Zasady kruszenia

Zastosowany młyn decyduje nie tylko o zasadzie rozdrabniania, ale także o osiągalnym kształcie cząstek, końcowym rozdrobnieniu i wydajności. Niewłaściwy dobór młyna może prowadzić do nadmiernego zużycia, generowania ciepła lub niewystarczającej homogenizacji. Młyny wibracyjne łączą siły udarowe i tarcia i nadają się do małych próbek, a także do mielenia na sucho, na mokro lub kriogenicznego. W młynie kriogenicznym materiał jest stale chłodzony ciekłym azotem, co czyni go kruchym i chroni składniki lotne. Młyny tnące idealnie nadają się do materiałów włóknistych lub elastycznych i zapewniają określone rozmiary cząstek, natomiast kruszarki szczękowe lub odśrodkowe nadają się do wstępnego kruszenia dużych, twardych brył. Przemyślane połączenie kilku typów młynów zapewnia wydajne i delikatne przetwarzanie materiału, a kolejne etapy analizy lub produkcji przynoszą wiarygodne wyniki.

Naprężenie ściskające jest jedną z najstarszych zasad kruszenia. Materiał jest ściskany między dwiema nieruchomymi lub ruchomymi powierzchniami, aż do momentu, gdy przekroczy swoją wytrzymałość wewnętrzną i ulegnie rozbiciu. Typowe maszyny, takie jak kruszarki szczękowe lub walcowe, działają na tej zasadzie: próbki są podawane do wąskiej szczeliny i rozdrabniane pod wpływem nacisku mechanicznego. Ta metoda jest szczególnie skuteczna w przypadku twardych i kruchych próbek, takich jak rudy lub skały, które pod wpływem nacisku rozpadają się stosunkowo spontanicznie. W kruszarkach wstępnych, takich jak kruszarki obrotowe, mimośrodowo zamontowany stożek kruszący zapewnia równomierne naprężenie i wysoką wydajność. Zasada ściskania jest mniej odpowiednia dla materiałów twardo-sprężystych, ponieważ mają one tendencję do odkształcania się, a nie kruszenia. Podczas stosowania tej metody ważne jest, aby zapewnić równomierne podawanie materiału, aby uniknąć tworzenia się mostków i nierównomiernego rozkładu wielkości cząstek.

W procesie mielenia udarowego próbka styka się z powierzchnią stałą z dużą prędkością. Przyspieszone cząstki uderzają w powierzchnie uderzeniowe lub narzędzia szlifierskie i rozbijają się pod wpływem powstających sił uderzeniowych. Młyny kulowe, młotkowe i strumieniowe wykorzystują tę zasadę, generując liczne uderzenia poprzez szybkie obroty lub przepływy powietrza. Jest ona szczególnie odpowiednia dla materiałów twardych, kruchych i krystalicznych, które pod wpływem uderzenia rozpadają się na drobniejsze cząstki. W młynach wibracyjnych zasada ta jest połączona z tarciem, co pozwala na skuteczną homogenizację małych próbek; młyny te nadają się nawet do mielenia na sucho, na mokro i kriogenicznego. Końcowy stopień rozdrobnienia zależy od prędkości uderzenia, geometrii narzędzi szlifierskich oraz procesu mielenia. Mielenie udarowe może generować ciepło, dlatego w przypadku próbek wrażliwych na temperaturę lub materiałów zawierających substancje lotne zaleca się odpowiednie chłodzenie.

Szlifowanie tarciowe opiera się na ruchu powierzchni narzędzia szlifierskiego względem próbki, generując siły tarcia między nimi. Cząstki stałe są zasadniczo ścierane; siły ściskające i ścinające działają jednocześnie. Młyny tarczowe i płyty szlifierskie wykorzystują to tarcie ślizgowe do mielenia lub homogenizacji materiałów miękkich i średnio twardych. Wytwarzanie ciepła jest zazwyczaj wyższe niż w przypadku mielenia ściskającego lub tnącego, ponieważ energia jest stale przekształcana w ciepło podczas ruchu ślizgowego. Dlatego próbki o niskiej temperaturze topnienia lub komponenty wrażliwe na ciepło powinny być mielone powoli lub wstępnie schłodzone. Szlifowanie tarciowe dobrze sprawdza się, gdy wymagany jest równomierny rozkład wielkości cząstek i bardzo drobny końcowy rozmiar cząstek, na przykład w produkcji proszków do oznaczeń analitycznych. W wielu młynach tarcie jest stosowane w połączeniu z siłami uderzenia lub ścinania w celu uzyskania bardziej efektywnego rozdrabniania.

Ścinanie występuje, gdy dwie powierzchnie są przemieszczane względem siebie, a materiał między nimi jest cięty lub mielony ruchem ścinającym. Zasada ta jest szczególnie przydatna w przypadku materiałów włóknistych, wytrzymałych i elastycznych, takich jak tworzywa sztuczne, warzywa, drewno czy papier, które trudno rozdrabniać przy użyciu wyłącznie sił ściskających. Młyny udarowe wirnikowe i młyny udarowo-krzyżowe posiadają przeciwbieżne narzędzia, które ścinają próbkę; uzyskany rozmiar cząstek można określić za pomocą sit i prędkości cięcia. Kluczową zaletą jest niskie wytwarzanie ciepła, co chroni próbki wrażliwe na ciepło. Ścinanie zapewnia stosunkowo czyste krawędzie cięcia i wąski rozkład wielkości cząstek. Wstępne mielenie może być korzystne w przypadku większych próbek lub materiałów włóknistych. W przypadku produktów o bardzo dużej elastyczności często stosuje się połączenie ścinania i cięcia.

W metodzie cięcia ostre krawędzie tnące rozdzielają próbkę poprzez ścinanie lub siekanie. Młyny tnące, rozdrabniacze i noże obrotowe posiadają ostrza lub noże, które tną próbkę na określone cząstki poprzez ruch obrotowy. Ta metoda jest odpowiednia dla miękkich, elastycznych, włóknistych i wytrzymałych materiałów, takich jak rośliny, tekstylia, tworzywa sztuczne lub folie. Ostre cięcie generuje jedynie minimalne tarcie, a tym samym niewielką ilość ciepła, zapobiegając przebarwieniom lub zmianom termicznym próbki. Nowoczesne młyny tnące, takie jak seria SM, umożliwiają zmienną prędkość cięcia i wkłady sitowe, umożliwiając powtarzalne ustawienie pożądanej wielkości cząstek. W przeciwieństwie do procesów czystego ściskania lub udaru, kształt cząstek tutaj często pozostaje wydłużony lub łuskowaty. Cięcie nie nadaje się do bardzo twardych i kruchych materiałów; do tych materiałów zaleca się stosowanie młynów opartych na ściskaniu lub udaru.