در این مقاله توضیح کاملی در مورد دستگاه آسیاب جت میل و انواع روش های خردایش توسط جت هوا داده شده است. به طور کلی آسیاب جت میل بیشتر برای مواد سخت و ساینده و حساس به دما استفاده میشود و مزیت نسبی آن میکرونیزه کردن مواد تا ابعاد چند میکرون و کمتر از مش 2500(معادل 5 میکرون) است. در شکل زیر مقایسه خوبی از دستگاه های متداول خردایش شده است. همانطور که مشخص است جت میل برای ذرات سختی که لازم است بسیار ریز گردند گزینه بسیار مناسبی است اما طبیعتا انرژی بیشتری نیز برای عملیات خردایش در آن لازم است.
نحوه عملکرد دستگاه جت میل بدین صورت است که هوای پرفشار پس از عبور از خشک کن و فلتر هوا از طریق نازل های سونیک یا سوپرسونیک وارد محفظه آسیاب میشود. ذرات اولیه مواد که به شکل درشت یا دانه شکری است از راه دیگری وارد محفظه میشوند و به دلیل سرعت بالای گاز خروجی از نازلها، ذرات مواد ورودی در این محفظه شتاب گرفته و با سرعت زیادی به هم یا به دیواره برخورد میکنند. در اثر برخوردهای متوالی، سایز ذرات کاهش پیدا میکند. در نازلهای سوپرسونیک انرژی موجود در گاز به انرژی جنبشی تبدیل میگردد و سرعت خروجی گاز را به چندین برابر سرعت صوت میرساند. بنابراین مبنای عملکرد جت میل استفاده از انرژی جنبشی یک سیال واسط برای شتاب دادن به ذرات میباشد.
دستگاه جت میل به طور کلی از چهار قسمت تشکیل می شود: بخش تغذیه، بخش آسیاب، بخش جمع آوری و جداسازی و سیستم تامین هوا.
- بخش تغذیه شامل یک قیف، یک فیدر، مانند فیدر اسکرو (برای انتقال متریالها به بخش آسیاب) و یک شیر ایزولاسیون هوا مانند شیر روتاری یا شیر فلپ گیت میباشد.
- بخش آسیاب شامل ورودی متریال، محفظه آسیاب، نازلهای گاز، جداساز، خروجی هوا و ذرات میباشد.
- بخش جمع آوری شامل سیکلون جهت جداسازی ذرات از هوا، غبارگیر از جمله بگ فیلتر برای تصفیه هوای خروجی و جداسازی ذرات ریز تر از هوا و در نهایت یک مکنده برای جبران افت فشار مسیر است.
- سیستم تامین هوای دستگاه شامل یک کمپرسور، یک خط انتقال هوای پرفشار، یک گردگیر، یک فن و بقیه تجهیزات جانبی است.
انواع مختلفی از جت میل وجود دارد اما دو نوع پرکاربرد آن با نامهای اسپیرال(Spiral) و بسترسیالی (Fluidized Bed) شناخته میشوند. در این دو روش، بعد از آسیاب مواد، ناحیهای به نام ناحیه جداسازی یا کلاسیفایر وجود دارد. وقتی که ذرات وارد کلاسیفایر یا جداساز میشوند با دو نیرو روبرو میشوند. 1- نیروی گریز از مرکز 2- نیروی درگ و مکش ناشی از بلوئر یا فن در پایین دست
اگر ذرات آسیاب شده کوچکتر از سایز برشی مدنظر باشند نیروی درگ بر نیروی گریز از مرکز غلبه کرده و از کلاسفایر عبور میکنند در غیر این صورت مجددا وارد محفظه آسیاب میشوند تا سایز آنها مجددا کاهش یابد.
آسیاب جت میل مزیتهای فراوانی دارند. از جمله ویژگیهای آنها عبارتند از:
- امکان کنترل دقیق سایز ذرات به خصوص در نوع بستر سیالی وجود دارد و محصول خروجی را میتوان در یک محدوده کوچک مثلا از 5 تا 40 میکرون جمعآوری نمود.
- با استفاده از کلاسفایر دینامیکی (در ادامه توضیح داده شده است) امکان تولید ذرات ریزتر و همچنین کنترل دقیق سایز ذرات وجود دارد.
- امکان تغییر و یا تنظیم سایز ذرات با تغییر سرعت جت وجود دارد.
- امکان خردایش ذرات بسیار سخت و ساینده در نوع بستر سیالی وجود دارد.
- امکان خردایش بعضی ذرات ورودی با سایز تا 3 میلی متر نیز وجود دارد لذا نیازی به پیش آسیاب ندارند.
- عملکرد دستگاه در دمای پایین باعث میشود که جت میل به عنوان روشی مناسب برای خردایش ذرات حساس به گرما شناخته شود.
- به دلیل استفاده از هوای خشک، این روش برای مواد حساس به رطوبت نیز مناسب است.
- امکان ساخت آن با آلیاژهای استیل یا استیل زنگ نزن وجود دارد.
- آسانی تمیزکاری و امور تعمیرات و نگهداری
- امکان استفاده از سیستم کنترل و اتوماسیون جهت نظارت بر عملکرد دستگاه
اما جتمیلها معایبی هم دارند از جمله این که:
- ظرفیت تولید پایین نسبت به روش های صنعتی بال میل پیوسته یا آسیاب ریموند.
- نیاز به تجهیزات عریض و طویل و فضای زیاد برای قرارگیری تجهیزات.
- جریان گاز پر فشار و دائمی به مقدار زیاد که مستلزم استفاده از کمپرسور هوای بزرگ است.
- مصرف انرژی زیاد به دلیل تجهیزات جانبی و کمپرسور هوا.
در ادامه انواع روش های متداول آسیاب جت میل معرفی شده است. این روش ها عبارتند از:
- جت میل هدف (jet mill Target)
- جت میل اسپیرال ( spiral jet mill)
- جت میل حلقوی (loop jet mill)
- جت میل بستر سیالی (fluidized bed jet mill)
1- جتمیل تارگت
در این روش، مواد با گذر از یک نازل شتاب میگیرند و به یک جسم با نوک مخروطی برخورد میکنند و خرد میشوند. یعنی ذره فقط در یک برخورد شانش آسیاب شدن را دارد. در اثر این برخورد اکثر ذرات شکل مثلثی و دندانهدار و نوکتیز میگیرند نه شکل کروی.
شکل جت میل تارگت
مزایای جت میل تارگت عبارتند از:
- ساخت ساده بدون قطعات متحرک.
- هزینه ساخت پایین.
- هزینه نگهداری پایین.
معایب جت میل تارگت عبارتند از:
- این روش برای مواد سخت و ساینده روش مناسبی نیست چرا که نرخ تعویض قطعات و سایش آنها افزایش مییابد.
- توزیع سایز ذرات بسیار وسیع است و کنترلی بر روی آن نیست.
- نرخ تغذیه روی سایز ذرات خروجی تاثیر زیادی دارد.
- به دلیل نوع طراحی این جت میل ها حتی اگر با یا تنگستن کاربید پوشش داده شود همچنان کمی سایش وجود خواهد داشت.
2- جتمیل اسپیرال
در این نوع آسیاب حدود 50 درصد خردایش به دلیل برخورد ذرات به هم و بقیه به دلیل برخورد به سطوح دیگر و دیواره است. جداسازی ذرات از هم به صورت استاتیکی صورت میگیرد. یعنی کلاسفایر این دستگاه از نوع استاتیکی است نه دینامیکی و هیچ قطعه متحرکی ندارد. در ناحیه جداسازی، ذرات در اثر چرخش حول محور دستگاه اسپیرال، تحت تاثیر دو نیروی درگ و گریز از مرکز قرار گرفته و ذرات ریز از مرکز خارج میشوند اما ذرات درشت همچنان در محفظه آسیاب باقی مانده تا با اعمال برخوردهای بیشتر تبدیل به ذرات ریزتری شوند. لذا در جت میل اسپیرال، جهت جداسازی به صورت استاتیکی، لازم است نازلها با زاویهای در بازه 30 تا 60 درجه نسبت به خط شعاعی نصب شوند.
نحوه عملکرد جت میل اسپیرال
جت میل اسپیرال
مزایای جت میل اسپیرال عبارتند از:
- عدم گرم شدن متریال
- عدم وجود قطعات متحرک
- قابل تمیزکاری و با طراحی بهداشتی
- بدون آلایندگی ذرات
- امکان تولید بسیار ریز برای بعضی از محصولات
- تعمیر و نگهداری و رابطه کاربری بسیار آسان.
- امکان ساخت دستگاه به صورت آزمایشگاهی تا صنعتی
معایب جت میل اسپیرال عبارتند از:
- نرخ تغذیه روی سایز ذرات تاثیرگذار است.
- برای تولید ذرات ریزتر به یک جداساز در پاییندست آن نیاز است.
3- جت میل لوپ
این نوع جت میل هم مانند جت میل اسپیرال است و تفاوت آن در هندسه محفظه آسیاب است. محفظه جت میل اسپیرال به شکل دایرهای است اما نوع لوپ شکل خاصی دارد که به آن محفظه Toroidal گفته میشود. در این نوع دستگاه جداسازی مواد، باز هم به صورت استاتیکی است. خردایش اکثر ذرات در این دستگاه به دلیل برخورد ذارت به همدیگر است.
شماتیکی از دستگاه جت میل نوع لوپ
مزایای جت میل نوع لوپ عبارتند از:
- نرخ تغذیه بالا تا 5 تن در ساعت
- عدم تولید گرما در حین فرایند آسیاب
- عدم وجود قطعات متحرک
- طراحی بهتر محفظه جهت کاهش تاثیر سایش دیواره ها
- امکان رسیدن به ذرات ریز برای بعضی از ذرات
معایب جت میل لوپ عبارتند از:
- برای ذرات بسیار سخت و ساینده مناسب نیست
- برای رسیدن به محصولات ریز تر به کلاسیفایر دینامیکی در پایین دست آن نیاز است.
- نرخ تغذیه روی سایز ذرات تاثیرگذار است.
4- جت میل بستر سیالی متقابل
همان طور که قبلا اشاره شده است در مدل اسپیرال برای ایجاد چرخش مواد در دستگاه و جداسازی به صورت استاتیکی باید نازلها با زاویهای خاص نسبت به خط شعاعی نصب شوند. اما در جت میل بستر سیالی، کلاسیفایر از نوع دینامیکی است و بنابراین نیازی به نصب نازل ها به صورت زاویهدار نیست. یعنی امتداد نازلهای دستگاه در مرکز دستگاه همدیگر را قطع میکنند.
ذرات به دلیل مکش ناشی از سرعت بالای گاز و در نتیجه فشار کم در خروجی نازلها، به سمت جتهای گاز کشیده میشوند و در آنجا به دلیل برخورد ذرات به هم، آسیاب میشوند. آسیاب در نتیجه برخورد ذرات به هم دیگر و نه دیواره جت میل روی میدهد. دستگاههای جت میل بسترسیالی ذرات را تا حد خیلی کوچکی آسیاب میکنند مستقل از آن که سختی ذره چقدر باشد. حتی الماسهای با سختی 10 موس را میتوانند خرد کنند.
در این دستگاه مواد پس از خردایش در محفظه آسیاب، همراه با هوا به سمت بالا حرکت میکنند و وارد کلاسفایر دینامیکی میشوند. کلاسیفایر دینامیکی شامل یک روتور یا چرخ توربینی است که با سرعت بسیار زیادی میچرخد. سرعت بالای چرخش آن باعث اعمال نیروی سانتریفیوژ به ذرات درشت شده اما ذرات ریز میتوانند از آن عبور کرده و از دستگاه جت میل خارج شوند. ذرات درشتتر دوباره به ناحیه محفظه آسیاب سقوط میکنند و مجددا آسیاب میشوند.
شکل 1 12 شکل شماتیک از جت میل بستر سیالی
دستگاههای جت میل بستر سیالی در دو نوع آرایش ساخته میشوند. بعضی از آنها دارای کلاسفایر عمودی و بعضی دارای کلاسفایر افقی هستند.
توجه داشته باشید که این دستگاهها امکان استفاده از یک یا چندین کلاسیفایر وجود دارد. در ظرفیتهای بالا نیاز است که برای کنترل دقیق سایز ذرات از چندین چرخ کلاسیفایر استفاده شود. در شکل زیر شماتیکی از جت میلهای بستر سیالی با یک یا چند کلاسیفایر نمایش داده شده است.
شماتیکی از جت میل بستر سیالی با یک و چند چرخ کلاسیفایر
مزایای جت میل بستر سیالی عبارتند از:
- عدم گرمایش مواد در محفظه آسیاب
- آسیاب ذرات با خلوص بالا و بدون آلایندگی
- امکان خردایش ذرات سخت و ساینده
- امکان تولید ذرات بسیار ریز به دلیل استفاده از کلاسیفایر دینامیکی
- کنترل بسیار عالی روی سایز ذرات
- عملکرد پایدار و کم سروصدا
معایب آن عبارتند از:
- هزینه بالای ساخت (یا خرید)
- هزینه بالای تعمیر و نگهداری
- افت فشار بالاتر
کاربردها دستگاه جت میل
حتی مواد مشکل نیز به طور موثر با جتمیلهای بسترسیالی میکرونیزه و پودر میشوند. کاربردهای جت میل (همه انواع) به طور خلاصه در اینجا آورده شده است:
- مواد حساس به دما و رطوبت مانند تونر، رزین، واکس، چربی، تبادلگر یونی، محافظ گیاهی و رنگدانهها.
- مواد سخت و ساینده مانند سیلیکون کاربید، ماسه زیرکنیوم، سنگ سنباده، فریتسشیشهای، اکسید آلومینیوم، ترکیبات فلزی.
- مواد با خلوص بسیار بالا و حساس به آلودگی که نیازمند فرآیند بدون آلودگی میباشند مانند پودرهای فلورسنت، ژل سیلیکا، فلزات خاص، مواد خام سرامیکی، مواد دارویی.
- مواد پایه مغناطیسی با عملکرد بالا یا فلزات کمیاب زمینی مانند آهن نئودیمیم، کبالت ساماریوم.
- مواد معدنی مانند کائولین، گرافیت، میکا و تالک.
- مواد کامپوزیتی مانند آلیاژهای فلزی.
علاوه بر مواد ذکر شده به دلیل قابلیت های بلقوه ی این روش خصوصا نوع جت میل اسپیرال، امکان تغذیه گاز پرفشار خنثی مانند آرگون به جای هوا برای جلوگیری از اکسیداسیون ذرات وجود دارد. امکان تغذیه ذرات مختلف به صورت همزمان و درنتیجه همگن سازی مودا، امکان تغذیه مواد حساس به جرقه یا اشتعال زا مانند گوگرد در جت میل اسپیرال وجود دارد.
