In den letzten Jahren hat die Erkenntnis der Überlegenheit ultrafeiner Partikel dazu geführt, dass immer mehr Forscher der Mikropulverherstellung größere Bedeutung beimessen. Die Strahlmühlentechnologie, ein wichtiges Verfahren zur Herstellung ultrafeiner Pulver, hat sich zu einer der bevorzugten Methoden für die Entwicklung leistungsstarker Mikropulvermaterialien entwickelt.
Eigenschaften der Strahlmühle
Eine Strahlmühle, auch Luftstrommühle oder Strahlpulverisierer genannt, ist eine Maschine, die einen Hochgeschwindigkeitsluftstrom verwendet, um Materialien zu zerkleinern und Komponenten durch Kollisionen, Stöße, Scherungen und andere Effekte zu bearbeiten.
Das durch Zerkleinerung des Materials mit einer Luftstrommühle hergestellte Produkt zeichnet sich durch gleichmäßige Feinheit, eine enge Partikelgrößenverteilung, hohe Reinheit, eine glatte Partikeloberfläche, regelmäßige Form und gute Dispergierbarkeit aus. Das Material wird während des Zerkleinerungsprozesses weniger verunreinigt und kann sogar in einer schadstofffreien und sterilen Umgebung verarbeitet werden. Dadurch eignet es sich für die Feinstzerkleinerung in Bereichen wie der Lebensmittel- und Pharmaindustrie, in denen keine externe Kontamination zulässig ist. Luftstrommühlen erzeugen während des Zerkleinerungsprozesses keine nennenswerte Wärmemenge und sind daher im Vergleich zu anderen Zerkleinerungsanlagen besser für Materialien mit niedrigen Schmelzpunkten oder hoher Wärmeempfindlichkeit geeignet. Der Produktionsprozess ist hochautomatisiert und kann in der industriellen Großproduktion eingesetzt werden. Die Luftstrompulverisierung ermöglicht zudem die Kombination von Zerkleinerung und nachfolgenden Produktionsschritten, wie beispielsweise das gleichzeitige Zerkleinern und Trocknen von Materialien oder das Aufsprühen von Lösungen während der Pulverisierung zur Beschichtung oder Modifizierung der Pulveroberfläche. Zu den Nachteilen zählt jedoch der hohe Energieverbrauch.
Anwendung der Strahlmühle
Aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile spielen Strahlmühlen in vielen Bereichen eine äußerst wichtige Rolle.
Bergbau und Metallurgie
Die Strahlzerkleinerungstechnologie hat ihren Ursprung im Bergbau und der Metallurgie und wurde intensiv zur Herstellung ultrafeiner Metall- und Nichtmetallpulver erforscht. Sie wird beispielsweise häufig zur Feinzerkleinerung von nichtmetallischen Mineralien mittlerer und niedriger Härte wie Talkum, Marmor, Kaolin und Glimmer sowie von Wolframcarbid-, Silber- und Tantalcarbidpulver eingesetzt. Darüber hinaus hat die Strahlzerkleinerung in den letzten Jahren neue Anwendungsmöglichkeiten in der Materialtrennung und im Recycling fester Abfälle aufgezeigt.
Militär, Luft- und Raumfahrt und andere Bereiche
Aus ultrafeinen Pulvermaterialien können Tarnmaterialien für Tarnkappenflugzeuge, Tarnkappenpanzer usw. hergestellt werden. Raketentreibstoff aus Produkten, die durch Zerkleinern und Verfeinern von Luftströmen gewonnen werden, wie etwa Oxidationsmitteln und Katalysatoren, kann die Brenngeschwindigkeit gewöhnlicher Treibstoffe mehr als verdoppeln.
Chemische Industrie, Energie und weitere Bereiche
Als Pigment stellt Titandioxid hohe Anforderungen an Partikelgröße und Reinheit. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wird üblicherweise eine Strahlmühle zur Zerkleinerung von Titandioxid eingesetzt. Das strahlzerkleinerte Titandioxid weist eine höhere Stabilität und verbesserte optische Eigenschaften auf. Die katalytische Aktivität des durch Strahlzerkleinerung gewonnenen Aluminiumhydroxids wurde gesteigert, sodass es als Füllstoff für Kunstmarmor und Glasfaser verwendet werden kann. In der Kautschukproduktion zeigt das durch Luftstromzerkleinerung gewonnene Nano-Zinkoxid eine gute Deagglomerationswirkung und seine Dispergierbarkeit in organischen Lösungsmitteln wurde ebenfalls verbessert, was die Vulkanisationseigenschaften von Naturkautschuk effektiv steigert. Hinsichtlich der Energienutzung beeinflusst die Zerkleinerung und Vorbehandlung von Stroh die Bildung von Gärresten, was die Biogasfermentation fördert und somit die energetische Verwertung von Stroh verbessert.
Medizinischer Bereich
Die Strahlmühle kann gängige chinesische Arzneimittel wie Ginseng, Chrysanthemen, Panax Notoginseng, Wolfsbeeren, Forsythien usw. zerkleinern. Sie kann die Rohstoffe chinesischer Kräutermedizin auf 1–5 μm zerkleinern, und das resultierende medizinische Pulver hat eine feine Partikelgröße, eine enge Verteilung und geringe Verschmutzung und löst und absorbiert Medikamente gut. Sehr vorteilhaft. Darüber hinaus kann es auch harte Schalentiere, Knochen und andere medizinische Materialien zerkleinern.
Lebensmittelbereich
Apfelschalen, Zitrusschalen, Weizenkleie, Maisschalen, Bohnenschalen, Reiskleie, Rübenschnitzel, Zuckerrohrbagasse usw. sind reich an Vitaminen und Spurenelementen und haben einen sehr guten Nährwert. Sie schmecken nicht nur nicht gut, wenn sie direkt verzehrt werden, sondern die Absorptionswirkung ist auch schlecht. Mit einem großen Rabatt können Geschmack und Absorption nach der Raffination und Verarbeitung durch eine Strahlmühle deutlich verbessert werden.
Kosmetikbereich
Der Farbstoff und das Füllpulver werden durch den Luftstrom zerkleinert und dann zu flüssiger Grundierung und Lidschatten hinzugefügt, um die Kompaktheit, Haftung und Glätte des gepressten Pulvers zu verbessern. Das Andrographolid in Hautpflegeprodukten ist nach dem Zerkleinern durch den Luftstrom wasserlöslicher und kann sich schnell auflösen, während es gleichzeitig seine antibakterielle Wirkung behält. Die Zugabe von VC-Pulver und Perlenpulver zu Hautpflegeprodukten nach dem ultrafeinen Mahlen durch den Luftstrom fördert die Aufnahme.
Elektronisches Feld
Aus ultrafeinem Eisenoxidpulver können hochleistungsfähige magnetische Materialien hergestellt werden. Aus ultrafeinem Siliziumoxidpulver können hochleistungsfähige Widerstandsmaterialien hergestellt werden. Aus ultrafeinem, hochreinem Aluminiumoxidpulver können Saphirsubstrate hergestellt werden, die in LED-Chips verwendet werden. Substrate aus ultrafeinem Pulver zeichnen sich durch gute Stabilität, gute Lichtdurchlässigkeit und keine Absorption von sichtbarem Licht aus. Nachdem das Molybdänpulver durch Luftstromzerkleinerungstechnologie verarbeitet wurde, wird die Partikelgröße des Molybdänpulvers kleiner, die Partikelgrößenverteilung wird enger, die Morphologie ist gleichmäßig und die Schüttdichte und Klopfdichte werden erhöht. Es kann besser bei der Herstellung von Glühbirnen, elektronischen Röhren, integrierten Schaltkreisen usw. verwendet werden.
Neues Energiefeld
Das Material weist nach der Luftstromzerkleinerung eine feine mittlere Partikelgröße, eine enge Partikelgrößenverteilung, eine glatte Partikeloberfläche, eine regelmäßige Partikelform, eine hohe Reinheit und Aktivität sowie eine gute Dispergierbarkeit auf und erfüllt somit die Anforderungen an die Herstellung von Elektrodenmaterialien. Daher findet es breite Anwendung. Typische für die Strahlzerkleinerung geeignete Materialien sind: Lithiummanganat, Lithiumcobaltoxid, Lithiumeisenphosphat, Lithiumcarbonat, Kugelgraphit, Petrolkoks, Asphaltkoks, ternäre Materialien, Nickel-Metallhydrid-Legierungen, Eisenoxalat, Lithiumtitanat, Nickel-Lithiummanganat usw.
Klassifizierung des Strahlpulverisierers
Seit die American Fluid Energy Company 1934 den weltweit ersten Strahlpulverisierer (Strahlmühle) entwickelte, wurde seine Bauform kontinuierlich aktualisiert und weiterentwickelt. Derzeit können Strahlpulverisierer in folgende Typen unterteilt werden: Flachluftstrompulverisierer, Gegenstrahlluftstrompulverisierer, Zielluftstrompulverisierer, Umwälzrohrluftstrompulverisierer und Wirbelschichtluftstrompulverisierer.
Wirbelschicht-Strahlpulverisierer
Die Wirbelschicht-Luftstrommühle ist eine neue Art von Luftstrommühle, die die Vorteile einer engen Partikelgrößenverteilung, einer hohen Zerkleinerungseffizienz, eines geringen Energieverbrauchs, einer geringen Produktverschmutzung und eines geringen Zubehörverschleißes bietet, aber die Gerätekosten sind hoch. Da das Material verflüssigt werden muss, bevor es durch die Kollision des Luftstrahls zerkleinert werden kann, erfordert die Wirbelschicht-Luftstrommühle normalerweise, dass das zu zerkleinernde Material eine ausreichende Feinheit aufweisen muss, und die Anforderungen sind bei Materialien mit hoher Dichte offensichtlicher. Sie wird häufig zum ultrafeinen Zerkleinern, Aufbrechen und Formen von Materialien in Kunstharzen, Phenolharzen, Medikamenten, Kosmetika, Hochleistungskeramiken, Magnetpulvern, Batteriematerialien und anderen Industrien verwendet.
Flachstrahlpulverisierer
Der flache Luftstrompulverisierer, auch als horizontale Scheibenluftstrommühle bekannt, ist der älteste und am weitesten verbreitete Luftstrompulverisierer in der Industrie. Er hat die Vorteile einer einfachen Struktur, einer einfachen Bedienung, einer Selbstsortierung usw. Allerdings ist die Aufprallenergie des Geräts gering und die Zerkleinerungsintensität niedrig. Bei der Verarbeitung von Materialien mit höherer Härte erzeugt die Innenwand des Maschinenkörpers aufgrund der Einwirkung des Materials zusammen mit dem Hochgeschwindigkeitsluftstrom heftige Vibrationen zwischen dem Material und der Innenwand der Mahlkammer. Kollision und Reibung verschlimmern die Verschmutzung des Mahlraums und verursachen eine gewisse Verschmutzung des Produkts. Es ist für eine breite Palette von Materialien geeignet, insbesondere für Materialien, die aus verschiedenen Aggregaten oder Kondensaten bestehen.
Gegenstrahl-Zerkleinerer
Die Gegenstrahl-Luftstrommühle, auch als Gegenstrahl-Luftstrommühle und Rückstrahlmühle bekannt, ist ein Gerät mit hohem Energieverbrauch. Da der Zerkleinerungsprozess hauptsächlich auf Hochgeschwindigkeitskollisionen zwischen Partikeln beruht, kann der Verschleiß von Aufprallteilen durch Hochgeschwindigkeitsluftströme wirksam vermieden und gleichzeitig das Problem der Materialverunreinigung verbessert werden. Die Produktpartikelgröße ist auch feiner. Das Gerät nimmt jedoch eine große Fläche ein, hat einen hohen Energieverbrauch und eine schlechte Partikelgrößenverteilung. Es wird häufig zum Zerkleinern von harten, spröden und klebrigen Materialien verwendet.
Zielstrahlmühle
Die Zielstrahlmühle wird auch Einzelstrahlmühle genannt. Die Förderrichtung ist gut einstellbar, die Brechkraft groß und sie kann Materialien mit relativ hoher Zähigkeit verarbeiten. Die Zielplatte und das Mischrohr des Geräts sind jedoch anfällig für Verschleiß und starke Erosion, sodass Teile regelmäßig ausgetauscht werden müssen, was das Material bis zu einem gewissen Grad verunreinigen und zu einer schlechten Produktpartikelgröße führen kann. Die Verteilung ist breiter und der kinetische Energieverbrauch ist größer. Sie wird häufig zum Zerkleinern von hochmolekularen Polymeren, wärmeempfindlichen Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt und faserigen groben Materialien verwendet.
Umwälzrohr-Luftstrompulverisierer
Die Umwälzrohr-Luftstrommühle (vertikale ringförmige Luftstrommühle) hat die Vorteile einer kleinen Partikelgrößenverteilung, benötigt kein Stromgerät, verschmutzt nicht so leicht und das Material bleibt nicht so leicht an der Wand haften; diese Art von Gerät hat jedoch eine geringe Zerkleinerungsleistung, einen hohen Energieverbrauch und einen ernsthaften Innenwandverschleiß. Sie wird häufig zum Zerkleinern von spröden und wenig harten Materialien verwendet. Sie wird normalerweise je nach Querschnitt in Umwälzrohrtypen mit gleichem kreisförmigen Querschnitt und variablem Querschnitt unterteilt.
Es gibt viele Arten von Geräten zur ultrafeinen Luftstromzerkleinerung. Die Struktur der einzelnen Gerätetypen weist ebenfalls deutliche Unterschiede auf und hat entsprechende Vor- und Nachteile. In Zukunft wird sich der Hauptentwicklungstrend bei Geräten zur ultrafeinen Luftstromzerkleinerung hauptsächlich in der Steigerung der Leistung einer einzelnen Maschine und der Reduzierung des Energieverbrauchs pro Produkteinheit widerspiegeln; die Produktfeinheit wird verbessert und die Zerkleinerungsgrenze des Geräts wird gestärkt; und die Produktfeinheit und Partikelgrößenverteilung werden online kontrolliert.