Principy drcení

Použitý mlýn určuje nejen princip drcení, ale také dosažitelný tvar částic, konečnou jemnost a průtok. Špatný výběr mlýna může vést k nadměrnému opotřebení, vzniku tepla nebo nedostatečné homogenizaci. Vibrační mlýny kombinují nárazové a třecí síly a jsou vhodné pro malé vzorky, stejně jako pro suché, mokré nebo kryogenní mletí. V kryogenním mlýně je materiál kontinuálně chlazen kapalným dusíkem, díky čemuž je křehký a zachovává těkavé složky. Řezací mlýny jsou ideální pro vláknité nebo elastické materiály a dodávají definované velikosti částic, zatímco čelistní drtiče nebo odstředivé drtiče jsou vhodné pro předdrcení velkých, tvrdých hrudek. Dobře promyšlená kombinace několika typů mlýnů zajišťuje, že materiál je zpracován efektivně a šetrně a že následné kroky analýzy nebo výroby přinášejí spolehlivé výsledky.

Tlakové napětí je jedním z nejstarších principů drcení. Materiál je stlačován mezi dvěma pevnými nebo pohyblivými povrchy, dokud nepřekoná svou vnitřní pevnost a nerozbije se. Typické stroje, jako jsou čelistní drtiče nebo válcové drtiče, fungují na tomto principu: Vzorky jsou přiváděny do úzké mezery a drceny mechanickým tlakem. Tato metoda je obzvláště účinná pro tvrdé a křehké vzorky, jako jsou rudy nebo horniny, které se pod tlakem relativně spontánně lámou. V primárních drtičích, jako jsou gyrační drtiče, zajišťuje excentricky uložený drticí kužel rovnoměrné napětí a vysoký průtok. Kompresní princip je méně vhodný pro houževnatě elastické materiály, protože ty mají tendenci se spíše deformovat než drtit. Při použití této metody je důležité zajistit, aby byl materiál přiváděn rovnoměrně, aby se zabránilo přemostění a nerovnoměrnému rozložení velikosti částic.

Při nárazovém mletí se vzorek přivádí do kontaktu s pevným povrchem vysokou rychlostí. Zrychlené částice narážejí na nárazové plochy nebo brusné nástroje a v důsledku výsledných nárazových sil se rozbíjejí. Kulové mlýny, kladivové mlýny a tryskové mlýny využívají tento princip generováním četných nárazů rychlými rotacemi nebo prouděním vzduchu. Je vhodný zejména pro tvrdé, křehké a krystalické materiály, které se při nárazu rozpadají na jemnější částice. Ve vibračních mlýnech je tento princip kombinován s třením pro efektivní homogenizaci malých vzorků; jsou vhodné i pro suché, mokré a kryogenní mletí. Konečná jemnost závisí na rychlosti nárazu, geometrii brusných nástrojů a procesu mletí. Nárazové mletí může generovat teplo, proto se u teplotně citlivých vzorků nebo materiálů obsahujících těkavé složky doporučuje dostatečné chlazení.

Třecí mletí se spoléhá na pohyb povrchu brusného nástroje vzhledem ke vzorku, čímž mezi nimi vznikají třecí síly. Pevné částice jsou v podstatě obrušovány; tlakové a smykové síly působí současně. Kotoučové mlýny a mlecí desky využívají toto kluzné tření k mletí nebo homogenizaci měkkých až středně tvrdých materiálů. Vytváření tepla je obvykle vyšší než u tlakového nebo řezného broušení, protože energie se během kluzného pohybu neustále přeměňuje na teplo. Proto by vzorky s nízkými body tání nebo tepelně citlivé složky měly být buď mlety pomalu, nebo předchlazeny. Třecí mletí je vhodné, když je vyžadováno rovnoměrné rozložení velikosti částic a velmi jemná konečná velikost částic, například při výrobě prášků pro analytická stanovení. V mnoha mlýnech se tření používá ve spojení s nárazovými nebo smykovými silami k dosažení účinnějšího výsledku drcení.

Ke smyku dochází, když jsou dva povrchy vůči sobě posunuty a materiál mezi nimi je řezán nebo broušen smykovým pohybem. Tento princip je vhodný zejména pro vláknité, houževnaté a elastické materiály, jako jsou plasty, zelenina, dřevo nebo papír, které je obtížné brousit pouze pomocí tlakových sil. Rotorové úderové mlýny a křížové úderové mlýny mají protiběžné nástroje, které smykují vzorek; výslednou velikost částic lze definovat sítem a rychlostí řezání. Klíčovou výhodou je nízký vývoj tepla, který chrání vzorky citlivé na teplo. Smyk vytváří relativně čisté řezné hrany a úzké rozložení velikosti částic. Předmletí může být výhodné pro větší vzorky nebo vláknité materiály. U extrémně elastických produktů se často používá kombinace smyku a řezání.

V principu řezání ostré řezné hrany oddělují vzorek materiálu stříháním nebo sekáním. Řezací mlýny, drtiče a rotační řezačky mají čepele nebo nože, které řezají vzorek na definované částice rotačním pohybem. Tato metoda je vhodná pro měkké, elastické, vláknité a houževnaté materiály, jako jsou rostliny, textilie, plasty nebo fólie. Ostrý řez generuje pouze minimální tření, a proto málo tepla, což zabraňuje změně barvy nebo tepelné změně vzorku. Moderní řezací mlýny, jako je řada SM, umožňují variabilní řezné rychlosti a sítové vložky, což umožňuje reprodukovatelné nastavení požadovaných velikostí částic. Na rozdíl od čistě kompresních nebo úderových procesů zde tvar částic často zůstává protáhlý nebo šupinovitý. Řezání není vhodné pro velmi tvrdé a křehké materiály; pro tyto materiály se doporučují kompresní nebo úderové mlýny.