Шаровая мельница

Шаровая мельница — это тип мельницы, наполненной мелющими шарами, используемая для измельчения или смешивания материалов для использования в процессах обогащения минералов , красок, пиротехники, керамики и селективного лазерного спекания . Он работает по принципу удара и истирания: уменьшение размера происходит за счет удара, когда шарики падают почти с верхней части корпуса.

Шаровая мельница представляет собой полый цилиндрический корпус, вращающийся вокруг своей оси. Ось оболочки может быть как горизонтальной, так и под небольшим углом к горизонту. Он частично заполнен шариками. Мелющими телами являются шары, которые могут быть изготовлены из стали ( хромистой стали ), нержавеющей стали, керамики или резины. Внутренняя поверхность цилиндрической оболочки обычно покрыта износостойким материалом, например марганцовистой сталью или резиновой облицовкой. Меньший износ происходит в мельницах с резиновой футеровкой. Длина мельницы примерно равна ее диаметру.

Общая идея шаровой мельницы очень древняя, но только после промышленной революции и изобретения паровой энергии удалось построить эффективную шаровую мельницу. Сообщается, что в 1870 году его использовали для шлифования кремня для гончарных изделий . ^[1]

Работающий

В случае шаровой мельницы непрерывного действия измельчаемый материал подается слева через конус под углом 60°, а продукт выгружается через конус под углом 30° вправо. Когда оболочка вращается, шарики поднимаются вверх на поднимающейся стороне оболочки, а затем скатываются вниз (или падают на кормушку) почти из верхней части оболочки. При этом твердые частицы между шарами и землей уменьшаются в размерах за счет удара.

Приложения

Шаровые мельницы используются для измельчения таких материалов, как горные руды, уголь, пигменты и полевой шпат для керамики. Шлифование может осуществляться мокрым или сухим, но первое выполняется на низкой скорости. Шаровые мельницы часто используются в научной работе для уменьшения размера частиц , устранения агломерации, изменения формы частиц, обеспечения механосплавления , смешивания, получения порошков и изменения свойств материалов. ^[2] Была разработана шаровая мельница с открытым исходным кодом, которую можно изготовить с помощью 3D-принтера за несколько сотен долларов. ^[3] Он может работать как от сети для лабораторных работ, так и от сети с использованием солнечных фотоэлектрических элементов и аккумулятора для полевых работ. ^[3] Смешивание взрывчатых веществ является примером применения резиновых шариков. ^[4] Было показано, что для систем с несколькими компонентами шаровая мельница эффективна для повышения химической активности в твердом состоянии . ^[5] Кроме того, шаровая мельница оказалась эффективной для производства аморфных материалов. ^[5] Также может быть полезно отделять газы, такие как водород , и хранить их в виде порошка. ^[6]^[7]

Описание

Шаровая мельница, разновидность дробилки , представляет собой цилиндрическое устройство, используемое для измельчения (или смешивания) материалов, таких как руды , химикаты, керамическое сырье и краски. Шаровые мельницы вращаются вокруг горизонтальной оси, частично заполненные измельчаемым материалом и мелющей средой. В качестве среды используются различные материалы, в том числе керамические шарики, кремневые камешки и из нержавеющей стали шарики . Внутренний каскадный эффект превращает материал в мелкий порошок. Промышленные шаровые мельницы могут работать непрерывно, с подачей на одном конце и разгрузкой на другом конце. Шаровые мельницы больших и средних размеров механически вращаются вокруг своей оси, но маленькие обычно состоят из контейнера с цилиндрической крышкой, который установлен на двух приводных валах ( шкивы для передачи вращательного движения используются каменный стакан и ремни). По такому же принципу работает . Шаровые мельницы также используются в пиротехнике и производстве черного пороха , но не могут использоваться при приготовлении некоторых пиротехнических смесей, таких как световой порох, из-за их чувствительности к ударам. Высококачественные шаровые мельницы потенциально дороги и могут измельчать частицы смеси до 5 нм , что значительно увеличивает площадь поверхности и скорость реакции.

Шлифование работает по принципу критической скорости. Под критической скоростью можно понимать такую скорость, после которой стальные шарики, отвечающие за измельчение частиц, начинают вращаться в направлении цилиндрического устройства, не вызывая, таким образом, дальнейшего измельчения.

Шаровые мельницы широко используются в процессе механического легирования . ^[8] в которых их применяют для шлифовки и для холодной сварки, получения сплавов из порошков. ^[9]

Шаровая мельница является ключевым оборудованием для измельчения измельченных материалов и широко применяется в производственных линиях для производства порошков, таких как цемент, силикаты, огнеупорные материалы, удобрения, стеклокерамика и т. д., а также для обогащения руд черных и цветные металлы. Шаровая мельница может измельчать руду и другие материалы, влажные или сухие. Существует два типа шаровых мельниц в зависимости от способа разгрузки материала: решетчатый тип и переливной тип. Для использования в шаровых мельницах подходят многие типы мелющих тел, каждый из которых имеет свои особые свойства и преимущества. Основными свойствами мелющих тел являются размер, плотность, твердость и состав.

Размер: чем меньше частицы носителя, тем меньше размер частиц конечного продукта. Частицы мелющих тел должны быть существенно крупнее самых крупных кусков измельчаемого материала.
Плотность: среда должна быть плотнее измельчаемого материала. Проблема возникает, если мелющие тела всплывают на поверхность измельчаемого материала.
Твердость: мелющие тела должны быть достаточно прочными, чтобы измельчать материал, но, по возможности, не настолько жесткими, чтобы изнашивать барабан.
Состав: Различные виды шлифования предъявляют особые требования. Некоторые из этих требований основаны на том, что некоторые мелющие тела присутствуют в готовом продукте, тогда как другие основаны на том, как мелющие тела будут реагировать с измельчаемым материалом.
Если важен цвет готового продукта, необходимо учитывать цвет и материал мелющих тел.
Если важен низкий уровень загрязнения, мелющие тела можно выбирать так, чтобы их было легче отделить от готового продукта (например, стальная пыль, полученная из материалов из нержавеющей стали, может быть отделена магнитным способом от продуктов цветных металлов). Альтернативой сепарации является использование среды из того же материала, что и измельчаемый продукт.
Легковоспламеняющиеся продукты имеют тенденцию становиться взрывоопасными в виде порошка . Стальные материалы могут искрить, становясь источником возгорания этих продуктов. либо мокрое измельчение, либо неискрящие материалы, такие как керамика или свинец . Необходимо выбирать
Некоторые среды, например железо, могут вступать в реакцию с коррозионными материалами. По этой причине мелющие тела из нержавеющей стали , керамики и кремня можно использовать, если во время измельчения присутствуют коррозионные вещества.

Камера измельчения также может быть заполнена инертным защитным газом , который не вступает в реакцию с измельчаемым материалом, чтобы предотвратить окисление или взрывные реакции, которые могут возникнуть с окружающим воздухом внутри мельницы.

Преимущества шаровой мельницы

Шаровая мельница имеет ряд преимуществ перед другими системами: низкая стоимость установки и мелющей среды; мощность и крупность можно регулировать, регулируя диаметр шарика; подходит как для периодической, так и для непрерывной работы; подходит для шлифования открытого и закрытого цикла; применим для материалов всех степеней твердости.

Разновидности

Помимо обычных шаровых мельниц, существует второй тип шаровых мельниц, называемый планетарной шаровой мельницей . Планетарные шаровые мельницы меньше обычных шаровых мельниц и в основном используются в лабораториях для измельчения пробы материала до очень мелких размеров. Планетарная шаровая мельница состоит по меньшей мере из одного размольного стакана, эксцентрично расположенного на так называемом солнечном колесе. Направление движения солнечного колеса противоположно направлению движения размольных стаканов (соотношение: 1:-2 или 1:-1). Мелющие шары в размольных стаканах подвергаются наложенным вращательным движениям, так называемым силам Кориолиса. Разница в скоростях между шарами и размольными стаканами приводит к взаимодействию сил трения и удара, что приводит к высвобождению высокой динамической энергии. Взаимодействие этих сил обеспечивает высокую и очень эффективную степень измельчения планетарной шаровой мельницы.

См. также

Ссылки

^ Линч, А.; Роуленд С. (2005). История шлифовки . МСП. ISBN 0-87335-238-6 .
^ Нейков, Олег Д. (2019), «Введение» , Справочник по порошкам цветных металлов , Elsevier, стр. xvii–xxi, doi : 10.1016/b978-0-08-100543-9.09993-0 , ISBN 978-0-08-100543-9 , получено 30 июля 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б Моттаги, Марьям; Рахман, Мотакаббир; Кулкарни, Апурв; Пирс, Джошуа М. (июнь 2023 г.). «Шаровая мельница с открытым исходным кодом, работающая от переменного тока / фотоэлектрической энергии» . Аппаратное обеспечениеX . 14 : e00423. дои : 10.1016/j.ohx.2023.e00423 . ISSN 2468-0672 . ПМЦ 10176261 . ПМИД 37188059 .
^ Армия США (1989), Техническое руководство Департамента армии: военные взрывчатые вещества (TM 9-1300-214) , стр. 10–8.
^ Jump up to: ^а ^б Такач, Ласло (январь 2002 г.). «Самоподдерживающиеся реакции, вызванные шаровой мельницей». Прогресс в материаловедении . 47 (4): 355–414. дои : 10.1016/S0079-6425(01)00002-0 .
^ «Механохимический прорыв открывает доступ к дешевому и безопасному порошкообразному водороду» . Новый Атлас . 19 июля 2022 г. Проверено 28 июля 2022 г.
^ Матети, Шрикант; Чжан, Чунмей; Ду, Айджун; Периасами, Сельваканнан; Чен, Ин Ян (9 июля 2022 г.). «Превосходное хранение и энергосберегающее разделение углеводородных газов в нанолистах нитрида бора с помощью механохимического процесса» . Материалы сегодня . 57 : 26–34. дои : 10.1016/j.mattod.2022.06.004 . ISSN 1369-7021 . S2CID 250413503 .
^ Флорес-Самора, Мичиган; и др. (2008). «Сравнительное исследование сплавов Al-Ni-Mo, полученных механическим легированием в различных шаровых мельницах» (PDF) . Преподобный Адв. Матер. Наука . 18 :301.
^ Технология механического легирования , Институт обработки материалов.

[1] Линч, А.; Роуленд С. (2005). История шлифовки . МСП. ISBN 0-87335-238-6 .

[2] Нейков, Олег Д. (2019), «Введение» , Справочник по порошкам цветных металлов , Elsevier, стр. xvii–xxi, doi : 10.1016/b978-0-08-100543-9.09993-0 , ISBN 978-0-08-100543-9 , получено 30 июля 2023 г.

[:0-3] Jump up to: ^а ^б Моттаги, Марьям; Рахман, Мотакаббир; Кулкарни, Апурв; Пирс, Джошуа М. (июнь 2023 г.). «Шаровая мельница с открытым исходным кодом, работающая от переменного тока / фотоэлектрической энергии» . Аппаратное обеспечениеX . 14 : e00423. дои : 10.1016/j.ohx.2023.e00423 . ISSN 2468-0672 . ПМЦ 10176261 . ПМИД 37188059 .

[TM_9-1300-214_p10-8-4] Армия США (1989), Техническое руководство Департамента армии: военные взрывчатые вещества (TM 9-1300-214) , стр. 10–8.

[10.1016/S0079-6425(01)00002-0-5] Jump up to: ^а ^б Такач, Ласло (январь 2002 г.). «Самоподдерживающиеся реакции, вызванные шаровой мельницей». Прогресс в материаловедении . 47 (4): 355–414. дои : 10.1016/S0079-6425(01)00002-0 .

[6] «Механохимический прорыв открывает доступ к дешевому и безопасному порошкообразному водороду» . Новый Атлас . 19 июля 2022 г. Проверено 28 июля 2022 г.

[7] Матети, Шрикант; Чжан, Чунмей; Ду, Айджун; Периасами, Сельваканнан; Чен, Ин Ян (9 июля 2022 г.). «Превосходное хранение и энергосберегающее разделение углеводородных газов в нанолистах нитрида бора с помощью механохимического процесса» . Материалы сегодня . 57 : 26–34. дои : 10.1016/j.mattod.2022.06.004 . ISSN 1369-7021 . S2CID 250413503 .

[8] Флорес-Самора, Мичиган; и др. (2008). «Сравнительное исследование сплавов Al-Ni-Mo, полученных механическим легированием в различных шаровых мельницах» (PDF) . Преподобный Адв. Матер. Наука . 18 :301.

[9] Технология механического легирования , Институт обработки материалов.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]