Mărunţirea materialelor

Mărunţirea materialelor, adică divizarea lor la unităţi de volum mai mic se face:

pentru solide: prin concasare, măcinare, dezintegrare;

pentru lichide: prin pulverizare şi emulsionare; pentru gaze : prin dispersare.

Scopul mărunţirii este multiplu: accelerarea operaţiilor fizice (dizolvare, încălzire,

uscare etc.) şi chimice prin creşterea suprafeţei de contact dintre faze;

separarea constituenţilor unui aglomerat până la obţinerea unor granule formate numai dintr-un singur constituent;

obţinerea de amestecuri omogene.

Mărunţirea materialelor solide este o operaţie costisitoare datorită consumului mare de energie şi apariţiei fenomenului de uzură al aparatelor (prin abraziune). Din cantitatea mare de energie consumată de utilajele de mărunţire doar o mică parte este folosită pentru învingerea forţelor de coeziune, restul se pierde sub formă de căldură.

Factorii care influenţează operaţia de mărunţire sunt: factori referitori la materialul de mărunţit - duritatea,

umiditatea, granulometria, cantitatea sau debitul, sensibilitatea termică, sensibilitatea chimică;

factori referitori la produsul mărunţit - mărimea sau granulometria produsului, forma şi structura granulelor, suprafaţa specifică, volumul specific, reactivitatea pulberii, inflamabilitatea, aprinderea;

factori referitori la maşinile de mărunţit - modul şi durata de acţionare asupra materialului, uzura suprafeţelor de mărunţire, temperatura de lucru, gradul de mărunţire;

factori referitori la instalaţia de mărunţire – numărul treptelor de mărunţire, introducerea separatoarelor între şi după treptele de mărunţire, transportul materialelor;

factori referitori la întreaga operaţie de mărunţire – consumul specific de energie, manoperă, costul operaţiei de mărunţire, tipul de mărunţire – umedă sau uscată.

Procedee de mărunţire

Procedeul discontinuu – în urma acestui procedeu rezultă mult praf, consumurile de energie şi manoperă sunt mari, iar producţia morii este mică;

Moara

Alimentare cu materie prima

Produs

Procedeul continuu în circuit deschis - este cel mai răspândit; materialul trece o singură dată prin moară, sau succesiv, prin mai multe trepte de mărunţire;

MoaraAlimentare cu materie prima Produs

Procedeul continuu în circuit închis – permite obţinerea unui produs cu granulometrie uniformă şi o economie importantă de energie, materialul ieşit din moară fiind trecut printr-un clasor care separă fracţiunea cu granulometria mai mare, şi doar acestea se reintroduce în moară; astfel nu se macină nimic inutil;

MoaraAlimentare cu materie prima

Produs

Procedeul continuu în circuit închis cu antrenarea pneumatică a produsului – un curent de aer trece continuu prin moară cu rolul de a antrena particulele care au atins fineţea dorită; granulele sunt separate într-un separator pneumatic, iar aerul revine în circuit. Curentul aer mai are şi rolul de a răci moara şi materialul (important pentru materialele termosensibile) şi uneori de a usca materialul.

MoaraAlimentare cu materie prima

ProdusVentilator

Mărunţirea poate fi umedă sau uscată, după cum în moară există sau nu un lichid. În procedeul umed consumul de energie este mai mic (cu 20-30%), producţia instalaţiei este mai mare, produsul are granulometrie mai uniformă, nu se degajă praf, în schimb corodarea suprafeţelor de mărunţire este mai mare.

Utilaje de mărunţire

Clasificarea utilajelor de mărunţire se realizează în funcţie de două criterii:

După domeniul granulometric:ConcasoareGranulatoareMori fineMori coloidale

După caracteristicile constructive şi funcţionale: Concasoare şi granulatoare cu fălci mobile şi

fălci forfecatoare Concasoare şi granulatoare giratorii Concasoare şi granulatoare cu cilindri (valţuri) Concasoare şi granulatoare ce acţionează prin

lovire (cu ciocane) Mori cu impact (variante ale morilor cu

ciocane) Mori cu corpuri rostogolitoare (cu bile) Mori vibratoare Mori coloidale

Concasoare cu ciocane Concasoarele cu ciocane sunt formate dintr-o carcasă

căptuşită cu plăci de oţel dur, înăuntrul căreia se învârteşte un rotor din mai multe discuri paralele, distanţate între ele pentru a lăsa loc de mişcare liberă unor bare dreptunghiulare (ciocane) articulate la periferia discurilor.

Lungimea rotorului este egală cu lăţimea interioară a carcasei.

În repaus ciocanele atârnă fiind prinse în articulaţii. În timpul funcţionării ele iau, din cauza forţei centrifuge, poziţia radială şi lovesc elastic bucăţile de material.

Carcasa are la partea superioară pâlnia de încărcare, iar la partea inferioară un grătar care lasă să treacă bucăţile de mărime finală dorită.

Materialul încărcat în pâlnie intră în spaţiul de mărunţire dintre carcasă şi rotor, unde sub loviturile repetate ale ciocanelor este sfărâmat până când poate ieşi prin grătarul de evacuare.

1 – discurile rotorului2 – arbore3 – ciocane4 – plăci dinţate5 - grătar

5

43

1

2

Mori cu bile

În această categorie sunt cuprinse morile ce macină prin lovirea şi frecarea materialului prin corpuri de măcinare libere, încărcate împreună cu materialul într-un tambur rotativ, cilindric sau conic.

Corpurile de măcinare au forme şi dimensiuni foarte diferite: bile, cuburi, inele cu secţiune pătrată etc., confecţionate din materiale dure (oţel, porţelan dur etc.).

Morile cu bile au următoarele avantaje: funcţionare sigură adaptare la condiţii grele de lucru turaţie redusă a elementelor mobile grad mare de mărunţire fineţea produsului obţinut.

Operaţia de mărunţire efectuată cu ajutorul morilor cu bile depinde de următoarele caracteristici:

relaţia dintre turaţia şi diametrul tamburului - există o turaţie optimă de maximă eficienţă a mărunţirii: la turaţii mici bilele alunecă şi mărunţirea este

eficientă la turaţii mari bilele ajung în partea de sus a

tamburului şi apoi cad şi lovesc materialul mărunţindu-l

la viteze mai mari forţa centrifugă este mai mare decât forţa gravitaţională, bilele stau lipite de pereţi şi mărunţirea nu are loc.

Din relaţiile matematice pentru cele două forţe s-a dedus formula pentru turaţia critică:

=42,3

Dnc

diametrul bilelor – bilele prea mici dau un produs fin, dar nu pot mărunţi bucăţile mari de material iniţial, iar bilele prea mari nu dau un produs fin. Kasatkin recomandă următoarele limite între care poate varia diametrul maxim al bilelor:

D/24 < dM < D/18

gradul de umplere – la morile cu bile este raportul dintre volumul bilelor şi volumul tamburului:

φ = Vb / V

În mod obişnuit φ = 30 – 35 %

puterea electromotorului pentru antrenarea morii poate fi calculată cu formula aproximativă:

în care: c – coeficient ce depinde de gradul de umplere şi de natura corpurilor de măcinare (se găseşte în tabele)

Gb – greutatea încărcăturii de bile D – diametrul tamburului

N = c G . .b D

Morile cu bile pot fi: discontinue tubulare, continue (cilindrice) conice

Morile tubulare, numite uneori şi mori cilindrice, sunt formate dintr-un tambur cilindric orizontal căptuşit cu plăci de oţel dur care se sprijină, prin două gâturi largi, în lagăre puternice. Moara este rotită cu ajutorul unei coroane dinţate, fixată pe tambur. Materialul este introdus continuu şi uniform printr-unul din gâturile tamburului, printr-un alimentator, iar produsul măcinat este evacuat prin celălalt gât, prevăzut în interior cu şanţuri elicoidale.

Morile tubulare servesc atât pentru măcinarea brută cât şi pentru măcinarea fină. Cu aceste mori se poate măcina atât uscat cât şi umed.

12 34

5

6 7

8

910

1 – tambur2, 3 – pereţi frontali4 – dispozitiv de alimentare5 – dispozitiv de evacuare6, 7 – lagăre8 – coroană dinţată9 – arbore de antrenare10 - roată de transmisie

Moară tubulară cu bile

Mori coloidale

Măcinarea foarte fină, submicronică, nu se poate realiza cu mijloace obişnuite, adică prin acţiunea directă (lovire, presare, forfecare) a unei suprafeţe de măcinare asupra granulelor, în modul expus mai sus.

Denumirea de moară coloidală este improprie deoarece domeniul coloizilor este cuprins între 0,1 μm şi 1 nm, iar măcinarea cu astfel de mori ajunge la particule cu diametrul de μm.

Măcinarea foarte fină (micronică şi submicronică) este posibilă într-un mediu dispersant (apă, alcool, eter) care se poate uşor îndepărta (prin vaporizare) după măcinare. Elementele active ale morii nu acţionează (prin frecare, lovire, forfecare) direct asupra granulelor aflate în suspensie, ci prin intermediul lichidului dispersant. În astfel de mori sunt prelucrate pastele, suspensiile.

Moara coloidală Premier3

1

2

4

5

1 – rotor tronconic2 – carcasă3 – arbore4 – intrarea suspensiei5 – ieşirea produsului

Partea esenţială a morii Premier este un rotor tronconic foarte rapid, care se roteşte la distanţă mică de carcasă, distanţă reglabilă din exterior. Suspensia de măcinat intră prin partea inferioară a morii (prin efectul de aspiraţie al rotorului), este măcinată între rotor şi carcasă şi iese prin deschiderea de evacuare.