I mezzi di macinazione sono i materiali utilizzati all'interno dei mulini a sfere, dei mulini a sfere e di altre apparecchiature di macinazione per scomporre le materie prime in particelle più piccole.
Le cinque tipologie principali includono sfere in acciaio forgiato, sfere in ghisa, sfere in acciaio inossidabile, materiali ceramici (allumina, zirconia, silicato di zirconio) e sfere di vetro. Ogni tipologia offre vantaggi specifici in termini di durezza, densità e resistenza chimica.
La scelta dipende dalla durezza del materiale, dai requisiti di contaminazione e dal budget: acciaierie per l'attività mineraria, ceramiche per l'industria farmaceutica e microsfere di vetro per la lucidatura fine.
Le sfere in acciaio forgiato sono predominanti nell'industria mineraria e cementizia perché combinano elevata durezza con un'eccellente resistenza agli urti. Questi corpi macinanti vengono sottoposti a un processo di forgiatura che allinea la struttura granulare dell'acciaio, creando sfere in grado di resistere a ripetuti impatti ad alta energia senza rompersi.
Il contenuto di carbonio varia tipicamente dallo 0.5% all'1.0%, determinando il livello di durezza finale. Un contenuto di carbonio più elevato significa sfere più dure ma con una tenacità inferiore.
La maggior parte delle operazioni utilizza sfere di acciaio forgiato con un diametro compreso tra 20 mm e 125 mm. Sono particolarmente indicate per la macinazione di minerali duri come rame, oro e ferro, dove la contaminazione non è un problema primario.
Le sfere in ghisa offrono un'alternativa economica all'acciaio forgiato per applicazioni meno impegnative. La produzione prevede la colata di ghisa fusa negli stampi, rendendone più economica la produzione in grandi quantità.
Questi materiali macinanti sono adatti per cementifici e polverizzatori di carbone, dove è sufficiente una durezza moderata. Le sfere in ghisa contengono in genere il 2-4% di carbonio, il che conferisce loro una buona resistenza all'usura, ma le rende più fragili rispetto all'acciaio forgiato.
Il principale svantaggio è la durevolezza. Le sfere in ghisa si usurano più velocemente e possono rompersi in caso di urti estremi, ma il loro costo inferiore spesso giustifica sostituzioni più frequenti in alcuni processi.
I corpi macinanti in acciaio inossidabile prevengono la contaminazione nella produzione alimentare, farmaceutica e cosmetica. Il contenuto di cromo (tipicamente dal 10 al 30%) crea uno strato di ossido passivo che resiste alla corrosione e impedisce la lisciviazione del metallo nei prodotti.
Queste palline mantengono la loro finitura superficiale più a lungo rispetto alle alternative in acciaio al carbonio. Questa superficie liscia riduce la contaminazione del prodotto e facilita la pulizia tra un lotto e l'altro.
Il costo più elevato ne limita l'utilizzo ad applicazioni in cui la purezza del prodotto giustifica l'investimento. I gradi più comuni includono acciaio inossidabile 304, 316 e 440C, ognuno dei quali offre diversi equilibri di durezza e resistenza alla corrosione.
I supporti ceramici sono ideali quando è necessario evitare completamente la contaminazione da metalli. Esistono quattro tipologie principali adatte a diversi settori industriali:
Le microsfere di vetro sono adatte ad applicazioni specifiche che richiedono un'azione di macinazione delicata e zero contaminazione metallica. Questi materiali di macinazione sferici hanno un diametro compreso tra 0.1 mm e 5 mm, il che li rende perfetti per la dispersione di pigmenti e la macinazione di materiali sensibili alla temperatura.
La superficie liscia e la distribuzione granulometrica controllata garantiscono granulometrie uniformi nel prodotto finale. I produttori di vernici si affidano alle microsfere di vetro per ottenere specifici livelli di brillantezza e uniformità del colore.
La loro minore densità si traduce in una minore energia cinetica per impatto. Questo protegge i materiali delicati, ma richiede tempi di macinazione più lunghi per le sostanze più dure.
Le sfere sferiche rimangono la forma di abrasivo più comune perché garantiscono un'usura uniforme e un'azione di macinazione prevedibile. La geometria della sfera garantisce una distribuzione uniforme delle sollecitazioni durante gli impatti, massimizzandone la durata.
Il contatto tra sfere crea più punti di rettifica contemporaneamente, aumentando l'efficienza rispetto alle forme irregolari che potrebbero entrare in contatto solo in punti limitati.
I cilindri e i cylpeb (cilindri corti con estremità arrotondate) offrono una superficie di contatto maggiore rispetto alle sfere di peso equivalente. Questa maggiore area di contatto migliora l'efficienza di macinazione in alcune applicazioni, in particolare nell'industria del cemento.
La forma cilindrica riduce gli spazi vuoti tra i frammenti. Ciò si traduce in una maggiore superficie di macinazione a parità di volume del mulino, con un potenziale aumento della produttività del 15-25% rispetto alle sfere.
Queste forme funzionano meglio nei circuiti di macinazione secondaria in cui sono necessarie particelle di dimensioni più fini.
I mulini a barre utilizzano lunghe barre di acciaio come mezzo di macinazione al posto di sfere o cilindri. Le barre si estendono tipicamente per l'intera lunghezza del mulino, creando un'azione di macinazione diversa, basata sul rotolamento e sullo scorrimento anziché sull'impatto.
Questa azione di laminazione produce una distribuzione granulometrica più stretta rispetto alla macinazione a sfere. Le barre sono eccellenti nel ridurre il materiale in ingresso da 20 mm a 1-3 mm senza creare particelle fini eccessive.
Il limite principale è la capacità. I mulini a barre processano meno materiale all'ora rispetto ai mulini a sfere di dimensioni simili.
Le microsfere consentono una macinazione ultrafine fino a scale nanometriche. Questi minuscoli materiali macinanti, spesso con un diametro compreso tra 0.05 mm e 2 mm, vengono utilizzati in mulini a sfere specializzati per la produzione di inchiostri, prodotti farmaceutici e materiali avanzati.
Perle più piccole significano più punti di contatto per unità di volume. Un litro di perle da 0.5 mm contiene milioni di singole superfici di macinazione.
La sfida sta nella separazione. I setacci o i separatori centrifughi devono rimuovere efficacemente queste minuscole particelle dal prodotto finito.
Le sfere in acciaio forgiato durano dalle 5,000 alle 15,000 ore nelle applicazioni minerarie. I materiali ceramici possono durare dalle 10 alle 20 volte di più dell'acciaio nella macinazione fine. Le sfere in ghisa si usurano in genere dal 30 al 50% più velocemente rispetto all'acciaio forgiato in condizioni simili.
Si sconsiglia di mescolare diversi tipi di media, poiché diversi tassi di usura creano variazioni dimensionali che riducono l'efficienza di macinazione. Tuttavia, l'utilizzo di diverse dimensioni dello stesso tipo di media (chiamati media graduati) migliora la densità di compattazione e le prestazioni di macinazione.
Per i mulini a sfere, si consiglia di iniziare con il 40-50% del volume del mulino, adattandolo in base al processo specifico. La maggior parte dei fornitori fornisce calcolatori di carica basati sulle specifiche del mulino e sulle proprietà dei materiali.
