آسیاب صنعتی

در این مطلب به بررسی مشخصات انوع آسیاب صنعتی یا Mill در صنعت پرداخته می شود. در ماشین های آسیاب صنعتی از چهار روش تراکم، ضربه، سایش و برش استفاده می شود. گاهی آسیاب یک ذره بر اثر سایش آن توسط یک یا تعداد بیش تری از ذرات، یا ناشی از تنش برشی شدید سیالی است که ذره تحت تأثیر آن قرار می گیرد.

انواع آسیاب صنعتی:

۱- آسیاب نرم

بسیاری از پودر های تجاری حاوی ذراتی با اندازه متوسط ۱ تا ۲۰ میکرومتر هستند و اساساً تمام این ذرات از غربالی با مش استاندارد ۳۲۵ که سوراخ های آن ۴۴ میکرومتر است می گذرند. آسیاب هایی که ذرات جامد را تا این اندازه خرد می کنند آسیاب های بسیار نرم می گویند. آسیاب کاری بسیار نرم پودر خشک توسط آسیاب های چکشی پر سرعت داخلی یا خارجی یا آسیاب های فواره ای که از انرژی سیال استفاده می کنند انجام می گیرد. برای آسیاب کاری بسیار نرم پودر خیس، از آسیاب های همزن دار استفاده می شود.

۱-۱ آسیاب نرم همزن دار ( Mill with Mixer )
در بعضی عملیات آسیاب کاری بسیار نرم کننده، از آسیاب های غیر چرخان کوچک ناپیوسته ای که دارای محیط آسیاب کاری جامدند استفاده می شود. محیط آسیاب کاری از اجزای جامد سخت مانند گلوله ها، ریگ ها، یا ذرات شن تشکیل شده است. این آسیاب ها به صورت مخزن های عمودی به ظرفیت ۴ تا ۱۲۰۰ لیتر هستند و از مایعی که محیط آسیاب کاری در آن معلق است پر شده اند. در بعضی طرح ها، بار توسط یک پروانه چند بازویی همزده می شود؛ در سایر طرح ها، که خصوصاً برای آسیاب مواد سخت به کار می رود (مانند سیلیکا یا اکسید تیتانیوم)، یک ستون مرکزی رفت و برگشتی مواد داخل مخزن را تقریباً با 20 HZ به ارتعاش در می آورد. دوغاب غلیظ خوراک از بالا وارد و مواد با مقداری مایع از طریق غربالی در پایین خارج می شود. آسیاب های همزن دار خصوصاً در تولید ذراتی با اندازه ۱ میکرومتر یا ریزتر مفیدند.

۱-۲  آسیاب نرم کلوئیدی ( Colloid dilution Mill)
در آسیاب های کلوئیدی، از برش شدید سیال در یک جریان پرسرعت برای پراکندن ذرات یا قطره های مایع برای تشکیل سوسپانسیون یا امولسیون های پایدار استفاده می شود. اندازه نهایی ذرات یا قطره ها معمولاً کم تر از ۵ میکرومتر است. کاهش اندازه در این آسیاب ها کم است و آنچه که اصولاً انجام می شود گسیختگی توده هایی است که اتصال سستی دارند. شربت ها، شیر، پوره ها، روغن ها، رنگ ها، و گریس ها از محصولاتی هستند که به این ترتیب فراوری می شوند. برای پایدار کردن و پراکندگی، اغلب از مواد افزودنی شیمیایی استفاده می شود. در بیش تر آسیاب های کلوئیدی، مایع خوراک بین سطوح نزدیک هم، که یکی از آنها یا سرعت ۵۰ m/s یا بیش تر نسبت به دیگری حرکت می کند، پمپ می شود. در یک نوع از این آسیاب، مایع از فضاهای باریک بین گردانه دیسکی و پوسته اش عبور می کند. این فاصله باریک را تا ۲۵ میکرومتر می توان تنظیم کرد. اغلب، برای دفع گرمای تولید شده نیاز به سرمایش است. ظرفیت آسیاب های کلوئیدی نسبتاً کم، و از ۲ تا ۳ L/min برای آسیاب های کوچک تا ۴۴۰ L/min برای بزرگ ترین آسیاب ها می باشد.

۱-۳ آسیاب نرم چکشی طبقه بندی کننده ( Hammer Classifier Mill)
در آسیاب چکشی با طبقه بندی داخلی، مجموعه ای از چکش های نوسانی بین دو دیسک چرخان قرار دارند ( مانند ماشین های قدیمی)، اما شفت چرخان علاوه بر چکش ها دو فن را نیز نگه می دارد؛ این دو فن هوا را به داخل آسیاب و به طرف شفت محرک می مکند و سپس آن را به داخل مجراهایی که به جمع کن های محصول ختم می شوند می رانند. روی دیسک های چرخان پره های شعاعی کوتاهی قرار دارند که ذرات فوق اندازه را از ذرات با اندازه قابل قبول جدا می کنند. ذرات ریز از روی پره های شعاعی عبور می کنند؛ ذراتی که خیلی بزرگ اند برای کاهش بیش تر به محفظه آسیاب بر می گردند. ماکزیمم اندازه ذرات محصول بر حسب تغییر سرعت روتور یا اندازه و تعداد پره های جداساز تغییر می کند. آسیاب هایی از این نوع ۱ تا ۲ ton/h را تا اندازه متوسط ‍۱ تا ۲۰ میکرومتر کاهش می دهند و انرژی مصرفی آنها تقریباً ۴۰ kWh/t است.

۱-۴ آسیاب نرم با انرژی سیال ( Mill with Fluid energy)
در آسیاب ها، ذرات در جریان گاز پر سرعتی به حالت تعلیق در می آیند. در بعضی طرح ها، گاز در یک مسیر دایره ای یا بیضوی جریان می یابد؛ در سایر طرح ها جت هایی وجود دارند که در مقابل یکدیگرند، یا یک بستر سیالی را شدیداً هم می زنند. قسمتی از کاهش اندازه وقتی روی می دهد که ذرات به دیواره های محفظه برخورد می کنند یا به آن مالیده می شوند، اما بیشتر کاهش اندازه بر اثر سایش بین ذرات است. طبقه بندی داخلی باعث می شود ذرات بزرگ تر در آسیاب بمانند و تحت کنش قرار گیرند تا اندازه آنها به میزان دلخواه کاهش یابد. گاز تعلیق کننده معمولاً هوای متراکم یا بخار آب فوق اشباع است، که با فشار ۷ atm در نازل های انرژی زا حرکت می کند. محفظه آسیاب کاری حلقه بیضوی لوله ای به قطر ۲۵ تا ۲۰۰ mm است. خوراک از طریق انژکتور ونتوری وارد نزدیک ته حلقه می شود. طبقه بندی ذرات آسیاب در خم بالایی حلقه روی می دهد. توسط جریانی از گاز پر سرعت پیرامون این خم، ذرات درشت تر به طرف خارج و به سوی دیواره خارجی پرت و ذرات ریز در دیواره داخلی جمع می شوند. دهانه تخلیه در دیواره داخلی در این نقطه به جداساز سیکلونی و جمع کن کیسه ای منتهی می شود. الگوی پیچیده گردابی در جریان گاز در خم حلقه به طبقه بندی کمک می کند. آسیاب های سیالی می توانند با ذرات خوراک به بزرگی ۱۲ میلیمتر کار کنند اما اگر ذرات خوراک بزرگ تر از مش 100 نباشند، کارایی آنها بییشتر است. آنها تا ۱ ton/h جامدات غیر چسبنده را به ذراتی با قطر متوسط ۰.۵ تا ۱۰ میکرومتر کاهش می دهند، و برای این منظور از ۱ تا ۴ کیلوگرم بخار آب یا  ۶ تا ۹ کیلوگرم هوا برای کیلوگرم محصول استفاده می کنند. آسیاب های حلقه ای می توانند ۶۰۰۰ کیلوگرم در ساعت را فراوری کنند.

۲-آسیاب درشت (Grinder)

واژه آسیاب به ماشین های مختلف کاهش اندازه با کار متوسط مربوط می شود. اغلب محصول حاصل از سنگ شکن برای کاهش بیشتر وارد آسیاب می شود. آسیاب های تجاری که در اینجا توضیح داده می شوند از نوع چکشی و ضربه ای، ماشین های غلتکی- فشاری، آسیاب های سایشی و آسیاب های غلتان هستند.

۲-۱ آسیاب درشت غلتان (Trundling Grinder)
یک پوسته استوانه ای که حول محور افقی به طور آهسته می چرخد و تقریباً نیمی از حجم آن متعلق به محیط جامد آسیاب کاری است، آسیاب غلتان را تشکیل می دهد. پوسته معمولاً فولادی است، و با ورق فولادی پلی کربن، چینی، سنگ سیلیکا، یا لاستیک روکش می شود. محیط آسیاب کاری در آسیاب میله ای را میله فلزی، در آسیاب های ریگی را گوی هایی از جنس سنگ چخماق یا چینی یا زیکونیوم تشکیل می دهند. برای کاهش متوسط و ریز مواد ساینده، آسیاب های غلتان رقیب ندارند. بر خلاف آسیاب هایی که قبلاً توصیف شدند و همه آنها خوراک پیوسته می خواهند، آسیاب های غلتان می توانند از نوع پیوسته یا نا پیوسته باشند. در یک ماشین ناپیوسته، مقدار اندازه گیری شده ای از جامدات از طریق دهانه ای که در پوسته قرار دارد وارد ماشین می شود. در آسیاب پیوسته، جامدات به طور پیوسته در پوسته چرخان جریان دارد. در تمام آسیاب های غلتان، اجزای آسیاب کننده روی دیواره پوسته تا نزدیک بالای آن می روند و از آنجا روی ذرات زیر می ریزند. انرژی مصرفی برای بالا بردن واحد های آسیاب کننده به مصرف کاهش اندازه ذرات می رسد. در بعضی از آسیاب های غلتان، مانند آسیاب میله ای، بیش تر کاهش اندازه با فشار غلتشی و با سایش، هنگام لغزش میله ها به طرف پایین و غلتش روی یکدیگر، انجام می شود. میله های آسیاب کننده معمولاً فولادی، و به قطر ۲۵ تا ۱۲۵ mm هستند، و در هر آسیاب همیشه اندازه های مختلفی از آنها وجود دارد. آسیاب های میله ای از نوع آسیاب های متوسط هستند، و خوراک ۲۰ mm را تا مش ۱۰ کاهش می دهند و اغلب محصولات حاصل از یک سنگ شکن را برای کاهش نهایی در آسیاب گلوله ای آماده می سازند و محصولی می دهند که ذرات فوق اندازه آن به مقدار کم و خاکه موجود در آن حداقل است. در آسیاب گلوله ای یا آسیاب ریگی بیشتر کاهش اندازه با ضربه ناشی از سقوط گلوله ها یا ریگ ها از نزدیک بالای پوسته انجام می شود.

۲-۲ آسیاب درشت سایشی (Frictional Grinder)
در آسیاب سایشی، ذرات جامد نرم بین وجوه تخت شیاردار دیسک های دایره ای چرخان ساییده می شوند. در آسیاب تک گردانه، یکی از دیسک ها ساکن و دیگری می چرخد؛ در ماشین دوگردانه، هر دو دیسک با سرعت زیاد در خلاف جهت هم می چرخند. خوراک از طریق دهانه موجود در توپی (نافی) یکی از دیسک ها وارد می شود، از طریق مجرای باریک بین دیسک ها به طرف خارج حرکت می کند و از محیط به داخل بدنه ساکنی تخلیه می شود. عرض مجرا در حدود معینی قابل تنظیم است. حداقل یک صفحه آسیاب روی فنر قرار دارد تا اگر ماده خرد نشده ای وارد آسیاب شود، دیسک ها بتوانند از هم جدا شوند. آسیاب های سایشی، که الگوهای متفاوتی از شیارها، کنگره ها یا دندانه ها روی دیسک ها دارند، کارهای مختلفی از قبیل ساییدن، شکستن، دانه دانه کردن، ریز ریز کردن، و گاهی مخلوط کردن را انجام می دهند. آسیاب های تک گردانه دارای دیسک هایی از جنس سنگ سیلیسی یا سنگ سنباده اند و برای کاهش اندازه جامداتی مانند خاک رس و تالک به کار می روند؛ یا دارای دیسک های فلزی اند و برای جامداتی مانند چوب، نشاسته، پودرهای حشره کش، و موم سخت شکننده مورد استفاده قرار می گیرند. دیسک های فلزی معمولاً از آهن سفید هستند، ولی گاهی برای مواد خورنده از دیسک های فولادی زنگ نزن نیز استفاده می شود. آسیاب های دو گردانه، به طور کلی محصولاتی تولید می کنند که ریزتر از محصولات آسیاب های تک گردانه است اما با خوراک نرم تر کار می کنند. اغلب، برای خروج محصول و جلوگیری از انسداد، هوا وارد آسیاب می کنند. دیسک ها را با آب با آب نمک سرد می توان خنک کرد. دیسک های آسیاب تک گردانه به قطر ۲۵۰ تا ۱۴۰۰ mm هستند، و با ۳۵۰ تا ۷۰۰ rpm می چرخند.

۲-۳ آسیاب درشت چکشی و ضربه ای (Hammer and impact Grinder)
آسیاب چکشی و ضربه ای تمام این ماشین ها دارای روتور پر سرعتی هستند که داخل بدنه ای استوانه ای می چرخد. شفت معمولاً به صورت افقی است. خوراکی که از بالا وارد بدنه می شود شکسته و از دهانه پایین بدنه خارج می شود. در آسیاب چکشی، ذرات توسط مجموعه ای از چکش های نوسانی که به دیسک چرخانی لولا شده اند خرد می شوند. هیچ ذره ای از خوراک که وارد منطقه آسیاب کاری می شود نمی تواند از ضربه چکش ها فرار کند. این ذره چند تکه می شود، و به طرف صفحه سندان ساکن در داخل بدنه پرتاب و به ذرات کوچکتری خرد می شود. این ذرات نیز توسط چکش ها ساییده و پودر می شوند و به طرف شبکه یا غربالی که روی دهانه تخلیه قرار دارد رانده می شوند. چند دیسک چرخان، به قطر ۱۵۰ تا ۴۵۰ mm، که هر یک دارای چهار تا هشت چکش نوسانی است. اغلب روی یک شفت نصب می شوند. در مواردی، چکش ها به صورت میله های فلزی مستقیمی هستند که دو انتهای آنها یا صاف است یا تیز برنده می باشد. در آسیاب های چکشی که برای کاهش ظریف هستند، سرعت محیطی نوک چکش ممکن است به ۱۱۰ m/s برسد؛ این آسیاب در هر ساعت ۱ تا ۱۵ تن را تا اندازه هایی کوچک تر از مش ۲۰۰ خرد می کنند. آسیاب های چکشی تقریباً هر چیزی را خرد می کنند- از جامدات الیافی سفت مانند پوست درخت یا چرم، تا براده های فولادی، خمیر های خیس نرم، خاک رس چسبناک، و سنگ سخت. برای کاهش اندازه های ریز در این ماشین ها، مواد باید نرم باشند. آسیابضربه ای: شبیه آسیاب چکشی با کار سنگین است، با این تفاوت که شبکه یا غربال ندارد. ذرات بر اثر ضربه تنها، و بدون کنش مالشی که مشخصه آسیاب های چکشی است، خرد می شوند. آسیاب های ضربه ای، اغلب، ماشین های اولیه برای کاهش اندازه سنگ ها و مواد کانی اند، و تا ۶۰۰ tons/h را فرآوری می کنند. روتور در آسیاب ضربه ای، مانند بسیاری از آسیاب های چکشی، در جهتی می چرخد که عمر چکش ها افزایش یابد.

۲-۴ آسیاب درشت ماشین غلتکی – فشاری (Roller – pressure Machine)
در آسیاب غلتکی، جامدات بین غلتک های استوانه ای عمودی و حلقه سندان ساکن یا حلقه حامل گیر می افتند. غلتک ها با سرعت های متوسط در یک مسیر دایره ای حرکت می کنند. خیش ها کلوخه های جامد را از ته آسیاب بالا می برند و آنها را بین حلقه و غلتک ها هدایت می کنند، و در آنجا کاهش اندازه انجام می شود. محصولات توسط جریان هوا از آسیاب بالا می برند و آنها را بین حلقه و غلتک ها هدایت می کنند، و در آنجا کاهش اندازه انجام می گیرد. محصولات توسط جریان هوا از آسیاب خارج و به طرف جداساز طبقه بندی کننده هدایت می شوند. در این جداساز، ذرات با اندزه های بیش از حد مجاز برای کاهش بیش تر به آسیاب بر می گردند. در آسیاب جامی و در بعضی آسیاب های غلتکی، جام یا حلقه حرکت می کند؛ غلتک ها روی محورهای ساکنی که عمودی یا افقی اند می چرخند. آسیاب هایی از این نوع بیش ترین کاربرد را برای کاهش اندازه سنگ آهک، کلینکر سیمان، و ذغال سنگ دارند. آنها تا ۵۰۰ ton/h را پودر می کنند. با استفاده از طبقه بندی، محصولات ریزی به دست می آید که ۹۹ درصد آنها از غربال با مش ۲۰۰ می گذرد.