Сотрем в нанопорошок

Наука и технологии
«Эксперт» №33 (386) 8 сентября 2003
Питерские конструкторы разработали аппарат, способный не только добывать алмазы из отвалов, но и создавать наноматериалы для электроники и биотехнологий

Дробление и измельчение материалов - самые распространенные производственные процессы в промышленности и сельском хозяйстве. Именно на эти процессы сегодня расходуется более 20% всей вырабатываемой на планете электроэнергии. Внедрение, прежде всего в горнодобывающей промышленности, разработанных питерскими учеными планетарных мельниц (вместо применяемых ныне барабанных шаровых) сократит энергопотребление процессов измельчения руды вдвое. При этом извлекаемость полезного компонента из обогащаемых руд, сейчас редко превышающая 70%, может приблизится к 100%.

Планетарные мельницы могут произвести революцию не только в горнорудной промышленности, но и в химической и металлургической, а также в цементном, керамическом и лакокрасочном производстве.

Не менее важное направление - создание новых материалов и технологий за счет использования порошков субмикронных размеров, механически активированных в планетарных мельницах.

От ступки к барабанам

Пещерный человек для измельчения корней, зерен, минералов для краски использовал пару камней, затем появилась ступка, затем изобрели жернова. Перетирка сырья между жерновами оставалась основной технологией измельчения многие века, прежде чем была придумана барабанная мельница. Работает она просто: куски породы, загруженной в "положенный на бок" и вращающийся вокруг своей оси барабан, увлекаются его стенкой, затем падают вниз и измельчаются за счет ударов и истирания. Этот принцип востребован до сих пор и применяется в так называемых мельницах самоизмельчения.

В шаровых мельницах внутри барабана помещаются металлические шары (раньше их заменяла кремневая галька). Из-за дополнительного истирания между шарами процесс измельчения материала становится намного интенсивнее, а размер помола легче регулировать - на выходе получается более равномерно смолотый порошок. Первые промышленные образцы шаровых мельниц выпустила датская компания Smidt & Kш в 80-х годах XIX века. В XX веке шаровые мельницы произвели настоящую революцию в горно-обогатительном, цементном, химическом и металлургическом производствах. Патенту на изобретение шаровой мельницы уже около 180 лет, но инженерное решение, реализованное в ней, остается актуальным и сегодня - большая часть материалов перемалывается именно ими. В мире разрабатывается около 110 тыс. месторождений минерального сырья, и на каждом из них работает от 10 до 50 шаровых мельниц (на самом крупном в России горнодобывающем предприятии - Лебединском ГОКе таких машин около сорока). У самых производительных мельниц, перемалывающих до 100 тонн породы в час, диаметр барабана достигает 6 метров, а его длина превышает 15. Чтобы раскрутить весящую сотни тонн махину, нужен соответствующий электропривод. Потребляемые одной мельницей четыре мегаватта не являются чем-то экстраординарным в горнорудной промышленности, а мельницу-рекордсмен крутит 10-мегаваттный двигатель. Таким образом, даже в развитых странах в технологическом процессе обогащения минерального сырья до двух третей капитальных и эксплуа