كيفية تحسين أداء مطحنة النفث؟

يمكن تقييم أداء مطحنة النفث بناءً على عدة معايير رئيسية مثل كفاءة تقليل حجم الجسيمات، واستهلاك الطاقة، وجودة المنتج.

التكسير بالهواء هو استخدام تدفق الهواء عالي السرعة أو طاقة البخار المحمص للتكسير فائق الدقة للمواد الصلبة؛ وهو أحد أكثر طرق التكسير فائق الدقة شيوعًا، ويستخدم على نطاق واسع في المعادن غير الفلزية، والمستحضرات الصيدلانية، والمواد الكيميائية، وعلم المعادن، والمواد الجديدة، والمواد الخزفية، ومواد الليثيوم، ومواد الأرض النادرة، والمعادن النادرة، والكوارتز، والمواد المقاومة للهب، وغيرها من الصناعات التي تتطلب معالجة فائقة الدقة للمواد.
تختلف معدات التكسير بالهواء عن مطاحن الكرات، ومطاحن الاهتزاز، ومطاحن الصدمات الميكانيكية، وغيرها من معدات التكسير فائقة النعومة، حيث تتميز ببنية فريدة ومعايير تشغيل خاصة بها، مثل نوع وشكل وحجم مطحنة الهواء، ومعدل تدفق الهواء، وضغط التشغيل (ضغط مدخل الفوهة)، ونوع وحجم الفوهة، وترتيب الفوهة (الموقع المكاني)، ونوع عجلة الفرز وسرعة الدوران، وما إلى ذلك، والتي ستؤثر على فعالية التكسير بدرجات متفاوتة.

أنواع مطاحن النفث

بالنسبة لأنواع مختلفة من مطاحن النفث، لا بد من وجود اختلافات في الهيكل والمعايير، مما يؤدي إلى اختلافات في عملية التكسير وآلية التكسير.
تعتبر مطاحن النفث المستهدفة غير مناسبة لسحق المواد ذات الصلابة العالية (صلابة موس أكبر من 5)؛ تلوث المنتج أكثر خطورة، لكن كفاءة السحق عالية، والإنتاج كبير.
تتميز المطاحن الهوائية المسطحة ومطاحن الأنابيب النفاثة الدوارة بانخفاض مقاومة الصدمات، مما يجعلها غير مناسبة لسحق المواد ذات الصلابة العالية، كما أنها تُبسط منطقة الفرز لتحسين الإنتاجية. ومع ذلك، فإن توزيع حجم المنتج يكون غالبًا أوسع.
تتميز مطحنة الهواء النفاثة من نوع النفاث المزدوج، ومطحنة الهواء النفاثة من نوع السرير المميع، بخصائص حجم الجسيمات الدقيقة والتوزيع الضيق، ويكون المنتج أقل تلوثًا.
لذلك، وفقًا للمتطلبات المختلفة، فإن اختيار أنواع مختلفة من معدات التكسير بتدفق الهواء، سواء لتحسين عملية التكسير أو لتوفير الطاقة، أمر ضروري للغاية.

حجم مطحنة نفاثة

بالمقارنة مع معدات التكسير الأخرى، تتميز معدات التكسير بالهواء المضغوط بانخفاض الإنتاجية وارتفاع استهلاك الطاقة، مما يجعلها مناسبة لمعالجة المنتجات التي تتطلب معالجة مكثفة وذات قيمة مضافة عالية. ومع ذلك، فإن تأثير حجم المطحنة على كفاءة التكسير يجعل تطوير معدات التكسير بالهواء المضغوط واسعة النطاق واعدًا للغاية.
أظهرت الدراسات أن زيادة قدرة طاحونة الهواء تؤدي إلى زيادة كفاءة التكسير. ويعتمد تحسين قدرة طاحونة الهواء على زيادة حجمها؛ ومن المتوقع أن تكون طاحونة النفث هي الاتجاه التطويري المستقبلي.

ضغط التشغيل (ضغط مدخل الفوهة)

يُعد ضغط تشغيل طاحونة الهواء عاملاً هاماً يؤثر على سرعة تيار الهواء؛ فكلما زاد ضغط التشغيل، زادت سرعة تيار الهواء. وفي حالة تدفق الهواء المنتظم، تتسارع الجسيمات بشكل أفضل، وكلما زادت سرعة تيار الهواء، زادت سرعة تصادم الجسيمات، وبالتالي زادت درجة التكسير، وصغر حجم المنتج.
ومع ذلك، في ظل ضغط المدخل العالي، تصطدم الجسيمات ببعضها البعض بعنف أكبر، وتكون للجسيمات الفرعية الناتجة عن تجزئة الجسيمات حواف حادة، وتكون درجة الاستدارة أقل من تلك الموجودة تحت الضغط المنخفض.
بالإضافة إلى ذلك، عندما يكون ضغط التشغيل مرتفعًا جدًا، لا يكون انخفاض حجم جزيئات المنتج واضحًا. وفي الوقت نفسه، يزداد استهلاك الطاقة بشكل حاد، لذا يجب أن يكون الضغط المُختار معقولًا. وعندما لا تؤدي زيادة ضغط المدخل إلى زيادة مماثلة في الإنتاجية، ويجب مراعاة النعومة المطلوبة، واستهلاك الطاقة، والتكلفة، وكفاءة المطحنة.

معدل التغذية وسعة التخزين

يُعدّ معدل التغذية وتدفق الطورين الغازي والجسيمي في حجرة الطحن، بالإضافة إلى تركيز الجسيمات وسعة احتجازها، عوامل بالغة الأهمية. فعند انخفاض معدل التغذية، ينخفض تركيز الجسيمات في حجرة الطحن، وترتفع الطاقة الحركية المتوسطة للجسيمات، ما قد يؤدي إلى صغر حجم المنتج. أما عند ارتفاع معدل التغذية، فيرتفع تركيز الجسيمات في حجرة الطحن، ويرتفع معدل تصادمها، وتنخفض قوة التصادم، ما قد يؤدي إلى انخفاض أو زيادة معدل التكسير. لذا، من الضروري مراعاة التوازن بين احتمالية تصادم الجسيمات والطاقة الحركية المتوسطة التي تحملها، واختيار معدل التغذية الأمثل.
العلاقة بين سعة الاحتجاز والقطر المتوسط للمنتج هي منحنى "خطاف السمك"، أي أن هناك سعة احتجاز (نطاق) تقلل من القطر المتوسط لجزيئات المنتج.

فوهات نفث الهواء

الفوهة هي تشكيل مكونات تدفق الهواء النفاث عالي السرعة؛ ويحدد نوع الفوهة وحجمها إلى حد كبير سرعة وشكل واستقرار تدفق الهواء النفاث، بينما يؤثر التوزيع المكاني للفوهة على تسارع الجسيمات ومنطقة التصادم في مجال التدفق.
في مطحنة الهواء ذات الطبقة المميعة العامة، والتي تستخدم عادةً فوهات لافال، تكون نعومة المنتج أقل مقارنةً بتلك التي يتم الحصول عليها باستخدام فوهات أخرى. ويُسهم التدفق السلس للهواء، الذي يتوافق مع معايير شكل الفوهة، في تقليل فقد الطاقة الناتج عن تدفق الهواء النفاث عالي السرعة والمتمركز، مما يُحسّن كفاءة التكسير.

عامل التكسير

بشكل عام، يكون التكسير بالهواء باستخدام قطعة العمل عبارة عن هواء جاف وخالٍ من الزيت أو بخار محمص للغاية؛ في بعض الظروف الخاصة، يحتاج إلى تكسير المواد القابلة للاشتعال والمتفجرة واستخدام النيتروجين والغازات الخاملة كقطعة عمل.
تختلف قطعة العمل؛ كما أن سرعة تدفق الهواء النفاث ومجال التكسير سيكونان مختلفين أيضًا؛ لذا فإن استخدام قطع عمل مختلفة لتحسين عملية التكسير بالهواء يمثل اتجاهًا بحثيًا مهمًا في المستقبل.

نوع جهاز التصنيف ومعاييره

يُستخدم جهاز التصنيف للتحكم في توزيع حجم جزيئات مكونات المنتج المُكسّر بالهواء المضغوط؛ فمن خلاله، يُصبح المسحوق الناعم المطلوب هو المنتج النهائي، حيث يتم عزل الجزيئات التي لا تستوفي متطلبات النعومة بواسطة جهاز التصنيف، ثم تُعاد إلى حجرة الطحن لإتمام عملية التكسير. يُسهم جهاز التصنيف في جعل المسحوق النهائي أكثر نعومة وتماسكًا في توزيع حجم الجزيئات، ويُقلل من الطحن الزائد للجزيئات، وهو أمر بالغ الأهمية لتحسين كفاءة التكسير.
يؤثر نوع عجلة التصنيف (أفقية أو رأسية)، وبنية الشفرات، ومجال التدفق على كفاءة التصنيف؛ وعمومًا، لا يمكن التحكم في تصنيف حجم الجسيمات إلا من خلال سرعة عجلة التصنيف. وتُعتبر سرعة عجلة التصنيف القيمة المثلى للحصول على أنعم حجم ممكن للمنتج.

أنواع المواد

تختلف عملية التكسير باختلاف خصائص جزيئات المواد الفيزيائية والكيميائية. عادةً، يسهل تكسير المواد الأقل صلابة، مما يقلل من متطلبات المطحنة واستهلاك الطاقة، ويسمح بالحصول على النعومة المطلوبة للمنتج. أما المواد الأكثر صلابة، فيصعب تكسيرها، وبالتالي تتطلب ظروف تشغيل المطحنة مزيدًا من الجهد (ضغط التشغيل وجهاز التصنيف، إلخ)، ويكون حجم المنتج خشنًا نسبيًا.

إضافة مواد مساعدة على الطحن ومواد تشتيت

إن إضافة مواد مساعدة للطحن تساهم في تحسين نعومة المنتج، وزيادة كفاءة التكسير، وتقليل استهلاك الطاقة، وتحسين كفاءة ودقة التصنيف، وتحسين أداء المنتج.
يمكن أن يساعد النوع والكمية المناسبان من المشتت في تحسين تشتت الجزيئات في غرفة الطحن، وبالتالي تحسين كفاءة التكسير ونعومة المنتج؛ بالإضافة إلى ذلك، قد يكون المشتت عالي الأداء شرطًا أساسيًا مهمًا لإعداد جزيئات نانوية باستخدام التفتيت بالهواء في المستقبل.