Исходная частица; 2, 3 – образовавшаяся частица

Работа диспергирования определяется по формуле:

(2)

где: s — удельная поверхностная энергия; DS=S₁+S₂-S₀ – увеличение площади суммарной поверхности.

Следующая стадия измельчения материалов до размеров частиц 0,1-1 мм производится на размольном оборудовании с жерновами – бегунах (рис. 5).

Из механических способов измельчения материалов получение наиболее тонкодисперсных порошков обеспечивается применением шаровых мельниц (рис. 6).

Рис. 6. Измельчение в шаровых мельницах

Время измельчения – от нескольких до нескольких десятков часов.

Измельчаемый материал засыпается внутрь полого цилиндра 1, где он подвергается действию шаров 2 из стали или агата. Цилиндр размещается на двух резиновых роликах 3 и 4, причем ролик 3 является ведущим, а ролик 4 установлен на своей оси свободно.

Кроме шаров и измельчаемого материала внутри цилиндра содержится также жидкость (вода со специальными присадками).

Кинетика процесса измельчения

Одной из характеристик порошковых материалов является их удельная поверхность, то есть суммарная поверхность частиц, приходящаяся на единицу массы порошка. С повышением дисперсности порошка его удельная поверхность возрастает.

Уравнение кинетики измельчения S = f(t), где S — суммарная площадь поверхностей частиц единицы массы порошка; t –– время измельчения, определяется из условия:

, (3)

где S _max — максимально достижимая для данного материала поверхность.

Разделяя переменные, получаем:

Решая это уравнение, имеем:

Постоянную интегрирования С определяем из граничных условий.

Пусть при t = 0 S = 0. Тогда оказывается, что lnS_max = C, и предыдущее уравнение принимает вид:

откуда имеем: .

Тогда уравнение кинетики измельчения принимает вид:

(4)

Зависимость (4) показана кривой 2 на рис. 7. Кинетика и механизм измельчения существенно изменяются при введении поверхностно активных веществ (ПАВ) (кривая 1 на рис. 7).

Адсорбция ПАВ понижает поверхностную энергию частиц, интенсифицируя процесс. Дефекты структуры и граница зерен, обладая избыточной энергией, являются местами преимущественной адсорбции ПАВ и вместе с тем каналами для их быстрой миграции. Под действием капиллярных сил и разной полярности вещества вклиниваются в микрощели, предотвращают их самозалечивание во время промежутков между ударными воздействиями мелющих тел и способствуют накапливанию разрушающих напряжений.

При отсутствии ПАВ может также наблюдаться агрегирование измельчаемых частиц (кривая 3 на рис. 7) за счет слипания ранее образовавшихся частиц.