НОВЫЙ СПОСОБИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОНКОГО
И СВЕРХТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

ИЗОБРЕТЕНИЕ.

Федин Дмитрий Александрович

Развитие передовых технологий в области электроники, медицины, химической технологии, развитие нанотехнологий, приводит к повышению требований к чистоте и степени измельчения порошковых сырьевых материалов. Например, для производства высококачественных красок на основе металлоокисных пигментов, таких как двуокись титана, оксид цинка, размер частиц должен достигать 1 мкм и менее. Перспективным направлением конверсии газов и создания низкотемпературных топливных элементовявляется процесс катализа на поверхности частиц искусственного алмаза, размер которых должен быть близок к коллодиному. Нанопорошки металлов, таких как железо, золото, активно используются в медицине. Требования к чистоте и широте гранулометрического состава указанных выше порошков весьма высоки. Современные технологии получения сверхтонких частиц недостаточно эффективны. Процессы высокотемпературного синтеза весьма энергоемки, что в разгар мирового топливного кризиса ставит под сомнение их перспективность. Принцип действия современных устройств для измельчения основывается на ударе и истирания частиц мелящими телами. Уменьшение размера частиц приводит к увеличению времени измельчения, повышению энергоемкости, загрязненности и себестоимости продукта.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сверхмощное бесконтактное воздействие на твердые частицы водной суспензии. Воздействие осуществляется путем создания высоковольтного импульсного электрического разряда в воде. Разряд сопровождается возникновением мощных ударных волн, высокоскоростных течений и кавитацией жидкости, приводящих к тонкому и сверхтонкому измельчению твердых порошковых материалов. Вводимая энергия, мощность легко регулируема. Предел тонины измельчения частиц отсутствует. Область применения: химическая технология, машиностроение, горно-добывающая промышленность, медицина.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Действие способа и устройства основывается на использовании эффекта Юткина. Высоковольтный импульсный электрический разряд в жидкости сопровождается возникновением плазменного канала разряда. Давление в канале разряда достигает 5 тыс. атм., температура 5 000 ºК. Под действием высоких давлений канал расширяется со скоростью порядка скорости звука в жидкости. Высокоскоростное расширение разрядной полости сопровождается излучением ударных волн амплитудой 5 тыс. атм. и шириной фронта сжатия порядка 1мкм. При прохождении фронта сжатия ударной волны через частицу материала в нем возникают напряжения, превышающие предел прочности самых твердых материалов (сталь, карбиды, искусственный алмаз и т.д.) и образуется система микротрещин. Во фронте разрежения ударной волны трещины раскрываются. Дисперионная среда, в качестве которой может выступать вода с растверенными поверхностно активными веществами, способствует расклиниванию трещин и отводу осколков, препятствует вторичной агрегации. Расширяющаяся разрядная полость представляет собой сферический поршень, движущийся со скоростями близкими к скорости звука. Движение стенок полости вызывает движение прилегающих слоев жидкости. В результате расположенные в жидкости частицы разрушаются под действием сил инерции и в результате высокоскоростного столкновения друг с другом и стенками разрядной камеры. При наличии свободной поверхности жидкости в камере ударно-волновые поцессы сопровождаются возникновением интенсивной импульсной кавитации жидкости. Захлопывающиеся кавитационные полости в объеме жидкости и неровностях твердых частиц излучают еще более мощные импульсы сжатия, приводящие к более эффективному разрушению частиц и отводу осколков друг от друга. Наличие в конструкции камеры местного гидродинамического сопротивления типа трубки Вентури способствует более полному преобразованию энергии разряда в механическую работу. Нестационарно сжатый объем жидкости в разрядной камере обладает высокой потенциальной энергией, которая преобразуется в кинетическую энергию струи жидкости в местном сопротивлении. При внезапном расширении потока в диффузорной части сопротивления возможно дополнительное разрушение частиц в результате возникновения мощных вихревых потоков и гидродинамич5ской кавитации.

Внешний вид устройства показан на рис. 1. В табл. 1 приведены основные технические характеристики установки. Установка состоит из зарядного устройства с повышающим трансформатором, выпрямителем и батареей конденсаторов, количество и емкость которых растет с увеличением количества вводимой энергии.

Общий вид электрогидроимпульсной установки для измельчения порошковых материалов.

Рис. 1. Общий вид электрогидроимпульсной установки для измельчения порошковых материалов.

Испытания установки при сверхтонком измельчении микропорошка искусственного алмаза производилось при участии сотрудников фирмы ТОВ «Алит» (Украина, г. Житомир). Измельчение осуществлялось с целью максимального выхода субмикропорошка зернистостью 1/0 мкм. Согласно результатам растровой микроскопии диаметр частиц в исходном алмазном порошке составил 3 – 8 мкм (см. рис. 2).

Грансостав порошка искусственного алмаза до и после обработки

Рис. 2 Грансостав порошка искусственного алмаза до и после обработки
в электрогидроимпульсной установке.

Частицы размером менее 1 мкм полностью отсутствовали. После обработки порошка в электрогидроимпульсной установке разрядами в количестве 1000 (17 мин обработки при частоте разрядов 1 Гц) количество чатсиц фракции -1+0 мкм составило 67,3 %.

Технология разрабатывается на кафедре Теоретической механики и сопротивления материалов УГХТУ (г. Днепропетровск, Украина.

ЛИТЕРАТУРА

1. Пат. 63176 А Україна, МКИ В 02С 19/18. Пристрій для одержання тонко дисперсних систем / Б.В.Виноградов, В.І. Ємельяненко, Д.О.Федін (Україна) Український державний хіміко-технологічний університет. – №2003021226; Заявл. 11.02.2003; Опубл. 15.01.2004; Бюл. №1. Здобувачем розроблено пристрій для тонкого та надтонкого подрібнення з використанням явища електрогідроімпульсної кавітації.

2. Пат. 60736 А Україна, МКИ ВО2С19/18. Спосіб для одержання тонко дисперсних систем / Б.В.Виноградов, В.І.Ємельяненко, Д.О.Федін (Україна) Український державний хіміко-технологічний університет. – №2003021241; Заявл. 11.02.2003; Опубл. 15.10.2003; Бюл. №10. Здобувачем розроблено спосіб управління коливально-хвильовими процесами в пристроях для тонкого та надтонкого подрібнення з використанням явища електрогідроімпульсної кавітації.

НАПИСАТЬ ПИСЬМО АВТОРУ ПУБЛИКАЦИИ

Ваш E-mail:*

Сообщение:*

 

Версия для печати
Автор: Федин Дмитрий Александрович
Дата публикации 30.12.2008гг


вверх