Механохимические аппараты и методы оценки их эффективности: Учебное пособие, страница 3

Рассмотрим приемы и параметры, по которым разные авторы предлагают оценивать эффективность воздействия механохимических аппаратов в однокомпонентных системах.

В работе [20] была проведена сравнительная оценка эффективности измельчения в планетарной мельнице, вибромельнице, аппарате вихревого слоя и струйной мельнице. Как модельная система авторами был использован кварц, реакция растворения которого в щелочи и взаимодействие с оксидом кальция при спекании были взяты в качестве тестовых характеристик их реакционной способности. В результате проведенных исследований было показано, что наиболее эффективной с точки зрения процесса измельчения и структурных нарушений является планетарная мельница.

Определению оптимальных параметров диспергирования (на примере МО жильного кварца) в лабораторной планетарной центробежной мельнице посвящена работа [21]. Авторами исследована зависимость величины удельной поверхности диспергируемого материала от различных параметров МО – степени заполнения межшарового пространства обрабатываемым материалом, степени заполнения объема барабана шарами, времени диспергирования, диаметра шаров, размеров частиц материала, диаметра барабана и т. д. Было показано, что величина удельной поверхности находится в экспоненциальной зависимости от времени обработки и существует оптимальная область, в которой удельная поверхность максимальна. Кроме того, именно в этой области наблюдаются наибольшие искажения кристаллической структуры кварца и его наибольшая растворимость.

Позднее [22] делались попытки оценить эффективность различных аппаратов исходя из того, что накопленная при механическом воздействии энергия идентична избыточной свободной энергии в теории активных твердых веществ. Предполагалось также, что накопление дефектов в ходе механической активации происходит по закону, описываемому уравнением первого порядка. На основании данных по кинетике химической реакции в твердой фазе при различных временах МО авторами предложена методика определения константы и наибольшей степени активирования материала, а также количества усвоенной материалом энергии при любой продолжительности активирования. Данная методика позволяет оценить эффективность того или иного аппарата для проведения механической активации заданного процесса.

В предыдущей главе упоминалась статистическая модель измельчения и активации, с помощью которой авторы [23] определили константы скорости дефектообразования. Используемый в модели параметр f – средняя частота следования импульсов механического воздействия – может быть использован в качестве критерия оценки эффективности применяемых для механической активации аппаратов. Например, в зависимости от условий механической обработки шеелита [24] средняя частота импульсов f составила 0,6∙10-2; 1,5∙10-2 и 3,9∙10-2 с-1. Сопоставляя значения f для различных активаторов, можно сравнивать эффективности их воздействия.

Исходя из предположения о том, что влияние механической обработки на реакционную способность твердых веществ происходит по двум каналам – диспергирование и активация, авторы [25, 26] пытались проследить изменение этих величин в зависимости от интенсивности подвода механической энергии, времен воздействия и релаксации воздействия, положения заданной точки в объеме частицы. Объектами исследования были фосфорит, пирит и кальцит, а в качестве аппаратов, на которых проходила механическая активация, использовались ударные мельницы и дезинтегратор. Было обнаружено, что активация с течением времени стремится к насыщению. Кроме того, было обнаружено, что в смесях активируются прежде всего крупные частицы, частицы же малых размеров активируются с большим трудом. Было показано, что при уменьшении размера частиц запасенная в них энергия в результате механической активации снижается. Если активированный в аппарате ударного действия материал выдержать после обработки, активность снижается по экспоненте [26]. Это указывает на необходимость учета при оценке эффективности аппаратов не только уровня подводимой энергии, но и возможности быстрой потери ее пол­ностью или частично в результате релаксационных процессов.