مطالعه بر روی درجه تالک و ارزش سایش: ساختار معدنی عملکرد سایش را تعیین می کند

پودر تالک یک پرکننده عملکردی اصلی در صنعت کاغذسازی است که به طور گسترده در کاغذهای فرهنگی، کاغذ بسته بندی و کاغذهای تخصصی استفاده می شود و معمولاً 10 تا 30 درصد وزن خشک کاغذ را تشکیل می دهد. از آنجایی که سرعت کار ماشین‌های کاغذ مدرن از 1500 متر در دقیقه فراتر می‌رود و تجهیزات کاغذسازی به طور فزاینده‌ای پیچیده می‌شوند، ویژگی سایشی پرکننده‌ها به عاملی حیاتی تبدیل شده است که بر پایداری عملیاتی دستگاه کاغذ، عمر سرویس تجهیزات و هزینه‌های تولید تأثیر می‌گذارد.

سنگ معدن تالک یک ذخایر معدنی پیچیده است که با کانی های متعدد مرتبط است و تالک خالص بسیار نادر است و منیزیت به عنوان ناخالصی اولیه مرتبط با آن عمل می کند. تالک و منیزیت از نظر سختی، ساختار کریستالی و مورفولوژی ذرات به شدت متفاوت هستند، که مستقیماً منجر به عملکرد سایشی بسیار متفاوت پودرهای تالک با درجه های مختلف می شود. این مقاله تفاوت‌های اصلی بین این دو کانی را از منظر کانی‌شناسی تحلیل می‌کند و علل ریشه‌ای سایش ناشی از تالک را شناسایی می‌کند.

I. پیشینه تحقیق و مسائل اصلی

در تولید واقعی، پودر تالک با عیار پایین با محتوای منیزیت بالا دارای ارزش سایشی از 30 میلی‌گرم تا 45 میلی‌گرم است، در حالی که پودر تالک با عیار خالص عمیق می‌تواند ارزش سایشی زیر 10 میلی‌گرم را به دست آورد. پرکننده‌هایی با ارزش سایشی بیش از حد، سایش پارچه را تسریع می‌کنند، طول عمر برش‌های کاغذ را کوتاه می‌کنند و مصرف انرژی تجهیزات پالایشی را افزایش می‌دهند. این نه تنها هزینه های نگهداری را افزایش می دهد، بلکه کیفیت کاغذ را نیز کاهش می دهد.

بنابراین، روشن کردن همبستگی درونی بین عیار تالک، محتوای ناخالصی و ارزش ساییدگی، اهمیت راهنمای مهمی برای شرکت‌های فرآوری مواد معدنی تالک و تولیدکنندگان کاغذ در انتخاب پرکننده دارد.

این تحقیق با تکیه بر داده های تجربی مرکز تحقیق و توسعه گروه Liaoning Xinda Talc، مسائل سایشی تالک را از چهار بعد بررسی می کند: خواص معدنی، قوانین کمی، اثرات تجهیزات و توصیه های کاربردی.

II. تالک در مقابل منیزیت: ساختارهای کریستالی کاملاً متمایز

تالک: ساختار لایه‌ای با روان‌کاری ذاتی تالک یک کانی سیلیکات لایه‌ای ۲:۱ با فرمول شیمیایی (ce{Mg3Si4O10(OH)2} است. ساختار آن متشکل از یک لایه هشت وجهی منیزیم-اکسیژن است که بین دو لایه چهار وجهی سیلیکون-اکسیژن قرار گرفته است و لایه های مجاور فقط توسط نیروهای ضعیف واندروالسی محدود شده اند.

این ساختار تالک را قادر می‌سازد تا به آسانی ذرات لایه‌ای ریز را با مقاومت لغزش بین لایه‌ای بسیار کم و عملکرد خود روان‌کاری فوق‌العاده تشکیل دهد. ذرات تالک که مانند "بلبرینگ های میکروسکوپی" بین تجهیزات و الیاف توزیع شده اند، به طور موثر اصطکاک را کاهش می دهند.

منیزیت: ساختار منشوری لوزی، سخت و مستعد سایش برش

منیزیت یک کانی کربناته است که دارای ساختار شبکه فضایی از نوع کلسیتی با شکاف ضعیف یا غایب است. به ذرات با سطوح شکستگی تیز می شکند.

منیزیت بیشتر به صورت بلورهای لوزی و منشوری وجود دارد. به جای تغییر شکل پلاستیک تحت نیروی خارجی، دچار شکستگی شکننده می شود و ذرات با لبه های تیز تولید می کند که به عنوان ابزارهای برش میکروسکوپی عمل می کنند - مقصر اصلی ساییدگی تجهیزات.

III. مقایسه سختی: مواد معدنی نرم در مقابل ناخالصی سخت

سختی Mohs یک شاخص اصلی برای اندازه گیری مقاومت به سایش و مقاومت در برابر تغییر شکل یک کانی است:

تالک دارای سختی Mohs فقط 1 است که در میان نرم‌ترین کانی‌های موجود در طبیعت و قابل خراشیدن با ناخن قرار می‌گیرد. تحت فشار، فقط بین لایه ها می لغزد و به صورت تکه های نازک تر شکسته می شود و به سختی سطوح تماس را ساییده می کند.

منیزیت دارای سختی Mohs 3.5 تا 4.5 است که بین کلسیت و فلوریت قرار می گیرد. در محیط کار با سرعت بالا انتهای مرطوب کاغذسازی، چنین ذرات سختی باعث سایش قابل توجهی روی پارچه های فولادی ضد زنگ و اجزای سرامیکی می شود.

قابل ذکر است که سایش تنها با سختی تعیین نمی شود. ذرات لبه تیز تشکیل شده از منیزیت شکسته، غلظت تنش را تحریک کرده و اثرات سایش را به شدت تقویت می‌کنند، در حالی که ذرات لایه‌ای تالک صاف، تنش تماس را در هنگام برخورد کاهش می‌دهند.

IV. پاراژنز تالک و منیزیت و فناوری‌های جداسازی صنعتی

مناطق عمده تولید کننده تالک در چین از جمله لیائونینگ، شاندونگ و گوانگشی با رشد میان دانه ریز و پاراژنز تالک و منیزیت مشخص می شوند که تفکیک کامل این دو کانی را دشوار می کند. چهار روش اصلی جداسازی صنعتی در حال حاضر اتخاذ شده است:

1. مرتب سازی دستی: مرتب سازی دستی بر اساس تفاوت بافتی بین تالک لغزنده و منیزیت خشن. فقط برای سنگ معدن درشت دانه با راندمان پایین و دقت ضعیف قابل استفاده است.

2. فلوتاسیون: جداسازی با اعمال نفوذ آبگریزی تالک و آب دوستی منیزیت، قادر به تولید کنسانتره با محتوای تالک بالای 90 درصد است. فرآیند تصفیه غالب

3. جداسازی الکترواستاتیک: جداسازی الکترواستاتیکی به واسطه بارهای الکتریکی مخالف - تالک بارهای منفی و منیزیت حامل بارهای مثبت تحت میدان های الکتریکی با ولتاژ بالا است.

4. انتخابی سنگ زنی-الک: استفاده از تفاوت سختی. تالک نرم ترجیحاً به صورت ذرات ریز آسیاب می شود در حالی که منیزیت سخت دانه های درشت را حفظ می کند و به دنبال آن از طریق الک جدا می شود.

درجات خالص سازی بالاتر سنگ معدن با عیار بالاتر تالک و ارزش سایشی کمتر مطابقت دارد، اما به طور همزمان منجر به کاهش عملکرد و افزایش هزینه های تولید می شود. ایجاد تعادل در عملکرد سایشی پایین و بازده اقتصادی یک نگرانی کلیدی برای شرکت های بالادستی و پایین دستی است.