Tăng cường quá trình nghiền mịn các vật liệu rắn trong sản xuất xi măng bằng sử dụng các chất trợ nghiền từ các loại phụ gia hoạt tính bề mặt

Tăng cường quá trình nghiền mịn các vật liệu rắn trong sản xuất xi măng bằng sử dụng các chất trợ nghiền từ các loại phụ gia hoạt tính bề mặt (Phần 1)Cập nhật 03:58 pm - 25/05/2009Quá trình
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tăng cường quá trình nghiền mịn các vật liệu rắn trong sản xuất xi măng bằng sử dụng các chất trợ nghiền từ các loại phụ gia hoạt tính bề mặtTăng cường quá trình nghiền mịn các vật liệu rắn trongsản xuất xi măng bằng sử dụng các chất trợ nghiền từ cácloại phụ gia hoạt tính bề mặt (Phần 1)Cập nhật 03:58 pm - 25/05/2009Quá trình nghiền các vật liệu rắn nói chung có thể được tăng cườngđáng kể nhờ sử dụng hiệu ứng hấp phụ bề mặt làm giảm độ bềnliên kết trong cấu trúc vật liệu theo lý thuyết cấu trúc vi tinh của vậtliệu rắn do Viện sỹ N.A. Rebinder đề xuất đầu tiên – còn gọi là hiệuứng hình nêm Rebinder.1. Cơ chế tăng cường hiệu quả nghiền bằng chất trợ nghiền (grinding aid)Tất cả các vật thể rắn nhất là vật liệu phi kim loại đều có cấu trúc khuyết tật, cả trên bềmặt lẫn trong thể tích vật thể. Khi chịu tác dụng của tải trọng phá huỷ (đập, nghiền)chúng bị biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo làm cho mạng các khuyết tật phát triển vàlan rộng đáng kể, tạo ra các khuyết tật mới ngày càng nhiều trong thể tích vật thể. Cáckhuyết tật cấu trúc này như đã thấy trong lý thuyết vi cấu trúc làm giám đáng kể độ bềnliên kết của vật liệu so với trạng thái lý thuyết. Nếu như khi nghiền vật liệu rắn, người tatạo ra được sự phát triển lớn số lượng các khuyết tật trong nó thì sự phá huỷ chúng trởnên dễ dàng hơn, tiêu hao ít năng lượng nghiền đập hơn mà vẫn nâng cao được năngsuất và hiệu quả đập nghiền. Hiệu ứng hấp phụ bề mặt làm lan truyền và phát triểnkhuyết tật ở dạng vết nứt vi tinh, làm giảm độ bền liên kết ngay cả khi vật liệu chịu tảitrọng ứng suất nhỏ.Tác dụng hấp phụ được duy trì trước tiên từ các khuyết tật bề mặt. Sơ đồ các khuyết tậtbề mặt có thể được khảo sát như các vết nứt vi tinh hay các khe nứt hình nêm do cấutrúc khuyết tật của bề mặt vật liệu. Tại miệng các khe nứt có bề mặt phát triển hoàn toànvới lực hút tương ứng với năng lượng bề mặt tự do riêng phần lớn nhất σ. Theo mức sâudần từ miệng vào sâu đáy khe nứt hình nêm, năng lượng bề mặt tự do nhanh chónggiảm từ giá trị σ đến 0 (ở đáy khe nứt).Các mạch vi nứt như vậy cho phép môi trường xung quanh xâm nhập vào sâu bên trongvật liệu. Sự xâm nhập trong các khe vi nứt của các chất lỏng sẽ hình thành trong chúngmàng mỏng hấp phụ có năng lượng tự do dư khá lớn và có xu hướng tăng mạnh khigiảm chiều dày của màng chất lỏng hấp phụ, có nghĩa là khi xâm nhập chất lỏng vàosâu tận đáy khe nứt. Để giảm năng lượng bề mặt tự do của mình, màng mỏng chất lỏngtrong khe nứt có xu thế muốn tăng chiều dày lên. Kết quả đó của màng mỏng chất lỏngtrong khe nứt sẽ tạo ra áp lực xé tác động lên thành của khe nứt. Áp lực này trở nên cựcđại ở chính ngay khe nứt, có xu thế muốn cho chất lỏng có thể xâm nhập vào sâu hơntrong thể tích vật liệu. Chiều dày màng chất lỏng trong khe nứt vi tinh có thể chỉ đạt cỡ từvài trăm đến hàng nghìn phân tử và có kích thước cỡ 0,1 μm. Áp lực xé hình thành ở đáykhe nứt có thể có giá trị lớn. Thí dụ: nước khi thấm sâu vào đáy các mao quản bề mặt cóthể phát triển áp lực xé đạt cỡ 245 MN/m2 ˜ 2500 kG/cm2 ˜ Bar (atm). Áp lực xé của chấtlỏng xâm nhập được xác định bởi trị số năng lượng thấm ướt của vật liệu rắn cần pháhuỷ.Có thể dễ dàng phá huỷ vật liệu rắn dưới ảnh hưởng của các chất lỏng cho trước khilàm tăng khả năng thấm ướt của chúng nhờ phụ thêm vào chất lỏng một lượng nhỏ phụgia hoạt tính bề mặt, có khả năng hấp phụ trên bề mặt của vật liệu nghiên (hấp phụ cơhọc), nâng cao năng lượng thấm ướt của chất lỏng trên bề mặt vật liệu này. Các phân tửcủa chất hoạt tính bề mặt xâm nhập vào bên trong các vết nứt vi tinh dạng hình nêm quamiệng của chúng trên bề mặt vật liệu do lực hút và chúng dịch chuyển theo bề mặt lớphấp phụ. Nhờ khả năng tạo ra bề mặt phân chia tương tự hai cấp mà các phân tử phụgia hoạt tính bề mặt được phủ một lớp hấp phụ đồng đều (thường gồm các đơn phân tử)trên toàn bộ bề mặt bên trong các khuyết tật biến dạng của vật liệu, xâm nhập và làmyếu lực liên kết phân tử của các phần tử hạt trong vi cấu trúc, giúp cho quá trình chia cắt,phá huỷ của chúng dễ dàng hơn.Sự xâm nhập trong các khe nứt vi tinh của các phân tử hoạt tính bề mặt làm hình thànhlớp hấp phụ, khi đó xác lập khả năng làm hạ thấp năng lượng bề mặt các vật thể rắn từgiá trị ban đầu σD đến σm’ tương ứng với năng lượng bề mặt tự do riêng của lớp bề mặtphủ bởi lớp hấp phụ với mức dày đặc m mol/cm2. Như vậy lực chuyển động hút vào củalớp hấp phụ trong khe nứt sẽ là: Pσ = σ0 - σmÁp lực hai cấp này chính là lực tác dụng lên một đơn vị chiều dài của đường ranh giớiphân chia của lớp hấp phụ, áp lực này hướng theo chiều xé rộng vết nứt vào sâu thể tíchvạt thể và làm hạ thấp đáng kể năng lượng bề mặt tự do tạo khả năng phá huỷ dễ dàngvật thể rắn. Như vậy có thể hiểu một cách đơn giản là: nhờ sự xâm nhập của chất lỏngvà các chất phụ gia hoạt tính bề mặt mà mạng các vết nứt phát triển lớn và rộng khắp,làm “mềm” đi lớp bề mặt của vật thể rắn, tạo điều ...