Drobne mielenie i separacja aerodynamiczna

Proces mielenia z użyciem separacji aerodynamicznej jest nadal bardzo popularną metodą rozdrabniania produktów mineralnych. Urządzenia mielące mogą być używane w bardzo niekorzystnych warunkach, w których takie parametry, jak poziom wypełnienia młyna, rozmiar mielników, stosunek ilości materiału do ilości mielników, prędkość obrotowa, temperatura, mogą znacznie odbiegać od optymalnych. Dodatkowo w układzie zamkniętym, gdy sprawność klasyfikacji jest mała, drobne cząstki materiału są zawracane do młyna zamiast do frakcji gotowego produktu, co powoduje spowolnienie procesu mielenia. Przeprowadzenie optymalizacji mielenia i klasyfikacji wymaga bardzo wielu doświadczeń i jest pracochłonne. W efekcie taki proces optymalizacji jest praktycznie niemożliwy w warunkach przemysłowych ze względu na wysokie koszty, pracochłonność oraz zużycie materiału wsadowego. Z powodu powyższych ograniczeń Comex wprowadził na rynek kompletny układ mielenia w skali laboratoryjnej – BMX (przedstawiony na FOT. 1), który rozwiązuje większość wspomnianych problemów. System BMX jest bardzo kompaktowy i może pracować w małym pomieszczeniu laboratoryjnym oraz wymaga jedynie niewielkiej ilości materiału, nawet kilkunastu kilogramów. Dodatkowo system BMX wyposażony jest w nagrzewnicę elektryczną, która umożliwia uzyskanie temperatury mielenia w zakresie 20–150°C. Jest to bardzo ważny element optymalizacji ze względu na to, że większość układów mielenia w skali przemysłowej pracuje w zdecydowanie wysokich temperaturach. Wszystkie parametry układu mielenia i klasyfikacji, włącznie ze składem ziarnowym poszczególnych strumieni masowych wewnątrz układu, są rejestrowane w układzie kontrolno-pomiarowym. Pozwala to na późniejsze przeprowadzenie efektywnego procesu skalowania do dowolnej skali pilotowej lub przemysłowej.

FOT. 1 System mielenia BMX

Mielenie strumieniowe
Firma Comex od dawna zajmuje się procesem mielenia strumieniowego do specjalistycznych zastosowań. Intensywne prace badawcze zaowocowały nowymi konstrukcjami młynów serii JMX, w których w większym stopniu można wpływać na kształt produkowanego materiału i które gwarantują stabilne uziarnienie produktu. RYS. 1 przedstawia laboratoryjny młyn strumieniowy wraz z dodatkowym układem klasyfikacji aerodynamicznej. Zastosowanie tej techniki mielenia pozwala na wyeliminowanie zanieczyszczeń w całym procesie do niemal zerowych wartości. Przykładowo zastosowanie odpowiednich okładzin młyna JMX gwarantuje całkowitą ilość zanieczyszczeń z procesu mielenia na poziomie 1 ppm podczas mielenia kwarcu lub skalenia do rozmiaru ziaren rzędu kilku mikrometrów. Tak wiec technologia ta idealnie nadaje się do produkcji materiałów o wysokim stopniu ścieralności oraz jest niezastąpiona tam, gdzie należy zachować wysokie standardy czystości końcowego produktu. Mielenie w młynach strumieniowych jest dość drogie ze względu na koszty wytwarzania sprężonego powietrza lub innego gazu i dlatego stosuje się je głównie do materiałów o wysokiej wartości. Dodatkowo układ ten może być użyty wyłącznie jako klasyfikator aerodynamiczny (ACX) do produkcji frakcji grubej i drobnej o podobnym poziomie czystości oraz rozmiarze ziaren od kilkuset do kilku mikrometrów, w zależności od potrzeb. Układ ten można zintegrować z systemem CMA do ciągłego pomiaru składu ziarnowego produktu młyna

RYS. 1 System laboratoryjny JMX/ACX, zawierający młyn strumieniowy oraz dodatkowy klasyfikator aerodynamiczny

Pomiar składu ziarnowego CMA w układzie ciągłym
FOT. 2 przedstawia układ pomiarowy Comex CMA-9, który umożliwia pomiar próbek materiału z dziewięciu niezależnych punktów pomiarowych. W przypadku systemu BMX wykorzystywane są cztery kanały pomiarowe do określenia składu ziarnowego nadawy, materiału wyjściowego z młyna, frakcji grubej powracającej do młyna oraz końcowego produktu. W wypadku młyna strumieniowego JMX można badać skład ziarnowy produkowanego materiału, a w przypadku układu klasyfikacji aerodynamicznej ACX –  skład ziarnowy nadawy oraz obu produkowanych frakcji.

   W górnej części urządzenia znajduje się układ zaworów dozujących materiał do układu pomiarowego, poprzez specjalnie skonstruowany układ próbkujący pozwalający na pobranie reprezentatywnej porcji materiału. Materiał po dostarczeniu do systemu pomiarowego CMA zostaje przekierowany do laserowego czujnika dyfrakcyjnego firmy Malvern. Pomiar odbywa się z częstotliwością trzech cykli na sekundę, a następnie wynik jest uśredniany wg wymagań operatora. Operator systemu CMA ma możliwość niezależnego zaprogramowania czasu pomiaru każdego kanału, czasu uśredniania danych i czasu neutralizacji resztek materiału (zanieczyszczeń) pomiędzy pomiarami, a także częstotliwości próbkowania danego kanału w zależności od jego stopnia ważności podczas kontroli procesu. W ten sposób można na bieżąco określić zarówno efektywność mielenia, jak i sprawność separacji aerodynamicznej. Poprzez dobranie odpowiednich parametrów układu mielenia i separacji jest możliwe obserwowanie w czasie rzeczywistym ich wpływu na cały proces.

FOT. 2 System pomiarowy składu ziarnowego w układzie ciągłym

Zastosowania laboratoryjne, pilotowe i przemysłowe
Laboratoryjne systemy mielenia można stosować wszędzie tam, gdzie niezbędne jest produkowanie ograniczonych ilościowo próbek materiału pod ścisłą kontrolą układu pomiarowego. Wówczas możliwe jest przeskalowanie parametrów systemu mielenia do skali pilotowej lub całkowicie przemysłowej. Najbezpieczniejsze wydaje się przeskalowanie wspomnianych układów mielenia i klasyfikacji do skali pilotowej, przedstawionej na FOT.3

FOT. 3 System pilotowy JMX/ACX – zawierający młyn strumieniowy oraz dodatkowy klasyfikator aerodynamiczny

W systemie pilotowym zainstalowane są urządzenia mielące i klasyfikujące w skali pozwalającej na produkcję próbek materiału o wielkości od kilkuset kilogramów do nawet kilku lub kilkunastu ton. Wówczas możliwa jest weryfikacja parametrów skalowania procesu do większych wydajności z zachowaniem wszelkich marginesów bezpieczeństwa, dotyczących jakości końcowego produktu oraz końcowej wydajności układu przemysłowego. Przykładem takiego układu mielenia i klasyfikacji jest system przedstawiony na FOT. 4, gdzie całkowita wydajność układu wynosi kilkanaście ton na godzinę, a produkowany materiał jest pod ścisłą kontrolą składu ziarnowego. Dodatkowo dzięki możliwości przeprowadzenia testów zarówno w skali laboratoryjnej, jak i pilotowej możliwe było osiągnięcie optymalnych parametrów całego układu przemysłowego. Comex wielokrotnie przeprowadził takie procesy optymalizacji, w których osiągnięto wzrost produkcji drobno zmielonego skalenia, kwarcu czy węglika krzemu – nawet o 80–120%. Więcej informacji na temat systemów mielenia, separacji oraz kontroli procesu znajduje się na stronie producenta: www.comex-group.com

FOT. 4 Linia produkcyjna materiałów ściernych oparta na oferowanych przez Comex separatorach aerodynamicznych, młynach strumieniowych i pomiarze składu ziarnowego online