خرزة الزركونيا وطاحونة الرمال الأفقية: عصر جديد من طحن المساحيق فائقة الجودة

مع التطور السريع لعلوم وتكنولوجيا المواد، يزداد الطلب على المواد الدقيقة في مختلف الصناعات يوما بعد يوم. وتنتمي طاحونة الرمال، باعتبارها إحدى المعدات الرئيسية لتحضير المواد الناعمة، إلى معدات الطحن الرطبة فائقة الدقة. إنها معدات طحن ذات قدرة كبيرة على التكيف مع المواد وكفاءة عالية تم تطويرها من الطاحونة الكرية، وتستخدم على نطاق واسع في مجالات التعدين والتعدين والمواد المعدنية غير المعدنية والصناعة الكيميائية والخزف والمواد الجديدة.

وتنقسم طاحونة الرمال أساسا إلى نوعين: طاحونة الرمال الرأسية وطاحونة الرمال الأفقية. طاحونة الرمال الأفقية هي آلة طحن ونثر رطبة مغلقة بالكامل يمكن تشغيلها بشكل مستمر. تقوم مضخة التغذية بإرسال الخليط الصلب -السائل الذي خضع لمعالجة ما قبل التشتت إلى الأسطوانة من طرف التغذية من الأسطوانة. جنبا إلى جنب مع موزعين بالتساويخرز من الزركونيا وقبل تحميلها في الأسطوانة، يتم قطعها بواسطة شفرات التشتت الدوارة عالية السرعة، مما يتسبب في حدوث اصطدامات عنيفة للجسيمات الصلبة والتركيبات في المادة وقص وسط الطحن، وتسحق الجسيمات المادية بسرعة إلى جسيمات دقيقة وتشتيت التركيبات، مما يحقق دقة صغيرة للغاية ومجال توزيع حجم الجسيمات ضيق في وقت قصير.

تطبيق في إعداد المساحيق الخزفية الخاصة

وتستخدم المساحيق النانوية على نطاق واسع في المواد الخزفية عالية التقنية. ومع ذلك، فإن ظاهرة التكتل للمساحيق النانوية خطيرة، مما يؤثر على آثار استخدامها. لحل مشكلة تكتل المساحيق، عادة ما يتم اعتماد الطرق الميكانيكية في الصناعة. وتشمل معدات الطحن الشائعة بشكل رئيسي طواحين الرمال الأفقية وطواحين الخرز الرأسية وطواحين الكرات. تتميز طاحونة الرمال الأفقية بأوسع قدرة على التكيف مع المواد وهي واحدة من أكثر معدات الطحن تقدمًا وكفاءة. مع نظام تبريد عالي الأداء ونظام التحكم التلقائي، فإنه يمكن تحقيق معالجة مستمرة وتصريف مستمر للمواد، وتحسين كفاءة الإنتاج بشكل كبير.

ولدراسة آثار إزالة البلمرة لمختلف معدات الطحن وبارامترات عمليات الطحن على تكتلات المساحيق، أخذ المهندسون من العديد من المؤسسات، مثل بليوني لومون، مسحوق الزركونيا الذي يبلغ d50 1 ميكرومتر كجسم بحثي. فأولاً، أجروا اختبارات طحن في ظروف الطحن ذاتها باستخدام طاحونة كروية رأسية، وطاحونة خرز رأسية، وطاحونة رمل أفقية على التوالي لتحديد أفضل معدات الطحن. ثم اختاروا، باستخدام معدات الطحن المثلى، نسبة المادة إلى المادة، والمحتوى الصلب من الملاط، والسرعة الخطية، ووقت الطحن كعوامل اختبار، وقاموا بإجراء اختبار متعامد من أربعة عوامل وثلاثة مستويات لتحديد أفضل بارامترات عملية الطحن.

وفيما يلي النتائج المستخلصة من الاختبارات المذكورة أعلاه: 

(1) وأفضل تأثير لطحن طاحونة الرمل الأفقية هو d50 من ملاط الزركونيا بعد طحنه هو 0.303 ميكرومتر.

(2) عندما تستخدم طاحونة الرمل الأفقية كمعدات طحن، وفي ظل ظروف تبلغ فيها نسبة المادة إلى المتوسط (m_medium:m_material) 4:1، محتوى صلب من الملاط (w) قدره 45 ٪، وسرعة خطية قدرها 10m·s من حيث سرعة الدوران ووقت طحن قدره 25 ساعة، يكون تأثير الطحن هو الأفضل، ويكون d50 ملاط الزركونيا بعد الطحن حوالي 0.3 ميكرومتر.

التطبيق في معالجة المواد الخام للمكونات الإلكترونية

يعتمد أداء داليات الزنك O بشكل رئيسي على تركيبها المادي وبنيتها الدقيقة، ويتم تحديد بنيتها الدقيقة بشكل كبير من خلال خصائص المسحوق. وكلما كان حجم الجسيمات في المواد الخام في دفقات أكسيد الزنك أصغر، كان ذلك أكثر ملاءمة لتوحيد مزجها. التكوين الموحد هو أساس التفاعل الموحد بين المكونات المختلفة أثناء عملية تلبيد الدوال. ومن بين المواد الخام المستخدمة حاليا في إنتاج داليستورات الزنك O، يكون أكسيد الزنك هو مسحوق فائق النقاء، في حين أن أحجام جسيمات الأكاسيد المضافة خشنة نسبيا وأن اختلاف أحجام الجسيمات الخاصة بها كبير، وهو ما لا يساعد على التوزيع الموحد لمختلف المواد الخام أثناء عملية التحضير.

استخدم باحثون من جامعة شانغهاي طاحونة رمل أفقية لتصفية ونانو الأكاسيد المضافة المختلطة لاستكشاف تأثير حجم الجسيمات المضافة على أداء دواليب On. وقد أجروا تحليلاً شاملاً لدفاعي أكسيد الزنك المعد باستخدام طرق التحليل مثل اللزوجة، وإمكانات زيتا، والموجات الدقيقة الدقيقة (SEM)، وأجهزة القياس الكهربائية.

وأظهرت النتائج أنه باستخدام خرزات الزركونيا المستقرة للإيتريا للطحن في طاحونة رمل أفقية، وصل حجم الجسيمات المضافة المكررة إلى مستوى ميكرونانو، وانخفض حجم حبيبات الزنك O، التي تم التحضير لها، وأصبحت البنية الدقيقة أكثر اتساقا. وبالمقارنة مع معدات الطحن الميكانيكية الأخرى، فإن طاحونة الرمال الأفقية ليست أكثر كفاءة فحسب، بل لديها أيضا نطاق توزيع أضيق لحجم الجسيمات بالنسبة للمواد المكررة، والتي يمكن أن تصل إلى المستوى المتناهي الصغر. بعد أن يتم تنقية الإضافات بواسطة طاحونة الرمل الأفقية، يقل حجم جسيماتها، وتمزج بشكل أكثر تساويًا مع الزنك O، ويتم تشكيل المزيد من مراحل الإسبينيل أثناء عملية التلبد في السيراميك، ويتم تثبيط نمو حبوب الزنك O، ويزداد عدد طبقات الحبيبات الحدية لكل وحدة سمك، ويتم تحسين اتساق البنية الدقيقة، ويتم تعزيز الأداء الكهربائي الشامل للورسترات.

تطبيق في إنتاج الطين الخزفي الإلكتروني

تطورت تكنولوجيا عملية تصنيع المكثفات الخزفية متعددة الطبقات (MLCC) بسرعة كبيرة. ومن بينها، تعد تكنولوجيا وأساليب تحضير الملاط الخزفي ذات أهمية كبيرة لتصنيع المنتجات ذات الأداء الممتاز. ويمكن أن تؤدي التكنولوجيا الجيدة لإزالة الملاط الخزفي إلى تجنب تكدّس جزيئات المساحيق الخزفية، والحد من مسامية الحاجز، وتحسين تماسك الجسم الخزفي للمكثّف، وتحقيق الغرض المتمثل في نهاية المطاف في تحسين الأداء الكهربائي والموثوقية للمكثّف.

وفي عملية تطوير تشتت الملاط السيراميكي، استخدمت بعض معدات الطحن الميكانيكية مثل خزانات طحن الكرة وطواحين سلال الرمال على نطاق واسع في تشتت الملاط السيراميكي المستخدم في كلوريد متعدد الرقائق. في السنوات الأخيرة، كبار مصنعي MLCC في اليابان وكوريا الجنوبية استخدمت تدريجيا طواحين الرمال الأفقية. نظرا لمزايا الكفاءة العالية، والقدرة على الاستخدامميكروبيدات زركونيا عيار 0.1 ملم)، وملاءمته للملاط ذات أحجام الجسيمات الصغيرة، وتوزيع أحجام أحجام الملاط المركَّزة، وقابليته للتكرار الجيد، وتشغيله البسيط، بدأ عدد متزايد من مصنعي مراكز تنسيق MLCC في استخدام طواحين الرمال الأفقية.

التطبيق في إنتاج ثاني أكسيد التيتانيوم

كعملية رئيسية للسحق الأولي لثاني أكسيد التيتانيوم في منشآت ثاني أكسيد التيتانيوم، فقط بعد عملية السحق يمكن لثاني أكسيد التيتانيوم الأولي أن يكون ضمن نطاق معين من حجم الجسيمات، بحيث يمكن تنفيذ المعالجات غير العضوية والعضوية لتعكس خصائصها الصباغية الجيدة.

وأخذ باحثون من مجموعة بانغانغ ثاني أكسيد التيتانيوم المطحون في كرة رطبة كمواد خام واستخدموا طاحونة رمل أفقية لدراسة تأثير مختلف عمليات طحن الرمل على حجم جسيمات الملاط. وبحثوا أيضا تأثير مختلف أحجام جسيمات الملاط على بياضه وتشتته في الماء.

وأظهرت النتائج التجريبية أنه عندما كانت سرعة دوران طاحونة الرمال 3000r في الدقيقة،خرز من الزركونيا عيار 1.8 مليمتر، تركيز التغذية كان 410 جم/لتر، وسرعة دوران مضخة التغذية كانت 1، ومعدل الملء كان 80 ٪. وفي ظل الظروف المثلى، تم تخفيض متوسط حجم الجسيمات في الملاط بعد المرحلة الأولى من طحن الرمل في المختبر بمقدار 36 نانومتر مقارنة بمتوسط حجم الجسيمات في ملاط طحن الرمل ذي المرحلتين. وكلما صغر حجم الجسيمات، زادت قابلية تشتت الملاط في الماء. وعندما كان متوسط حجم الجسيمات في الملاط 231 نانومتر، بلغت قابلية تشتت المياه 99.3 في المائة. ولم يكن لمختلف أحجام الجسيمات في الملاط أي تأثير أساساً على بياض المادة.

أخذ البروفيسور تشنغ شويلين من جامعة التعدين والتكنولوجيا الصينية (بكين) وآخرون طاحونة الرمال الأفقية كمعدات طحن فائقة الدقة لدراسة تأثير معدل الملء لوسط الطحن، وسرعة دوران الطاحونة، ومحتوى المسحوق في ملاط الطين، والكمية المضافة لمساعدة الطحن ووقت الطحن على تأثير الطحن فائق الدقة لثاني أكسيد التيتانيوم الروتيل. وأظهرت النتائج أنه في ظل ظروف معدل حشو متوسط قدره 70 في المائة، وسرعة دوران طاحونة قدرها 2250r/دقيقة، وكسر كتلة مسحوق قدره 50 في المائة في الطمي وكسر كتلة إضافة قدره 0.4 في المائة من مواد الطحن المساعدة، يمكن أن يصل حجم الجسيمات d50 و d97 من ثاني أكسيد التيتانيوم الروتيل الذي تم الحصول عليه من الطحن الدقيق للغاية لثاني أكسيد التيتانيوم الروتيل لمدة 20 دقيقة إلى 0.48 و 1.07 ميكرومتر على التوالي.

التطبيق في إنتاج الطلاءات

بالإضافة إلى ارتباطها بأنواع ونسب المواد المكونة، فإن أداء الطلاءات يرتبط ارتباطًا وثيقًا بطرق التحضير. خلال عملية إنتاج الطلاءات، نشر الأصباغ مهم جدا. ويمكن لعملية التشتت الجيدة ان تجعل جزيئات الصباغ مشتتة تماما وتؤثر في خصائصها. ولحجم جسيمات الصباغ تأثير كبير على لمعان وشفافية غشاء الطلاء. وتعد طاحونة الرمال الأفقية من المعدات الرئيسية لتحقيق تشتت الكتل في إنتاج الطلاء وتحسن بشكل كبير أثر التشتت فائق الدقة. وعلاوة على ذلك، ينبغي استخدام طاحونة رمل أفقية ذات تفريغ محوري لطحن المعاجين النانوية الراقية، كما ينبغي استخدام خرزات زركونيا 0.1 مم لطحن هذه المعاجين.

تطبيق في معالجة مواد الطاقة الجديدة

وفي حالة فوسفات الحديد الليثيوم وغيره من مواد بطارية الليثيوم -أيونات الكاثود، وبسبب الاختلافات في عمليات التركيب والمتطلّبات المميزة في عملية تحضير المساحيق المبكرة، يتم اختيار أنواع مختلفة من المعدات. وفقا للخصائص الفيزيائية للمكونات في فوسفات الحديد الليثيوم، يتم اختيار معدات الوزن والمزج الدقيقة. وهذه العملية ممكنة في الوقت الراهن من حيث الاحتياجات الفعلية ومستوى نضج المعدات. غير أنه في عمليات الطحن والتجانس، ستظهر عوامل مؤثرة مقابلة. وبشكل عام، فإن طاحونة الرمال الأفقية مع خرزات الإتريوم -الزركونيوم هي أكثر ملاءمة لهذه العملية. وبالنسبة للطحن الخشن، يتم استخدام خرزات الزركونيا من 0.6 إلى 0.8 مم، وبالنسبة للطحن الدقيق، يتم استخدام خرزات الزركونيا من 0.3 إلى 0.4 مم.

وبالإضافة إلى ذلك، ومن بين طرق تحضير مساحيق الكتروليت الصلبة Ta-LLZO فإن طريقة تفاعل الطور الصلب هي الطريقة الأكثر عملية لإنتاج المساحيق المسبوقة مسبقًا على نطاق واسع. قبل الضغط والتلبيد، يتم عادة طحن المساحيق مسبقة الضبط إلى مستوى دون ميكرون لتحسين نشاط التلبيد. وتتسم عملية تحضير الإلكتروليتات الصلبة بأنها أكثر دقة، كما أن المتطلبات المتعلقة بحجم جسيمات المساحيق أعلى. ولم تعد معدات طحن الكرة التقليدية كافية لتلبية احتياجاتها، ويعتمد إنتاجها على طواحين الرمال الأفقية.

تطبيق في المساحيق المعدنية الصناعية

سعر معالجة مساحيق المعادن الصناعية منخفض نسبيا، لذلك يلزم معدات معالجة ذات قدرة معالجة كبيرة. ومن المهام الملحة للمعالجة العميقة للمساحيق المعدنية الصناعية تطوير المطاحن الكبيرة المحمّزة فائقة الدقة ذات حجم جسيمات المنتجات الدقيقة والتوزيع الموحّد وقدرة المعالجة الكبيرة. وتعد مصانع الرمل الأفقية الكبيرة للغاية (مثل مصنع آيزميل) معدات طحن جيدة ذات آفاق واعدة، ومعدل استخدام مرتفع للطاقة، وحجم جسيمات المنتجات الدقيقة من أجل طحن أو طحن مناجم الذهب والفضة، ومناجم الموليبدينوم، ومناجم النحاس، ومناجم النيكل، ومناجم الرصاص والزنك، ومناجم الحديد. بالإضافة إلى ذلك، نظرا لبساطة هيكله وسهولة تشغيله وصيانته، فإنه يستخدم على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي مثل مناجم الذهب، ومناجم المعادن غير الحديدية، والمناجم المعدنية والمواد المغناطيسية. إنSG4.5 كرات زركونيا المركبة أداء ممتاز في طحن الألغام المعدنية غير الحديدية.

تطبيق في إنتاج أنظمة التعليق

هناك العديد من المشاكل في إنتاج أنظمة التعليق، مثل التشتت غير المتساوي، وسرعة الترسب وضعف أداء التعليق. وبالإضافة إلى تأثير عوامل مثل المشتتات وغيرها من المواد المساعدة، فإن صفاء الجسيمات وتوزُّعها هما العاملان الرئيسيان المؤثِّران على الاستقرار المادي لنظام التعليق، كما أنهما مسألتان رئيسيتان في بحوث نظام التعليق. تتمثل الوسيلة الرئيسية لحل مشكلة الطحن في تحسين كفاءة الطحن في عملية المعالجة واختيار وسائط الطحن المناسبة، مثل استخدام خرزات الزركونيا المثبتة بالإيتريا، والتي تتسم بالصلابة العالية والتآكل المنخفض ولا تسبب تلوثًا للمواد.

في عملية تحضير أنظمة التعليق المائي، تعتبر طواحين الرمال الرأسية وطواحين الرمال الأفقية حالياً من المعدات الرئيسية الشائعة الاستخدام، ولعمليات معالجتها تأثير كبير على الاستقرار المادي للمنتج أثناء التخزين. ولدراسة تأثير هذين النوعين من طواحين الرمال ووقت الطحن على كفاءة الطحن واستقرار التخزين المادي لنظام التعليق، أجرت شركة للتكنولوجيا الحيوية في غوانغدونغ سلسلة من المقارنات التجريبية. وأظهرت النتائج أنه بتمديد فترة الطحن، يكون متوسط حجم الجسيمات وتوزيع حجم الجسيمات (النسبة المئوية لحجم الجسيمات < 3 ميكرومتر) من الجسيمات في نظام التعليق يمكن تقليلها، ويمكن زيادة لزوجة نظام التعليق، وبالتالي يمكن تحسين الاستقرار المادي لنظام التعليق. وفي نفس الظروف، تكون كفاءة الطحن في طاحونة الرمال الأفقية أعلى من كفاءة طاحونة الرمال الرأسية.

التطبيق في إنتاج مبيدات الآفات

وتؤدي عوامل تغليف البذور المعلَّقة، باعتبارها من أكثر أنواع مبيدات الآفات استخداماً في الوقت الحاضر، دوراً في قتل الحشرات وتعقيم المحاصيل وتوفير التغذية النباتية لها. ومع ذلك، هناك ظاهرة ضعف استقرار التعليق في إنتاج عوامل تغليف البذور المعلقة، مثل التشتت غير المتساوي وسرعة الترسيب. ومن بين هذه العوامل، فإن صفاء الجسيمات وتوزُّع حجمها هما العاملان الرئيسيان اللذان يؤثران على الاستقرار المادي لنظام التعليق، كما أنهما يمثلان المسائل الرئيسية في البحوث المتعلقة بعوامل تغليف البذور المعلَّقة.

خلال سنوات من ممارسة الإنتاج الآلي لعوامل تكسية البذور المعلقة، أجرى باحثون علميون من أكاديمية شينجيانغ للعلوم الزراعية اختبارات ودراسات وتحليلات فحص متعددة. وأظهرت النتائج أنه من خلال الاتجاه الحالي للتنمية، فإن طاحونة الرمال الأفقية هي وسيلة ونهج لا غنى عنهما لحل مشكلة عملية الإنتاج المميكنة لعوامل تكسية البذور المعلقة، كما أنها معدات إنتاج لا غنى عنها في التشغيل المميكن لمبيدات الآفات. عادة، يمكن استخدام خرزات سيليكات الزركونيوم منخفضة الكثافة كوسيطة للطحن.