هنر پودر کردن

هنر پودر کردن

در این مقاله سعی بر آن شده است که مرسوم‌ترین روش‌های تولید پودرهای میکرونیزه توضیح داده شود. به طور کلی نیاز پودر کردن و میکرونیزه کردن مواد سابقه دیرینه‌ای دارد. زمانی که پیشینیان ما توسط آسیاب‌های آبی، آسیاب‌های سنگی و یا حتی هاون‌های دستی درصدد برطرف کردن نیازهای خود و پودر کردن گندم و سایر غلات بودند.

امروزه با پیشرفت علم و تولید محصولات جدید با اندازه‌های متفاوت، دستگاه‌های بسیار متنوعی پدید آمده است. پودرهای معدنی ، پودرهای رنگی، پیگمنت ها، پودرهای دارویی و غذایی هرکدام بسته به مشخصه‌ای که دارند از دستگاه متفاوتی برای پودر کردن بهره می‌گیرند. لازم به ذکر است حوزه میکرونیزه بسیار گسترده است و در این مقاله تنها به روش‌های مکانیکی و هیدرومکانیکی اشاره شده است.

انواع مکانیزم‌های پودر کردن

کلمه میکرونیزه به معنای ریزتر شدن ذرات به کمتر از 10 میکرون است که از طریق مکانیزم های مختلف حاصل می‌شود. تکنیک های میکرونیزه شامل استفاده از روش های هیدرومکانیکی و مکانیکی برای از بین بردن پیوندهای داخلی و شکستن و ریز شدن مواد است. کاهش اندازه ذرات به سطح میکرون با تغییراتی در خواص ساختاری و عملکردی همراه است. خواصی مانند حلالیت، جذب آب، سرعت واکنش،  انتشار و … به دلیل افزایش سطح بهبود می‌یابد. به طور کلی برای از بین بردن پیوندهای یک ذره و تبدیل آن به ذرات ریزتر از چهار مکانیزم عملکردی می‌توان بهره گرفت که عبارتند از:

• مکانیزم ضربه (impact)
• مکانیزم تراکم یا فشار (compression)
• مکانیزم برشی (Shear)
• مکانیزم سایشی (Attrition)

در مکانیزم ضربه خردایش از طریق برخورد ذرات با یکدیگر و یا جداره ها صورت میپذیرد مانند آسیاب یونیورسال. در مکانیزم فشار ذرات از طریق اعمال نیروی بین دو سطح به ذرات ریزتر تبدیل می‌شوند. در مکانیزم سایشی پیوندهای ذرات در اثر مالش بین دو سطح سخت از بین می‌رود و به ذرات ریزتر تبدیل می‌شود همانند بالمیل. در مکانیزم برش ذرات با تحت تاثیر قرار گرفتن نیروهای برشی به ذرات ریزتر تبدیل می‌شوند. در شکل زیر به صورت شماتیک نحوه ریز شدن ذرات توسط این چهار مکانیزم نشان داده شده است.

در شکل زیر مکانیزم اصلی بکار رفته در برخی از دستگاه‌های متداول که در صنعت‌های مختلف برای پودر کردن مواد مختلف مورد استفاده قرار گرفته مشخص شده است. لازم به ذکر است در بیشتر دستگاه‌ها به طور همزمان از چند مکانیزم استفاده می‌شود. مثلا در آسیاب‌ چکشی همزمان سه مکانیزم ضربه، سایش و بررشی وجود دارد.

دو نکته مهم در انتخاب نوع دستگاه مناسب

در هنگام انتخاب دستگاه مناسب برای پودر کردن باید به موارد متعددی توجه نمود. اولین و مهم ترین نکته سایز ذرات ورودی و سایز ذرات مورد نیاز خروجی است. در بسیاری از موارد شاید لازم باشد از چند دستگاه و طی چند مرحله به سایز ذرات مورد نظر دست یافت. بعنوان مثال هنگام استخراج سنگ های معدنی؛ ابتدا سنگ ها بزرگ چند ده سانتی توسط سنگ شکن ها به قطعات چند سانتی تبدیل میشوند.

پس از آن میتوان آن را با استفاده از آسیاب ریموند به ذرات ریزتر و تا مش حدود 100 الی 200 رسانید. در صورتی که باز هم لازم باشد و ذرات ریزتر مورد نیاز باشد با تجهیزاتی مانند بالمیل و جت میل میتوان اندازه ذرات را تا مش 2500 رسانید.

نکته دومی که باید به آن توجه نمود آن است که پیش از انتخاب دستگاه مورد نظر ابتدا باید شناخت کاملی از نوع ماده، خواص و حساسیت‌های آن داشت. سختی ماده مورد نظر چقدر است؟ آیا چسبنده است؟ آیا ماده مورد نظر نسبت به دما حساس هستند؟ آیا نسبت به رطوبت حساس است؟ آیا ماده مورد نظر اشتعال پذیر است یا خیر؟ این ها از جمله سوالاتی هستند که باید پیش از انجام عملیات خردایش باید به آنها پاسخ داده شود.

معرفی دستگاه‌های متداول پودر کردن

در ادامه به معرفی مهم‌ترین و متداول‌ترین دستگاه‌های خردایش که در صنعت برای پودر کردن و میکرونیزه کردن مواد استفاده می‌شود پرداخته شده است. در شکل زیر نمایی کلی از مهم‌ترین روش‌های خردایش نشان داده شده است. هر کدام از این روش‌ها برای بازه محدودی از اندازه ذرات مناسب است. برای مثال در روش بالمیل امکان خرد کردن ذرات در بازه ی 10 میلیمتر تا نزدیکی 1 میکرون وجود دارد، همچنین امکان خرد کردن هم به صورت خشک و هم به صورت تر وجود دارد، اما لازم است سایر پارامترها از جمله میزان ناخالصی، سختی مواد، مقدار مواد اولیه، اندازه ورودی ذرات و سایر پارامترها برای انتخاب دستگاه مشخص شود، در ادامه دستگاه های مختلف مفصل تر بررسی شده تا بتوان دستگاه مناسب را انتخاب نمود.

• آسیاب چکشی

یکی از معروف ترین و پرکابردترین آسیاب‌ها که کاربرد وسیعی در صنایع مختلف دارد آسیاب چکشی است. بعلت سادگی، کاربری راحت و قیمت مناسب شاید اولین گزینه‌ای که برای پودر کردن یک ماده به ذهن میرسد استفاده از آسیاب چکشی است علاوه بر این استفاده از آسیاب چکشی به یک ماده خاص اختصاص نمی یابد. در بیشتر معادن، گاوداری‌ها، مرغداری‌ها و … این دستگاه  از ملزومات مجموعه است. بسته به اینکه قرار است چه ماده ای توسط این دستگاه پودر شود، نوع چکش‌ها و بدنه آن می‌تواند تقویت یابد. مکانیزم عملکردی این دستگاه بدین صورت است که بر روی یک روتور چند ردیف پره که اصطلاحا به آنها چکش نیز گفته می‌شود قرار گرفته که این پره‌ها با سرعت بالا (حدود 3000 rpm) دوران می‌کنند. با چرخش سریع پره‌ها و برخورد آن‌ها با ذرات، به ذرات ریزتر تبدیل می‌گردد. معمولا در خروجی دستگاه‌ توری‌هایی تعبیه شده تا بتوان سایز ذرات را کنترل نمود. از این دستگاه معمولا برای رساندن اندازه ذرات درشت به اندازه های دانه شکر استفاده شده و برای رسیدن به ذرات بسیار ریز استفاده نمی‌گردد.

• بالمیل

یکی از محبوب‌ترین آسیاب‌هایی که در اکثر کارخانه‌های معدنی و کاشی سرامیک وجود دارد آسیاب بالمیل است. حتی تکنولوژی‌های جدید همچون جت میل هم هنوز نتوانسته اند از علاقه‌مندی دستگاه بالمیل در بین صنعتگران ایرانی بکاهند. برخلاف تصور برخی صنعتگران که فکر میکنند بالمیل تنها برای رسیدن به ذرات تا مش 400 مناسب است اما بررسی‌های علمی و عملی نشان می‌دهد با بالمیل می­تواند اندازه ذرات را حتی تا مش 2500 نیز ریز نمود. مکانیزم عملکردی بالمیل بدین صورت است که در محفظه سیلندری گلوله های فولادی یا سرامیکی قرار گرفته اند که با چرخش سیلندر و غلتیدن گلوله‌ها بر روی هم و قرارگیری مواد بین این گلوله و برخورد آنها با یکدیگر عمل خردایش صورت می‌پذیرد. از بالمیل‌ها می­توان هم به صورت تر استفاده نمود هم به صورت خشک.

از جمله مزایای بالمیل ها میتوان به موارد زیر اشاره نمود:

• ظرفیت بالا
• ساختار و کارآیی ساده
• جلوگیری از مواد سمی گرد و غبار به دلیل بسته بودن محفظه بالمیل
• امکان آسیاب مواد به صورت تر و خشک
• توانایی آسیاب مواد سخت

البته بالمیل معایبی نیز دارد که از مهم‌ترین آن می­تواند به ورود ناخالصی به مواد اصلی اشاره نمود.

• آسیاب کلاسیفایر هوایی

یک آسیاب کلاسیفایر فرایند خردایش و جداسازی را در یک مرحله انجام می دهد. این نوع آسیاب از جریان هوا برای انتقال مواد ورودی به محفظه جداسازی استفاده می کند و ماده را به دو بخش ریز و درشت تقسیم می کند، ذرات درشت را برای خردایش مجدد به محفظه آسیاب بر می گرداند و ذرات ریز را به خارج از آسیاب منتقل می کند. همه این فرایندها در یک عملیات پیوسته صورت می گیرد. مزیت دیگر آسیاب-کلاسیفایر تطبیق پذیری آن است. به این معنی که این آسیاب، نه تنها می تواند دامنه گسترده ای از مواد شامل مواد شیمیایی، معدنی، غذایی و مواد مغذی را آسیاب کند، در عین حال حجم جریان هوای زیاد آسیاب موجب می گردد این آسیاب برای خردایش مواد حساس به دما نیز بسیار مناسب باشد. جهت کمک به خشک کردن مواد مرطوب  می توان از جریان هوای ورودی گرم استفاده کرد و یا رطوبت و دمای هوا را برای مواد حساس به دما یا مواد جاذب رطوبت  تنظیم کرد.

• پین میل

آسیاب پین میل صنعتی که گاهی با عنوان آسیاب یونیورسال هم شناخته می شود، یکی از انواع آسیاب های ضربه ای است که به وسیله پین هایی که روی یک دیسک ثابت و یک دیسک متحرک قرار دارند، عملیات پودر و میکرونیزه کردن مواد معدنی، غذایی، شیمیایی، داروئی و غیره را انجام می دهد. ابعاد دانه های خروجی از این آسیاب معمولا حدود 100 تا 300 میکرون می باشد. بعضی آسیاب های پین میل بدون توری طراحی و ساخته می شوند. در این مدل از آسیاب های پین میل از پین های زیادی استفاده شده که به صورت فشرده و در هم آمیخته قرار گرفته اند و با سرعت بالا به مواد ضربه می زنند. در نتیجه مواد بیشتر پودر شده و به صورت تقریبا یکنواخت از دستگاه خارج می شوند و نیازی به توری در مسیر خروجی ندارند. آسیاب پین میل بدون توری قابلیت آسیاب مواد مرطوب و چسبنده را بدون گرفتگی یا ایجاد اختلال در کارکرد دستگاه دارد. دستگاه آسیاب پین میل کاربرد گسترده ای در حوزه معادن دارد و به همین دلیل در ابتدا با نام آسیاب معدنی شناخته می شد. از اصلی ترین کاربردهای این دستگاه می توان به آسیاب مواد زیر اشاره کرد:

• جت میل

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. 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.

• 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.

• آسیاب ریموند

آسیاب ریموند یا آسیاب غلتکی نسبت به آسیاب بالمیل از تکنولوژی بالاتری برخوردار است. این آسیاب با راندمان بالایی که دارد گزینه مناسب برای مواد معدنی و غیر قابل اشتعال است. در معادن پس از اینکه سنگ‌های درشت توسط سنگ شکن ها به ابعاد چند سانتی رسید میتوان با آسیاب ریموند آن‌ها را به حدود مش 200 رسانید. این آسیاب برای مواد نرم و حتی نیمه سخت با سختی حداکثر 6 الی 7 موس گزینه بسیار مناسبی است. از مهم‌ترین مزایای این آسیاب می‌توان به راندمان بالا و مصرف انرژی پایین آن اشاره نمود. نحوه عملکرد این آسیاب بدین صورت است که با ورود ذرات از قسمت پایین و قرارگرفتن آنها بین غلتک‌های در حال دوران عملیات خردایش انجام می‌پذیرد. عملیات جداسازی ذرات ریز و درشت توسط کلاسیفایر قرار گرفته در قسمت بالا صورت می‌پذیرد. این روند به رسیدن اندازه ذرات به اندازه مطلوب ادامه می‌یابد.