8. Мельницы для сверхтонкого измельчения

Вибрационные мельницы. Вибрационная мельница, принципиальная схема которой приведена на рис. VIII-16, представляет собой цилиндри­ческий или корытообразный корпус 1, примерно на 80% своего объема загруженный шарами (иногда стержнями) 2. Корпус приводится в коле­бательное движение валом 3, снабженным дебалансом (в мель­ницах инерционного типа) или эксцентриковым ва­лом в гирационных мель­ницах.

При вращении неуравнове­шенной массы вала (вибратора) 3 со скоростью от 1000 до 3000 мин^-1 корпус 1 с загру­женными в него шарами и измельчаемым материалом совер­шает качательное движение по эллиптической траектории в плоскости, перпендикулярной оси вибратора. Мелющие тела при этом вращаются вокруг собственных осей, а все содер­жимое корпуса приводится в планетарное движение в сторону, обратную направлению вращения вибратора. Материал интенсивно измельчается под действием частых соударений мелющих тел и истиранием. Корпус устанавливается на пружинящие опоры (рессоры или цилиндрические пружины) 4 и деревянные подкладки, предотвращающие передачу вибра­ций основанию мельницы.

Вибрационные мельницы используют для сухого и мокрого измельче­ния периодическим и непрерывным способами. Применение вибрационных мельниц наиболее эффективно для сверхтонкого измельчения материалов небольшой твердости с размерами зерен от 1-2 мм до менее 60 мк. Вибра­ционные мельницы можно использовать и для тонкого измельчения, но при этом их эффективность не превышает эффективности обычных шаровых мельниц.

По сравнению с шаровыми барабанными мельницами вибрационные мельницы обладают большими энергонапряженностью и производитель­ностью (в расчете на единицу объема барабана). Высокая энергонапряжен­ность при малой внешней поверхности корпуса вибрационной мельницы приводит к сильному повышению температуры внутри нее. Поэтому вибрационные мельницы не применимы для измельчения материалов с низ­кими температурами размягчения и плавления.

Измельчение в вибрационных мельницах имеет ряд существенных достоинств. Вследствие интенсивного ударно-истирающего воздействия на материал весьма быстро достигается высокая дисперсность продукта измельчения. Частицы материала в мельнице вибрируют во взвешенном состоянии, не слипаются и не спрессовываются. Этим обеспечивается большая однородность размеров частиц измельченного материала.

Относительно низкая производительность (корпус примерно на 80% заполнен мелющими телами), быстрый износ мелющих тел, тяжелые усло­вия работы (вибрация) подшипников невыгодно отличают вибрационные мельницы от мельниц других типов для сверхтонкого измельчения.

Струйные мельницы. В струйных мельницах энергия, необходимая для измельчения материала, сообщается струей энергоносителя (воздуха, перегретого пара, инертного газа), подаваемой из сопел со звуковыми и сверхзвуковыми скоростями.

Для сверхтонкого измельчения применяются струйные мельницы с плоской и трубчатой помольными камерами.

В мельнице с плоской помольной камерой (рис. VIII-17) энергоноситель из распределительного коллектора 1 через сопла 2 отдельными струями поступает в помольно-разделительную камеру 3.

Оси сопел расположены под некоторым углом  относительно соответ­ствующих радиусов камеры, вследствие чего струи газа пересекаются, образуя вокруг вертикальной оси камеры вращающийся с окружной скоростью 100-150 м/сек многоугольник. Материал на измельчение подается инжектором 4, увлекается струями газа, получает ускорение и измельчается под действием многократных соударений и частично исти­ранием частиц в точках пересечения струй. По мере уменьшения размера и массы частицы испытывают все меньшее воздействие центробежной силы инерции во вращающемся потоке и, измельчившись до определенного размера, попадают вместе с газовым потоком в кольцевую щель между трубами 5 и 6. В поле центробежных сил, возникающих в нисходящем вихревом потоке в трубе 6, около 80% частиц осаждаются на внутренней поверхности трубы и удаляются в приемник 7. Наиболее мелкие частицы, составляющие —20%, уносятся по трубе 5 и улавливаются в дополнитель­ных циклонах и матерчатых фильтрах (на рисунке XVIII-17 не показаны).

Мельница с вертикальной трубчатой помольной камерой (рис. VIII-18) представляет собой замкнутый трубчатый контур 1, в нижнюю часть которого через систему сопел 2 поступает энерго­носитель. Материал на измельчение подается с помощью инжектора 3. Сопла устанавливают попарно таким образом, чтобы каждая пара струй пересекалась в вертикальной плоскости на некотором расстоянии от про­тивоположной стенки трубы.

Для создания дополнительной циркуляции газа сопла располагают под некоторым углом к вертикальной плоскости. Как и в плоской помоль­ной камере, материал измельчается при многократных соударениях частиц в точках пересечения струй и в общем вихревом потоке. Разделение измельченного материала по крупности частиц происходит в поле центро­бежных сил при поворотах потока в коленах 4 и 5 трубы. Крупные частицы отбрасываются к внешней стенке трубы и по правой вертикальной трубе вновь попадают в зону измельчения. Мелкие частицы, движущиеся у вну­тренней стенки трубы, выходят вместе с энергоносителем через жалюзи инерционного пылеразделителя в трубу 7 и далее во внешнюю систему улавливания (циклоны и матерчатый фильтр). В пылеразделителе круп­ные частицы, обладающие относительно большей кинетической энергией, отражаются лопатками жалюзей, а более мелкие частицы проходят между лопатками вместе с уходящим газовым потоком. По сравнению с мель­ницами с плоской камерой в трубчатых мельницах достигается большая однородность измельченного продукта.

Достоинства струйных мельниц: высокая энергонапряженность и эффективность измельчения, отсутствие вращающихся деталей и мелющих тел, возможность сочетания помола и классификации с сушкой, окисле­нием, восстановлением и другими технологическими процессами. Недо­статки: большой расход энергоносителя и, следовательно, высокая энерго­емкость процессов, необходимость равномерного питания материалом и поддерживания постоянного аэродинамического режима работы мель­ницы.

Струйные мельницы, как весьма энергоемкие аппараты, применяют в основном для сверхтонкого измельчения дорогостоящих продуктов (например, двуокиси титана, карбида кремния, капрона и др.). В этом случае затраты на измельчение не сказываются заметно на стоимости продукта.

Коллоидные мельницы. В коллоидных мельницах, применяемых в основном для мокрого сверхтонкого измельчения, материал измель­чается в весьма малом (до 0.05 мм) зазоре между быстро вращающимися (с окружной скоростью до 100 м/сек) дисковым ротором и неподвижным корпусом (статором). В вихревом потоке, образующемся в этом зазоре, частицы материала вращаются вокруг собственных осей с такими скоро­стями, что центробежные силы разрывают их.