” it. It was experimentally established that the dust and gas vortex from the classifier rotor effectively has a stabilizing effect on the movement of the circulating material with a centrifugal acceleration value (12 ÷ 16) · 10 4 m / s 2 .

Таким образом, на первой стадии производят предварительную подготовку ультрадисперсного сырья: одновременно осуществляют осушение, дезагломерацию и удаление из исходного материала части уже готовых частиц. В итоге циркуляция насыпного слоя становится устойчивой - без внутренних зависаний, что обеспечивает массовое постоянство частиц, поступающих в зону измельчения, и постоянство объемной концентрации в зоне классификации, а это является условием для регулирования (оптимизации) этих процессов. На первой стадии рабочее давление необходимо только для дезагломерации, а потому его величина задается 4÷6 кг/см2. Это обусловлено тем, что из-за поверхностной активности ультрадисперсных частиц агломераты имеют относительно большие размер и прочность, а потому их эффективное разрушение начинается при давлении выше 4 кг/см2, зависит от свойств конкретного материала и его дисперсности. Использование давления выше 6 кг/см2 эффективность дезагломерации не увеличивает (для большинства апробированных ультрадисперсных материалов), а удельные энергозатраты возрастают.Thus, at the first stage, preliminary preparation of ultrafine raw materials is carried out: at the same time, drainage, deagglomeration and removal of part of the finished particles from the starting material are carried out. As a result, the circulation of the bulk layer becomes stable - without internal freezes, which ensures the mass constancy of the particles entering the grinding zone and the constant volume concentration in the classification zone, and this is a condition for regulating (optimizing) these processes. At the first stage, the working pressure is necessary only for deagglomeration, and therefore its value is set 4 ÷ 6 kg / cm 2 . This is due to the fact that, due to the surface activity of ultrafine particles, agglomerates have a relatively large size and strength, and therefore their effective destruction begins at a pressure above 4 kg / cm 2 depends on the properties of a particular material and its dispersion. The use of pressure above 6 kg / cm 2 does not increase the efficiency of deagglomeration (for most tested ultrafine materials), and the specific energy consumption increases.

5. На второй стадии процесса переработки для эффективного использования газа-энергоносителя требуется увеличение рабочего давления до уровня 6÷8 кг/см2 (в зависимости от твердости измельчаемого материала). Это обусловлено тем, что основная часть циркулирующего материала продиспергирована и состоит из моночастиц, которые для большинства материалов всегда значительно прочнее агломератов. Кроме того, ультрадисперсные моночастицы имеют гораздо меньшее количество дефектов и микротрещин на единицу объема, что также требует повышения давления для большего силового взаимодействия частиц.5. At the second stage of the processing process for the efficient use of energy gas, an increase in operating pressure is required up to the level of 6 ÷ 8 kg / cm 2 (depending on the hardness of the crushed material). This is due to the fact that the main part of the circulating material is dispersed and consists of monoparticles, which for most materials are always much stronger than agglomerates. In addition, ultrafine monoparticles have a much smaller number of defects and microcracks per unit volume, which also requires an increase in pressure for greater force interaction of the particles.

6. Улучшение циркуляции (текучести) слоя за счет уменьшения в нем доли мелких частиц приводит к увеличению количества материала, поступающего в струю, и, соответственно, к увеличению пылегазовой нагрузки на ротор, что понижает как эффективность измельчения, так и качество классификации - возрастает δ50 частиц. В связи с этим необходимо непрерывно регулировать количество поступающего материала. Это осуществляют, изменяя параметры зоны эжекции: коэффициент эжекции, который зависит от соотношения квадратов диаметров трубы и сопла, или высоту зоны контакта струи с насыпным слоем. Но без изменения заданных режимных параметров рабочего газа (давления и расхода) его можно регулировать путем уменьшения высоты зоны измельчения, то есть за счет уменьшения расстояния между соплом и циркуляционной трубой.6. Improving the circulation (fluidity) of the layer by reducing the fraction of small particles in it leads to an increase in the amount of material entering the stream, and, accordingly, to an increase in the dust and gas load on the rotor, which reduces both the grinding efficiency and the quality of classification — δ increases 50 particles. In this regard, it is necessary to continuously adjust the amount of incoming material. This is done by changing the parameters of the ejection zone: the ejection coefficient, which depends on the ratio of the squares of the diameters of the pipe and nozzle, or the height of the zone of contact of the jet with the bulk layer. But without changing the set operating parameters of the working gas (pressure and flow), it can be adjusted by reducing the height of the grinding zone, that is, by reducing the distance between the nozzle and the circulation pipe.

В дальнейшем, несмотря на оптимизацию массового расхода проходящего через зону измельчения материала, воздушно-центробежная классификация при первоначальной величине центробежного ускорения постепенно начинает давать более крупный средний размер частиц (δ50) на выходе. Это связано с тем, что после уменьшения доли мелких частиц в слое в период первой стадии на второй стадии дисперсный состав, поступающий на классификацию, постепенно укрупняется, и поэтому для сохранения границы разделения (δ50) необходимо непрерывно увеличивать скорость закрутки пылегазового потока (регулировать центробежную силу, действующую на частицы). В связи с этим увеличивают центробежное ускорение до (16÷19)·104 м/с2. Например, при диаметре ротора 150 мм это достигается скоростью ротора 14000÷15000 об/мин.Subsequently, despite the optimization of the mass flow rate of the material passing through the grinding zone, the air-centrifugal classification at the initial value of centrifugal acceleration gradually begins to give a larger average particle size (δ 50 ) at the outlet. This is due to the fact that after a decrease in the fraction of small particles in the layer during the first stage in the second stage, the dispersed composition entering the classification gradually coarsens, and therefore, to maintain the separation boundary (δ 50 ), it is necessary to continuously increase the swirl speed of the dust and gas stream (adjust the centrifugal force acting on particles). In this regard, increase centrifugal acceleration to (16 ÷ 19) · 10 4 m / s 2 . For example, with a rotor diameter of 150 mm, this is achieved by a rotor speed of 14,000 ÷ 15,000 rpm.

Как показали экспериментальные исследования, обеспечение динамической балансировки ротора при оборотах выше 15000 об/мин является сложной (трудоемкой) технической задачей. Кроме того, это экономически нецелесообразно, поскольку на таких оборотах даже незначительный износ лопаток ротора частицами скоротечно приводит к серьезному нарушению балансировки и повреждению вала ротора.As experimental studies have shown, providing dynamic balancing of the rotor at speeds above 15,000 rpm is a complex (time-consuming) technical task. In addition, it is not economically feasible, since at such speeds even slight wear of the rotor blades by particles transiently leads to a serious imbalance and damage to the rotor shaft.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

Фиг.1 - схема устройства, реализующего предлагаемый способ.Figure 1 - diagram of a device that implements the proposed method.

Фиг.2 - экстраполированная кривая насыпной плотности порошка Al2O3 в зависимости от среднего размера частиц во фракции.Figure 2 - extrapolated curve of the bulk density of the powder of Al 2 O 3 depending on the average particle size in the fraction.

Фиг.3 - зависимость параметров газа (T1, ρ1) на выходе из сопла в зависимости от рабочего давления (Рраб) при адиабатическом расширении.Figure 3 - dependence of the gas parameters (T 1 , ρ 1 ) at the exit of the nozzle depending on the working pressure (P slave ) during adiabatic expansion.

Фиг.4 - фотография с оптического микроскопа порошка Al2O3, полученного методом электровзрыва. Данный порошок состоит из агломератов различного размера.Figure 4 is a photograph with an optical microscope of Al 2 O 3 powder obtained by electric explosion. This powder consists of agglomerates of various sizes.

Фиг.5 - дифференциальная кривая объемного (массового) распределения частиц исходного порошка Al2O3, полученного методом электровзрыва. (Исходный гранулометрический состав порошка измерен на лазерном дифрактометре «Mastersizer 2000», на котором проба подвергается предварительной ультразвуковой дезагрегации, что объясняет более мелкий размер частиц на гистограмме в сравнении с фотографией).Figure 5 is a differential curve of the volumetric (mass) distribution of particles of the initial Al 2 O 3 powder obtained by electric explosion. (The initial particle size distribution of the powder was measured on a Mastersizer 2000 laser diffractometer, on which the sample is subjected to preliminary ultrasonic disaggregation, which explains the smaller particle size in the histogram compared to the photograph).

Фиг.6 - дифференциальная и интегральная кривые объемного (массового) распределения частиц в мелкой фракции, выделенной заявленным способом (без нагрева рабочего газа) из порошка Al2O3, полученного методом электровзрыва после переработки предложенным способом.6 - differential and integral curves of volumetric (mass) distribution of particles in the fine fraction isolated by the claimed method (without heating the working gas) from Al 2 O 3 powder obtained by electric explosion after processing by the proposed method.

Фиг.7 - дифференциальная и интегральная кривые объемного (массового) распределения частиц в мелкой фракции, выделенной заявленным способом (с нагревом рабочего газа) из порошка Al2O3, полученного методом электровзрыва.7 - differential and integral curves of the volume (mass) distribution of particles in the fine fraction isolated by the claimed method (with heating the working gas) from Al 2 O 3 powder obtained by electric explosion.

Фиг.8 - дифференциальная и интегральная кривые объемного (массового) распределения частиц в грубом остатке, выделенном заявленным способом из порошка Al2O3, полученного методом электровзрыва.Fig - differential and integral curves of volumetric (mass) distribution of particles in the coarse residue selected by the claimed method from powder Al 2 O 3 obtained by electric explosion.

Фиг.9 - фотография с электронного микроскопа в проходящем свете при увеличении 58000 крат выделенной заявленным способом мелкой (наноразмерной) фракции из порошка Al2O3, полученного методом электровзрыва. Соответствует распределению по размерам на фиг.7.Fig.9 is a photograph from an electron microscope in transmitted light with a magnification of 58,000 times selected fine (nanoscale) fraction of powder Al 2 O 3 obtained by the electric explosion method isolated by the claimed method. Corresponds to the size distribution in Fig.7.

Фиг.10 - соотношение параметров гранулометрического состава (δ10, δ50, δ90) для исходного материала, для грубого остатка, представляющего собой в основном частицы осколочной формы, и для мелкой фракции, полученной без нагрева рабочего газа и с нагревом рабочего газа. Параметры фракций измерены с помощью лазерного дифрактометра «Mastersizer 2000».Figure 10 - the ratio of the parameters of particle size distribution (δ 10 , δ 50 , δ 90 ) for the starting material, for the coarse residue, which is mainly particles of a fragmented form, and for the fine fraction obtained without heating the working gas and heating the working gas. The parameters of the fractions were measured using a Mastersizer 2000 laser diffractometer.

Фиг.11 - фотография с электронного микроскопа в проходящем свете при увеличении 4800 крат исходного порошка Al2O3, полученного методом испарения твердой мишени импульсно-периодическим СО2-лазером. (Наблюдается частица размером примерно 4×7 мкм).11 is a photograph from an electron microscope in transmitted light at a magnification of 4800 times the initial Al 2 O 3 powder obtained by evaporation of a solid target by a repetitively pulsed CO 2 laser. (A particle size of approximately 4 × 7 μm is observed).

Фиг.12 - фотография с электронного микроскопа в проходящем свете при увеличении 10000 крат исходного порошка Al2O3, полученного методом испарения твердой мишени импульсно-периодическим СО2-лазером. (Наблюдается частица размером примерно 1,5-2 мкм).Fig - photograph with an electron microscope in transmitted light with a magnification of 10,000 times the source powder of Al 2 O 3 obtained by evaporation of a solid target pulse-periodic CO 2 laser. (A particle size of about 1.5-2 microns is observed).

Фиг.13 - фотография с электронного микроскопа в проходящем свете при увеличении 58000 крат мелкой (наноразмерной) фракции, выделенной предложенным способом из порошка Al2O3, полученного методом испарения твердой мишени импульсно-периодическим СО2-лазером.Fig. 13 is a photograph from an electron microscope in transmitted light at a magnification of 58,000 times the fine (nanoscale) fraction isolated by the proposed method from Al 2 O 3 powder obtained by evaporation of a solid target by a pulsed-periodic CO 2 laser.

Фиг.14 - соотношение параметров гранулометрического состава (δ10, δ50, δ90) для мелкой фракции, для средней фракции, для грубого остатка после измельчения и классификации предложенным способом порошка Al2O3, полученного испарением мишени импульсно-периодическим СО2-лазером. Параметры фракций измерены с помощью лазерного дифрактометра «Mastersizer 2000».Fig - ratio of the parameters of particle size distribution (δ 10 , δ 50 , δ 90 ) for the fine fraction, for the middle fraction, for the coarse residue after grinding and classification by the proposed method of powder Al 2 O 3 obtained by evaporation of the target by pulse-periodic CO 2 - with a laser. The parameters of the fractions were measured using a Mastersizer 2000 laser diffractometer.

Фиг.15 - дифференциальная и интегральная кривые объемного (массового) распределения частиц мелкой фракции (наноразмерной) фракции порошка Al2O3, полученного испарением мишени импульсно-периодическим СО2-лазером.Fig - differential and integral curves of volumetric (mass) distribution of particles of a fine fraction (nanoscale) fraction of Al 2 O 3 powder obtained by evaporation of the target by a pulse-periodic CO 2 laser.

Способ осуществляют в следующей последовательности.The method is carried out in the following sequence.

Через средство загрузки сырья 19 (фиг.1) и загрузочный патрубок 2 бункер 1 заполняют исходным порошкообразным материалом 21, через сопло 3 газового редуктора 4 подают сжатый газ при давлении 4÷6 кг/см2 и температуре 90÷100°С, в результате чего порошкообразный материал диспергируется и осушается. При этом частицы вышеуказанного размера (менее 10-15 мкм) эффективно измельчаются при взаимодействии друг с другом в микровихрях, образующихся при расширении струи газа, и захватываются восходящим потоком газа. За величиной рабочего давления следит датчик 13, помещенный в газовом редукторе 4, и датчик 12.Through the raw material loading means 19 (Fig. 1) and the loading nozzle 2, the hopper 1 is filled with the original powder material 21, compressed gas is supplied through the nozzle 3 of the gas reducer 4 at a pressure of 4 ÷ 6 kg / cm 2 and a temperature of 90 ÷ 100 ° С, as a result whereby the powdery material is dispersed and dried. In this case, particles of the aforementioned size (less than 10-15 microns) are effectively crushed when interacting with each other in microvortices formed during the expansion of a gas jet, and are captured by an upward flow of gas. The magnitude of the working pressure is monitored by a sensor 13 placed in the gas reducer 4, and a sensor 12.

Поток газа с частицами подают через трубу 5 в зону действия центробежных сил, образуемую вращением ротора 8 центробежного классификатора 7. Отделенная классификатором 7 крупная фракция возвращается в насыпной слой 21. Мелкую фракцию, прошедшую через классификатор 7, выводят через патрубок 9, 10 и улавливают в системе пылеотделения 20 (циклон + фильтр).A gas stream with particles is fed through a pipe 5 to the centrifugal force zone formed by the rotation of the rotor 8 of the centrifugal classifier 7. The coarse fraction separated by the classifier 7 is returned to the bulk layer 21. The fine fraction passing through the classifier 7 is discharged through the pipe 9, 10 and trapped in dust removal system 20 (cyclone + filter).

Непрерывно измеряют влагосодержание рабочего газа на входе в бункер 1 датчиком 15 и после выхода его из фильтра тонкой очистки 20 датчиком 18, задают величину центробежного ускорения, создаваемого ротором 8 классификатора 7 в пределах (8,5÷12)·104 м/с2, непрерывно измеряют параметр дисперсного состава δ50 в потоке, выходящем из центра зоны действия центробежных сил с помощью датчика 17, и объемную концентрацию частиц σч в данном потоке с помощью емкостного датчика 16. Если величина пульсаций объемной концентрации σч больше заданного диапазона, то центробежное ускорение увеличивают до (12÷16)·104 м/с2.The moisture content of the working gas at the inlet to the hopper 1 is continuously measured by the sensor 15 and after it is exited from the fine filter 20 by the sensor 18, the value of the centrifugal acceleration created by the rotor 8 of the classifier 7 is set within (8.5 ÷ 12) · 10 4 m / s 2 , continuously measure the parameter of the dispersed composition δ 50 in the stream exiting the center of the centrifugal force using the sensor 17, and the volume concentration of particles σ h in this stream using the capacitive sensor 16. If the volume pulsations of the volume concentration σ h are greater than a given range, then centrifugal acceleration is increased to (12 ÷ 16) · 10 4 m / s 2 .

После уменьшения пульсаций σч до заданного диапазона и выравнивания величин влагосодержания на входе и выходе газового потока (mвх=mвых) нагреватель рабочего газа 14 отключают. При повторном нарушении этого равенства его снова включают.After reducing pulsations σ h to a predetermined range and equalizing the moisture content at the inlet and outlet of the gas stream (m in = m out ), the working gas heater 14 is turned off. In case of repeated violation of this equality, it is switched on again.

Увеличивают рабочее давление на сопле 3 до 6÷8 кг/см2, при этом при превышении δ50 заданной величины постепенно снижают количество материала, поступающего в газовую струю, опуская с помощью передвижного механизма 6 вертикальную трубу 5 до уровня 80÷85% от первоначальной высоты; при дальнейшем возрастании δ50 увеличением скорости вращения ротора 8 обеспечивают величину центробежного ускорения (16÷19)·104 м/с2. И, наконец, при существенном снижении σч, например, в 1,5-2 раза или при дальнейшем увеличении δ50 процесс останавливают, удаляют грубый остаток из бункера 1 и повторяют на новой порции исходного материала.Increase the working pressure at the nozzle 3 to 6 ÷ 8 kg / cm 2 , while when exceeding δ 50 a predetermined value, the amount of material entering the gas stream is gradually reduced, lowering the vertical pipe 5 with a movable mechanism 6 to the level of 80 ÷ 85% of the original heights; with a further increase in δ 50, an increase in the rotational speed of the rotor 8 provides the value of centrifugal acceleration (16 ÷ 19) · 10 4 m / s 2 . And finally, with a significant decrease in σ h , for example, 1.5-2 times or with a further increase in δ 50, the process is stopped, the coarse residue is removed from hopper 1 and repeated on a new portion of the starting material.

Блок управления 11 следит за работой устройства. Он может быть выполнен в виде компьютера с программным обеспечением, позволяющим синхронно следить за процессом загрузки сырья в цилиндроконический бункер 1, за величиной центробежного ускорения, создаваемого ротором 8 центробежного классификатора 7, за рабочим давлением газа на сопле 4, за процессом рециркуляции материала по масштабу пульсаций объемной концентрации на выходе - σч, за процессом осушения перерабатываемого материала по mвх, mвых, за эффективностью процесса измельчения по уровню σч, а процесса классификации по величине гранулометрического состава мелкой фракции - δ50 и регулировать величину центробежного ускорения в диапазоне (8,5÷19)·104 м/с2, а рабочее давление - в диапазоне 4÷8 кг/см2.The control unit 11 monitors the operation of the device. It can be made in the form of a computer with software that allows you to synchronously monitor the process of loading raw materials into the cylindrical hopper 1, the centrifugal acceleration created by the rotor 8 of the centrifugal classifier 7, the working gas pressure at the nozzle 4, and the process of recirculation of the material on the pulsation scale bulk concentration at the outlet - σ h, the process of drying the processed material of Rin m, m O, the efficiency of the grinding process level σ h, and the labeling process largest ranulometricheskogo composition fines - δ and 50 control the amount of centrifugal acceleration in the range (8,5 ÷ 19) × 10 4 m / s 2, and the operating pressure - in the range of 4 ÷ 8 kg / cm 2.

В настоящее время многие ультрадисперсные порошки, получаемые как промышленными, так и лабораторными методами, имеют широкий гранулометрический состав и крупные включения от разрушения поверхности элементов оборудования. В качестве наиболее наглядного примера эффективности предложенного способа приведены результаты наших работ с заказчиками. Было апробировано применение заявленного способа на ультрадисперсных порошках оксида алюминия, полученных двумя современными методами создания наноразмерных порошков: первый материал был получен методом электровзрыва проволочек, второй материал был получен методом испарения твердой мишени импульсно-периодическим CO2-лазером (Институт электрофизики УрО РАН, г.Екатеринбург).Currently, many ultrafine powders obtained by both industrial and laboratory methods have a wide particle size distribution and large inclusions from the destruction of the surface of equipment elements. As the most illustrative example of the effectiveness of the proposed method, the results of our work with customers are given. The application of the claimed method was tested on ultrafine alumina powders obtained by two modern methods of creating nanosized powders: the first material was obtained by the method of electric explosion of wires, the second material was obtained by the evaporation of a solid target by a pulsed-periodic CO 2 laser (Institute of Electrophysics, Ural Division of the Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg).

На фиг.4, 11, 12 представлены фотографии полей частиц исходных порошков. Как видно из фотографий, в обоих случаях присутствуют агломераты, образованные чужеродными включениями из осколков электродов (метод электровзрыва) или осколков мишени (метод испарения лазером) и образовавшихся ультрадисперсных частиц. После переработки предложенным методом товарные фракции приобрели удовлетворительную чистоту от примесей (см. фиг.9, 13).Figure 4, 11, 12 presents photographs of the particle fields of the starting powders. As can be seen from the photographs, in both cases there are agglomerates formed by foreign inclusions from fragments of electrodes (electric explosion method) or fragments of a target (laser evaporation method) and ultrafine particles formed. After processing the proposed method, the product fractions acquired a satisfactory purity from impurities (see Fig.9, 13).

В качестве примера представлен материальный баланс для второго порошка. Масса мелкой фракции составила примерно 33%, при грансоставе: δ50≈0,7 мкм, δ90≈1,2 мкм; масса средней фракции составила примерно 47%, грансостав: δ50≈1,2 мкм, δ90≈2,3 мкм; масса грубого остатка составила примерно 20%, грансостав: δ50=2,8 мкм; δ90≈9,6 мкм. Измерения проводились мобильным комплексом для анализа гранулометрического состава «Insitek Voyager» (фирма «Malvern», Великобритания). Уточнение гранулометрии мелкой (наноразмерной) фракции проведено на специальном приборе для измерения зета-потенциала и размеров наночастиц - «Zetasizer Nano ZS» (фиг.15). Данная кривая согласуется с размерами частиц данной фракции, представленной на фотографии - фиг.13.As an example, the material balance for the second powder is presented. The mass of the fine fraction was approximately 33%, with a grain composition: δ 50 ≈0.7 μm, δ 90 ≈1.2 μm; the mass of the middle fraction was approximately 47%, the granular composition: δ 50 ≈ 1.2 μm, δ 90 ≈2.3 μm; the mass of the coarse residue was approximately 20%, granular composition: δ 50 = 2.8 μm; δ 90 ≈ 9.6 μm. The measurements were carried out by Insitek Voyager mobile complex for particle size analysis (Malvern, UK). Refinement of the granulometry of the fine (nanoscale) fraction was carried out on a special device for measuring the zeta potential and the size of nanoparticles - "Zetasizer Nano ZS" (Fig. 15). This curve is consistent with the particle sizes of this fraction shown in the photograph - Fig.13.

Как видно из полученных результатов, данный способ позволил выделить узкие фракции наночастиц. Таким образом, предложенное техническое решение позволяет эффективно сухим способом измельчать (или диспергировать) ультрадисперсные порошки и выделять воздушно-центробежной классификацией узкие фракции со средним размером частиц менее 1 мкм.As can be seen from the obtained results, this method made it possible to isolate narrow fractions of nanoparticles. Thus, the proposed technical solution allows you to effectively grind (or disperse) ultrafine powders in a dry way and to isolate narrow fractions with an average particle size of less than 1 micron by air-centrifugal classification.

Источники информацииInformation sources

1. Проспект фирмы «Buehler MicroMedia», сайт http://www.buhlergroup.com/global/downloads/P20626_Buehler_MicroMedia_IH_en_low.pdf1. Prospectus of the company "Buehler MicroMedia", website http://www.buhlergroup.com/global/downloads/P20626_Buehler_MicroMedia_IH_en_low.pdf

2. Проспект корпорации «Hosokawa Micron Ltd», сайт http://www.alpinehosokawa.com/02powder/prodpro/machines/machine.asp7sqlTab le=machine_dr_rsig2&machineID=22. Hosokawa Micron Ltd Corporation Brochure, http://www.alpinehosokawa.com/02powder/prodpro/machines/machine.asp7sqlTab le = machine_dr_rsig2 & machineID = 2

3. Порошок активированного алюминия, способ его получения, устройство для реализации способа и блок управления устройством, патент RU 2371284 С2 от 27.10.2009, МПК B22F 1/00 (прототип).3. Powdered activated aluminum, a method for its preparation, a device for implementing the method and a device control unit, patent RU 2371284 C2 dated 10.27.2009, IPC B22F 1/00 (prototype).

Claims (1)

Способ получения ультрадисперсных порошков с узким фракционным составом, включающий образование насыпного слоя исходного порошкообразного материала, перемещение его восходящим газовым потоком в зону действия центробежных сил, создаваемых ротором центробежного классификатора, рециркуляцию части материала путем возвращения крупнодисперсных частиц из зоны действия центробежных сил в насыпной слой и выведение мелкодисперсных частиц газовым потоком из центра зоны действия центробежных сил, отличающийся тем, что используют исходный порошкообразный материал, имеющий средний размер частиц (δ50) менее 1-2 мкм, основную массу частиц (δ90) менее 10-15 мкм, причем процесс осуществляют двухстадийно, для чего вначале нагревают рабочий газ до температуры 90÷100°С, материал диспергируют и осушают в струе сжатого газа при давлении 4÷6 кг/см2, непрерывно измеряют влагосодержание в газовом потоке на входе в рабочую зону и на выходе после выделения из него частиц, при этом величину центробежного ускорения, создаваемого ротором классификатора, задают в пределах (8,5÷12)·104 м/с2, непрерывно определяют средний размер частиц δ50 в потоке, выходящем из центра зоны действия центробежных сил, с помощью, например, лазерного дифрактометра, и объемную концентрацию частиц (σч) в данном потоке путем измерения, например, его диэлектрической проницаемости, стабилизируют пульсации объемной концентрации σч за счет увеличения центробежного ускорения до (12÷16)·104 м/с2, после выравнивания влагосодержания на входе и выходе газового потока нагрев рабочего газа отключают и начинают вторую стадию: увеличивают рабочее давление до 6÷8 кг/см2, причем при превышении δ50 заданного значения начинают одновременно снижать количество материала, поступающего в газовую струю, путем постепенного уменьшения высоты зоны входа частиц в нее до уровня 80÷85% от первоначальной высоты, при дальнейшем возрастании δ50 увеличивают величину центробежного ускорения до (16÷19)·104 м/с2, а при дальнейшем увеличении δ50 или существенном снижении σч, например, в 1,5-2 раза процесс останавливают, где δ50 - размер, меньше которого массовая доля частиц составляет 50% (средний размер частиц), δ90 - размер, меньше которого массовая доля частиц составляет 90%, σч - объемная концентрация частиц в газовом потоке на выходе из зоны классификации. A method for producing ultrafine powders with a narrow fractional composition, including the formation of a bulk layer of the initial powdery material, its movement by an upward gas flow into the centrifugal force action zone created by the centrifugal rotor, recirculation of a part of the material by returning coarse particles from the centrifugal force action zone to the bulk layer and removal fine particles with a gas stream from the center of the centrifugal force, characterized in that the original powdered material having an average particle size (δ 50) of less than 2.1 microns, the basic weight of the particles (δ 90) of less than 10-15 microns, wherein the process is carried out in two stages, for which the working gas is first heated to a temperature of 90 ÷ 100 ° C, the material dispersed and dried in a stream of compressed gas at a pressure of 4 ÷ 6 kg / cm 2 , continuously measure the moisture content in the gas stream at the inlet to the working area and at the outlet after particles are extracted from it, while the value of the centrifugal acceleration created by the classifier rotor is set within (8.5 ÷ 12) · 10 4 m / s 2 , continuously determined the average particle size δ 50 in the flow leaving the center of the centrifugal force zone is consumed using, for example, a laser diffractometer, and the volume concentration of particles (σ h ) in this stream by measuring, for example, its dielectric constant, the volume pulsations σ h by increasing centrifugal acceleration to (12 ÷ 16) · 10 4 m / s 2 , after equalizing the moisture content at the inlet and outlet of the gas stream, the heating of the working gas is turned off and the second stage begins: increase the working pressure to 6 ÷ 8 kg / cm 2 , moreover when δ 50 exceeds the specified value, they begin to simultaneously reduce the amount of material entering the gas stream by gradually decreasing the height of the particle entry zone into it to the level of 80–85% of the initial height; with a further increase in δ 50 , the value of centrifugal acceleration is increased to (16–19 ) · 10 4 m / s 2 , and with a further increase in δ 50 or a significant decrease in σ h , for example, the process is stopped 1.5-2 times, where δ 50 is the size less than which the mass fraction of particles is 50% (average size particles), δ 90 - the size below which m ssovaya proportion of particles is 90%, σ h - the volume concentration of the particles in the gas stream downstream of the labeling zone.
RU2012133795/13A 2012-08-07 2012-08-07 Method of producing ultra disperse powders with narrow particle size distribution RU2508947C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012133795/13A RU2508947C1 (en) 2012-08-07 2012-08-07 Method of producing ultra disperse powders with narrow particle size distribution

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012133795/13A RU2508947C1 (en) 2012-08-07 2012-08-07 Method of producing ultra disperse powders with narrow particle size distribution

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012133795A RU2012133795A (en) 2014-02-27
RU2508947C1 true RU2508947C1 (en) 2014-03-10

Family

ID=50151434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012133795/13A RU2508947C1 (en) 2012-08-07 2012-08-07 Method of producing ultra disperse powders with narrow particle size distribution

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2508947C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2573961C1 (en) * 2014-06-26 2016-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Красноярский государственный аграрный университет" Grinding device
RU2595116C1 (en) * 2015-07-28 2016-08-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) Air-centrifugal powder of classifier cyclone-type

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115463834A (en) * 2022-08-15 2022-12-13 成都建筑材料工业设计研究院有限公司 Multi-particle size distribution powder preparation system and method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3367742A (en) * 1963-10-18 1968-02-06 Monsanto Co Chemical compositions and processes
JPH03118850A (en) * 1989-09-30 1991-05-21 Kurimoto Ltd Flash crushing classifier for fine powder
RU2314169C2 (en) * 2006-02-07 2008-01-10 ООО "Научно-производственное общество "МИПОР" Method of the air-centrifugal classification of the powdery materials
WO2008046727A2 (en) * 2006-10-16 2008-04-24 Evonik Degussa Gmbh Amorphous submicron particles
RU2371284C2 (en) * 2007-12-20 2009-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ) Powder of activated aluminium, method of its receiving, device for method implementation and control assembly of device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3367742A (en) * 1963-10-18 1968-02-06 Monsanto Co Chemical compositions and processes
JPH03118850A (en) * 1989-09-30 1991-05-21 Kurimoto Ltd Flash crushing classifier for fine powder
RU2314169C2 (en) * 2006-02-07 2008-01-10 ООО "Научно-производственное общество "МИПОР" Method of the air-centrifugal classification of the powdery materials
WO2008046727A2 (en) * 2006-10-16 2008-04-24 Evonik Degussa Gmbh Amorphous submicron particles
RU2371284C2 (en) * 2007-12-20 2009-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ) Powder of activated aluminium, method of its receiving, device for method implementation and control assembly of device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2573961C1 (en) * 2014-06-26 2016-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Красноярский государственный аграрный университет" Grinding device
RU2595116C1 (en) * 2015-07-28 2016-08-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) Air-centrifugal powder of classifier cyclone-type

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012133795A (en) 2014-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fadhel et al. Wet batch grinding of alumina hydrate in a stirred bead mill
US10065194B2 (en) Ultrafine nepheline syenite
JP2013522455A (en) Method for refining stainless steel slag and steel slag for metal recovery
CN109923069A (en) The manufacturing method of galapectite powder and galapectite powder
JP2010517915A5 (en)
RU2508947C1 (en) Method of producing ultra disperse powders with narrow particle size distribution
Palaniandy et al. Effect of operational parameters on the breakage mechanism of silica in a jet mill
TWI643699B (en) A tumbling device and a method for separating granular polysilicon and polysilicon powder
Koeninger et al. Dynamics of fine grinding in a fluidized bed opposed jet mill
Rácz Reduction of surface roughness and rounding of limestone particles in a stirred media mill
WO2015184102A1 (en) Method of ball milling aluminum metaphosphate
JP6713540B2 (en) Classifier
US4793917A (en) Centrifugal classifier for superfine powders
Katircioglu-Bayel et al. Effect of operating parameters on the breakage process of calcite in a stirred media mill
Prziwara et al. Comparison of open and closed circuit mode using a dry horizontal stirred media mill with special regard to the powder flowability and residence time distribution
CN103923350B (en) A kind of ground dolomite interbed slot silico-calcium composite material and preparation method thereof
RU2314169C2 (en) Method of the air-centrifugal classification of the powdery materials
US20080135651A1 (en) Method of processing nepheline syenite
JPH03118850A (en) Flash crushing classifier for fine powder
Braun et al. Fine dry comminution of calcium carbonate in a Hicom mill with an Inprosys air classifier
RU153404U1 (en) CENTRIFUGAL MILL
RU2579795C1 (en) Method of grinding of white soot in centrifugal mill
Marnani et al. Classification of ultra-fine adhesive particles at fine cohesive powders
KOTAKE et al. Effect of poly-sized and mono-sized grinding media on fine grinding of limestone in a bead mill
Weigel et al. Development of an air classifier for the classification of crushed aggregates

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180808