Способ сверхтонкого измельчения материалов
ОП ИСАЙ И Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Со,ов Советских к.юиалистических
Республик
»>737009 (61) Дополнительное,к авт. Свид (22) Заявлено 06.12.77 (21) 2551082j29-33 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.05.80. Бюллетень № 20 (45) Дата опубликования описания 30.05.80 (51) N Кл г В 02 С 19/18
Госудауственный комитет
СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 621.926.9 (088.8) (72) Авторы нзо бр етегеия
М. П. Чалов, Р. В. Гафиятуллии, Г. Г. Колосов, М. А. Чернов и Л. С. Гайсинович (71) З,аяв итель (54) СПОСОБ СВЕРХТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ
МАТЕРИАЛОВ
Изобретение относится к технологии сверхтаюио го измельчения в жидких средах
Различных,мате риалов до размер он 0,1 мкм и менее. Иэмельчаемьгми материалами являются различные кристаллические вещеспва, в том числе, калиевые соли, аммиачная селитра, ка1мен|ная соль, IBIcGB03MGHGHbIp. гю рные породы,;металлы и др.
Известен способ сверхтонкопо измельчения материалов в жидких средах путем воздействия и стекающих из сопла струй на частицы материала и;последующего столкновения их Ic плитой через слой суспензии (1).
Недостатком такого споаоба является
HGBbIcolKBH степень измельчения.
Цель изобретения — повышение степени измельчения.
У каза|виан цель до стигаепся тем, что стольнинов ение ведут со скоро стью 170—
1300 мlс, п ри этом сопла подвергают ви б рации ультразвуковой ча стопой с BIMIIIJIHòóäoé
0,005 — 0,08 мм, причем отраженные от плиты струи суапензии могут бьгть направленьг на вытекающую,из сопла струю и столкнуты между собой.
На чертеже показана п ринципиальная схема о существления способа сверхтонкого измельчения материала.
У ста ноика содержит насос 1, ультразвуковое сопла 2, плиту 8, камеру 4, акустический волновод 5, ультразвуковой преобразователь б. Позиция 7 обозначает струю и сходной суспензии на выходе сопла (основная), 8 — отражеггные струи суспензии, 9 — патрубок.
В качеспве на соса 1 и спользуют,насосымультипликаторы и импульсные водометы.
Измельчение материала лредлагаемым анособом осуществляют следующим обра:зом.
Вначале с помощью насоса 1 через ультразвуковое 1со пло разпоняют о славную струю всходной суспензии .измельчаемого материала в жилкой среде и затем сталкивают ее с плавающей плитой через слой суспензии lc та кой скоро стью U, lIIlpH которюй, кан la твердых ча,стицах, так и в жид20 кой среде lIIOBIHHIKBIoT ударенные волны, давлениЯ P на коIlOPbIx lIIIPBBbIIIIBIot налРЯжения разрушения твердых частиц до 100 раз и более. Благодаря воздействию ударных воля частицы измельчаем ого материала
25 сильно сжимаются и переходят а пла сти. ческое состояние, т. е. переходят в область ггла стических деформаций.
Для х ру лкнх кристаллических материалов типа каменной соли, lccJIHтры, калиевой з0 соли, нипрофоски и др. с пределом прючнос737009 ти на .разры(в ор — — 3 — 10 кгlмм (0,03 109— — 1 10 иlм ) давление на ударной волне пра(ктичеаки .может (превышать напряжение более чем IB 100 раз. Для та(ких материало(в, как кварц, базальт, гранит (и д(р. с о,=10— — 100 кг/л л (1 10 — 10 10 и/м ) технологически достигается Р)10ор, Для мате(риаJIoiB с ор) 100 кг/лыР п(Раитически может быть получено Р= (1,5 — Ii0) ор.
Для возникно(вения указанных давлений
Р на удар(ных вюл(нах,в измельчаемом (материале оано(втгую ст(рую 7,разгю(няют,в IIIepвюм случае до ско(ро(стей U= 170 — 500 м/с, во втором случае — до U=500 — 900 мlс и в претьам — до U=900 —,1300 м/с и выше.
gI JIB и(з(мельчения (высо(ко(п(ро(ч(ных металло(в (акаро(сть oiGHQIBной (спруи благодаря .выоакой скорости (ра(сп(растр анения ударных волн может быть такой же, ка(к и для,маTeipHaJIoiB в IIIepBO(x случае.
Блаподаря воэдей(ствию уда(р|ных волк на материал в жидкой среде твердые частицы, обжимаемые уплотнечной жидкостью, при (столкновении с препятствием п(риобретают большое, количество ннутренней энергии, чем если бы BTO III(poHicxoJIHJIO в (воздухе. Эт(о обу(сл(с(влено облицовыванием частицы как заряда BB и увеличением времени контакта ее с плитой.
При сбросе уда(р(ной IBол(ны твердые частицы в(месте с жидкой (оаолочкой под действием выделяемой внутренней энергии взрываются подобно взрыву BB. Продукты взрыва ун(осятся ударной IB(o JIIHoH раз ряже1 ния со скоростью UI> — U. По с(ра(в(нению с
2 сухим (вы(ао(кю(око(р(астны(м,измельчен нем п(рюцаас измельчения iII(pH выаакоскоростном ударе (в жидких арадах (протекает п(римерHio â 70 (ра,з э.ффактив(нее.
От (места (вз(ры(ва, т. е. от (плавающей плиты, силнн(о измельчен(ные частицы как твердой, так и жидкой фаз, отражаются распределенной струей 8 со скоростью UI u сталииваются с внутренней стенкой камеры
4, т. е. с отражателем. Здесь они измельчаются повторно.
От отражателя струи измелвче(нных частиц (на(п(равляются (на о(сь оюна(в(ной струи 7(суспанзии ао аиор(астью U, где o(HH, стал(ки(вая(сь между собой и сана(вн(ой cT!pvей, (анана измельчаются. З(начения UI и U>
1 за(висят от (выбо(ра U. Скарость U> - -U,.
Из этого следует, что,наиболее эффе(ктивнюе из(мельчание материалов в аппарате происходит (II(pH усл(о(вии, когда возникающие давления ударных в(олн в частицах п(ри (столкновении их,между (ао(бой IHB оаню(вной струе, а также прои столкновении с внутранней ставкой (камеры, (п(равышают ор.
10 !
25 зо
З5
После прохождения у(казан(ного пути готовая суапанзия с измельченными частицами до 0,1 мкл4 и (менее поступает через (патрубок 9 на выход. Весь п(роцеас измельчения материала (п(ротакает за один цикл, (непрерывно, т. е. за один п(роход (су(спензии через а:ппа(рат.
С целью уменьшения износа плиты 8 и камеры 4 (пред(уамотрены (защитные .меры.
Для анижания тем(паратуры разогрева и нр едожр а нания от,р аз руш ения о аню в(чу ю струю сталки(вают с пла(вающей плитой 8, п(омещанной в оу(апензию на глубину 50—
500 мм и более. Глубина погружения плиты выбирается в за(виси(мс(сти от выбора ско(рости струи. Чем больше скарость струи, тем больше глубина III QIIIpужения (плиты в сусианзию, т. е. тем толще,cJI(oH суюпе(нзии над плитой. С этой же целью плита 8 отделена от оанования или акустического волна(вода 5 слоем суапензии. Для раз "oH". основной струи до ако(ростей 170 — 500 м/с (применяют по(рш навые (насосы-(мульти(пликат(о(ры или п(ро(сто насосы на давления
200 — 2000 кг/cJ(4 и для разго(на до скоростей
1300 мlс и .выше — им(пульаные водометы, При этом для абеапечания указа(нных скоростей на выходном со(пле этих устройств снижают гидра(вличаакое сопротивление и вязкость суепензии, возрастающие пропорцианальчо увеличению з(начения высокого да(вления, путем .вибри(рсвания со(пла с ультразвуковой частотой с амплитудой
0,005 0,08 мм. С целью обеапечания работоспо(аобности в указа(н(ных:.на(ао(сах и импульсных водометах (применяют также поршни с пидравлическим уплотнением с уплотняющей жид(ко(стью. CIKoIpioicTH стр(уй IHa их (Выходе раасчитываются по уравнению гидродинамики для (сжимаемых аред, Ультразвуковое вибрирование сопла з(начительно анижает;гидра(вличаакое сап(роги(влание потаку суапанзии и уменьшает ее вязкость IB 4 — 1(0 (раз. При этом однов ременно IB co(ïëå (образуются (ка(витацио(нные пузы(рнк(и, кото(рые до(пол(нительн(о повышают да(влание,в (стр(уе, что апособст,вует увелррчению ее ако(ро(сти .и (повышению степени разрушения, материала. Благодаря вибрированию сопла дaBJIeH(He в рабочей среде в гидроцилиндре, необходимое для разгона струи до 1300 м/с, анижается приме(рно в 4 ра(за.
Пример. Расчеты тер модинамических хара(ктари(стик для измельчаемой соли хло ри(сто(по калия iB жилкой с(реде хлада(не-113 (по(казы(вают, что (при (аюо растях oGH(o(BIHQH
cT(pyH на .выходе сапла от 150 до 2000 л /с да(вление уда(р(ных (вол(н iB "пвардых частицах в жидкости при ударе о плиту составляет 0,678 109 — (1,1,83 10 иlм (67,8—
li83 кгlмм ). Эти давления превышают п(ределыные на(пряжения разрушения частиц с ор =3 — 10 кгlмм (п(рлмар(но в 7 — 390 раз
737009 при ударе о плиту и (в 3,5 — 200 (раз при ударе об отражатель.
Из расчетов видно, что нижний предел скорости основной сгруи су(опензии 150 мlс для CIQIBbIIIIe(HHH сте(пени измельчения (материало(в до .размер(ов частиц 0,1 мкм и увеличения произ(в(одителыно(ети а<ппа(рата является недостаточным, та(к (как (выделяе<мая при этом внупре няя энергия Е, из т(вердых ча(стиц ао(сле столкновения их с плитой ниже начальной плотности в(нупренней энергии Е,<, для типичных вз(рывчатых вещеспв, обладающих Е,<, = 1 — 1,5 кал/г (4 186 1,0з — 6 28 . 10з дж/кг/.
Дл(я выпол(пения у(словия измельчения путем вз(ры(ва твердых ча(сти(ц (необходи(мо, чт(обы минималыная (в(нутренняя энергия частиц Eam(n ) Е,<,. Это оъна(чает> что измельчение следует (IIp(o(Bo.(Imr (при око(ростях основной струи суспензии:не ниже U=
=170 мlс, при которых в частицах возникают энергия Е, (, ) 4,5 10 дж/кг и да(вление
P ) 0,7 и/лР. П(ри око(роотях о(оно(в(н(ой ст(руи
1300 мlс ма<к(оммальные з<начения внутренней энергии и да(вления на уда(рной волне составляют Е,— 270 . 10 дж/кг, P (7 . . 10 и/м . При скоростях 2000 м/с — Е
= 500 . 10 дж/кг, P, (12 . 10 и/м, Для большинства других, материалов ,минимально допустимые и минимальные значения (внупрен(ней энергии и давления лежат (примерHo в та(ких же пределах.
Предлагаемый способ позволяет повысить степень измельчения.
Ф о р.(му л а и з о б(p е т е н и я
1. Способ сверхтонкого измельчения <материало(в в жидких средах путем воздействия истекающих из со(пла ст<руй на частицы материала и (последующего <столк(H 2. Спо(соб по п. 1, отличающийся тем, что отра(женные от плиты струи суснензии напр а(вляют на вытекающую из (сопла струю и сталкивают их между собой. Источни(к информации, принятый во внима(ние (п(ри эиапертизе: 1. AB7o(p(GKQ((свидетелыство СССР № 138252, кл. В Ol F 3/12, 1960. 737009 Составитель Н. Бнбина Техред В. Серикова Редактор Т. Кузьмина Корректор С. Файн Тип. Харьк, фил. пред. «Патент» Заказ 562/708 Изд. № 311 Тираж 698 Подписное НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5
