طحن الكرة الرطب لمسحوق الكوبالت الأزرق الفائق الدقة

ويعد صباغ الكوبالت الأزرق بالغ الأهمية في العديد من التطبيقات، ويعد تحقيق الطحن الدقيق للغاية خطوة حاسمة في إنتاجه. وتبحث هذه الدراسة في الطحن الكروي الرطب للصباغ الأزرق الكوبالت، مع التركيز على العوامل التي تؤثر على كفاءة الطحن: مساعدات الطحن، ونسبة المواد إلى الوسائط، وتركيز الملاط، ووقت الطحن. أظهرت النتائج أنه تحت ظروف محددة، بما في ذلك 1.0 ٪ من هساميستافوسفات الصوديوم، بنسبة 3:1 من المواد إلى الوسائط، 25 ٪ تركيز ملاط، و 24 ساعة من الطحين، مسحوق الكوبالت الأزرق الفائق النقاء مع d50=0.78 ميكرون وتوزيع الجسيمات موحدة يمكن تحقيقها.

ينطوي إنتاج المساحيق فائقة الدقة من خلال الطرق الفيزيائية على السحق الميكانيكي، ولعب دورًا حيويًا في العديد من الصناعات. يستخدم الكوبالت الأزرق الصبغي، المعروف بخصائصه الاستثنائية، على نطاق واسع في الطبقات عالية الحرارة، والسيراميك، والمينا، والزجاج، واللدائن، والصبغات الفنية. الهدف الأساسي من طحن الصبغة هو زيادة مساحة سطح جزيئات الصبغة لتحسين خصائص التلوين. وتركز هذه الدراسة على الطحن الرطب للكرة لتحقيق صبغة الكوبالت الزرقاء فائقة النعومة وتحدد ظروف الطحن المثلى.

التجربة 

2-1 المواد ومسحوق ريغنتس الأزرق الكوبالت الذي ينتج داخليا عن طريق التكليس بدرجات حرارة عالية. وساعدات الطحن المستخدمة شملت هيكساميتافوسفات الصوديوم، توين -60، البولي إيثيلين غليكول (الوزن الجزيئي 20،000)، والبولي أكريلاميد.

استخدمت طاحونة كرة أفقية للطحن الكري الرطب، مع خرز من الزركونيا (0.5-4.0 مم) كوسائل طحن. تم إجراء تحليل حجم الجسيمات باستخدام محلل توزيع حجم جسيمات الليزر BT-9300H.

2-3 وفي خزان الطاحونة الكروية، تم خلط مسحوق مسحوق مسحوق الكوبالت الأزرق التجريبي، والمياه غير المتأينة، وحبات الزركونيا، ومساعدات الطحن بنسب محددة مسبقاً. وجمعت العينات بعد فترات طحن محددة لتحليل حجم الجسيمات.

النتائج والمناقشة

يؤثر اختيار وكمية مساعدات الطحن بشكل كبير على كفاءة الطحن. توجد نظريتان رئيسيتان بشأن آليات مساعدات الطحن: (1) الاندماج وخفض الصلابة ؛ وتفترض النظرية أن أدوات الطحن المساعدة تمتص إلى الجسيمات، مما يقلل من الطاقة السطحية، ويدخل عيوب في الشبكة، ويقلل من قوة الجسيمات وصلابتها، ويشجع على انتشار الشقوق ؛ (2) التنظيم الرثياني للملاط ؛ وتشير النظرية إلى أن أدوات الطحن المساعدة تعدل من الخصائص الروثانية للملاط والخصائص الكهربائية للسطح، مما يقلل من لزوجة الملاط ويعزز تشتت الجسيمات ويعزز تدفق الملاط. وتم الحفاظ على تركيز 25% من الملاط، مع إعطاء جرعة مساعدة للطحن بنسبة 1.0% مقارنة بكتلة مسحوق الكوبالت الأزرق. وباستخدام نسبة 3:1 من المواد إلى الوسائط والطحن لمدة 24 ساعة، يلخص الشكل 1 النتائج التجريبية. ويبين الشكل 1 أن فعالية مساعدات الطحن تتبع هذا الترتيب: بولي أكريلاميد < البولي إيثيلين غليكول < توين -60 < هيكساميتافوسفات الصوديوم سداسي ساكساميتافوسفات الصوديوم يظهر أداء متفوق بسبب بنيته الجزيئية. يتأين هيكساميتافوسفات الصوديوم بسهولة في المحاليل المائية، مع أنيونات الناتجة تحمل العديد من الشحنات السالبة. هذه الأنواع سالبة الشحنة تمتص على أسطح الكوبالت الزرقاء، مما يزيد من احتمال زيتا السلبي وتعزيز التنافر الكهروستاتيكي. بالإضافة إلى ذلك، التنافر بين الجزيئات الكبيرة يزيد من قوى التنافر بين جسيمات الكوبالت الزرقاء، مما يؤدي إلى تشتت الجسيمات الفعالة وكفاءة الطحن المثلى.

كمية مساعدات الطحن تؤثر بشكل كبير على كفاءة الطحن. الجرعة غير الكافية فشلت في تحقيق الكفاءة المثلى للطحن، في حين أن الجرعة المفرطة تزيد من التكاليف دون تحقيق نتائج أفضل. مع نسبة 3:1 من المواد إلى الوسائط وتركيز 25% من اللبن، تم فحص جرعات مختلفة من هيكساميتافوسفات الصوديوم (0.50%، 0.75%، 1.00%، 1.25%، 1.5%، 1.75%، 2.00% نسبة إلى كتلة مسحوق الكوبالت الأزرق) بعد 24 ساعة من الطحين، كما هو مبين في الشكل 2. يوضح الشكل 2 أن كفاءة الطحن المثلى تتحقق عند إضافة 1.0% من هيكساميتافوسفات الصوديوم. وينتج عن الانحراف عن هذه الجرعة أحجام جسيمات نهائية أخشن. وهذا يشير إلى أن 1.0 ٪ من هيكساميتافوسفات الصوديوم هو الجرعة المثلى للطحن الفعال.

تركيز الملاط يؤثر مباشرة على علم ملاط الملاط أثناء الطحن الدقيق للغاية. ويؤدي ارتفاع تركيز الملاط إلى ضعف الخصائص الريولوجية، وانخفاض كفاءة الطحن، وانخفاض قوى القص، في حين يؤدي انخفاض تركيز الملاط إلى عدم كفاية قوى القص وآثار الطحن غير المواتية. ومن الأهمية بمكان الحفاظ على تركيز الملاط المناسب. وباستخدام 1.0 ٪ من هيكساميتافوسفات الصوديوم كمساعد للطحن، ونسبة 3:1 من المواد إلى الوسائط، وتركيزات مختلفة من الطين (20 ٪، 25 ٪، 30 ٪، 35 ٪، 40 ٪، و 45 ٪) تم جمع العينات بعد 24 ساعة من الطحن لتحليل حجم الجسيمات. ويلخص الشكل 3 النتائج التجريبية. ويبين الشكل 3 أن تركيز الملاط بنسبة 25 في المائة ينتج عنه أفضل حجم للجسيمات. ويؤثر تركيز 25 في المائة تأثيراً كبيراً على كفاءة الطحن، مما يسفر عن لزوجة مفرطة للحمأة، وتدني قوى القص، وكفاءة طحن سيئة، وكفاءة إنتاج منخفضة. وتؤدي تركيزات الملاط التي تزيد على 25 في المائة إلى ملاط كثيف بشكل مفرط، وتجميع الجسيمات، وضعف التشتت، وانخفاض تدفق الملاط، وإعاقة الطحن الدقيق للغاية.

تؤثر نسبة المواد إلى الوسائط بشكل مباشر على كفاءة الطحن وحجم جسيمات المنتج أثناء الطحن الدقيق للغاية. تم التحقيق في الحفاظ على تركيز ملاط بنسبة 25 ٪ واستخدام هيكساميتافوسفات الصوديوم بنسبة 1 ٪ كمساعد للطحن، ونسبة المواد إلى الوسائط 1:1، 2:1، 3:1، و 4:1 بعد 24 ساعة من الطحن، كما هو موضح في الشكل 4. ويوضح الشكل 4 أن نسبة المواد إلى الوسائط 1:1 تنتج أحجام جسيمات أكبر نسبيًا بسبب انخفاض تردد التصادم وشدته بين وسائط الطحن والمواد. ويؤدي انخفاض نسب المواد إلى الوسائط إلى ضعف كفاءة الطحن. ومع زيادة نسبة المواد إلى الوسائط، يرتفع تواتر الاصطدامات بين وسائط الطحن والمواد، مما يوفر طاقة اصطدامية أكبر للجسيمات، وبالتالي أحجام جسيمات أصغر. ومع ذلك، عندما تتجاوز نسبة المواد إلى الوسائط 3:1، يزيد حجم الجسيمات مرة أخرى بسبب وسائط الطحن المفرطة التي تحد من حرية الحركة وتقلل من فعالية التأثير.

يؤدي تمديد وقت الطحن إلى أصغر أحجام الجسيمات، وزيادة مساحة السطح المحددة، والطاقة السطحية، واتجاه تجمع الجسيمات في معالجة المساحيق فائقة النقاء. وبعد فترة طحن معينة، تصل الجسيمات فائقة الدقة إلى توازن ديناميكي بين الإسقاط والتجميع، ويتباطأ اختزال حجم الجسيمات. في بعض الحالات، قد يبدو حجم الجسيمات رديئًا بسبب الطحن العكسي مسببة تكتل الجسيمات. وبلغ حجم مسحوق الكوبالت الأزرق الحد الأدنى من الجسيمات بعد 24 ساعة من الطحن الدقيق للغاية، كما هو مبين في الشكل 5. ويبين الشكل 5 توزيع حجم الجسيمات بعد فترات طحن مختلفة بنسبة 1.0 ٪ من هيكساميتافوسفات الصوديوم، ونسبة 3:1 من المواد إلى الوسائط، وتركيز 25 ٪ من الملاط، وعينات جمعت في 6 و 12 و 24 و 36 و 48 و 60 ساعة. ويبين الشكل 5 أن صبغة جسيمات مسحوق الكوبالت الأزرق تقل مع زيادة وقت الطحن من 6 إلى 24 ساعة. ومع ذلك، بعد 24 ساعة من الطحن، يظل حجم جزيئات المسحوق دون تغيير إلى حد كبير، أو قد يسوء بسبب الطحن العكسية وتكتل الجسيمات. وهذا يشير إلى أن مسحوق الكوبالت الأزرق وصل إلى الحد الأدنى من حجم الجسيمات بعد 24 ساعة من الطحن الدقيق للغاية. يوضح الشكل 6 توزيع حجم الجسيمات من صبغة الكوبالت الزرقاء بعد 24 ساعة من الطحين في ظل ظروف مثالية، مع 1.0 ٪ من هيكساميتافوسفات الصوديوم، وتركيز 25 ٪ من الملاط، ونسبة المواد إلى الوسائط 3:1. وتوضح أنه في ظل هذه الظروف المثالية، يمكن الحصول على صبغة الكوبالت الزرقاء فائقة النعومة مع d50=0.78μm و d90=0.89μm وتوزيع حجم الجسيمات موحد.

خاتمة 

(1) وسائل الطحن المختلفة تظهر مستويات مختلفة من الفعالية. من بين مساعدات الطحن المستخدمة في هذه الدراسة، أظهر سداسي ميكسيتافوسفات الصوديوم كفاءة طحن فائقة، مع جرعة مثالية من 1.0% نسبة إلى كتلة مسحوق الكوبالت الأزرق. في هذه الدراسة، باستخدام تركيز 25 ٪ من ملاط، ونسبة المواد إلى الوسائط 3:1، وإضافة 1.0 ٪ من سداسي ميكسيتافوسفات الصوديوم، أدى الطحن لمدة 24 ساعة إلى صبغة الكوبالت الزرقاء فائقة النقاء مع أحجام الجسيمات d50=0.78 ميكرومتر و d90=0.89 ميكرومتر وتوزيع حجم الجسيمات موحّد.