کاربرد فناوری نانو در فرآوری مواد معدنی

معدن و توسعه: فناوری نانو به سه زیر شاخه بالا به پایین، پایین به بالا (روش‌های ساخت) و نانو محاسبات (روش‌های مدل‌سازی و شبیه‌سازی) تقسیم‌بندی می‌شوند که هر کدام از این روش‌ها نیز به شاخه‌های گوناگون تقسیم می‌شوند. کاهش اندازه میکرو ساختاری مواد موجود می‌تواند تاثیرات بزرگی را به وجود آورد. مثلاً همان‌طور که اندازه دانه یا کریستال در یک فلز به سمت نانو مقیاس حرکت می‌کند، نسبت اتم‌های موجود بر روی مرزهای دانه‌های این جسم جامد افزایش پیدا می‌کند و آنها رفتاری کاملاً متفاوت از اتم‌هایی که روی مرز نیستند بروز می‌دهند. 

رفتار آنها شروع به تحت تاثیر قرار دادن رفتار ماده می‌کنند و در نتیجه در فلزات، افزایش استحکام، سختی، مقاومت الکتریکی، ظرفیت حرارتی ویژه، بهبود انبساط حرارتی و خواص مغناطیسی و کاهش رسانایی حرارتی دیده می‌شود. 

در اختلاط شدید از انواع همزن‌های دور بالا، همگن سازها، آسیاب‌های کلوییدی و غیره می‌توان برای تهیه قطرات ریز یک مایع در مایع دیگر (نانو کپسول‌ها) سود جست. البته عوامل فعال سطحی (خودآرایی) نقش کلیدی در ایجاد و پایداری این نانو امولسیون‌ها دارد. در روش استفاده از آسیاب گلوله‌ای با آسیا و یا پودر کردن می‌توان برای ایجاد نانو ذرات استفاده کرد. خواص نانو ذرات حاصل تحت تاثیر نوع ماده آسیاکننده، زمان آسیا و محیط اتمسفری آن قرار می‌گیرد. از این روش می‌توان برای تولید نان ذراتی از مواد استفاده کرد که با روش‌های دیگر به آسانی تولید نمی‌شوند. البته آلودگی حاصل از مواد محیط آسیاب‌کننده هم می‌تواند مشکل‌ساز باشد. نانو ذرات در حال حاضر از طیف وسیعی از مواد ساخته می‌شوند. معمول ترین آنها نانو ذرات سرامیکی بوده که به بخش سرامیک‌های اکسید فلزی (نظیر اکسیدهای تیتانیوم، روی، آلومینیوم و آهن و نانو ذرات سیلیکاتی (عموماً به شکل ذرات نانو مقیاسی رس) تقسیم می‌شود. طبق تعریف حداقل باید یکی از ابعاد آنها کمتر از 100 نانومتر باشد. نانو ذرات سرامیکی فلزی یا اکسید فلزی معمولاً اندازه یکسانی از دو یا سه نانو متر تا 100 نانومتر ـ در هر سه بعد دارند شاید شما انتظار دارید که چنین ذرات کوچکی در هوا معلق بمانند اما در واقع آنها به وسیله نیروهای الکترواستاتیک به یکدیگر چسبیده و به شکل پودر بسیار ریزی رسوب می‌کنند. کاربردهای بازارپسند این نانو مواد بسیار زیاد است. خردایش یک فرآیند منحصر به فردی است که در محدوده وسیعی از کابردهای صنعتی جهت تولید ذرات ریز کاربرد دارد اما بسیار مشکل است که توسط خردایش، ذرات را به سایز بسیار ریز تبدیل کنیم و علاوه بر این، خردایش بسیار ریز به علت ظرفیت پایین آسیا و مصرف انرژی بالا، بسیار گران است. بنابراین افزایش در کارآیی خردایش، تاثیر مفید اساسی بر روی مصرف انرژی خردایش و هزینه خواهد داشت. برای رسیدن به این هدف، انتخاب آسیای مناسب و عملیات در شرایط بهینه آسیا کردن لازم و ضروری به نظر می‏رسد. در این جهت از آسیای سانتریفیوژ استفاده می‌شود که، یک آسیای با قدرت بالا بوده و می‏تواند جهت خردایش بسیار ریز مواد مورد استفاده قرار گیرد. این آسیا با به کارگیری نیروهای سانتریفیوژ تولید شده توسط دوران محور لوله آسیا در یک چرخه فعالیت می‏کند. همچنین در فناوری نانو میتوان توسط فرآیند شیمی مکانیکی ترکیبات اکسی فلوراید لانتانیوم (Loaf) را در حد سایز بسیار ریز نانو به دست آورد. اکسی فلوراید لانتانیوم می‌تواند یک فعال‌کننده، ماده میزبان فسفر، کاتالیزور برای جفت شدن اکسایشی متان و یا اکسایش هیدروژن زدایی متان باشد. این ماده توسط دو روش مهم ترکیب می‌شود. اولین شیوه، فرآیند ترکیبی حالت جامد تحت فشار و حرارت بالا بوده و فعل و انفعالات مستقیمی را در بین مواد موجب می‌شود و دیگری فرآیند winning electro- است که جهت آماده‌سازی به یک محلول آبدار و یا یک نمک گداخته نیاز دارد. در این روش‌های ترکیبی، از فلوراید لانتانیوم یا آمونیوم فلوراید به عنوان یک منبع فلوراید مورد استفاده قرار می‌گیرد که طبعاً هزینه بالایی نیز دارد. روش جایگزین دیگر جهت ترکیب مواد کاربردی بدون استفاده از گرما می‌باشد. در این روش تنها از یک دستگاه خردایش با قدرت بالا نظیر آسیای Planetary استفاده می‌شود، به طوری که در این روش مسائل آلودگی‌های زیست محیطی به حداقل رسیده و دلیل آن عدم وجود مواد مضری چون فلوئورین در گازهای خروجی آن است. جهت جلوگیری از وجود ناخالصی‌های ناشی از پوشش گلوله‌های مورد استفاده در آسیا در زمان خردایش، از گلوله‌های از جنس زیر کونیوم استفاده می‌شود که در مقابل سائیدگی مقاوم است. 


نگارنده: راحله مظلومی 
پایگاه خبری معدن نیوز