کاربرد فناوری نانو در فرآوری مواد معدنی

--------------------------------------------------------------------------------

فناورى نانو به سه زیر شاخه بالا به پایین، پایین به بالا (روش هاى ساخت) و نانو محاسبات (روش هاى مدل سازى و شبیه سازى) تقسیم بندى مى شوند که هر کدام از این روش ها نیز به شاخه هاى گوناگون تقسیم مى شوند. کاهش اندازه میکرو ساختارى مواد موجود مى تواند تاثیرات بزرگى را به وجود آورد. مثلاً همان طور که اندازه دانه یا کریستال در یک فلز به سمت نانو مقیاس حرکت مى کند، نسبت اتم هاى موجود بر روى مرزهاى دانه هاى این جسم جامد افزایش پیدا مى کند و آنها رفتارى کاملاً متفاوت از اتم هایى که روى مرز نیستند بروز مى دهند. رفتار آنها شروع به تحت تاثیر قرار دادن رفتار ماده مى کنند و در نتیجه در فلزات، افزایش استحکام، سختى، مقاومت الکتریکى، ظرفیت حرارتى ویژه، بهبود انبساط حرارتى و خواص مغناطیسى و کاهش رسانایى حرارتى دیده مى شود.
در اختلاط شدید از انواع همزن هاى دور بالا، همگن سازها، آسیاب هاى کلوییدى و غیره مى توان براى تهیه قطرات ریز یک مایع در مایع دیگر (نانو کپسول ها) سود جست. البته عوامل فعال سطحى (خودآرایى) نقش کلیدى در ایجاد و پایدارى این نانو امولسیون ها دارد. در روش استفاده از آسیاب گلوله اى با آسیا و یا پودر کردن مى توان براى ایجاد نانو ذرات استفاده کرد. خواص نانو ذرات حاصل تحت تاثیر نوع ماده آسیاکننده، زمان آسیا و محیط اتمسفرى آن قرار مى گیرد. از این روش مى توان براى تولید نان ذراتى از مواد استفاده کرد که با روش هاى دیگر به آسانى تولید نمى شوند. البته آلودگى حاصل از مواد محیط آسیاب کننده هم مى تواند مشکل ساز باشد. نانو ذرات در حال حاضر از طیف وسیعى از مواد ساخته مى شوند. معمول ترین آنها نانو ذرات سرامیکى بوده که به بخش سرامیک هاى اکسید فلزى (نظیر اکسیدهاى تیتانیوم، روى، آلومینیوم و آهن و نانو ذرات سیلیکاتى (عموماً به شکل ذرات نانو مقیاسى رس) تقسیم مى شود. طبق تعریف حداقل باید یکى از ابعاد آنها کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. نانو ذرات سرامیکى فلزى یا اکسید فلزى معمولاً اندازه یکسانى از دو یا سه نانو متر تا ۱۰۰ نانو متر – در هر سه بعد دارند شاید شما انتظار دارید که چنین ذرات کوچکى در هوا معلق بمانند اما در واقع آنها به وسیله نیروهاى الکترواستاتیک به یکدیگر چسبیده و به شکل پودر بسیار ریزى رسوب مى کنند. کاربردهاى بازارپسند این نانو مواد بسیار زیاد است. خردایش یک فرآیند منحصر به فردى است که در محدوده وسیعى از کابردهاى صنعتى 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 انرژى بالا، بسیار گران است. بنابراین افزایش در کارآیى خردایش، تاثیر مفید اساسى بر روى مصرف انرژى خردایش و هزینه خواهد داشت. براى رسیدن به این هدف، انتخاب آسیاى مناسب و عملیات در شرایط بهینه آسیا کردن لازم و ضرورى به نظر می‏رسد. در این جهت از آسیاى سانتریفیوژ استفاده مى شود که، یک آسیاى با قدرت بالا بوده و می‏تواند جهت خردایش بسیار ریز مواد مورد استفاده قرار گیرد. این آسیا با به کارگیرى نیروهاى سانتریفیوژ تولید شده توسط دوران محور لوله آسیا در یک چرخه فعالیت می‏کند. همچنین در فناورى نانو میتوان توسط فرآیند شیمى مکانیکى ترکیبات اکسى فلوراید لانتانیوم (Loaf) را در حد سایز بسیار ریز نانو به دست آورد. اکسى فلوراید لانتانیوم مى تواند یک فعال کننده، ماده میزبان فسفر، کاتالیزور براى جفت شدن اکسایشى متان و یا اکسایش هیدروژن زدایى متان باشد. این ماده توسط دو روش مهم ترکیب مى شود. اولین شیوه، فرآیند ترکیبى حالت جامد تحت فشار و حرارت بالا بوده و فعل و انفعالات مستقیمى را در بین مواد موجب مى شود و دیگرى فرآیند electro_winning است که جهت آماده سازى به یک محلول آبدار و یا یک نمک گداخته نیاز دارد. در این روش هاى ترکیبى، از فلوراید لانتانیوم یا آمونیوم فلوراید به عنوان یک منبع فلوراید مورد استفاده قرار مى گیرد که طبعاً داراى هزینه بالایى نیز است. روش جایگزین دیگر جهت ترکیب مواد کاربردى بدون استفاده از گرما مى باشد. در این روش تنها از یک دستگاه خردایش با قدرت بالا نظیر آسیاى Planetary استفاده مى شود، به طورى که در این روش مسائل آلودگى هاى زیست محیطى به حداقل رسیده و دلیل آن عدم وجود مواد مضرى چون فلوئورین در گازهاى خروجى آن است. جهت جلوگیرى از وجود ناخالصى هاى ناشى از پوشش گلوله هاى مورد استفاده در آسیا در زمان خردایش، از گلوله هاى از جنس زیر کونیوم استفاده مى شود که در مقابل سائیدگى مقاوم است