Химические реактивы,
комплектующие и оборудование
для пиротехники

Измельчение химических реактивов. Оборудование.

При различных химических операциях, приготовлении пиротехнических смесей, обычно стремятся работать с веществами, обладающими наибольшей поверхностью. Скорость растворения тем выше, чем меньше частицы растворяемого вещества. Скорость гетерогенных реакций также возрастает с увеличением поверхности твердой фазы. Твердое Механическое измельчение осуществляется либо вручную, либо при помощи различных малогабаритных мельниц и дробилок. Небольшие количества веществ измельчают в фарфоровых и агатовых ступках. Однако, при растирании вещества возможно его окисление кислородом воздуха из-за разрушения и удаления постоянно образующейся защитной пленки на его частицах. Кроме того, с уменьшением размеров образующихся частиц возрастает их способность к адсорбции влаги и газообразных примесей из воздуха, а так же пылению, загрязнению рабочего пространства лаборатории и попаданию их в органы дыхания.

Рис.1Рис.2Отношение размеров частиц до измельчения и после называют степенью измельчения. В зависимости от размера частиц исходного сырья и конечного продукта, в пиротехнике, измельчение условно делят на несколько классов:

Класс измельчения:

Практически размер «наибольших частиц» определяется отверстием (размером ячейки) сита, через которое проходит сыпучий материал. Твердый материал можно разрушить и измельчить до частиц желаемого размера с различными способами "рис.2": раздавливанием (а), раскалыванием (б), разламыванием (в), резанием (г), распиливанием (д), истиранием (е), ударом (ж,з). Измельчаемое тело разрушается благодаря повышению внутреннего напряжения тела под давлением или ударом в местах концентрации наибольших нагрузок, при этом получается мелкий порошкообразный продукт. Дальнейшее истирание применяется для тонкого измельчения мягких и вязких материалов. Оно улучшает процесс тонкого измельчения и перемешивания материалов, но при этом увеличиваются расход энергии и износ рабочих элементов измельчителя. Продукты износа попадают в измельченный материал, а это нежелательно как с точки зрения ведения самого процесса, так и получения продуктов измельчения высокой чистоты. Однако в пиротехнике используется чистота реактивов от 95% до 99%, то есть имеющие марку «Технический» или «Чистый», что никак не сказывается не на технике безопасности, не на эффективности.

Принцип работы шаровой мельницы.

Рис.3

Принцип, по которому работают шаровые мельницы, понятен из "рис.4". Шаровая мельница представляет собой вращающийся полый металлический цилиндр, который частично заполнен тяжелыми металлическими или фарфоровыми шарами. При вращении барабана, вследствие трения, между его стенкой и шарами последние поднимаются в направлении вращения до тех пор, пока угол подъема не превысит угол естественного откоса, после чего шары начнут падать вниз. Падая, они встречают вещество и измельчают его ударом, при этом одновременно будет происходить и стирание вещества. За счет энергии движения этих тел и измельчается загружаемый в мельницу материал. Подъем дробящих тел и характер их движения зависит от частоты вращения и коэффициента трения между дробящими телами и внутренней поверхностью барабана мельницы. Скорость вращения барабана не может быть какой угодно.Рис.4 При некоторой скорости наступает момент, когда центробежная сила станет настолько большой, что шары вовсе не будут падать, а будут вращаться вместе с барабаном и измельчение прекратится. Расчеты показывают, что предельное число оборотов барабана в 1 мин равно:  D - диаметр барабана (м). Наибольшая высота падения шаров и наибольшая эффективность измельчения достигаются тогда, когда число оборотов мельницы принимают равным 75% от критического значения. Ускорению измельчения способствует тщательное высушивание вещества. Размер частиц, измельченных в шаровой мельнице, колеблется от 0,5 до 0,005 мм в зависимости от рода вещества. Измельченное вещество отделяют от шаров на ситах "рис.1". Более крупную фракцию снова загружают в мельницу. Вибрационные шаровые мельницы применяют для получения тонкого помола: 0,1 - 0,001 мм при сухом измельчении и 0,05 -0,0001 мм в случае мокрого помола. 

Рис.5Уменьшение размеров частиц при измельчении в жидкой среде связано с эффектом Ребиндера - уменьшением прочности твердых частиц в результате адсорбции молекул жидкости на микротрещинах, выходящих на поверхность частиц. (Ребиндер Петр Александрович (1898 - 1972) - русский физикохимик, академик. Эффект, названный его именем, он открыл в 1928 г.) Адсорбция снижает значение поверхностной энергии, уменьшает энергозатраты на развитие трещин и препятствует их смыканию. Под влиянием адсорбции молекул жидкости прочность частиц вещества может быть снижена на 50 - 60%. Для хорошего диспергирования объем шаров, загружаемых в мельницу, должен составлять 30 - 40% от ее общего объема. При большем числе шаров они падают с меньшей высоты, и, следовательно, измельчение идет хуже, при меньшем числе шаров они скользят по стенке, что также ухудшает измельчение и, кроме того, шары быстрее изнашиваются. Объем дисперсии в шаровой мельнице не должен превышать 20% от объема мельницы.

Для измельчения твердых веществ так же применяют бытовые мельницы для кофе (кофемолки) "рис.5" и промышленные кофемолки "рис.6". К сожалению, кофемолка немного уступает шаровой мельнице в дисперсности помола, но всё же имеет преимущества в скорости измельчения и производительности. 

 

 

Исследование измельчения берёзового угля в зависимости от условий.

Зависимость тонкости помола (3 часа) от массы загрузки по древесному углю (100г; 200г; 300г) "рис.6".

Зависимость тонкости помола (300г) от времени (3; 5; 7 часов) "рис.7".

Сравнение степени помола для различных режимов: мокрый помол (100г); мокрый помол (300г); сухой помол (300г), (7часов) "рис.8".

Измельчение берёзового угля массой 100 грамм (0,5 часов). Структура угля "рис.9".

 


Оборудование для измельчения реактивов:

Кофемолка Scarlett SC-010 

Промышленная кофемолка

Шаровая мельница 2л 

Шаровая мельница 5л 

Шаровая мельница 10л

Сито


Источник: "Шаровая мельница теория и практика" 1995, Ллойд Е. Споненбург.

 

Поделиться: