Jakie systemy mieszania są zalecane dla proszków ceramicznych o dużych różnicach gęstości i wielkości ziaren?
Dla proszków ceramicznych o dużych różnicach gęstości i wielkości ziaren wymagane są systemy mieszające, które wytwarzają intensywne trójwymiarowe przemieszczanie, a zarazem ograniczają rozdzielanie się mieszaniny podczas mieszania, wyładunku i późniejszego transportu. Drobne i grube, a także lekkie i ciężkie cząstki mogą ponownie się rozdzielić na skutek perkolacji, wibracji lub ruchów spadkowych. Dlatego o wyniku decyduje nie tylko typ mieszalnika, ale całe prowadzenie procesu, w tym dozowanie, czas mieszania, wyładunek i technika transportu.
Do wymagających mieszanin na sucho szczególnie odpowiednie są często mieszalniki intensywne z obracającym się zbiornikiem mieszalniczym i osobno napędzanym narzędziem mieszającym. Łączą one wielkoprzestrzenne przemieszczanie z celowo regulowanym działaniem ścinającym. Dzięki temu można rozprowadzać drobne dodatki i w razie potrzeby rozpuszczać istniejące aglomeraty. Systemy takie nadają się szczególnie do ceramicznych mieszanin surowcowych o dużych różnicach gęstości, małych ilościach dodatków lub wyraźnej skłonności do aglomeracji. Mieszalniki intensywne mogą być stosowane również do mieszania i granulowania w jednym etapie procesu.
Pionowe mieszalniki jedno- i dwuwałowe są alternatywą, gdy wysoka jakość mieszania ma być połączona ze stosunkowo łagodnym traktowaniem produktu. Wytwarzają trójwymiarowy strumień materiału i nadają się do mas prasowniczych, granulatów suszonych rozpyłowo oraz mieszanin ze środkami pomocniczymi do spiekania, pigmentami lub dodatkami funkcjonalnymi. Geometria narzędzia mieszającego, obroty i czas mieszania muszą być dobrane tak, aby uzyskać pożądaną jednorodność bez niepotrzebnego niszczenia wrażliwych granulatów.
Mieszalniki lemieszowe i łopatkowe mogą być również sensowne przy średnich do dużych wsadach. Wytwarzają intensywny ruch złoża produktu i mogą być wyposażone w osobno włączane rozdrabniacze do deaglomeracji. Dla ściernych proszków ceramicznych ważne jest odporne na zużycie wykonanie powierzchni mających kontakt z produktem. Narzędzia intensywne powinny być stosowane tylko tak mocno i tak długo, jak wymaga tego receptura.
Stożkowe mieszalniki ślimakowe nadają się szczególnie do suszonych rozpyłowo lub wrażliwych na łamanie granulatów ceramicznych. Pracują przy mniejszym obciążeniu mechanicznym i mogą umożliwiać dobrą homogenizację. Przy ekstremalnych różnicach gęstości lub bardzo drobnych, skłonnych do aglomeracji dodatkach ich działanie dyspergujące może jednak nie wystarczać. Wówczas lepszy jest wcześniejszy etap deaglomeracji lub bardziej intensywna zasada mieszania.
Mieszalniki planetarne nadają się przede wszystkim do ceramicznych szlikrów, past, wysoko napełnionych zawiesin i mas CIM. Umożliwiają kontrolowane przemieszanie wysokolepkich układów ze spoiwami, środkami dyspergującymi i ceramicznymi ciałami stałymi. Dla czystych mieszanin proszkowych na sucho zazwyczaj nie są jednak pierwszym wyborem.
Mieszalniki grawitacyjne, bębnowe i typu V pracują bardzo łagodnie i powodują tylko niewielkie ścieranie. Przy dużych różnicach gęstości, wielkości ziaren lub kształtu cząstek należy je jednak oceniać krytycznie. Ruch zdominowany przez grawitację może wprawdzie homogenizować, ale sprzyja też rozdzielaniu się mieszaniny. Nadają się więc raczej do mniejszych wsadów i mieszanin o zbliżonych właściwościach cząstek.
Przy szczególnie krytycznych recepturach mieszanie na mokro z następującym suszeniem rozpyłowym jest często najbardziej niezawodnym rozwiązaniem. Komponenty są najpierw jednorodnie rozprowadzane w zawiesinie. Następnie w wyniku suszenia rozpyłowego powstaje określony, dobrze płynący granulat prasowniczy. Metoda ta jest stosowana dla zawiesin ceramicznych i metalicznych i umożliwia wytwarzanie granulatów prasowniczych o celowo ustalanych właściwościach.
Decydujące znaczenie mają kolejność dodawania, czas mieszania i prowadzenie wilgotności. Drobne dodatki powinny być dozowane tak, aby mogły zostać bezpiecznie rozprowadzone. Zbyt długie czasy mieszania mogą z kolei sprzyjać rozdzielaniu się mieszaniny lub ścieraniu. Przy proszkach ściernych materiały i powierzchnie muszą być dobrane tak, aby ograniczyć zużycie i wnikanie cząstek obcych. Jednorodność należy sprawdzać za pomocą reprezentatywnego pobierania próbek i analityki specyficznej dla danego produktu.
Dla suchych proszków ceramicznych o dużych różnicach gęstości i wielkości ziaren pierwszym wyborem są zazwyczaj mieszalniki intensywne lub wydajne mieszalniki pionowe. Jeśli receptura jest szczególnie krytyczna lub wymaga najwyższej równomierności rozprowadzenia, mieszanie na mokro z następującym suszeniem rozpyłowym oferuje często najbardziej niezawodną drogę procesową.
Tak amixon® opanowuje duże różnice gęstości i wielkości cząstek podczas mieszania
amixon® wspiera homogenizację surowców ceramicznych o dużych różnicach gęstości nasypowej, wielkości ziaren i zachowania płynięcia. W centrum uwagi znajduje się kontrolowany, trójwymiarowy ruch produktu. Umożliwia on równomierne rozprowadzenie komponentów i ogranicza skłonność do rozdzielania się mieszaniny przed kolejnymi etapami procesu.
Wężownicowe narzędzie mieszające SinConvex® transportuje mieszaninę w strefie peryferyjnej zbiornika do góry. W centrum spływa ona z powrotem w dół pod wpływem grawitacji. To ciągłe przemieszczanie odbywa się przy niskiej częstotliwości obrotów i nadaje się do różnych gęstości nasypowych, wielkości cząstek i właściwości płynięcia. SinConvex® i SinConcave® mogą ponadto wspierać bardzo dobre opróżnianie resztkowe i ułatwiać czyszczenie.
Dla dużych wsadów amixon® oferuje silos mieszający Gyraton®. Łączy on mieszanie, buforowanie i wyładunek w jednym aparacie. Pionowe helikalne narzędzie mieszające obraca się i jednocześnie porusza orbitalnie wzdłuż ściany komory mieszania. Dzięki temu celowo obejmowane są duże obszary komory mieszania. Silosy mieszające Gyraton® są zaprojektowane do dużych ilości swobodnie płynących materiałów sypkich i mogą – w zależności od wykonania i produktu – homogenizować wsady do około 100 m³.
Niskie wprowadzanie energii przez silos mieszający Gyraton® jest szczególnie korzystne dla wrażliwych granulatów, suszonych rozpyłowo mas prasowniczych i ściernych surowców. Również przy dużych wsadach można osiągnąć łagodną homogenizację. Dla ceramicznych ścieżek procesowych jest to istotne, ponieważ możliwie równomierna mieszanina wyjściowa wspiera odtwarzalność kolejnych etapów, takich jak granulowanie, prasowanie, spiekanie czy powlekanie.
Przy ściernych proszkach ceramicznych amixon® może wykonać komorę mieszania i narzędzia mieszające w wersji odpornej na zużycie, dostosowanej do konkretnego produktu. Powłoki ceramiki tlenkowej mogą wyraźnie zmniejszyć ścieranie metalu na powierzchniach mających kontakt z produktem. Odpowiedni dobór materiału zależy od ścieralności, wymagań co do czystości, wielkości ziaren i dopuszczalnej kontaminacji w produkcie końcowym.
Ostateczny projekt jest sprawdzany w centrum prób amixon® z oryginalnymi surowcami. Można tam ocenić w realistycznych warunkach jakość mieszania, czas mieszania, łagodność wobec cząstek, opróżnianie resztkowe, zachowanie ścieralności i odtwarzalność. Dla termicznych i reaktywnych etapów procesu dostępne są ponadto reaktory wysokotemperaturowe i próżniowe suszarko-mieszalniki. Umożliwiają one próby z oryginalnymi produktami w temperaturach do 350°C, pod próżnią lub przy ciśnieniach do 25 bar. W ten sposób powstaje wiarygodna podstawa dla solidnej ścieżki procesowej – od homogenizacji surowców aż po odtwarzalne dalsze przetwarzanie.