Mahlkugeln NETZSCH-Beads^®

Mahlkugeln können aus Stahl, Keramik, Glas oder anderen Materialien bestehen. Sie sind in Mühlen mit losen bewegten Mahlkörpern, wie Rührwerkskugelmühlen, die Werkzeuge. Die Anforderungen an die Mahlkörper können in Abhängigkeit vom Industriezweig, wie zum Beispiel Lebensmittel, Pharmazie, Batterie- und Nanotechnologie oder Grundstoffchemie hinsichtlich Qualität, Preis, Werkstoffzusammensetzung, Sterilisierbarkeit und Morphologie sehr stark variieren. Mit NETZSCH-Beads^® liefern wir immer die passenden Werkzeuge für Ihre Produktanforderungen.

Rührwerkskugelmühlen werden üblicherweise mit einem Mahlkörperfüllgrad von bis zu 90 % betrieben. Die Mahlkörper werden durch ein Rührwerk, das mit Stiften, Scheiben oder ähnlichen Aktivierungselementen bestückt ist, in Bewegung versetzt. Durch die intensive Mahlkörperbewegung kommt es zu Kollisionen zwischen Mahlkörpern und den Aktivierungselementen, der Mahlraumwand oder mit anderen Mahlkörpern. Produktpartikel werden bei diesen Kontakten durch Druck, Prall, Reibung und Scherung beansprucht. Die Beanspruchungsbedingungen hängen dabei sehr stark von der Mahlkörpergröße, der Mahlkörperdichte aber auch von der Drehzahl der Rührwelle und dem verwendeten Mahlsystem ab.

Die Wahl der optimalen Mahlkugeln hängt von verschiedenen Faktoren ab. Einfluss auf die Auswahl haben neben Materialhärte, -dichte oder Viskosität der zu verarbeitenden Produkte auch die gewünschte Partikelgröße und Qualitätsansprüche an das Produkt.

Stahlkugeln zeichnen sich z.B. durch eine sehr hohe Dichte und ihre magnetischen Eigenschaften aus. Glasmahlkugeln sind dagegen Mahlkörper mit einer relativ geringen Dichte und Härte, die aber bei der Verarbeitung von Materialien mit geringer Härte aufgrund ihres geringen Preises interessant sind.

Keramikkugeln verfügen über eine extrem hohe Härte, Bruchzähigkeit und sehr gute chemische Beständigkeit sowie Verschleißbeständigkeit. Zusätzlich sind Keramikmahlkörper in NETZSCH-Beads^® Qualität sehr beständig gegen Mahlkörperbruch.

Die Mahlkörperqualität, einschließlich des inneren Gefüges, der Form der Kugeln sowie der Oberflächenbeschaffenheit haben einen direkten Einfluss auf die Produktqualität, den Mahlkörperverschleiß und die Betriebssicherheit des Mahlprozesses.

NETZSCH bietet ein breites Spektrum an verschiedenen Mahlkörpern an, die auf die Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen abgestimmt sind. Da die verwendeten Mahlkörper einen direkten Einfluss auf die Produktqualität und auf die Effizienz des Mahl- oder Dispergierprozesses haben, können Garantien und Leistungszusagen für die NETZSCH-Mühlen auch nur gegeben werden, wenn sichergestellt ist, dass die verwendeten Mahlkugeln die entsprechende Qualität und Verschleißbeständigkeit aufweisen.

Keramische Werkstoffe wie Zirkonsilikat, Zirkonoxid oder Aluminiumoxid sind typische Materialien für die Herstellung von Mahlkugeln.

Zur Herstellung von Mahlkörpern aus Keramik werden in Abhängigkeit vom Material und der Größe verschiedene Formgebungsverfahren angewendet. In der Regel sind dies Agglomerations-, Press-, Schmelz-, Sprüh- oder Vertropfungsverfahren.

Größere Mahlkörper mit Durchmessern von mehr als 5 mm werden häufig hergestellt, indem granulierte Pulver mit Additiven uniaxial oder isostatisch z.B. zu Kugeln oder Zylindern verpresst werden. Agglomerationsprozesse können z.B. in Wirbelschichtgranulatoren, Granuliertellern, Pellettierern oder in Knetmischern stattfinden. Mit Agglomerationsprozessen können sphärische Mahlkugeln von ca. 0,3 bis 0,5 mm erzeugt werden.

In großen Mengen werden Keramikkugeln z.B. aus Zirkonsilikat mit Durchmessern im Bereich von ca. 0,5 bis 4 mm mittels Schmelzprozess hergestellt. Insbesondere bei der Herstellung von Mahlkugeln durch einen Schmelzprozess besteht durch mögliche Einschlüsse und Lunker die Gefahr des Kugelbruchs. Kugelbruch verunreinigt das Mahlgut und kann die Mühle beschädigen. Besonders gefährdet sind die Mahlkörpertrenneinrichtungen wie z.B. Trennspalte; Siebspalte und Siebpatronen sowie die Gleitringdichtung.

Keramikkugeln im Durchmesserbereich bis 3,5 mm können mittels Sprüh- und Vertropfungsverfahren in großen Mengen produziert werden. Werden die Mahlkörper durch Sprüh- und Vertropfungsverfahren hergestellt, schließt sich an die Formgebung ein Trocknungs-, Entbinderungs- und ein Sinterprozess an. Bei der Trocknung ist über der Trocknungszeit im Aggregat ein Temperaturprofil zu realisieren, das ein homogenes Trocknen der Kugeln ohne Schädigung der Struktur und ohne Rissbildung ermöglicht. Die getrockneten Keramikkugeln werden nach der Trocknung einem Verrundungsprozess unterzogen, da die Kugeln in diesem Zustand noch eine relativ leicht zu bearbeitende Oberfläche aufweisen.

Die getrockneten und verrundeten Keramikkugeln werden nun einem nach einem speziellen Temperaturprofil ablaufenden Entbinderungs- und Sinterungprozess zugeführt, der wiederum einen entscheidenden Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Kugeln hat. Das Temperaturprofil während des Entbinderungs- und Brennprozesses ist verantwortlich für die Homogenität und die Gefügestruktur der entstehenden Keramikkugeln.

Die so hergestellten Mahlperlen werden bezüglich ihrer Rundheit sortiert und klassiert. Die Rundheit, sowie die Fraktionsbreite der Perlen haben einen direkten Einfluss auf die Produktqualität und auf den Verschleiß. Eine zusätzliche Qualitätssteigerung der Kugeln kann durch die sogenannte Konditionierung erreicht werden. Dabei werden die Oberflächen der Mahlperlen poliert, um den Abrieb bei der späteren Mahlung in der Rührwerkskugelmühle zu reduzieren. Eine Polierung erfolgt in Poliertrommeln mit Diamantpasten.