مطاحن الكرات للمواد الجديدة: بطاريات الليثيوم، والمعادن النادرة، والتحفيز، والطاقة الكهروضوئية، وحماية البيئة

منذ اختراعه منذ أكثر من قرن من الزمان، مطحنة الكرة استُخدمت على نطاق واسع في صناعات متنوعة، منها الكيمياء، والتعدين، ومواد البناء، والطاقة، والصناعات الدوائية، والدفاع. وتُعدّ عملية الطحن بالكرات قيّمة بشكل خاص في معالجة المعادن المعقدة. كما يستخدمها الباحثون لتعديل وتنشيط أسطح المساحيق. تدعم هذه الطريقة التخليق الوظيفي للمساحيق والسبائك الميكانيكية. كما تلعب دورًا رئيسيًا في تحضير المساحيق فائقة الدقة. وتتمتع عملية الطحن بالكرات الميكانيكية بإمكانيات بحثية وتطبيقية واسعة في هذه المجالات. والآن، مطاحن الكرات بفضل بنيتها البسيطة وتشغيلها المستمر وقدرتها القوية على التكيف، دخلت المواد الجديدة لبطاريات الليثيوم والأتربة النادرة والتحفيز والطاقة الكهروضوئية ومجالات حماية البيئة.

مميزات وعيوب مطحنة الكرات

تتميز مطحنة الكرات بهيكل بسيط وتعمل باستمرار. تتميز بمرونة عالية وأداء مستقر، مما يجعلها مناسبة للاستخدام على نطاق واسع وسهلة التشغيل الآلي. تتراوح نسبة التكسير بين 3 و100 ميكرومتر. ويمكنها معالجة مختلف المواد الخام المعدنية. ويمكن للمستخدمين استخدام طريقتي الطحن الرطب والجاف.

من المعروف أن مطاحن الكرات تستهلك طاقة عالية، وكفاءة تحويل الطاقة إلى مساحة سطح مسحوق منخفضة. يهدر النظام معظم الطاقة بدلاً من استخدامها لتقليل حجم الجسيمات. علاوة على ذلك، تؤثر الطاقة الإنتاجية لمطاحن الكرات على الكفاءة الكلية للعملية. لذلك، يُعدّ تحسين عملية الطحن أمرًا بالغ الأهمية، إذ يُقلل استهلاك الطاقة ويحسّن الكفاءة. سيؤدي ذلك إلى تحسين طحن المواد الخام وزيادة إنتاجية المنتج النهائي.

التقدم البحثي في مجال الطحن الكروي الميكانيكي في مجال المواد الجديدة

مواد بطارية الليثيوم

استخدام مطاحن الكرات للمواد الجديدة - بطاريات الليثيوم، خُلط مركب هيدروكسيد النيكل والكوبالت والمنغنيز Ni0.5Co0.2Mn0.39(OH)2 بالتساوي مع كربونات الليثيوم. ثم حُمِّل الخليط في درجة حرارة عالية لتحضير مركب LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 غير منتظم الشكل. أظهر التوصيف أن المادة ذات بنية NaFeO2 وقيمة pH 11.18. بلغت سعة التفريغ للدورة الأولى 167.5 مللي أمبير/جم (عند كثافة تيار 30 مللي أمبير/جم، 2.5-4.3 فولت). بلغت الكفاءة الكولومبية 88.9%. تشير هذه النتائج إلى أن مركب LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 المُصنَّع بتقنية الطحن الكروي يتميز برقم هيدروجيني منخفض وسعة تفريغ عالية.

تم تصنيع مادة SiOx بواسطة طحن كرات ميكانيكي في جو هوائي. استخدمها الباحثون كمواد أنود لبطاريات أيونات الليثيوم. تصل السعة الحجمية لـ SiOx إلى 1487 مللي أمبير/سم مكعب، أي أكثر من ضعف سعة الجرافيت. كفاءتها الكولومبية الأولى أعلى من SiOx غير المعالج، حيث تصل إلى 66.8%. علاوة على ذلك، يُظهر SiOx ثباتًا ممتازًا في الدورة. عند كثافة تيار تبلغ 200 مللي أمبير/جم، تبقى السعة مستقرة عند حوالي 1300 مللي أمبير/جم بعد 50 دورة. لذلك، تشير هذه النتائج إلى الإمكانات العملية لـ SiOx المُحضر بهذه الطريقة.

يُمكن لمركب الطحن الكروي الميكانيكي عالي الطاقة، المصنوع من الجرافيت الاصطناعي للكتلة الحيوية والسيليكون، أن يُحسّن بفعالية البنية الدقيقة والأداء الكهروكيميائي لمواد أنود السيليكون. يحتفظ القطب المركب بسعة تفريغ تبلغ 995 مللي أمبير/جرام بعد 100 دورة عند تيار تفريغ 1 أمبير/جرام، مما يُظهر أداءً جيدًا.

المواد الأرضية النادرة

في مسحوق تلميع العناصر الأرضية النادرة، تزيد عملية الطحن الكروي الميكانيكي من قوة القص أثناء التفاعلات الكيميائية. هذا يُسرّع انتشار الجسيمات، ويُحسّن من جودة المتفاعلات والنواتج. كما أنه يمنع دخول المذيبات، مما يُقلل من عملية الترسيب. هذا يُقلل من تأثير ظروف التحضير، ويُوسّع نطاق أبحاث مواد التلميع بشكل كبير. بالنسبة للمواد الحفزية للعناصر الأرضية النادرة، تتميز عملية الطحن الكروي الميكانيكي بالبساطة وظروف التشغيل المعتدلة.
يتيح هذا معالجة المواد على نطاق واسع، وفي الوقت نفسه، يتجنب استخدام كميات كبيرة من المذيبات، مما يمنع الملوثات السامة. علاوة على ذلك، في المغناطيسات الدائمة عالية الأداء المصنوعة من معادن أرضية نادرة، يُخفّض الطحن الكروي الميكانيكي درجة حرارة التركيب ويُحسّن الكثافة النظرية. ونتيجةً لذلك، يُظهر هذا إمكانيات تطبيقية كبيرة وإنجازات في مجالات التكنولوجيا المتطورة.

بالإضافة إلى ذلك، مطاحن الكرات يتم تطبيقه في تحضير مواد تخزين الهيدروجين الأرضية النادرة ومواد الإضاءة الأرضية النادرة.
في الختام، تُعدّ الطحن بالكرات الميكانيكية رائجة الاستخدام في تحضير المواد الأرضية النادرة. فهي تتميز بكفاءة عالية، وعمليات بسيطة، ودورات إنتاج قصيرة، وسهولة التصنيع.

المواد المحفزة

لتغيير حجم جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم وتحسين أدائها الضوئي، استخدم الباحثون مطاحن كرات عالية الطاقة على مسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم.
درس الباحثون تأثير زمن الطحن على مورفولوجيا العينات، وبنيتها البلورية، وأطياف رامان، وأطياف الفلورسنت، وأدائها التحفيزي الضوئي. ونتيجةً لذلك، كان معدل تحلل عينات ثاني أكسيد التيتانيوم المطحونة بالكرات أعلى من معدل العينات غير المطحونة. والجدير بالذكر أن العينة المطحونة لمدة 4 ساعات أظهرت أعلى معدل تحلل، مما يدل على أفضل أداء تحفيزي ضوئي.

المواد الكهروضوئية

استُخدمت طريقة الطحن بالكرات الميكانيكية والاختزال الكيميائي لتحضير مسحوق رقائق الفضة اللامعة. ودرست الدراسة تأثير طريقة الطحن ووقته وسرعته على خصائص المسحوق. وأظهرت النتائج أن الطحن بالكرات الرطبة يتميز بكفاءة أعلى في تكوين الرقائق.
ومع ذلك، فإن مسحوق الفضة المتقشر الذي يتم تحضيره عن طريق طحن الكرات الجافة يتميز بحجم رقائق أكبر ومظهر فضي أكثر إشراقًا.

مواد البيروفسكايت

تم تحضير مساحيق نانوية من بيروفسكايت مزدوج خالٍ من الرصاص، Cs2AgBiBr6، باستخدام الطحن الكروي الميكانيكي. مع زيادة وقت الطحن الكروي، وصلت مساحيق Cs2AgBiBr6 النانوية إلى مرحلة النقاء، وانخفض حجم الجسيمات تدريجيًا إلى حوالي 100 نانومتر، وتغير شكلها من شكل القضيب إلى شكل دائري.

مادة الامتزاز

قامت مطاحن الكرات بتنشيط معادن غير معدنية مثل الحجر الجيري والكاولين والسربنتين، مما عزز تفاعلها مع مكونات ضارة مثل النحاس والرصاص والزرنيخ في الماء. وقد أدى ذلك إلى تحقيق عملية تنقية مياه جديدة وفعالة وبسيطة ومنخفضة التكلفة، مما أتاح الترسيب الانتقائي واستعادة المكونات المعدنية المستهدفة. قمنا بإعداد مادة معدلة من المونتموريلونيت (BHTMt) ذات بنية مسامية ممتازة ومجموعات وظيفية غنية عن طريق الطحن الجاف بالكرات، مما حسّن من قيود تطبيقها في امتصاص الغاز. بعد الطحن بالكرات، زادت المساحة السطحية النوعية لمادة BTMt من 20.6 متر مربع/جم إلى 186.4 متر مربع/جم، ووصلت المسامية الدقيقة إلى 47%. تتميز مادة BTMt بأفضل أداء امتصاص للتولوين (55.9 ملجم/جم)، وهو أعلى بست مرات من أداء مادة Mt الأصلية.

خاتمة

مقارنةً بالطرق الأخرى، يُخفّض طحن الكرات طاقة التنشيط بشكل ملحوظ أثناء التفاعلات الكيميائية. فهو يُقلّل حجم جسيمات المسحوق ويزيد من نشاطه. علاوةً على ذلك، يُحسّن توزيع حجم الجسيمات ويعزز الترابط بين السطوح. كما يُعزّز انتشار أيونات الحالة الصلبة ويُحفّز تفاعلات كيميائية منخفضة الحرارة.
يُحسّن هذا الطحن كثافة المواد وخواصها البصرية والكهربائية والحرارية. كما يستخدم الطحن الكروي معدات بسيطة، ويوفر تحكمًا سهلًا في العملية. يتميز بتكلفة منخفضة، وتلوث منخفض، وكفاءة عالية في استخدام الطاقة. لذا، فهو تقنية واعدة لإنتاج مواد قابلة للتوسع.

مسحوق ملحمي

مسحوق ملحميأكثر من ٢٠ عامًا من الخبرة في صناعة المساحيق فائقة النعومة. ندعم بنشاط تطوير المساحيق فائقة النعومة، مع التركيز على عمليات التكسير والطحن والتصنيف والتعديل. تواصل معنا للحصول على استشارة مجانية وحلول مُخصصة! فريقنا من الخبراء مُلتزم بتقديم منتجات وخدمات عالية الجودة لتعزيز قيمة معالجة مساحيقك. إيبك باودر - خبيرك الموثوق في معالجة المساحيق!