Impatto della particella

1 agosto 2023 | Di Eric Maynard e McKinnon Ray, Jenike e Johanson

La frantumazione e la vagliatura dei solidi sono essenziali per molti processi di gestione dei solidi, ma gli ingegneri devono essere consapevoli di come tali azioni influenzeranno il comportamento del flusso del materiale sfuso

Quando si tratta di trattare solidi sfusi, le dimensioni (delle particelle) contano. Quasi tutte le industrie fanno affidamento su una sorta di controllo della dimensione delle particelle all'interno dei loro processi, sia che si tratti di sminuzzamento (riduzione della dimensione delle particelle mediante frantumazione, macinazione o macinazione) o di vagliatura (separazione dei materiali in base alla dimensione delle particelle). Ad esempio, senza la frantumazione del materiale estratto, sarebbe impossibile estrarre minerali preziosi dalle rocce circostanti. Inoltre, nell'industria alimentare viene comunemente utilizzata una schermatura efficace per separare materiali estranei e contaminanti durante la lavorazione degli alimenti. Tuttavia, la frantumazione e la vagliatura possono avere conseguenze indesiderate, tra cui causare disturbi di processo nelle apparecchiature a valle e creare potenziali problemi di sicurezza. La buona notizia è che esistono approcci scientifici per valutare questi rischi ed esistono approcci per prevenire un flusso di processo inadeguato a causa del controllo delle dimensioni delle particelle a monte. Questo articolo affronta il contesto della comminuzione e dello screening, come entrambi possono influire sui processi e come valutare i rischi di fluidità.

In generale, la comminuzione è definita come l'atto di ridurre la dimensione media delle particelle di un materiale mediante mezzi meccanici. Costituisce una fase critica del processo in molti settori, tra cui l'industria mineraria, farmaceutica e alimentare. In generale, la sminuzzamento può essere suddiviso in cinque metodi: sabbiatura, frantumazione, triturazione, macinazione e macinazione. La sabbiatura viene comunemente eseguita per ridurre le dimensioni di grandi massi e, tra tutti i metodi di frantumazione, viene generalmente utilizzata solo per le particelle più grandi. Anche la sabbiatura è diversa dagli altri quattro metodi, in quanto avviene tipicamente all'aperto, piuttosto che all'interno di apparecchiature di lavorazione. La triturazione in genere comporta la raccolta di materiali grandi e fibrosi (come biomassa, rifiuti riciclati e altri) e la triturazione dei materiali in brandelli più piccoli. La macinazione prevede la scheggiatura o la “macinazione” di un singolo materiale per creare particelle più piccole.

La frantumazione può avvenire attraverso tre meccanismi: compressione, taglio e impatto [1, 2]. La compressione viene generalmente utilizzata per particelle dure e fragili e in genere non comporta una significativa generazione di particelle fini. La frantumazione a taglio è simile alla triturazione, tranne per il fatto che è progettata per gestire materiali sfusi e polveri appiccicosi e coesivi. Questo metodo può portare a forme anisotrope. La riduzione delle dimensioni mediante impatto è efficace per le particelle dure e tenaci e può portare a una riduzione delle dimensioni di 100 volte più piccola. Tuttavia, la frantumazione per impatto potrebbe provocare la frantumazione del materiale. La fresatura tipicamente gestisce la riduzione dimensionale attraverso un quarto meccanismo: l'attrito. I mulini ad attrito sono comunemente usati come fase terziaria di riduzione delle dimensioni e in genere richiedono più tempo dei tre meccanismi descritti in precedenza. Esempi di ciascuno di questi meccanismi sono illustrati nella Figura 1.

FIGURA 1: Sono disponibili diverse tecnologie di riduzione delle dimensioni delle particelle per i materiali solidi sfusi

Lo screening è un'altra fase di lavorazione chiave presente in quasi tutti i settori. Lo screening è un processo meccanico utilizzato nella movimentazione dei materiali per separare o classificare le particelle in diverse dimensioni. Una corretta vagliatura è fondamentale per soddisfare le specifiche del materiale, rimuovere materiale estraneo e, in alcune applicazioni, può persino migliorare la fluidità del materiale. Analogamente alla frantumazione, esistono diversi tipi di metodi di vagliatura e ciascuno presenta una serie di vantaggi e svantaggi. Ad esempio, i vagli vibranti (Figura 2) sono ottimi per separare materiali sovradimensionati e sottodimensionati (a volte definiti "scoltatura") e generalmente hanno una capacità maggiore rispetto ad altri vagli. Un singolo vibrovaglio può avere più piani per consentire un'ulteriore separazione del materiale. I vagli rotanti (Figura 3) sono come i vagli vibranti, tranne che utilizzano un movimento rotatorio per separare i materiali e possono essere utilizzati per la classificazione dei materiali. La vagliatura centrifuga è un metodo di vagliatura più aggressivo che utilizza pale rotanti per consentire un'elevata efficienza di vagliatura con un ingombro ridotto. La vagliatura rotante è una forma di vagliatura più delicata che combina movimento verticale e rotatorio in un'ampia superficie ed è comune nelle industrie della biomassa (Figura 4).