Электромассклассификатор

Электромассклассификатор

Связать^?

Электромассклассификатор (ЭМК) — класс экологически чистой техники для механической переработки порошковых материалов.

Принцип действия основан на обнаруженном в 1985 году В. В. Зыряновым явлении образования в закрытом объёме плотных заряженных аэрозолей под действием турбулентного газового потока и их разделения при воздействии комбинации разнонаправленных сил. Первое авторское свидетельство СССР на ЭМК № 1403439 (закрытое) выдано в 1988 г.

Зарядка твердых частиц в ЭМК происходит в результате динамической и статической электризации. Эффект механоэмиссии электронов и других заряженных частиц при ударах, разрушении или образовании новой поверхности твердых тел интенсивно изучается после обнаружения в 1953 г. Дерягиным, Кротовой и Карасевым свойства свеже-образованных поверхностей эмитировать в вакууме электроны высоких энергий.

Статическая электризация — т. н. трибоэлектризация известна много веков. В основе трибозарядки лежит контактная электризация из-за разной энергии выхода электронов с поверхности твердых тел разной природы или разного размера (радиуса кривизны), т.е в природе практически нет нейтральных частиц. В то же время, как при описании аэрозолей, так и при расчете центробежных классификаторов неявно предполагается отсутствие заряда на частицах. В заряженном аэрозоле в поле центробежных сил возникают области с преимущественно одним знаком заряда частиц, что приводит к их удалению Кулоновской силой через центр. Заряженные аэрозоли близки по существу обнаруженной в начале 90 гг. пылевой плазме, возникающей в земных условиях в промышленном процессе СВЧ травления и под действием космического излучения в космосе, поэтому к ним вполне применим термин «газо-пылевая плазма».

В наиболее близком устройстве по достигаемому эффекту разделения порошков по размеру частиц — воздушно-центробежном классификаторе происходит разделение при условии FS > Fc, где FS — силы вязкости Стокса, Fc — центробежная сила. В ЭМК условие разделения принципиально отличается: FC > Fc + FS ± mg, FC- сила электростатического отталкивания Кулона, ± mg — сила тяжести (знак зависит от исполнения ЭМК). Принципиальная схема ЭМК содержит камеру генерации заряженного аэрозоля и связанную с ней камеру релаксации и накопления тонкой фракции. При обработке материала в ЭМК происходит удаление из камеры генерации частиц порошка по параметру q/m (q- избыточный заряд, m- масса), а заряд возвращается через аэроионы и/или по токопроводящей поверхности. Величина избыточного заряда на частицах обычно много меньше точечных зарядов, формирующих дипольный момент у частиц. Поэтому осаждение аэрозоля с очень низкой относительной плотностью 0.01-0.1 происходит даже в заряженном состоянии.

В зависимости от исполнения в технике ЭМК могут быть реализованы следующие операции:

• 1) классификация однородных порошков по размеру частиц;
• 2) сепарация неоднородных порошков по размеру и материалу одновременно;
• 3) измельчение, в том числе таких пластичных материалов, как свинец, цинк, магний, иодид аммония и т. п., до нанодисперсного состояния ~ 30 нм;
• 4) дезагрегация порошков;
• 5) механическая активация поверхности частиц;
• 6) модификация поверхности (с точки зрения электрических свойств, формы);
• 7) гомогенизация смесей наноразмерных материалов и порошков.

В силу принципа работы ЭМК не существует инструментального ограничения по размерам частиц и количеству выделяемых фракций. Благодаря закрытому объёму и зарядке частиц, которая способствует разрушению агрегатов изнутри под действием Кулоновской силы, техника ЭМК работает в диапазоне размеров частиц от ~30 нм до 300 мкм (имеется в виду удаление в виде заряженного аэрозоля), недоступных традиционной технике. Техника ЭМК способна работать в контролируемой атмосфере, при пониженных и повышенных давлениях, при температуре >80 K.

Техника ЭМК легко масштабируется. Лабораторные устройства способны работать в дискретном режиме с порциями в несколько г вещества, в то же время в непрерывном режиме производительность может достигать 10 тонн в час. Это делает возможным использование техники ЭМК не только в наноиндустрии, но даже при тонкой переработке минерального сырья и отходов энергетики, металлургии, горно-обогатительных комбинатов.