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Size reduction equipment

粉碎设备是指将固体物料破碎成更小块状或更细颗粒的机械装置。这一被称为研磨的过程,在采矿、食品加工、制药、回收利用及化工制造等众多行业中都扮演着关键操作环节的角色。
The primary purpose of size reduction is to increase the surface area of the material, improve efficiency in subsequent processing steps like extraction, enhance product quality by homogenization, facilitate storage and transportation, and enable the separation of valuable components from waste.

Types of size reduction equipment

Size reduction equipment varies widely in design and functionality, tailored to specific materials and reduction requirements. The main types include:

1. Crushers:

这些是用于将大块物料破碎成小颗粒的重型机械,通常是粉碎工艺的第一步。破碎机类型包括颚破仪、旋回式破碎仪和圆锥破碎仪。Retsch公司提供全系列颚破仪产品。

煤炭
 
煤炭
玉制品
 
玉制品

2. Grinders:

Grinders reduce materials to a finer size than crushers. They are used for intermediate and fine grinding. Types include ball mills, rod mills, cross beater and hammer mills.

 

RETSCH Grinding Mills

Retsch offers a wide range of grinding mills designed to accommodate a variety of applications.

3. Pulverizers:

粉碎设备能将物料研磨成极细的颗粒,这对制药和食品加工行业制备粉末至关重要。其类型包括磨盘式粉碎仪和振动盘式粉碎仪。

RETSCH Pulverizing Mills

探索RETSCH实验室粉碎设备,助力材料分析、质量控制与科研探索。

4. Cutting mills:

This category includes devices that use mechanical movement to cut soft to medium hard solid materials, often used in the food industry.

选择粉碎设备时的考虑因素

粉碎设备的选型取决于物料特性(硬度、磨蚀性、含水量)、目标粒度以及具体应用需求。合理选择并操作粉碎设备对实现高效且经济的生产流程至关重要。

选择适用于特殊任务的优化粉碎设备时需重点考虑以下因素:
物料特性(如破碎行为)
样品进料尺寸
所需最终细度
进料量
研磨工具材质

样品材料的特性影响粉碎设备的选择

实验室研磨仪根据样品材料特性采用多种粉碎原理。选择特定粉碎任务的研磨仪取决于样品的断裂特性。坚硬脆性材料通过冲击、压力和摩擦可实现最佳粉碎效果;而柔软弹性物质则需要切割和剪切作用才能有效粉碎。纤维状样品同样需要切割作用,同时配合摩擦与剪切。研磨设备常融合多种粉碎原理,例如行星式球磨仪结合冲击与摩擦,转刀式研磨仪则兼具剪切与冲击功能。干燥或脆化等工艺可改变样品的断裂特性,使其更易脆化,从而更便于粉碎处理。

RETSCH Grinding Mills

Retsch offers a wide range of grinding mills designed to accommodate a variety of applications.

样品进料尺寸与所需最终细度如何决定最佳样品粉碎设备

对于40毫米以上的大颗粒减小尺寸,设备被归类为破碎仪或粉碎仪,而磨机则用于更小的颗粒尺寸。初始进料粒度与目标终点细度决定是否需要在精细研磨前进行预破碎。通常需配备两种不同类型的研磨仪/破碎仪才能获得极细颗粒,因为适用于纳米级精细研磨的设备通常仅能处理最大10毫米的颗粒。所需终点细度由分析任务决定——确保良好的均匀性至关重要。微波消解需颗粒足够细小以确保高效快速。X射线荧光分析要求颗粒小于100微米,其他分析技术在保持均匀性前提下通常可接受0.5毫米。研发任务则需纳米级(<100纳米)颗粒,仅能通过球磨仪与湿法研磨工艺实现。

进料量对实现最佳破碎效果具有重要影响。

为确保样品制备的可重复性,必须提取真正代表整体材料的子样品。这意味着子样品必须与整体样品具有相同的特性。鉴于大多数样品均为非均匀混合物,必须谨慎避免因颗粒尺寸差异导致的分离现象,尤其在运输过程中。若无法处理整个样品,则必须取代表性部分。样品量至关重要:既要满足分析需求,又要与总样本量及粒度分布成比例。这些因素共同决定了子样本需达到的最小量,方能准确反映整体特性。

需要多少数量才能确保原始样本的代表性?

某些行业特定标准为正确的采样过程提供了指导方针,例如煤炭行业的DIN 51701-2:1985标准。该标准包含如下公式:
G [kg] = 0.07 [kg/mm] × z [mm]
该公式表明从最大粒径为“z”的散装样品中需提取多少样品量“G”才能获得具有代表性的样本。以最大粒径为5厘米的煤样为例,计算如下:
G [kg] = 0.07 kg/mm × 50 mm
G = 3.5 kg
因此,所选的粉碎设备应能处理3.5千克的样品(及初始给料尺寸)。

Sample Preparation Process

Sample preparation refers to the series of actions taken to transform a sample from its original state to a form that is suitable for analysis in a laboratory setting.

应选择哪些研磨工具才能优化样品减容设备?

每台RETSCH研磨仪均配备功能与操作性均经过优化的研磨工具。然而,由于应用范围广泛,具体需求可能存在显著差异。因此,RETSCH提供种类繁多的配件。例如,针对球磨仪和盘磨仪,研磨罐提供多种尺寸规格。通过使用间距筛和转刀,可在转刀式研磨机中处理温度敏感性物料。所有研磨工具均提供不同材质版本。

用于RETSCH研磨工具的材料可归类如下:
金属(钢、铸铁、钛)
陶瓷(碳化钨、氧化锆、烧结氧化铝、硬质瓷)
天然石材(玛瑙)
塑料(聚四氟乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯)

材料适用于特定类型研磨仪的适配性取决于其化学和物理特性。所有研磨仪均可使用钢制研磨工具。一般而言,研磨工具材料应比样品更硬以最大限度减少磨损。此外,对于磨蚀性样品而言,良好的耐磨性至关重要。低温研磨通常需要钢制工具,但CryoMill和MM 500control除外,它们还提供氧化锆或碳化钨制成的专用设备。湿法研磨需要使用非常小的研磨球和具有良好耐磨性的材料,通常采用氧化锆。碳化钨以其耐磨性和硬度著称,用于研磨极硬样品。

在机械粉碎过程中,磨损不可避免。因此,选择研磨材料时需重点考虑磨损产生的潜在污染物是否会对产品或后续分析造成负面影响,例如铬或镍磨损物对重金属分析的影响。优先选用对分析中性无害的材料。球磨仪和振动盘磨仪另一关键考量是不同材料的能量输入差异。例如,碳化钨研磨球因密度远高于同尺寸其他材质研磨球,能产生显著更高的能量输入,从而实现更高效的粉碎效果。

Drum Mills and Bond-Index testing: important size reduction equipment

滚筒式球磨仪是一种球磨仪,适用于粉碎大粒度物料及高达35升的大样品量。研磨过程可在干法或湿法条件下进行。最终可达的细度取决于所使用的研磨介质。

Another application area of the TM 300 is Bond Index Testing. The Bond Work Index is used to assess the grinding efficiency and to calculate the necessary grinding power when choosing size reduction equipment in the design phase of, for example, a mining plant. Precise determination of BWI is crucial for the accurate design and estimation of costs linked to the comminution process in industries like cement, mining or steel.

Both the Ball Mill and the Rod Mill module can be used for the process. At least 15 to 20 kg sample material is required to simulate a closed grinding circuit.

Ball Mill Module

The Ball Mill Work Index (BWI) is used for the range from 2.1 mm down to 100 µm. The sample needs to be pre-crushed to particle sizes as defined below.

  • Minerals: < 3.35 mm and sieved
  • Drillcore: < 3.35 mm and sieved
  • Half Drillcore: < 3.35 mm and sieved

The optimum number of grinding balls is 285. With the ball diameters varying due to wear, the overall number should be adjusted from time to time to ensure a total mass of 20.125 grams.

The grinding jar of the Bond Index Ball Mill measures 12'' x 12'' and has well-rounded corners.

Rod Mill Module

The Rod Mill Work Index (RWI) is used for particle size determination in a size range from 25 mm down to 2.1 mm. The sample needs to be pre-crushed to particle sizes as defined below.

  • Minerals: < 12.50 mm and sieved
  • Drillcore: < 12.50 mm and sieved
  • Half a drillcore: < 12.50 mm and sieved

The grinding jar for the Bond Index Rod Mill is 12″ x 24″ in size and has a wave-shaped design.

RETSCH的仪器在所有的工业领域中均有应用。在生产控制和质量监控的框架下,RETSCH的仪器广泛用于各种分析程序中的样品前处理和颗粒粒径分析。
鉴于这些领域内对仪器设备的要求日益增高,RETSCH有其明确的产品哲学。借用古希腊大哲学家亚历士多德的一句话说,就是:

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