Введение
Индия вместе с Китаем являются и будут оставаться локомотивами роста мировой пигментной промышленности. Таков вывод исследования, проведенного отделом маркетинговых исследований JM Financial в 2020 году. Индия существенно увеличивает внутренний спрос и объем экспорта. При темпах роста ВВП в 11 %, прогнозируемых на ближайшие 5 лет, производители сосредоточены на удовлетворении ожиданий конечных потребителей, которые постоянно двигаются в соответствии с модными тенденциями. Кроме того, их задача усложняется из-за критического поведения порошков на протяжении всего производственного процесса. Здесь мы хотели бы представить ряд процессов измельчения, которые представляют собой подходящие и экономически эффективные решения для тонкого измельчения широкого спектра сухих пигментов, используемых в промышленности.
Почему помол играет важную роль в качестве пигментов:
Пигменты находят применение во многих областях. Они используются для окрашивания других материалов, таких как краска, чернила, пластик, ткань, косметика и даже продукты питания. С одной стороны, мы имеем сухие нерастворимые пигменты, а с другой - красители в виде жидкости или растворимого соединения. В результате сухой формы интенсивность и окраска пигментов сильно зависят от тонкости и формы их частиц. Таким образом, более эффективный помол может привести к получению более интенсивного пигмента за счет улучшения дисперсии пигмента в окрашиваемом материале. Кроме того, определенный размер и форма частиц придают поверхности особый вид. Изменяется поглощение и преломление света, что, в свою очередь, влияет на окраску.
Критерии, которые необходимо учитывать при выборе технологии измельчения:
Как уже говорилось, существует большое разнообразие пигментов самого разного происхождения. Самые древние из них - природные пигменты, такие как натуральный ультрамарин, получаемый из минералов, и кармин, получаемый из насекомых. Сегодня большинство используемых пигментов - синтетического происхождения. Примерами органических пигментов являются фталоцианин или хинакридон, а неорганических - оксид хрома или оксид железа.
В зависимости от происхождения, очевидно, что каждый из этих пигментов является результатом определенного процесса с конкретными этапами производства, такими как очистка, синтез, окисление, кальцинирование, осаждение и т.д. Таким образом, чтобы определить операцию измельчения, которая должна быть проведена впоследствии, мы всегда должны принимать во внимание поведение и свойства продукта, полученного в результате этого процесса. Возможна ситуация, когда пигмент уже представляет собой очень мелкие элементарные частицы, и единственным необходимым последующим процессом является деагломерация. В этом случае технология измельчения не должна включать в себя высокую скорость удара. Иначе обстоит дело с пигментами для эмали. Твердость этих материалов может достигать 9 единиц по шкале Мооса, и для них можно использовать только струйное измельчение.
По всем этим причинам необходимо знать характеристики пигмента, прежде чем выбирать наиболее подходящую технологию шлифования.
Condux® механические ударные мельницы тонкого помола
Роторно-ударные мельницы используются для тонкого измельчения мягких и среднетвердых материалов. Типичная область тонкости для среднего размера частиц составляет от 20 до 500 мкм. Окружная скорость составляет от 25 до 150 м/с. Также может быть предложена версия со встречным вращением со скоростью до 250 м/с. Поток воздуха, зависящий от типа ротора, обеспечивает температурную стабильность измельчения.
Ротор установлен на горизонтальном летучем валу. Уплотнение вала основано на высоких окружных скоростях на валу с бесконтактными лабиринтами. Продукт централизованно подается через дверь и покидает машину вместе с воздухом, который одновременно выполняет задачи транспортировки и охлаждения.
Характеристики этих мельниц делают их идеально подходящими для пигментов, для которых необходима деагломерация, например, после этапа сушки. Кроме того, легкий доступ после открытия передней дверцы позволяет в кратчайшие сроки произвести очистку при изменении цвета. Кроме того, большой выбор размольных инструментов, которые могут быть установлены на мельницы Condux®, позволяет использовать их для обработки различных продуктов и получения различных тонкостей.
Таблица 1: Справочные данные по Condux® 300
| Продукт | Тонкость [мкм] | Тонкость [мкм] | Производительность [кг/ч] |
| Ультрамарин синий | d50 = 1.85 | d99 = 3.1 | Около 200(*) |
| Тартразин красный | d50 = 9.4 | d99 = 23 | Около 89(*) |
| Органический пигмент синий | 24% > 63 | 2% > 250 | 600 |
| Основа для приготовления пигмента PVB | d50 = 99 | d90 = 255 | 340 |
| Оксид цинка | d50 = 6.4 | d90 = 14 | 1490 |
(*) Противоположное вращение штифтового диска
ConJet® Струйные мельницы со станиной высокой плотности
ConJet® мельницы представляют собой спиральные струйные мельницы, оснащенные динамическим классификатором, создающим высокоплотный слой материала внутри камеры измельчения. Они используются для измельчения от мягких до самых твердых материалов. Размольный газ подается через кольцевой распределитель размольного газа. Газ поступает в камеру измельчения через сопла, расширяется и образует струи с высокой скоростью. Измельчаемый материал поступает в камеру измельчения через инжектор или гравиметрически через клапан, тангенциально через короткую подающую трубу, подхватывается газовой струей, ускоряется и измельчается при ударах частиц о частицы. Расширяющийся газ переносит измельченные частицы на колесо классификатора, которое приводится в движение с помощью регулируемого двигателя. Тонкий материал, соответствующий заданным параметрам, выводится из мельницы вместе с расширенным газом. Негабаритные частицы возвращаются в зону струи для повторного измельчения.
Такой принцип работы ConJet® особенно подходит для производства пигментов. Высокая скорость удара обеспечивает высокую тонкость помола, например, d99 = 5-7 мкм при измельчении минеральных пигментов. Мельница-классификатор идеально контролирует гранулометрический состав, который является регулируемым, узким и не содержит чрезмерно крупных частиц. Кроме того, свободный доступ через переднюю дверцу на петлях обеспечивает легкую и быструю очистку ConJet®.
Таблица 2: Справочные данные для ConJet® 50
| Продукт | Тонкость d50 [мкм] | Тонкость [мкм] | Производительность [кг/ч] |
| Органический пигмент желтый | 1.5 | d99 = 6.6 | около 134 |
| Органический пигмент пурпурный | 3.2 | d99 = 9.8 | 81 |
| Органический пигмент красный | 1.5 | d99 = 5.5 | 193 |
| Органический пигмент флуоресцентный | 3.3 | d99 = 9.1 | 104 |
| Синтетический оксид железа | 0.94 | d99 = 5.9 | 92 |
| Диоксид титана | 0.9 | d97 = 2.8 | 103 |
| Диоксид титана | 2.2 | d97 = 6.5 | 243 |
s-Jet® Пароструйные мельницы
s-Jet® - это система струйного измельчения, обладающая преимуществами сухого измельчения с использованием перегретого пара. Она используется для сверхтонкого измельчения мягких и очень твердых материалов в псевдоожиженном слое. Благодаря встроенному в мельницу воздушному классификатору максимальный размер частиц ограничен, и можно достичь тонкости субмикронного диапазона.
Значительные преимущества дает использование перегретого пара в качестве измельчающей среды вместо воздуха. Энергия струи, которая значительно выше по сравнению с воздухом (скорость струи достигает 1200 м/с), увеличивает дискретную энергию, а кинетическая энергия удара частиц продукта возрастает в четыре раза. Это самый решающий момент для получения тонкостей в субмикронном диапазоне. Кроме того, поскольку скорость звука у пара значительно выше, чем у воздуха, возможная скорость периферийного потока в колесе классификатора также увеличивается, а вместе с ней и ускоряющие силы, воздействующие на классифицируемый продукт.
Благодаря высокой температуре пара (более 300°C) и увеличению поверхности частиц в процессе измельчения, влага, содержащаяся в частицах, испаряется. Кроме того, мельницы s-Jet® предоставляют возможность сушки или, по крайней мере, завершения операции сушки пигментов. Таким образом, процесс s-Jet® позволяет полностью использовать энергию давления и температуры, одновременно осуществляя тончайший помол и достигая остаточного содержания влаги всего 0,5 %.
Таблица 3: Справочные данные по s-Jet® 500
| Продукт | Тонкость d50 [мкм] | Тонкость d99 [мкм] | Производительность [кг/ч] |
| Синтетический оксид железа | 0.07 | 0.37 | 61 |
| Углеродная сажа | 0.6 | 3.6 | 28 |
| Углеродная сажа | 1.0 | 9.2 | 94 |
| Оксид цинка | 0.13 | 0.35 | 6.1 |
| Оксид цинка | 0.87 | 4.8 | 183 |
| Диоксид титана | 0.13 | 0.34 | 191 |
| Керамические пигменты | 0.6 | 1.95 | 26 |
| Керамические пигменты | 0.9 | 4.6 | 102 |
Защита от взрыва пыли
Если измельчаемый продукт является органическим пигментом, особое внимание следует уделить характеристикам, применимым для взрыва пыли. В основном это касается минимальной энергии воспламенения, температуры воспламенения и значения Kst. В зависимости от этих данных и при превышении предельных значений необходимо обеспечить соответствующую защиту. Первое решение - это конструкция установки, устойчивая к ударному давлению, включая специальные элементы, такие как взрывные клапаны и разрывные мембраны. Второе решение - работа в инертном газе с надежным контролем содержания кислорода в установке.
Резюме
Учитывая тот факт, что существует большое разнообразие пигментов и что первые этапы процесса их производства придают им различные качества, важно выбрать и оптимизировать наиболее подходящую технологию измельчения. Condux® механические ударные мельницы хорошо приспособлены для относительно грубого измельчения и деагломерации. ConJet® Мельницы со струйным слоем высокой плотности позволяют получать более тонкие продукты с оптимально контролируемым PSD. Пароструйные мельницы s-Jet® достигают наивысшего уровня производительности в отношении тонкости помола, обеспечивая при этом дополнительный эффект сушки. Использование наиболее подходящей технологии позволяет работать с пигментами, которые часто имеют критические характеристики текучести, и достигать требуемой тонкости и качества конечного продукта. Такая оптимизация процесса измельчения также повышает ценность продукта и экономит энергию и другие производственные затраты.