Nhiều thay đổi khác nhau xảy ra trong vật liệu trong quá trình quá trình nghiềnNhững thay đổi này, mặc dù nhỏ trong quá trình nghiền thô, lại rất đáng kể trong quá trình nghiền siêu mịn do cường độ nghiền cao, thời gian nghiền dài và những thay đổi đáng kể về tính chất vật liệu. Hiện tượng này, do tác động cơ học trong quá trình nghiền siêu mịn, dẫn đến những thay đổi về cấu trúc tinh thể và tính chất lý hóa của vật liệu. Nó được gọi là hiệu ứng cơ hóa của quá trình nghiền.
Thay đổi kích thước hạt
Sự thay đổi rõ ràng nhất trong vật liệu bột Sau khi nghiền siêu mịn, kích thước hạt được giảm bớt. Tùy thuộc vào kích thước hạt, bột siêu mịn thường được chia thành:
- Thang đo micron (1–30 μm)
- Thang đo dưới micron (0,1–1 μm)
- Thang đo nanomet (0,001–0,1 μm)
Sự thay đổi cấu trúc tinh thể
Trong quá trình nghiền siêu mịn, lực cơ học mạnh và kéo dài gây ra các mức độ biến dạng mạng tinh thể khác nhau. Kích thước hạt giảm, cấu trúc trở nên hỗn loạn, và một pha vô định hình hoặc phi tinh thể hình thành trên bề mặt. Biến đổi đa tinh thể thậm chí có thể xảy ra. Những thay đổi này có thể được phát hiện bằng các kỹ thuật như nhiễu xạ tia X, quang phổ hồng ngoại, cộng hưởng từ hạt nhân, cộng hưởng thuận từ electron và phân tích nhiệt vi sai.
Ví dụ:
- Thạch anh: Thạch anh là một trong những khoáng vật silicat đơn giản nhất về mặt cấu trúc tinh thể và thành phần hóa học. Đây là một trong những khoáng vật đầu tiên được nghiên cứu về các hiện tượng cơ hóa học do năng lượng cơ học gây ra. Các nghiên cứu cho thấy khi thạch anh được nghiền bằng máy nghiền rung, kích thước hạt giảm dần ở giai đoạn đầu. Tuy nhiên, sau quá trình nghiền kéo dài, sự thay đổi chính là sự vô định hình do kết tụ và tái kết tinh. Độ hòa tan của thạch anh tăng lên trong dung dịch kiềm loãng hoặc nước sau khi lớp vô định hình hình thành trong quá trình nghiền.
- Cao lanh: Các khoáng vật silicat dạng lớp như cao lanh, mica, talc, bentonit và illit mất cấu trúc tinh thể có trật tự và trở nên vô định hình dưới tác động cơ học trong quá trình nghiền siêu mịn. Sự vô định hình thường liên quan đến việc mất nhóm hydroxyl và giảm năng lượng liên kết trong các khoáng vật này.
- Canxit: Biến đổi đa tinh thể là sự thay đổi cấu trúc do tác động của lực cơ học mà không làm thay đổi thành phần hóa học của vật liệu. Có hai dạng biến đổi đa tinh thể:
- Chuyển đổi hai pha, thường thuận nghịch và thu nhiệt.
- Chuyển đổi một pha, chủ yếu là không thuận nghịch và tỏa nhiệt.
Canxit biến đổi thành aragonit hình thoi trong quá trình nghiền. Quá trình biến đổi này có thể đảo ngược ở nhiệt độ và áp suất phòng. Sau quá trình nghiền kéo dài, tỷ lệ canxit và aragonit gần như bằng nhau.
- Bột vi nhôm:Với thời gian nghiền dài hơn, kích thước hạt tinh thể của nhôm oxit có độ tinh khiết cao sẽ giảm, trong khi độ biến dạng mạng tinh thể và thông số Debye hiệu quả sẽ tăng lên.
Thay đổi thành phần hóa học
Do hoạt hóa cơ học mạnh, một số vật liệu trải qua các phản ứng hóa học trực tiếp trong quá trình nghiền siêu mịn. Các phản ứng này bao gồm phản ứng phân hủy, phản ứng khí-rắn, phản ứng lỏng-rắn và phản ứng rắn-rắn.
Ví dụ:
- Trong quá trình nghiền canxit, magnesit, dolomit sắt, fenspat và spinel sắt trong máy nghiền chân không, CO₂ sẽ được giải phóng.
- Cacbonat của kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, niken, đồng, mangan, kẽm, v.v. bị phân hủy trong quá trình nghiền.
- Kẽm oxit và nhôm oxit phản ứng trong quá trình nghiền trong máy nghiền bi rung để tạo thành spinel và bột kẽm oxit vô định hình.
Thay đổi độ hòa tan
Khi nghiền mịn hoặc nghiền siêu mịn được áp dụng cho các vật liệu như thạch anh, canxit, cassiterit, corundum, bô-xít, crom, magnetit, galena, titanomagnetit, tro núi lửa và kaolin, tốc độ hòa tan và độ hòa tan của chúng trong axit vô cơ sẽ tăng lên.
Thay đổi tính chất thiêu kết
Những thay đổi về tính chất nhiệt do nghiền mịn hoặc siêu mịn chủ yếu bao gồm:
- Với khả năng phân tán được cải thiện, các phản ứng pha rắn trở nên dễ dàng hơn, giảm nhiệt độ thiêu kết và cải thiện các tính chất cơ học của sản phẩm.
- Ví dụ, sau khi nghiền mịn dolomit trong máy nghiền rung, nhiệt độ thiêu kết của vật liệu chịu lửa giảm 375–573K và các tính chất cơ học của vật liệu được cải thiện.
- Sau khi nghiền siêu mịn thạch anh và fenspat, thời gian thiêu kết men được rút ngắn và độ bền của sản phẩm gốm được cải thiện.
- Cấu trúc tinh thể thay đổi và nhiệt độ chuyển pha chuyển dịch vô định hình.
- Ví dụ, nhiệt độ chuyển tiếp từ thạch anh α sang thạch anh β và từ thạch anh sang cristobalit thay đổi do quá trình nghiền siêu mịn.
Thay đổi khả năng trao đổi cation
Một số khoáng chất silicat, đặc biệt là khoáng chất sét như bentonit và kaolin, cho thấy những thay đổi đáng kể về khả năng trao đổi cation sau khi nghiền mịn hoặc siêu mịn.
- Ví dụ, khi thời gian nghiền tăng lên, khả năng trao đổi cation của bentonit ban đầu tăng lên rồi giảm dần. Khả năng trao đổi ion canxi liên tục giảm theo thời gian nghiền.
- Sau khi nghiền trong một thời gian nhất định, khả năng trao đổi cation và khả năng trao đổi của cao lanh tăng lên, cho thấy số lượng cation có thể trao đổi tăng lên.
Tính chất hydrat hóa và thay đổi phản ứng
Nghiền mịn có thể tăng cường khả năng phản ứng của các vật liệu như canxi hydroxit, một yếu tố quan trọng trong việc chế tạo vật liệu xây dựng. Một số vật liệu trơ hoặc không đủ hoạt động trong các phản ứng hydrat hóa.
- Ví dụ, hoạt động hydrat hóa của tro núi lửa và khả năng phản ứng của nó với canxi hydroxit ban đầu gần như bằng không, nhưng sau khi nghiền mịn trong máy nghiền bi hoặc máy nghiền rung, hoạt động này tăng lên đến mức gần bằng với đất diatomit.
- Việc nghiền mịn có thể cải thiện đáng kể hiệu suất thủy hóa của xỉ lò cao. Do đó, có thể sản xuất xi măng vừa có cường độ cao vừa có hàm lượng xỉ cao hơn. Điều này có ý nghĩa to lớn đối với ngành xi măng và bảo vệ môi trường.
Sự thay đổi tính chất điện
Quá trình nghiền mịn hoặc siêu mịn cũng ảnh hưởng đến tính chất điện bề mặt và hiệu suất điện môi của khoáng vật. Ví dụ, điểm đẳng điện và thế zeta bề mặt của biotit thay đổi sau khi nghiền và va đập.
Thay đổi mật độ
Nghiên cứu về nghiền zeolit tự nhiên và tổng hợp bằng máy nghiền bi hành tinh đã cho thấy những thay đổi khác nhau về mật độ.
- Đối với zeolit tự nhiên, khối lượng riêng ban đầu giảm và đạt giá trị tối thiểu sau khoảng 120 phút nghiền. Sau khi nghiền trong thời gian dài, khối lượng riêng tăng nhẹ nhưng vẫn thấp hơn vật liệu ban đầu.
- Zeolit tổng hợp, sau một thời gian ngắn giảm mật độ, cho thấy mật độ tăng dần theo thời gian nghiền. Sau 240 phút nghiền, mật độ của mẫu vượt trội hơn mật độ của vật liệu chưa nghiền.
Tính chất của huyền phù đất sét và hydrogel
Nghiền ướt có thể tăng cường độ dẻo và độ bền uốn khô của đất sét. Ngược lại, nghiền khô làm tăng độ dẻo và độ bền uốn khô của vật liệu trong thời gian ngắn, nhưng những đặc tính này sẽ giảm dần theo thời gian nghiền kéo dài.
Tóm lại, các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi cơ hóa học của vật liệu bao gồm tính chất nguyên liệu thô, kích thước nguyên liệu, thời gian nghiền hoặc thời gian hoạt hóa, loại thiết bị, phương pháp nghiền, môi trường nghiền và phụ gia. Khi nghiên cứu các tác động cơ hóa học, cần xem xét tác động toàn diện của các yếu tố này.
bột sử thi
Epic Powder, hơn 20 năm kinh nghiệm làm việc trong ngành bột siêu mịn. Tích cực thúc đẩy sự phát triển trong tương lai của bột siêu mịn, tập trung vào quá trình nghiền, xay, phân loại và sửa đổi bột siêu mịn. Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn miễn phí và các giải pháp tùy chỉnh! Đội ngũ chuyên gia của chúng tôi tận tâm cung cấp các sản phẩm và dịch vụ chất lượng cao để tối đa hóa giá trị chế biến bột của bạn. Epic Powder—Chuyên gia chế biến bột đáng tin cậy của bạn!
