Мельницы

Мельницы широко используются для предварительного, тонкого и сверхтонкого измельчения различных материалов. Получение надежных и воспроизводимых результатов в физико-химическом анализе напрямую зависит от грамотной подготовки аналитической пробы, то есть, её полной гомогенизации и измельчения до нужной аналитической тонкости с сохранением изначальных свойств.

Параметры выбора необходимой модели мельницы

• Начальный размер частиц;
• конечная тонкость;
• свойства материала (твердость, хрупкость, волокнистость, вязкость, чувствительность к температуре и т.д.);
• производительность;
• объем пробы;
• дальнейший анализ (влияет на выбор материала гарнитуры мельницы лабораторной).

Для быстрого предварительного измельчения больших объемов материала с крупными (от 40 мм и более) частицами на производствах используются щековые дробилки.

Принцип действия: измельчение происходит за счет сжатия двух поверхностей – щек, одна из которых зафиксирована и неподвижна, а вторая приводится в движение с помощью механизма. Поверхности расположены под углом друг к другу. Подвижная щека совершает эллиптические движения и, таким образом, меняется угол между поверхностями дробилки. При сближении щек материал дробится, при удалении друг от друга частицы материала опускаются вниз под действием силы тяжести. Как только размер частиц материала становится меньше заданной ширины щели, он попадает в приёмный сосуд. Таким образом, главным параметром щековых дробилок является размер приемного отверстия камеры дробления, образуемой подвижной и неподвижной щеками.

По принципу измельчения мельницы делятся на роторные (центробежные, циклонные, ударные, крестовые), ножевые, режущие, дисковые, шаровые (планетарные, вибрационные).

Роторные мельницы подходят для предварительного и тонкого измельчения мягких, среднетвердых, волокнистых и хрупких материалов. Могут использоваться как для измельчения малых количеств материала, так и в производственных масштабах. Принцип действия: измельчение происходит под действием сил удара и сдвига между ротором и неподвижным кольцевым ситом. Измельчаемое вещество попадает на ротор, центробежное ускорение отбрасывает частицы вещества на край ротора, где частицы предварительно измельчаются при ударе о зубцы ротора, движущиеся с большой скоростью. Тонкое измельчение происходит между ротором и неподвижным кольцевым ситом. Такой двухступенчатый процесс гарантирует особенно бережное и быстрое измельчение материала. Вещество находится в размольной камере в течение короткого времени, и аналитические характеристики материала остаются неизменными.

Центробежные роторные мельницы применяются для измельчения фармацевтических продуктов, порошковых красок, костей, специй, зерна, кормов, пищевых продуктов и т.д.

Ударные и крестовые роторные мельницы подходят для измельчения и деагломерации больших объемов материала. Измельчение в ударной крестовой мельнице происходит за счет удара. Через загрузочную воронку измельчаемый материал подается прямо в центр размольной камеры, захватывается ротором и измельчается между ударным крестом и зубьями размольной вставки. Конечная степень измельчения определяется выбором сита: как только размер частиц материала становится меньше размера ячеек сита, он попадает в приемный сосуд. Вращающийся ударный крест создает поток воздуха через воронку и ускоряет выгрузку измельченной пробы. Фракция пыли отделяется с помощью фильтровальной системы.

Циклонные мельницы предотвращают перекрестное загрязнение образцов и, благодаря быстрому и бережному измельчению, используются для подготовки пищевых продуктов к ИК-спектроскопии; предназначены для волокнистых и мягких материалов (зерна, кормов, фуража). Некоторые модели роторных мельниц могут быть оснащены автоподатчиками материала для увеличения производительности, циклонами для эффективного охлаждения пробы потоком воздуха, а также пылесосами для автоматической очистки.

Ножевые мельницы подходят для быстрой гомогенизации материалов с большим содержанием жидкости, масла или жира. Принцип действия: в центре размольной камеры вращаются ножи, расположенные на разной высоте под прямым углом к оси вращения. Широкий выбор принадлежностей позволяет провести гомогенизацию практически любых образцов.

Режущие мельницы используются для предварительного измельчения мягких, средне-твердых, эластичных и волокнистых материалов: цветных металлов, отходов электрооборудования, лекарств, фольги, кормов, специй, резины, дерева, кабелей, костей, пластмасс, кожи, органических и неорганических отходов, бумаги, растений, соломы и т. д. Принцип действия: измельчение происходит за счет сил резания и сдвига. Исходный материал попадает на вращающийся ротор и измельчается между ножами ротора и неподвижными режущими брусками в корпусе размольной камеры.

Дисковые мельницы подходят для предварительного и тонкого измельчения хрупких, твердых, очень твердых и абразивных материалов (с твердостью до 8 по шкале Мооса): пластмасс, руд, стекол, гипса, бокситов, угля, кокса, корунда, шлаков, спеченной керамики и т.д. Высокая конечная тонкость измельчения и скорость вибрационных дисковых мельниц позволяют подготовить пробы к спектральному анализу. Принцип действия: измельчение происходит при помощи сил давления, трения (и удара в случае вибрационных дисковых мельниц). Материал измельчается между двух размольных дисков, один из которых вращается относительно другого и захватывает измельчаемый материал.

Для непрерывного измельчения материала от большой начальной крупности до аналитической тонкости (например, при контроле качества материала) в технологических линиях дисковые мельницы могут использоваться в сочетании с щековыми дробилками.

Шаровые мельницы. Принцип действия основан на комбинации вращения в противоположных направлениях планетарного диска и размольного стакана с мелющими шарами. Мельница лабораторная шаровая имеет разницу скоростей между шарами и размольным стаканом, что приводит к взаимодействию сил трения и удара, которые высвобождают большую кинетическую энергию. Взаимодействие этих сил приводит к высокой степени измельчения в планетарной шаровой мельнице.

Шаровые планетарные мельницы применяются, когда требуется самая высокая степень измельчения (~ 100 нм). Также они позволяют проводить механическое легирование материалов и коллоидное измельчение. Идеально подходят для измельчения руды, стекла, минералов, керамики, почвы и т.д. Шаровые вибрационные мельницы быстро и эффективно измельчают небольшие объемы образцов, подходят для сухого, мокрого и криогенного измельчения, гомогенизации термочувствительных материалов, для разрушения клеток для выделения ДНК/РНК, для подготовки проб к рентгеновскому флуоресцентному анализу. При криогенном измельчении размольный стакан непрерывно охлаждается жидким азотом при температуре −196 °C, благодаря чему образец охрупчивается и летучие компоненты сохраняются.

Для переработки полупроводниковых материалов мельницы и дробилки оснащаются измельчающими элементами, изготовленными из карбида вольфрама.

Измельчение небольших объемов образцов можно также проводить в различных типах гомогенизаторов. Для сложных объектов (термочувствительных образцов, мышечных и нервных тканей, дрожжей, бактерий, тканей животного и растительного происхождения) при выделении белков, ферментов, ДНК/РНК используются гомогенизатор замороженных клеток, сверхбыстрые гомогенизаторы FastPrep, действующие по принципу шаровой мельницы, а также гомогенизаторы ультразвуковые и гомогенизаторы ультразвуковые Q800R для нарезки ДНК.

Гомогенизаторы лопаточные ("стомакер") наилучшим образом подходят для неразрушающего извлечения клеток микроорганизмов при подготовке проб к микробиологическому и хроматографическому анализу: детали гомогенизатора не контактируют с образцом напрямую, что исключает перекрестную контаминацию.

Непродолжительное перетирание мягких биологических образцов проводится в пестиковых гомогенизаторах.

Использование герметичных контейнеров для проб в гомогенизаторах UltraTurrax Tube Drive обеспечивает безопасную работу с токсичными веществами и образцами инфекций.

На фармацевтических, косметических и пищевых производствах для диспергирования и перемешивания различных веществ и продуктов, измельчения в жидких средах, для получения эмульсий, смешивания порошков с жидкостями и т.д. могут использоваться гомогенизаторы «под давлением», гомогенизаторы-диспергаторы промышленные MagicLab, гомогенизаторы-диспергаторы ротор-статор.

Лабораторные блендеры ножевого типа предназначены для измельчения материалов твердостью не больше 5 по шкале Мооса. Имеются модели с термодатчиком и функцией взвешивания образца прямо в размольной камере.

Для перемешивания, истирания и гомогенизации порошков, суспензий и паст высокой вязкости используются ступки электрические; для тонкого измельчения и перемешивания небольших количеств веществ подходят ступки ручные.