Научно-производственная фирма
Нанопорошковые технологии


Для тех, кому принципиально быть выше конкурентов!
 
 
Порошковые Эко-технологии
 
Эко-технологии сухой комплексной переработки сырья и отходов на основе явления образования и разделения газопылевой плазмы в электромассклассификаторе

Введение

Принцип работы нового класса техники - т.н. электромассклассификаторов (ЭМК) - основан на неустойчивости плотного аэрозоля, возникающего во вращающемся турбулентном газовом потоке. Вообще говоря, такие аэрозоли в принципе неустойчивы, но самые простые полезные приложения можно извлечь именно из вращающихся потоков. Явление было обнаружено в 1983 году, однако первое закрытое Авторское Свидетельство СССР было получено лишь 3 годами позже – настолько было удивительным и непонятным процесс. Твердые частицы приобретают избыточный заряд, заметный по производительности устройства, уже при небольших скоростях потока в основном благодаря динамической электризации трением (трибоэлектризация) и в результате механоэмиссии электронов. Свойства плотного аэрозоля из заряженных частиц послужили основанием для названия его газопылевой плазмой. Новое направление в физике под названием «пылевая плазма» появилось чуть позже – в начале 90 гг. Сейчас это направление развивается в основном в космологии, т.е. на переднем фронте современной физики, хотя впервые обратили на это внимание в земных процессах СВЧ-травления в промышленности, а также в термоядерных исследованиях. Пылевая плазма сейчас определяется как особое состояние вещества. Интересующиеся этой проблемой могут ознакомиться с ней в отличном обзоре В.Н.Цытовича.
В науке нередко бывает, что очень близкие области, зародившиеся в разных науках, длительное время развиваются независимо друг от друга и в полном неведении о ведущихся близких, по сути, исследованиях. Возможно, газопылевая плазма именно тот случай. Современная теория аэрозолей не позволяет описывать плотные аэрозоли из-за взаимодействия между частицами, особенно заряженными. Даже статическая электризация протекает в результате одновременного действия нескольких механизмов, что делает теоретическое описание динамических и статических процессов зарядки в ЭМК практически невозможным в настоящий момент. Трибоэлектризация частиц разных материалов приводит к перераспределению зарядов в зависимости от положения материала в ряду Гезехуса, а зарядка частиц одного материала определяется их размером, формой и свойствами поверхности. Электронная эмиссия является видимо единственным механизмом электризации с предсказуемым результатом, особенно при интенсивном механическом нагружении (свободном ударе). Кулоновское взаимодействие между частицами с избыточным зарядом ~102 в плотном аэрозоле с расстоянием между частицами ~102 мкм очень сильное и на несколько порядков выше, чем противодействующие центробежная и Стоксова силы. Такой избыточный заряд фиксируется экспериментально после удара даже на малых частицах ~1 мкм и в 104 раз меньше максимальной величины заряда на частице, вызывающего спонтанную эмиссию. Вихри во вращающемся турбулентном потоке производят в аэрозоле нестационарные области из малоинерционных частиц преимущественно одного знака (по-видимому, положительно заряженных). Возникающее внутреннее электрическое поле приводит к расширению этих неустойчивых областей аэрозоля к центру, что ведет к его разделению по параметру e/m. Релаксация избыточного заряда идет непрерывно через атмосферу и при контакте с токопроводящей поверхностью, т.е. в ЭМК осуществляется перенос массы и круговорот заряда, как в трибоадгезионных сепараторах. Разделение во внутренних электрических полях принципиально отличает ЭМК от известных электросепараторов, работающих в основном на сыпучих порошках крупнее 20 мкм при наложении сильных внешних электрических полей. Характерное время релаксации заряженного аэрозоля составляет 1-103 с и сильно зависит от влажности газа или от содержания других полярных молекул. Практическая работоспособность техники ЭМК возможна при влажности тонкодисперсного материала менее 3%, но при понижении температуры повышается до 5-7%.
Разделение смесей различных материалов зависит от большого числа взаимодействий, что делает непредсказуемым конечный результат. Например, искусственная смесь 1:1 тонкого порошка гематита с размером частиц ~3 мкм и кристаллического белка инсулина со средним размером ~80 мкм разделяется на две равные части в ЭМК следующим образом: отношение в тонкой фракции составляет 1:3, а средний размер частиц инсулина ~60 мкм. В данном случае решающим фактором оказалась электризуемость одного из компонентов смеси, несмотря на его крупные размеры частиц.
Принцип процесса разделения в ЭМК не требует какого-либо дополнительного оборудования - воздушных компрессоров, систем пылеулавливания или фильтров, электрических устройств. ЭМК является многоцелевой техникой с различных точек зрения:
1) не создает связанных с пылью проблем для обслуживающего персонала и окружающей среды;
2) различные операции с порошками (измельчение, дезагрегация, разделение, гомогенизация, механическая активация и вообще модификация поверхности, сфероидизация) могут осуществляться одновременно или раздельно;
3) уникальный диапазон захвата по тонине материалов – от 0,01мкм до 1 мм;
4) возможна различная архитектура установок, а в зависимости от исполнения дискретный, дискретно-непрерывный или непрерывный режим работы;
5) высокая производительность одной установки - до 10-20т/час для механической активации и разделения порошковых материалов в непрерывном режиме;
6) совместимость с магнитными, трибоадгезионными и другими сепараторами, а также с непрерывными производственными линиями;
7) относительно низкая стоимость оборудования и его эксплуатации, низкое энергопотребление из-за совмещения операций относительно близких по функциям струйных мельниц, дезинтеграторов, центробежных и воздушных классификаторов и электросепараторов.
На лабораторных аппаратах ЭМК дискретного и дискретно-непрерывного типа с загрузкой от 2 г до 1 кг опробованы все типы материалов по электрическим свойствам - диэлектрики, полупроводники, металлы, по твердости – от 1 до 10 по шкале Мооса, органические и неорганические вещества, полимеры, а также разные смеси, всего более тысячи различных веществ. Негативные результаты, связанные с сильным прилипанием материала к металлической рабочей поверхности, получены лишь на некоторых образцах, в основном некоторые полимеры и пигменты типа цинковых или титановых белил. Благодаря своевременному удалению тонких частиц в момент их появления при измельчении/дезагрегации и полному улавливанию получены порошки пластичных металлов (Pb, Sn, Zn, Mg и др., рис.1, за исключением Al) и керамические порошки с размерами частиц ~10*500 нм, что не может быть достигнуто с помощью имеющейся на мировом рынке лабораторной техники.
Вы можете скачать всю статью по ссылке ниже.
Скачать документ полность...
Вернуться к списку
 Вверх
 
 
© 2018 ООО НПФ «Нанопорошковые технологии»
Любое использование материалов сайта в сети Интернет допустимо при условии указания названия ООО НПФ «Нанопорошковые технологии» и размещения гипертекстовой ссылки на источник заимствования. Использование материалов сайта вне сети интернет допускается исключительно с письменного разрешения правообладателя.
Данный Интернет-ресурс носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 ГК РФ