Quels systèmes de mélange sont recommandés pour les poudres céramiques présentant de grandes différences de densité et de granulométrie ?
Pour les poudres céramiques présentant de fortes différences de densité et de granulométrie, des systèmes de mélange qui produisent un remaniement tridimensionnel intensif tout en limitant la ségrégation lors du mélange, de la vidange et du convoyage ultérieur sont nécessaires. Les particules fines et grossières, ainsi que légères et lourdes, peuvent se séparer à nouveau par percolation, vibration ou mouvements de chute. C'est pourquoi ce n'est pas seulement le type de mélangeur qui est déterminant, mais aussi l'ensemble de la conduite de procédé, y compris le dosage, le temps de mélange, la vidange et la technique de convoyage.
Pour les mélanges secs exigeants, les mélangeurs intensifs à cuve rotative et outil de mélange entraîné séparément sont souvent particulièrement adaptés. Ils associent un brassage à grande échelle à un effet de cisaillement réglable de façon ciblée. Cela permet de répartir des additifs fins et de dissoudre au besoin des agglomérats existants. De tels systèmes conviennent en particulier aux mélanges de matières premières céramiques présentant de fortes différences de densité, de faibles quantités d'ajout ou une tendance marquée à l'agglomération. Les mélangeurs intensifs peuvent également être utilisés pour mélanger et granuler en une seule étape de procédé.
Les mélangeurs verticaux à un et à deux arbres sont une alternative lorsqu'une qualité de mélange élevée doit être associée à un traitement du produit comparativement ménageant. Ils produisent un flux de matière tridimensionnel et conviennent aux masses de pressage, aux granulés séchés par atomisation ainsi qu'aux mélanges contenant des agents de frittage, des pigments ou des additifs fonctionnels. La géométrie de l'outil de mélange, la vitesse de rotation et le temps de mélange doivent être choisis de manière à atteindre l'homogénéité souhaitée sans détruire inutilement des granulés sensibles.
Les mélangeurs à socs ou à pales peuvent également être judicieux pour des charges moyennes à grandes. Ils produisent un mouvement intensif du lit de produit et peuvent être équipés de choppers activables séparément pour la désagglomération. Pour les poudres céramiques abrasives, une exécution résistante à l'usure des surfaces en contact avec le produit est importante. Les outils intensifs ne devraient être utilisés qu'avec l'intensité et pendant la durée que la recette exige.
Les mélangeurs à vis conique conviennent particulièrement aux granulés céramiques séchés par atomisation ou sensibles à la rupture. Ils travaillent avec une sollicitation mécanique plus faible et peuvent permettre une bonne homogénéisation. En cas de différences de densité extrêmes ou d'additifs très fins et sujets à l'agglomération, leur effet de dispersion peut toutefois ne pas suffire. Une étape de désagglomération en amont ou un principe de mélange plus intensif est alors préférable.
Les mélangeurs planétaires conviennent avant tout aux barbotines céramiques, aux pâtes, aux suspensions fortement chargées et aux masses de moulage par injection (CIM). Ils permettent un brassage contrôlé de systèmes très visqueux avec des liants, des dispersants et des solides céramiques. Pour les mélanges de poudres sèches purs, en revanche, ils ne sont le plus souvent pas le premier choix.
Les mélangeurs à mouvement oscillant, à tambour et en V travaillent avec beaucoup de ménagement et ne provoquent qu'une faible abrasion. En cas de fortes différences de densité, de granulométrie ou de forme des particules, ils doivent toutefois être évalués de façon critique. Le mouvement dominé par la gravité peut certes homogénéiser, mais aussi favoriser la ségrégation. Ils conviennent donc plutôt aux charges plus petites et aux mélanges présentant des propriétés de particules similaires.
Pour les recettes particulièrement critiques, le mélange en voie humide suivi d'un séchage par atomisation est souvent la solution la plus robuste. Les composants sont d'abord répartis de façon homogène dans une suspension. Le séchage par atomisation produit ensuite un granulé de pressage défini et bien coulant. Ce procédé est utilisé pour les suspensions céramiques et métalliques et permet la fabrication de granulés de pressage aux propriétés réglables de façon ciblée.
L'ordre d'ajout, la durée de mélange et la conduite de l'humidité sont déterminants. Les additifs fins devraient être dosés de manière à pouvoir être répartis de façon sûre. Des temps de mélange trop longs peuvent en revanche favoriser la ségrégation ou l'abrasion. Pour les poudres abrasives, les matériaux et les surfaces doivent être choisis de sorte que l'usure et l'introduction de particules étrangères restent limitées. L'homogénéité devrait être vérifiée par un échantillonnage représentatif et une analyse spécifique au produit.
Pour les poudres céramiques sèches présentant de fortes différences de densité et de granulométrie, les mélangeurs intensifs ou les mélangeurs verticaux performants sont le plus souvent le premier choix. Lorsque la recette est particulièrement critique ou exige une régularité de répartition maximale, le mélange en voie humide suivi d'un séchage par atomisation offre souvent la voie de procédé la plus fiable.
Comment amixon® maîtrise de fortes différences de densité et de granulométrie lors du mélange
amixon® favorise l'homogénéisation des matières premières céramiques présentant de fortes différences de masse volumique apparente, de granulométrie et de comportement d'écoulement. Un mouvement de produit tridimensionnel contrôlé est au centre du dispositif. Il permet une répartition uniforme des composants et limite la tendance à la ségrégation avant les étapes de procédé suivantes.
L'outil de mélange hélicoïdal SinConvex® achemine le produit à mélanger vers le haut à la périphérie de la cuve. Au centre, il redescend sous l'effet de la gravité. Ce remaniement continu fonctionne à basse fréquence de rotation et convient à des masses volumiques apparentes, des granulométries et des propriétés d'écoulement différentes. SinConvex® et SinConcave® peuvent en outre favoriser une très bonne vidange résiduelle et faciliter le nettoyage.
Pour les grandes charges, amixon® propose le silo mélangeur Gyraton®. Il associe le mélange, la mise en réserve et la vidange dans un seul appareil. L'outil de mélange hélicoïdal vertical tourne tout en se déplaçant simultanément en orbite le long de la paroi de la chambre de mélange. De grandes zones de la chambre de mélange sont ainsi saisies de façon ciblée. Les silos mélangeurs Gyraton® sont conçus pour de grandes quantités de solides en vrac bien coulants et peuvent, selon l'exécution et le produit, homogénéiser des charges allant jusqu'à environ 100 m³.
Le faible apport d'énergie du silo mélangeur Gyraton® est particulièrement avantageux pour les granulés sensibles, les masses de pressage séchées par atomisation et les matières premières abrasives. Une homogénéisation ménageante peut être obtenue même avec de grandes charges. Cela est pertinent pour les filières de procédé céramiques, car un mélange de départ aussi uniforme que possible favorise la reproductibilité des étapes suivantes telles que le granulage, le pressage, le frittage ou l'enduction.
Pour les poudres céramiques abrasives, amixon® peut réaliser la chambre de mélange et les outils de mélange avec une protection contre l'usure adaptée au produit. Des revêtements céramiques oxydes peuvent nettement réduire l'abrasion métallique sur les surfaces en contact avec le produit. Le choix des matériaux appropriés dépend de l'abrasivité, de l'exigence de pureté, de la granulométrie et de la contamination admissible dans le produit final.
Le dimensionnement final est vérifié en halle d'essais amixon® avec les matières premières d'origine. La qualité de mélange, le temps de mélange, le ménagement des particules, la vidange résiduelle, le comportement à l'abrasion et la reproductibilité peuvent y être évalués dans des conditions réalistes. Pour les étapes de procédé thermiques et réactives, des réacteurs à haute température et des sécheurs-mélangeurs sous vide sont en outre disponibles. Ils permettent des essais avec les produits d'origine à des températures allant jusqu'à 350 °C, sous vide ou à des pressions allant jusqu'à 25 bar. Une base solide pour une filière de procédé robuste se constitue ainsi – de l'homogénéisation des matières premières jusqu'à la transformation reproductible.