Wytwarzanie proszków w m ynach obrotowo-wibracyjnych

Transkrypt

1 MatCer Wytwarzanie proszków w m ynach obrotowo-wibracyjnych JAN SIDOR Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydzia In ynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Urz dze Technologicznych i Ochrony rodowiska Wprowadzenie Jednym z etapów opracowania nowych technologii, w których stosuje si materia y ziarniste, a w szczególno ci mikroproszki i nanoproszki, s badania przeprowadzane zwykle w skali laboratoryjnej. Zdecydowana wi kszo proszków otrzymywana jest metodami mechanicznymi, czyli przez mielenie. W wielu technologiach nast puje równie potrzeba otrzymania proszków dla potrzeb kontroli jako ci pó produktu lub produktu nalnego. W metodach mechanicznych realizowanych w skali laboratoryjnej proszki wytwarza si w nast puj cych rodzajach m ynów z mielnikami swobodnymi [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]: kulowych, planetarnych, wibracyjnych oraz obrotowo-wibracyjnych z przekazywaniem energii przez komor : obrotowo-magnetycznych z przekazywaniem energii przez solenoid, mieszad owych z przekazywaniem energii przez wirnik. Stosuje si równie inne m yny: wibracyjne pier cieniowe, bezmielnikowe: udarowe, m otkowe, bijakowe, palcowe i inne. Warunkiem otrzymania wy ej wymienionych proszków jest odpowiednio du a energia kinetyczna mielników lub innych elementów roboczych, na któr producent m yna ma wp yw, oraz wspó czynnik tarcia pomi dzy rozdrabnianym materia em a mielnikami na który u ytkownik m yna wp ywu nie ma. Swobodne mielniki maj najcz ciej kszta t kuli, rzadko cylpebsów (walców o wysoko ci równej rednicy) lub pr tów. Procesowi mielenia towarzyszy wzrost temperatury wewn trz komory, który ogranicza si odpowiednim system ch odzenia komory, zwykle odpowiednim nadmuchem powietrza. Najbardziej uniwersalnymi m ynami s m yny z mielnikami swobodnymi, w których mo na otrzymywa proszki materia ów o twardo ci praktycznie w zakresie ca ej skali Mohsa. W ród tej grupy wyró ni mo na grup m ynów obrotowo-wibracyjnych o niskiej szkodliwo ci oddzia ywania na otoczenie, nad którymi prace prowadzone s od ponad 20 lat w Katedrze Urz dze Technologicznych i Ochrony rodowiska Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. W tym czasie opracowano 28 m ynów laboratoryjnych oraz 9 przemys owych m ynów obrotowo-wibracyjnych, chronionych pi cioma patentami [3]. Najwi cej laboratoryjnych m ynów obrotowo-wibracyjnych zastosowano w Katedrze Ceramiki Specjalnej AGH. U ytkuje si tam sze m ynów: LAMOW-B-5/2 o pojemno ci komór 5 i 2 dm 3 (od 1986 roku), LAMOW-C-5x2 o pojemno ci komór 10 i 5 dm 3 (od 1988 roku), oraz cztery m yny o pojemno ci komór 1 i 0,5 dm 3 LAMOW-D-1/05 (od 1993 roku), LAMOW-P-2x1/05 (od 2005 roku) oraz LMWo-2x1/05 (od 2007 roku). W Politechnice l skiej u ytkowane s trzy m yny. Pozosta e stanowi wyposa enie laboratoriów: instytutów PAN, instytutów resortowych oraz zak adów przemys owych [3]. W m ynach obrotowo-wibracyjnych otrzymywano proszki, mikroproszki oraz submikroproszki szeregu materia ów, takich jak: piasek kwarcowy [3], ruda miedzi [8], w glik krzemu [9], tlenek glinu [10, 11], popio y [12], biomateria y [13, 14, 15], w glik tytanowo-krzemowy [16], korund i krzem [17], tlenek chromu [18], szk a, szkliwa ceramiczne, w tym szkliwo stosowane w produkcji kineskopów tv i szkliwo do emaliowania proszkowego [19], które w jednym procesie mielono, mieszano z pigmentem oraz z substancj otoczkuj c. W tych m ynach mielono tak e: biotyt, kalcyt, skale, kamie wapienny, dolomit, marmur, serpentynit, kaolin, odpady przemys owe rud cynku i o owiu, szlamy poekstrakcyjne, masy ceramiczne, gra t, selen, ferryty, pigmenty, chrom metaliczny, w glik wolframu, azotek boru, azotek glinu, tlenki: elaza, cyrkonu, cyny, cynku, o owiu, krzemian cyrkonu, klinkiery cementowe, tworzywa cyrkonowo-korundowe, ferryty, tonery, bursztyn, kosmetyki, farmaceutyki oraz materia y organiczne takie jak: skrobie, czy skorupki jajek. W laboratoryjnym m ynie obrotowo-wibracyjnym przeprowadzono proces mechanicznego stapiania niklu z cyrkonem [20], proces wytwarzania stopów krystalicznych niklu z cyrkonem oraz samego niklu [21], a tak e proces aktywacji fazy zbrojonej [22]. W jednym przypadku m yn obrotowo-wibracyjny zastosowano tak e jako bardzo szybk mieszark pi ciu sk adników. Otrzymane w m ynach obrotowo-wibracyjnych proszki charakteryzowa y si bardzo szerokim spektrum wymiarów ziaren, których ca a populacja wynosi a odpowiednio dla produktu, poni ej: 100 m; 30 m; 10 m, 5 m i 1 m. W tych m ynach wytwarzano równie nanoproszki o uziarnieniu poni ej 100 nm. G ówne zalety m ynów obrotowo-wibracyjnych to uniwersalno u ytkowania, czyli mo liwo mielenia w sposób ci g y lub okresowy, na sucho lub na mokro, a w szczególno ci znacznie mniejsza zawarto górnych niepo danych 28 MATERIA Y CERAMICZNE 1/2008 tom LX

2 klas ziarnowych, bardziej jednorodny sk ad ziarnowy zmielonego materia u, du a intensywno procesu mieszania oraz znacznie wi ksze mo liwo ci sterowania procesem mielenia w celu uzyskania wymaganych parametrów uziarnienia proszków. W porównaniu z klasycznymi m ynami wibracyjnymi [1, 2, 3] m yny te maj o po ow ni sz cz stotliwo drga i przyspieszenie ruchu drgaj cego, co powoduje ich nisk szkodliwo oddzia ywania na otoczenie, czyli niewielki poziom ci nienia akustycznego oraz przenoszenie obci e dynamicznych na pod o e [3, 8, 10] oraz znacznie wi ksze mo liwo ci technologiczne przy porównywalnej szybko ci procesu mielenia. Dzia anie i budowa m ynów obrotowowibracyjnych W m ynach obrotowo-wibracyjnych i wibracyjnych proces mielenia zachodzi w komorze o kszta cie walca wype nionej swobodnymi mielnikami, zwykle kulami, rzadko cylpebsami. Komora wprawiana jest w ruch z o ony, sk adaj cy si z ruchu drgaj cego o kierunku amplitudy drga prostopad ym do osi geometrycznej komory i ruchu obrotowego komory zachodz cego wokó osi geometrycznej komory. Ruchoma komora przekazuje energi kinetyczn swobodnym mielnikom, które przez uderzanie i cieranie ziaren materia u na swoich powierzchniach rozdrabniaj go. Proces rozdrabniania - mielenia zachodzi tak e na pobocznicy walcowej komory, a mniej intensywnie na cianach bocznych, które tworz pokrywy komory w m ynie laboratoryjnym lub przegrody sitowe w m ynie przemys owym. Zestaw mielników tworz mielniki o jednakowych wymiarach. Jednak podczas eksploatacji zachodzi samoczynne zró nicowanie wymiarów mielników wskutek ich niejednakowego zu ycia. Sposób dzia ania m yna obrotowo-wibracyjnego o odcinkowej trajektorii amplitudy drga zamieszczono na rys. 1 a. Na rysunku tym przedstawiono sposoby dzia ania innych m ynów z mielnikami swobodnymi, czyli m yna wibracyjnego o odcinkowej trajektorii amplitudy drga rys. 1 b oraz m yna grawitacyjnego rys. 1 c, zwanego cz sto kulowym, który jest najcz ciej stosowanym m ynem w przemys ach: górniczym, ceramicznym (spoiw mineralnych, ceramiki sanitarnej, szlachetnej, technicznej), energetyce oraz w in ynierii chemicznej. Rys. 1. Sposoby dzia ania m ynów z mielnikami swobodnymi: a m yna obrotowowibracyjnego, b m yna wibracyjnego o odcinkowej trajektorii drga, c m yna grawitacyjnego, A amplituda drga, f cz stotliwo drga, k. pr dko k towa komory Na rys. 2 zamieszczono schemat budowy laboratoryjnych m ynów obrotowo-wibracyjnego o pojemno ci komór: 2 dm 3, 1 dm 3 i 0,5 dm 3. Laboratoryjne m yny obrotowo-wibracyjne o pojemno ciach komór: 2 dm 3, 5 dm 3, 7,5 dm 3 mia y budow zbli on do budowy przemys owych m ynów obrotowo-wibracyjnych o dzia aniu okresowym, których schemat budowy zamieszczono na rys. 3. M yn laboratoryjny odró nia y od m yna przemys owego wyjmowane komory do operacji za adunku i wy adunku oraz rozwi zanie konstrukcyjne nap du, sk adaj ce si zwykle z jednego silnika, z którego realizowany by nap d ruchu drgaj cego przez przek adni pasow oraz nap d ruchu obrotowego komór przez przek adnie z bat i pasow. W zale no ci od potrzeb, komory m ynów mia y wyk adzin z tworzywa sztucznego (poliamidu, poliuretanu, PCV, te onu, polipropylenu), korundu lub wykonywano je ze stali odpornej na zu ycie w przypadku m ynów przemys owych, a do mielenia tworzyw metalicznych w m ynach laboratoryjnych ze stali o podwy szonej odporno ci na korozj. Oprócz podstawowych pojemno ci komór m ynów laboratoryjnych, wykonywano równie komory o innych pojemno ciach, które mo na atwo umieszcza w m ynach, których schemat podano na rys. 2. Natomiast w m ynach przemys owych komora by a integraln cz ci zespo u roboczego, a operacje jej za adunku Rys. 2. Schemat laboratoryjnego m yna obrotowo-wibracyjnego: 1 komora, 2 obsada komory, 3 adunek, 4 wspornik, 5 wibrator, 6 przek adnia z bata, 7 obci niki, 8 wahacz, 9 przegub, 10 uk ad spr ysty, 11 przek adnia wibratora, 12 silnik, 13 przek adnia komory, 14 zderzak, 15 obudowa d wi koszczelno-izolacyjna, 16 podstawa z wibroizolatorami, 17 wentylator ch odzenia MATERIA Y CERAMICZNE 1/2008 tom LX 29

3 i roz adunku wykonywano przez otwór za adowczo-roz adowczy. W m ynach o dzia aniu ci g ym nadawa podawana by a do komory przez dr ony czop wlotowy, a odprowadzana z komory przez dr ony czop wylotowy. Podstawowe parametry m ynów laboratoryjnych wyznaczano eksperymentalnie na stanowisku badawczym laboratoryjnego m yna obrotowo-wibracyjnego [3]. W analogiczny sposób post powano przy opracowywaniu konstrukcji m ynów przemys owych. Rys. 3. Schemat budowy przemys owego m yna obrotowo-wibracyjnego o dzia aniu okresowym: 1 komora, 2 wibrator, 3 rama komory i zespo u roboczego, 4 adunek (mielniki W tym przypadku same badania z mielonym materia em), 5 otwór za adowczo-roz adowczy, 6 przegub, 7 silnik nap du by y niewystarczaj ce. Dlatego komory, 8 silnik nap du wibratora, 9 przek adnia pasowa wibratora, 10 przek adnia do projektowania m ynów przemys owych opracowano metod pasowa komory, 11 uk ad spr ysty, 12 podstawa z wibroizolatorami, 13 obudowa d wi koszczelno-izolacyjna, 14 drzwi obs ugowe obudowy projektowania tych m ynów, której podstaw s modele procesowe m yna obrotowo-wibracyjnego, modele mechaniczne m yna, metoda wyznaczania podatno ci na mielenie wibracyjne, metoda wyznaczania warunków procesu mielenia oraz programy symulacji komputerowej. Mechanizmy procesu rozdrabniania w m ynach z mielnikami swobodnymi Schemat fenomenologiczny procesu rozdrabniania w m ynie obrotowo-wibracyjnym przedstawiono na rys. 4. Mielniki, które otrzyma y energi kinetyczn od ruchomej komory, zu ytkowuj j na proces rozdrabniania zbioru ziaren, które znalaz y si pomi dzy mielnikami oraz pomi dzy mielnikami a komor. Procesowi rozdrabniania towarzyszy w tym m ynie bardzo intensywny proces mieszania adunku oraz straty energii na wzrost temperatury adunku oraz na ci nienie akustyczne. Liniami kreskowymi przedstawiono kierunki pr dko ci mielników i komory. Na proces rozdrabniania ziaren materia u wp ywaj obci enia normalne i styczne. Udzia i warto ci tych obci e mo na w m ynie obrotowo-wibracyjnym zmienia w bardzo szerokim zakresie przez dobór parametrów: kinematycznych obu ruchów komory (wibracyjnego i obrotowego), geometrycznych ( rednica i d ugo komory) oraz technologicznych (stopie nape nienia komory, zestaw i materia mielników). Najwi kszy wp yw udzia u poszczególnych obci e mo na uzyskiwa przez zmian parametrów kinematycznych ruchów komory, czyli cz stotliwo ci, amplitudy drga oraz jej pr dko ci obrotowej oraz stopnia nape nienia komory. Zmiana parametrów ruchu drgaj cego jest naj atwiejszym sposobem zmiany energii mielników. Dzi ki temu u ytkownik m yna ma mo liwo sterowania procesem mielenia w celu otrzymania proszków o wymaganych parametrach, takich jak: sk ad ziarnowy, powierzchnia w a ciwa, odpowiednich pozosta o ci na sitach kontrolnych lub Rys. 4. Schemat procesów: przekazywania energii i rozdrabniania: 1 mielniki, 2 komora, V m1,2p pocz tkowe pr dko ci mielników 1 i 2, V m1,2k ko cowe pr dko ci mielników 1 i 2, V kp pocz tkowe pr dko ci komory, V kk ko cowe pr dko ci komory wymiarów ziaren kontrolnych, np.: d max, d 97, d 90, d 80, d 67, d 50 d 10, kszta t ziaren, podatno na konsolidacj, prasowanie, spiekanie, i inne. Metody wyznaczania energii mielników w m ynach obrotowo-wibracyjnych Energia kinetyczna mielników jest podstawowym czynnikiem, który determinuje mo liwo wyst pienia procesu rozdrabnia oraz jego szybko. Drugim czynnikiem jest sposób przekazywania energii na realizacj procesu mielenia. Sposób ten decyduje o sprawno ci energetycznej tego procesu. Dlatego w literaturze mo na znale du o prac dotycz cych tej problematyki. Tym zagadnieniem zajmowa si równie autor, który opracowa dwie metody wyznaczania energii kinetycznej mielników [3]: metod symulacji komputerowej, metod wizualizacji. 30 MATERIA Y CERAMICZNE 1/2008 tom LX

4 Obie metody zosta y zwery kowane eksperymentalnie na obiekcie rzeczywistym, czyli na stanowisku badawczym m yna laboratoryjnego [3]. Metoda symulacji komputerowej polega a na opracowaniu modelu matematycznego opisuj cego zderzenia mielników, uwzgl dniaj cego parametry kinematyczne, geometryczne i fizyczne komory i mielników, pomi dzy którymi znajduje si rozdrabniany materia oraz modelu rozdrabnianego materia u uwzgl dniaj cego jego w a ciwo ci zyczne dla wyznaczenienia energii kinetycznej mielników pos uguj c si technik komputerow. W pracy [23] podano obszerny opis tej metody, zastosowany w niej model materia u oraz inne modele znane w literaturze. Na rys. 5 zamieszczono przyk ad chwilowego po o enia mielników w komorze m yna obrotowo-wibracyjnego uzyskany w symulacji komputerowej, a na rys. 6 przyk ad wyznaczania energii kinetycznej mielników przy ustalonych parametrach m yna i procesu mielenia. Górna cz rys. 6 przedstawia chwilowe, sumaryczne energie kinetyczne ka dej kul (ruchu prostoliniowego i obrotowego), a rysunek dolny chwilowe energie ca kowite wszystkich kul oddzia ywuj cych wzajemnie oraz z komor. Rys. 6. Chwilowe po o enie mielników (kul) w m ynie obrotowo-wibracyjnym, cz stotliwo drga 12 Hz, amplituda drga 7,5 mm, pr dko k towa 10,5 rad/s, stopie nape nienia 0,40, rednica komory 123 mm, rednica kuli 13,5 mm, materia kuli: korund, materia komory: stal Rys. 5. Chwilowe po o enie mielników (kul) w m ynie obrotowo-wibracyjnym Metod wizualizacji obszernie opisano w pracy [24]. Na rys. 7 zamieszczono stanowisko badawcze laboratoryjnego m yna obrotowo-wibracyjnego wraz z systemem rejestracji obrazów chwilowych po o e mielników w komorze m yna. Sposób wyznaczania energii kinetycznej ruchu post powego mielników kul zamieszczono na rys. 8, a niektóre wyniki wyznaczania tej energii podano, cznie z wynikami otrzymanymi z symulacji komputerowej, w tab. 1. Tabela w dolnej cz ci rysunku zawiera drogi przebyte przez zaznaczon kul w ci gu 10 ms. Cz stotliwo drga komory 10 Hz, parametry m yna takie same jak w symulacji komputerowej podanej na rys. 6. rednia energia kinetyczna kulek wyznaczona z wizualizacji jest mniejsza Stopie Liczba Pr dko rednia energia rednia energia Ró nica energii Cz stotliwo nape nienia, kul, k towa, kulek z symulacji, kulek z wizualizacji, symulacja-wizualizacja drga, Hz [-] szt. rad/s x10-3 J x10-3 J x10-3 J % 0, ,8 14,1 11,0 3,1-22,0 0, ,5 16,4 14,2 2,2-13,4 0, ,5 20,1 18,8 1,3-6,5 0, ,8 26,4 20,2 6,2-23,5 Tab. 1. Porównanie energii kinetycznej kul wyznaczanej metodami symulacji komputerowej i wizualizacji MATERIA Y CERAMICZNE 1/2008 tom LX 31

5 od redniej energii wyznaczonej z symulacji komputerowej. Jest to zgodne z rzeczywisto ci, poniewa energia wyznaczona z wizualizacji zawiera tylko energi ruchu post powego, natomiast energia wyznaczona z symulacji zawiera jeszcze energi ruchu obrotowego kul. Podstawowe parametry i przyk ady konstrukcji laboratoryjnych m ynów obrotowo-wibracyjnych Rys. 7. Stanowisko badawcze laboratoryjnego m yna obrotowo-wibracyjnego z systemem komputerowym rejestracji chwilowych po o e mielników: 1 komora m yna, 2 mielniki korundowe, 3 kamera, 4 dioda strobuj ca, 5 uk ad elektryczny sterowania i zasilania, 6 komputer archiwizuj cy obrazy Rys. 8. Metoda wyznaczania dróg kul z sekwencji chwilowych po o e rodka ich ci ko ci Rys. 9. Histogram rozk adu liczby zmian energii kulek w dolnej cz ci komory m yna obrotowo-wibracyjnego: E r rednia energia kul Podstawowe parametry niektórych laboratoryjnych m ynów obrotowo-wibracyjnych opracowanych i zastosowanych w latach podano w tab. 2. Na rys. 10 zamieszczono fotografie trzech laboratoryjnych m ynów obrotowo-wibracyjnych. S to m yny LMOW- L-2x1, LMOW-L-7,5x2 oraz LMOW-P-2x1. Najwi ksze mo liwo ci badawcze ma wysokoenergetyczny m yn LMOW-L-2x1, opracowany dla materia ów metalicznych, w szczególno ci do realizacji procesów: mechanicznego stapiania MA (mechanical alloying), reaktywnego mielenia RM reactive milling) oraz wysokoenergetycznego rozdrabniania HEBM (high energy ball milling). Do realizacji tych procesów m yn wyposa ono w specjalne komory wykonane ze stali odpornej na korozj. Pokrywy komór posiadaj zawory iglicowe i kró ce umo liwiaj ce prowadzenie wymienionych procesów w atmosferze gazu oboj tnego, bez konieczno ci u ywania komory manipulacyjnej. M yn ten ma niezale ne nap dy ruchu drgaj cego i obrotowego, wydajny uk ad ch odzenia oraz uk ady programowania i kontroli czasu procesu jak równie kontroli temperatury wewn trz obudowy m yna. M yn LMOW-M-7,5x2 jest najwi kszym m ynem laboratoryjnym, który w przemys ach farmaceutycznym lub kosmetycznym mo e by m ynem przemys owym. M yn ten wyposa ony jest w komory poliamidowe zamykane zatrzaskiem bez u ycia klucza i opracowany zosta do bardzo drobnego mielenia szkie. M yn LMOW-P-2x1 jest najnowsz konstrukcj opracowan do otrzymywania mikro- oraz submikroproszków materia ów o twardo ci powy ej 8 w skali Mohsa. W pierwszych próbach mielenia w tym m ynie otrzymano proszek tlenku glinu o uziarnieniu poni ej 0,5 m. 32 MATERIA Y CERAMICZNE 1/2008 tom LX

6 Parametry m yna Typ m yna LAMOW-B-5/2 LAMOW-C-5x2 LAMOW-D-1/0,5 LMOW-L-2x1 LMOW-M-7,5x2 LMOW-P-2x1 Cz stotliwo drga, Hz Pojemno komory, dm 3 2 i 5 5 i 10 1 i 0,5 2 i 1 7,5 1 czna pojemno komór, dm Moc silnika, kw 0,75 1,5 0,37 0,55 1,1+0,37 1,5 0,55 Masa m yna, kg Wymiary: d ugo x szeroko x wysoko, mm 920x650x x 800x x620 x x610 x x970x x540x530 Tab. 2. Podstawowe parametry laboratoryjnych m ynów obrotowo-wibracyjnych Wszystkie laboratoryjne m yny wyposa one s w wibroizolatory i przystosowane do u ytkowania bez fundamentu w zwyk ym pomieszczeniu laboratoryjnym. Poziom ci nienia akustycznego w odleg o ci 1 m od m ynów mie ci si w zakresie db. Najwy szy poziom db wyst puje przy m ynie LMOW-L-2x1, w którym proces mielenia Rys. 10. Niektóre konstrukcje laboratoryjnych m ynów obrotowo-wibracyjnych do otrzymywania wykonuje si stalowymi mielnikami w stalowych komo- mikro- i submikroproszków materia ów ceramicznych i metalicznych rach. W tab. 3. podano podstawowe parametry niektórych przemys owych m ynów obrotowo-wibracyjnych opracowanych w latach , a na rys. 11 przyk ady dwóch konstrukcji tych m ynów. Przyk ady rozwi za konstrukcyjnych komór laboratoryjnych m ynów obrotowowibracyjnych podano na rys. 12. Rys.11. Niektóre konstrukcje przemys owy m ynów obrotowo-wibracyjnych: a m yn do mielenia tlenku glinu, b m yn do wytwarzania dyspersji wodnej Parametry m yna Typ m yna MOW-B-52/26 MOW-E-125 MOW-H-200 MWok-I-20 Cz stotliwo drga, Hz Pojemno komory, dm Moc silników m yna, kw 5,5 7,5 12,6 1,5 Masa m yna, Mg 0,50 1,2 2,5 0,31 Uziarnienie produktu mielenia, m 20% p.n.s. 40 d 90 = 45,0 d 50 = 18,0 d 90 = 8,0 d 50 = 3,5 d 99 = 21 d 50 = 2,8 Materia mielony szkliwo dolomit tlenek glinu dyspersja wodna rodowisko mielenia powietrze powietrze woda woda Wydajno, kg/h ,5 Sposób pracy okresowy ci g y okresowy okresowy Wymiary: d ugo szeroko wysoko, m 1,35 1,3 2,0 2,2 2,0 1,35 2,2 2,0 1,4 1,2 x 0,82 x 0,93 Tab. 3. Podstawowe parametry przemys owych m ynów obrotowo-wibracyjnych MATERIA Y CERAMICZNE 1/2008 tom LX 33

7 i wodorotlenku glinu, a na rys. 14 sk ad ziarnowy skrobii. Podsumowanie 1. Przedstawione wyniki sk adu ziarnowego zmielonych proszków o bardzo zró nicowanych w asno ciach zycznych, w tym proszków materia ów bardzo twardych o twardo ci Rys. 12. Komory laboratoryjnych m ynów obrotowo-wibracyjnych 8 9,5 w skali Mohsa, wskazuj na szerokie mo liwo ci technologiczne m ynów obrotowo-wibracyjnych. Twardo Czas/sposób mielenia Wymiary ziaren, m Typ m yna Materia wg Mohsa rodowisko d max d 90 d W laboratoryjnych Laboratoryjny Hydroksyapatyt 5,5 0,5h/powietrze 45,0 15,0 0,64 i przemys owych Laboratoryjny Laboratoryjny Laboratoryjny Kwarc Ti 3 SiC 2 Al , h/woda 1,5h/powietrze 4h/woda 6,0 12,0 4,6 3,2 4,9 2,2 1,0 2,3 1,4 m ynach obrotowowibracyjnych mo na otrzyma proszki materia ów o twardo ci Laboratoryjny Korund 9 7h/woda 28,9 10,17 2,6 powy ej 7 w skali Laboratoryjny Sic 9,5 12h/alkohol etyl. 2,1 0,19 0,13 Mohsa o uziarnieniu Laboratoryjny Przemys owy Przemys owy Siarka Dolomit Al , min/woda ci g y/powietrze 4h/woda , ,4 6,8 32 2,5 poni ej: 60 m, 20 m, 10 m, 5 m, 1 m, a nawet nanoproszek o uziarnieniu poni ej 100 nm. a) b) Rys.13. Obrazy mikroskoowe proszków: a wodorotlenku glinu (proszek otrzymany przez autora, 2007), b SiC (proszek otrzymany przez L. Stobierskiego, 2007) Przyk ady efektów procesu mielenia w m ynach obrotowo-wibracyjnych Wybrane parametry uziarnienia proszków otrzymanych w laboratoryjnych m ynach obrotowo-wibracyjnych podano w tab. 4, na rys. 13 obrazy mikroskopowe proszków SiC 3. Z o ony ruch komór m ynów obrotowo-wibracyjnych umo liwia sterowanie procesem mielenia w celu uzyskania proszków o wymaganym sk adzie ziarnowym oraz wysokiej czysto ci, a jednocze nie dobrej homogenizacji proszku, co jest szczególnie wa ne przy jednoczesnym mieleniu kilku komponentów. 4. M yny laboratoryjne daj mo liwo mielenia w rodowisku cieczy, powietrza, gazu oboj tnego, w komorach 34 MATERIA Y CERAMICZNE 1/2008 tom LX

8 o bardzo zró nicowanej pojemno ci od 0,1 do 7,5 dm Przedstawione mo liwo ci wyznaczania energii kinetycznej mielników umo liwiaj konstrukcj m ynów obrotowo-wibracyjnych o bardzo zró nicowanej (w tym wysokiej) energii kinetycznej mielników. 6. Niska cz stotliwo drga oraz niski poziom ci nienia akustycznego czyni je bardzo przyjaznymi dla rodowiska w porównaniu z klasycznymi m ynami wibracyjnymi, a koszty wykonania tych m ynów s o ponad po ow ni sze od kosztów zakupu importowanych m ynów planetarnych. Opracowane m yny odznaczaj si du trwa o ci potwierdzon w toku 20-letniej eksploatacji. Literatura Rys. 14. Uziarnienie nanoproszku skrobii mielonej w alkoholu etylowym (otrzymanego przez autora, 2007) [1] Höf K.: Zerkleinerungs- und Klassiermaschinen. VEB Deutscher Verlag für Grundstof ndustrie, Leipzig [2] Chichelnicky S.: Milling as a nanoparticle preparation technique, Ben-Gurion University of the Negev [3] Sidor J.: Badania i metody projektowania m ynów wibracyjnych, UWND AGH Kraków 2005 [4] Sidor J.: Mechanical devices used for production of metallic, ceramic-metallic alloys or nano-materials, Archives of Metallurgy and Materials, vol. 52, 2007 p [5] Calka A., Wexler D. Oleszak D., Bystrzycki J., Formation of Amorphous and Nanostructural Powder Particles from Amorphous Metallic Glass Ribbons using Ball Milling and Electrical Discharge Milling, Solid State Phenomena Vols , 2005, [6] [7] [8] Sidor J.: Badania kinetyki mielenia rudy miedzi i piasku kwarcowego w prototypowym m ynie obrotowo-wibracyjnym typu LAMOW-B-5/2. Przegl d Górniczy 1988, nr 4, [9] Sidor J., Ermer-Kowalczewska E.: Wst pne badania koloidalnego mielenia w glika krzemu w nowym laboratoryjnym m ynie obrotowo-wibracyjnym. In ynieria Materia owa 1989, nr 4, s [10] Sidor J.: Wst pne badania prototypowego przemys owego m yna obrotowo-wibracyjnego do bardzo drobnego mielenia tlenku glinu. Fizykochemiczne Problemy Mineralurgii. Nr 26. Wroc aw 1992, [11] Wójcik M., Sidor J., Kuba a J., Pa yz J., Purska E.: Effect of the morfology and size distribution of alumina ceramic mass on the green and re density and shrinkage of moulders, LIGHT METALS 1996, Anaheim, California USA February 4-8, 1996, Edited by Wayne Hale The Minerals, Metals & Materials Society 1996, [12] Sidor J., Wójcik M.: Disintegration of y ashes in the rotary-vibration mill, WASCON 94 Environmetal Implications And Construction Materials And Technology Developmens. Maastricht Elservier Science, Amsterdam, Holandia 1994, [13] Sidor J.: Niektóre wyniki bada bardzo drobnego i koloidalnego mielenia hydroksyapatytu w m ynie obrotowo-wibracyjnym. Polski Biuletyn Ceramiczny. Ceramika nr 46, Wyd. PAN Oddzia w Krakowie, 1994, [14] czka M., Cholewa K., Kata D., Sidor J.: Obtaining and properties of ceramic powders of silicate-phosphate system, Fundamentals of Glass Science and Technology June 9-12, 1997, Vöxjö, Sweden, p [15] Sidor J.: Wytwarzanie proszków biomateria ów ceramicznych w maszynach wibracyjnych, Structures Waves Biomedical Engineering Vol. IV - Vaves Method and Mechanics in Biomedical Engineering, Edited by Polish Acoustical Society Dep. Cracow, Kraków, 1999, s , ISBN [16] Sidor J.: Fine grinding of Ti 3 SiC 2 powders using rotary vibration mill. Fourth Euro Ceramics - Basic Science - Developments in Processing of Advanced Ceramics - Part 1, Edited by C. Galassi, C.N.R. - IRTEC, Faenza. Italy Vol. 1, [17] Sidor J., Wójcik M., Kordek J. : Fine grinding of hard ceramic waste in the rotary-vibration mill. The International Conference for the Environmental and Technical Implications of Construction with Alternative Materials. The Netherlands. Wascon 97, Elservier Science, Amsterdam, Holland 1997, [18] Sidor J., Drzyma a Z.: Synteza konstrukcji przemys owego m yna wibracyjnego o niskiej cz stotliwo ci drga do mielenia tlenku chromu na sucho, Zesz. Nauk. Pol. Bia ostockiej - Budowa i Eksploatacja Maszyn, Wyd. Pol. Bia ostockiej, 2002, nr 9, [19] Drzyma a Z., Sidor J.: Mo liwo ci zastosowania przemys owych uk adów miel cych z m ynami obrotowo-wibracyjnymi o dzia aniu ci g ym do otrzymywania materia ów sproszkowanych wysokiej jako ci, Zesz. Nauk. AGH, nr 1159, Mechanika z. 13, Kraków, 1988, s [20] Dargel-Sulir L., Sidor J.: Otrzymywanie amor cznego stopu Ni 50 Zr 50 technik mechanicznego wytwarzania (MA) w m ynie obrotowo-wibracyjnym, In ynieria Materia owa, 1998, nr 5, [21] Sidor J.: Mechanical devices used for production of metallic, ceramic-metallic alloys or nano-materials, Archives of Metallurgy and Materials, vol. 52, 2007 p [22] Sidor J.: Opracowanie i wykonanie urz dzenia do uszlachetniania i aktywacji fazy zbrojonej pracuj cego na zasadzie wysokiej energii mielników generowanej przez ruch drgaj cy. Praca wykonana w SPNA Kraków 2004 dla Instytutu Odlewnictwa w Krakowie, 2004 (niepublikowana). [23] Sidor J.: Modele procesu rozdrabniania materia u pomi dzy elementami roboczymi w m ynach z mielnikami swobodnymi. Ceramika/Ceramics. Papers of the Commission on Ceramic Science, Polish Ceramic Bulletin, Polish Academy of Science Kraków Division. vol , [24] Sidor J.: Wyznaczanie parametrów ruchu mielników w m ynie obrotowo-wibracyjnym za pomoc wizualizacji, Kraków, Problemy w Budowie i Eksploatacji Maszyn i Urz dze Technologicznych, Problemy In ynierii Mechanicznej i Robotyki, Wyd. WIMIR AGH, 2004, nr 23, Prac wykonano w ramach Prac Statutowych Katedry Urz dze Technologicznych AGH, 2008 r. MATERIA Y CERAMICZNE 1/2008 tom LX 35