Introducción
En la era de la movilidad eléctrica y la miniaturización, las aleaciones de tierras raras y los imanes permanentes fabricados con ellas cobran cada vez más importancia. Un factor decisivo para la calidad y las propiedades de los imanes permanentes es una estrecha distribución del tamaño de las partículas con la menor fracción posible de partículas más finas (< 2 µm) y más gruesas (> 8 µm).
Con los molinos de chorro y los clasificadores ultrafinos fabricados por NETZSCH, los compuestos sensibles Nd-Fe-B y Sm-Co u otras aleaciones de tierras raras pueden molerse de forma fiable hasta obtener polvos finos bajo operación con gas inerte, proporcionando una distribución de tamaño de partícula estrecha y un límite superior de tamaño de partícula definido con resultados reproducibles. Para moler estas aleaciones, NETZSCH ha desarrollado el molino de chorro de lecho de alta densidad optimizado m-Jet. Esta máquina también ofrece la posibilidad de la extracción automática de componentes difíciles de moler durante la operación sin contaminar las partes periféricas de la planta con impurezas. Esta característica hace posible en todo momento un cambio de producto rápido y sin problemas.
Estado de la técnica
Componentes difíciles de moler al moler aleaciones de tierras raras
Al moler aleaciones de tierras raras destinadas a la fabricación de imanes (u otras aplicaciones) se forman con frecuencia depósitos de residuos de componentes difíciles de moler. En el caso de las aleaciones Nd-Fe-B, están formados principalmente por neodimio, otras fracciones de tierras raras o hierro. Los residuos son dúctiles y resultan difíciles de moler en molinos de chorro. En su lugar, tienden a acumularse en la cámara de molienda. En consecuencia, la capacidad de rendimiento disminuye durante el proceso de molienda y la productividad de toda la planta se reduce. Además, si estos componentes contaminan el producto final, ello repercute negativamente en sus características magnéticas. Además, la acumulación de componentes difíciles de moler también puede modificar la distribución del tamaño de las partículas, lo que también influye en la calidad del producto. Otro problema es el cambio en la composición de la aleación del polvo de tierras raras debido a la molienda selectiva en el lecho fluidizado.
Por lo tanto, en función de la calidad de las aleaciones de tierras raras, es necesario retirar de la cámara de molienda, a intervalos regulares, los componentes difíciles de moler
Extracción de componentes difíciles de moler en molinos de lecho fluidizado a chorro convencionales
El proceso de extracción en los molinos de chorro convencionales suele ser muy largo y complicado y, por lo general, se lleva a cabo en función de la velocidad del molino, normalmente cuando se ha alcanzado el 50 % de la capacidad de rendimiento estándar.
Es bien sabido que, en el caso de los molinos de chorro contrarrotante, los componentes difíciles de triturar se extraen reduciendo la velocidad del clasificador. A menudo, este proceso se ve facilitado por el uso de boquillas de suelo (Fig. 1), que, sin embargo, son muy propensas a obstruirse debido a su diseño estructural, instaladas en el suelo de la máquina.
El proceso completo de extracción en un molino de chorro convencional puede durar varias horas, lo que a su vez, debido a la reducción de la velocidad del clasificador, puede causar contaminación con componentes gruesos y difíciles de moler en toda la planta. Por lo tanto, el proceso de extracción debe ir siempre seguido de un tiempo de aclarado adecuado. Esto significa que la producción debe interrumpirse durante un periodo más largo.
Al final del proceso de extracción, el lecho fluidizado debe volver a llenarse de polvo. Durante el llenado, pueden producirse cambios en la distribución granulométrica y en la capacidad de rendimiento, así como una molienda selectiva (fig. 3), lo que puede provocar un cambio en los componentes de aleación del polvo molido.
Debido al gran volumen de la cámara de molienda (lecho fluidizado) de los molinos de chorro de lecho fluidizado, el proceso de mezcla y homogeneización del lecho fluidizado puede durar hasta una hora. Con estos molinos, las capacidades de rendimiento y las distribuciones granulométricas constantes no se obtienen hasta pasado este tiempo.
Cuando se utilizan molinos de lecho fluidizado por chorro, la mejor calidad del producto sólo puede obtenerse si el molino funciona sin interrupción con un lecho fluidizado de masa constante. Sin embargo, esto sólo es posible durante un periodo de tiempo limitado.
La solución de NETZSCH
Extracción de componentes difíciles de moler de molinos de chorro en espiral de tipo m-Jet
Para combatir las desventajas de los molinos de chorro de lecho fluidizado convencionales mencionadas anteriormente, los ingenieros de NETZSCH desarrollaron un molino de chorro en espiral con un clasificador de aire dinámico integrado. El m-Jet combina las ventajas de un molino de chorro de lecho fluidizado con las de un molino de chorro en espiral y es, por tanto, el molino ideal para moler polvos de tierras raras. Se puede obtener una finura reproducible lo más alta posible independientemente de la carga en los chorros de gas. El problema de la extracción de componentes difíciles de moler ha sido elegantemente resuelto por expertos y se realiza directamente desde la cámara de molienda durante el funcionamiento del m-Jet.
Este proceso puede automatizarse fácilmente. Al disminuir el ciclo de trabajo, se pueden detectar reducciones en la capacidad de rendimiento. Cuando se alcanza un valor especificado, se abre una compuerta instalada en la tubería que va al filtro, y el producto es expulsado del molino por la sobrepresión de la cámara de molienda. Durante este proceso, la rueda clasificadora funciona a través del bypass. A continuación, el contenido del molino se descarga directamente en el filtro de polvo situado a continuación a través de una tubería independiente, que sólo se utiliza para vaciar el molino. Como el producto bueno se extrae directamente del ciclón, no hay contaminación de la planta. La figura 2 muestra la disposición de las tuberías de extracción en una planta de laboratorio del tipo m-Jet 10.
Otro problema de aplicación es el vaciado rápido y completo de la cámara de molienda al cambiar de producto. Este sistema también puede utilizarse eficazmente para este fin, aunque naturalmente el proceso de vaciado de la cámara de molienda también puede iniciarse manualmente.
Gracias al pequeño volumen de la cámara de molienda del molino de chorro en espiral m-Jet, los fenómenos que suelen producirse al utilizar un molino de chorro de lecho fluidizado, como el desplazamiento de la distribución del tamaño del producto del polvo molido y el hundimiento de la capacidad de rendimiento, son extremadamente raros (figura 3).
El proceso de extracción en m-Jet en detalle
En la figura 4 se representa gráficamente el proceso de extracción del relleno de polvo activo de la cámara de molienda: La cámara de molienda del molino de laboratorio m-Jet 10 se vació a intervalos de tiempo establecidos. Se puede observar claramente la disminución de la potencia del clasificador durante y después del proceso de vaciado. Después de cada vaciado se midió la finura del producto del ciclón y la masa y finura del polvo extraído en el filtro. La finura (d50) del producto del ciclón se situó en torno a d50 = 2,95 µm y se mantuvo relativamente constante durante todo el tiempo de funcionamiento. También se demostró que casi no había fluctuaciones en la finura d50 del contenido del molino, recogido en el filtro de polvo. Por término medio, la masa extraída fue de unos 330 g. El producto extraído no sale del proceso de circuito cerrado inerte. Por lo tanto, no hay peligro de que el polvo se queme durante el proceso de extracción y no son necesarios filtros de polvo adicionales, ya que el filtro de polvo instalado en cada planta se utiliza para este fin.
Una vez extraído el contenido de la cámara de molienda, el molino vuelve a suministrar producto conforme a las especificaciones en 10 minutos. Esto representa un importante ahorro de tiempo en comparación con los molinos de chorro de lecho fluidizado convencionales. El tiempo necesario para la extracción del producto de la cámara de molienda, así como para alcanzar una calidad constante del producto, puede transferirse 1:1 a los molinos a escala de producción de m-Jet.
Posibilidades en NETZSCH
En Hanau, cerca de Frankfurt, en Alemania, NETZSCH Trockenmahltechnik dispone de un laboratorio bien equipado para pruebas con polvos de tierras raras. En este laboratorio, es posible realizar pruebas de molienda en el molino de chorro de lecho fluidizado del tipo CGS y en el molino de chorro en espiral con clasificador integrado del tipo m-Jet con extracción integrada de los componentes del producto que son difíciles de moler. La optimización adicional de la distribución granulométrica se lleva a cabo mediante la clasificación en el clasificador fino de alta eficiencia m-Class en atmósferas inertes. En Hanau también se pueden realizar muchos análisis diferentes, como Malvern y REM, así como análisis ONH, OCN, ICP en cooperación con un instituto de renombre. Si es necesario y a petición de nuestros clientes, también podemos llevar a cabo programas completos de sinterización, incluyendo la identificación de las propiedades magnéticas de los imanes sinterizados en un Permagraph.