DE1135735B

DE1135735B - Method and device for fine grinding

Info

Publication number: DE1135735B
Application number: DES35169A
Authority: DE
Inventors: Andrew Szegvari
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1953-09-08
Filing date: 1953-09-08
Publication date: 1962-08-30

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Feinmahlen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feinmahlen eines aus in flüssigen Dispersionsmitteln verteilten Stoffen oder Stoffgemischen bestehenden Mahlgutes mittels abgerundeter Mahlkörper, denen Bewegungsimpulse in waagerecht übereinanderliegenden Kreisbahnen erteilt werden. Sie besteht darin, daß in einem aus dem Mahlgut und einander gleichen kugelförmigen Mahlkörpern gebildeten stehenden zylindrischen Haufwerk auf einzelne Mahlkörper Schläge ausgeübt werden, die sie als elastischen Stoß auf andere Mahlkörper nach verschiedenen Richtungen des Raumes weitergeben.Method and apparatus for fine grinding The invention relates to to a method of finely grinding one of dispersed in liquid dispersants Substances or mixtures of existing ground material by means of rounded grinding media, to which movement impulses are given in horizontally superimposed circular paths. It consists in the fact that in one of the grist and the same spherical Grinding media formed standing cylindrical pile on individual grinding media Impacts are exerted, which act as an elastic impact on other grinding media pass on in different directions of space.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Ausüben dieses Verfahrens, bestehend aus einem zylindrischen Behälter zur Aufnahme von Mahlgut und abgerundeten Mahlkörpern mit um eine lotrechte Achse umlaufendem Rührwerk mit Armen. Erfindungsgemäß bestehen die Mahlkörper aus einander gleichen Kugeln.The invention also relates to apparatus for exercising this process, consisting of a cylindrical container to hold grist and rounded grinding media with an agitator rotating around a vertical axis Poor. According to the invention, the grinding media consist of balls that are identical to one another.

Aus der mathematischen Ableitung über die dichteste Kugelpackung, wie sie in einer Schüttung gleich großer Kugeln vorliegt, geht hervor, daß eine Kugel höchstens von zwölf gleich großen Kugeln berührt werden kann. Erhält nun eine Kugel einen Schlag, also kinetische Energie zugeführt, so wird sie »kinetisch aktiviert«, d. h., sie wird sich in regelloser Bewegung befinden und die ihr erteilte Energie, da es sich um einen elastischen Stoß handelt, auf die sie berührenden Kugeln im Raum weitergeben. Das Spiel wiederholt sich von Kugel zu Kugel, und so entsteht eine Zufallsverteilung in der Bewegung der Kugeln je nach der Anzahl der Kugeln, welche die eine Kugel berühren. Wie nach den Vorstellungen der kinetischen Gastheorie sich die Moleküle regellos durch den Raum bewegen, so bewegen sich beim Verfahren nach der Erfindung die Mahlkugeln im Behälter, die zwischen ihnen im flüssigen Dispersionsmittel suspendierten Festkörper dabei zerkleinernd, abscherend und durch diese Arbeit an Energie verlierend.From the mathematical derivation over the closest packing of spheres, as it is present in a bed of balls of the same size, it can be seen that a Ball can be touched by a maximum of twelve balls of the same size. Now receives one The ball is fed with a blow, i.e. kinetic energy, so it is "kinetically activated", d. i.e., it will be in random motion and the energy given to it, since it is an elastic impact on the balls in contact with them Pass on space. The game repeats itself from ball to ball, and so is created a random distribution in the movement of the balls depending on the number of balls, which touch the one ball. As according to the ideas of the kinetic gas theory If the molecules move randomly through space, they move during the process According to the invention, the grinding balls in the container, which between them in the liquid dispersant suspended solids thereby crushing, shearing and through this work on Losing energy.

Der elastische Stoß kann sich in der Schüttung der Kugeln nur dann gleichmäßig fortsetzen, wenn die einzelnen Kugeln einander gleich sind. Wäre die Masse einiger Kugeln größer, so kommt die Bewegung nach einiger Zeit zum Stillstand. Ist die Masse einiger Kugeln kleiner, so nimmt die Geschwindigkeit zu, und dank der Zentrifugalwirkung würden sich bei einer kreisenden Bewegung die Kugeln an der Gefäßwand sammeln und diese abscheuern, statt die zu zerteilende Suspension zu bearbeiten. Es ist daher erfindungswesentlich, gleiche, kugelige Mahlkörper zu verwenden: beim Zusammenprall zweier Kugeln wird das dazwischen befindliche Mahlgut zerkleinert. Der Zerkleinerungsgrad ist im wesentlichen von dem erzielbaren spezifischen Flächendruck zwischen den beiden Kugeln abhängig, d. h., außer der zur Verfügung stehenden etwa gleich großen kinetischen Energie müssen auch, um den gleichmäßigen Zerteilungsgrad zu erhalten, die Berührungsflächen zwischen den zusammenprallenden Kugeln nahezu gleich groß sein.The elastic shock can only then occur in the bulk of the balls continue evenly when the individual balls are equal to each other. Would be If the mass of some balls is larger, the movement will come to a standstill after a while. If the mass of some balls is smaller, the speed increases, and thanks the centrifugal effect would cause the balls to move in a circular motion Collect the vessel wall and scrub it instead of processing the suspension to be divided. It is therefore essential to the invention to use the same, spherical grinding media: when If two balls collide, the ground material in between is crushed. The degree of comminution is essentially dependent on the specific surface pressure that can be achieved between the two balls dependent, d. i.e., except for the available ones Kinetic energy of the same size must also be used in order to achieve an even degree of division to maintain the contact surfaces between the colliding balls almost be the same size.

Es ist ohne weiteres erkennbar, daß die Berührungsflächen nur bei gleichen Kugeln gleich groß sind.It can be seen without further ado that the contact surfaces only when same balls are the same size.

Im Gegensatz zu dem idealen Bewegungsbild, bei dem eine Charge Kugeln mit gleichem Durchmesser eine ausgesprochene Bewegungselastizität zeigt, die durch die gleichmäßige »Aktivierung« und die hieraus resultierende Geschwindigkeit und Masse begründet ist, wird das Bild bei Elementen ungleicher Größe systemlos. Die Strömungsbewegung in einem Gefäß, welches mit gleichen Elementen gefüllt ist, braucht nur schwach dynamisch zu sein, sie kann fast an das Statische grenzen, wodurch es möglich ist, beinahe einen Gleichgewichtszustand zwischen zentrifugalen und zentripetalen Kräften zu erreichen.In contrast to the ideal motion picture in which a batch of balls with the same diameter shows a pronounced elasticity of movement, which by the even "activation" and the resulting speed and Mass is justified, the image becomes systemless in the case of elements of unequal size. the Flow movement in a vessel, which is filled with the same elements, needs to be only weakly dynamic, it can almost border on the static, which makes it is possible, almost a state of equilibrium between centrifugal and centripetal Forces to achieve.

So ist die erfindungsgemäß erzielbare hohe Mahlwirkung zu erklären. Der Zerkleinerungsvorgang wird sich nach Erreichen eines bestimmten Feinheitsgrades nahezu gleichmäßig von selbst begrenzen und die noch freie kinetische Energie nach dem Zertrümmern des Überkorns zum Teil in Geschwindigkeit umsetzen.This explains the high grinding effect that can be achieved according to the invention. The shredding process will start after reaching a certain degree of fineness limit almost evenly by itself and the kinetic energy still free the smashing of the oversized grain in part in speed.

Beim neuen Verfahren macht es keinen Unterschied aus, ob die Viskosität des Systems niedrig oder hoch ist. Auch spielen Unterschiede der spezifischen Gewichte keine Rolle, z. B. ist es belanglos, ob das spezifische Gewicht des suspendierten Schlamms das gleiche ist wie das der bewegten Kugeln, oder ob es niedriger oder höher ist.With the new process it makes no difference whether the viscosity of the system low or is high. Also play differences of the specific weights do not matter, e.g. B. It is irrelevant whether the specific weight of the suspended sludge is the same as that of the moving balls, or whether it is lower or higher.

Es ist an sich bekannt; Gut in Behältern mittels Mahlkörpern zu zerkleinern und zu vermahlen; die derart in Bewegung versetzt werden, daß sie unter dem Einfluß der Schwere die Vermahlungs- und Zerkleinerungsarbeit ausführen. Ein Beispiel hierfür ist eine Kugel- oder Rohrmühle, in der ein Gemisch von Gut und Mahlkörpern in einem gewissen Ausmaß emporgehoben wird; wonach die Mahlkörper fallen und dabei das Gut zerkleinern.It is known per se; Easy to grind in containers using grinding media and to grind; which are set in motion in such a way that they are under the influence the gravity carry out the grinding and crushing work. An example of this is a ball or tube mill in which a mixture of material and grinding media in one uplifted to a certain extent; after which the grinding media fall and thereby the good crush.

Ferner ist es bekannt, eine Relativbewegung von Mahlkörpern und Gut durch Vibrieren ihres Behälters hervorzurufen, wie es beispielsweise bei den sogenannten Vibrations- oder Schwingmühlen der Fall ist. Die genannten Mahleinrichtungen haben den Nachteil, daß kleine Mahlkörper nicht benutzt werden können, weil sie unter dem Einfluß der Schwere allein keine genügende Schlagwirkung ausüben, um das Gut in wirksamer Weise zu zerkleinern.It is also known a relative movement of grinding media and material caused by vibrating their container, as is the case with the so-called Vibratory or oscillating mills is the case. Have the mentioned grinding devices the disadvantage that small grinding media cannot be used because they are under the influence of gravity alone does not exert a sufficient impact effect to the property to crush in an effective manner.

Es ist ferner bekannt, eine relative Drehbewegung zwischen einem im Behälter befindlichen Rührer und dem Behälter dadurch zu schaffen, daß die Drehbewegung des Rührers einerseits das zu vermahlende Gut und die Mahlkörper unter der Wirkung der Fliehkraft in einer Schicht längs der Behälterwand sammelt und andererseits die Mahlkörper gegeneinander zu verschieben zwingt. Derartige Fliehkraftwühlen haben den Nachteil, daß die Behälterwand in kurzer Zeit abgescheuert wird.It is also known, a relative rotational movement between an im To create the container located stirrer and the container that the rotary movement the stirrer on the one hand the material to be ground and the grinding media under the action the centrifugal force collects in a layer along the container wall and on the other hand forcing the grinding media to move against each other. Have such centrifugal diggers the disadvantage that the container wall is abraded in a short time.

Man wird mit Vorteil einen feststehenden Mahlbehälter verwenden, der mit einem Doppelmantel ausgerüstet ist und die Mahlkugelfüllung enthält. In diesem zylindrischen Mahlbehälter bewegt sich der Rührarm, der durch ein Getriebe, welches auf dem Maschinenrahmen montiert sein kann, in Bewegung gesetzt wird. Der zweckmäßig benutzte Doppelmantel ermöglicht die Kühlung oder Erhitzung mittels Kalt-oder Heißwassers.It will be advantageous to use a fixed grinding container that is equipped with a double jacket and contains the grinding ball filling. In this cylindrical grinding container moves the agitator arm, which is driven by a gear, which can be mounted on the machine frame, is set in motion. The functional The double jacket used enables cooling or heating by means of cold or hot water.

Der Rührbehälter kann in Rollen geführt und auf einer Laufschiene nach Lösen der Rührflügelkupplung zweckmäßig nach vorn ausgefahren werden. Außerdem kann man ein Pumpsystem vorsehen, welches die Möglichkeit gibt, während des Mahlvorgangs zusätzlich zur eigenen Bewegung des Mahlgutes noch eine vertikale Umsetzung vorzunehmen. Auch kann man so reit Hilfe der Pumpe das Mahlgefäß entleeren oder beschicken.The stirred tank can be guided on rollers and on a running rail after loosening the agitator coupling it is advisable to extend it forwards. aside from that a pumping system can be provided, which gives the possibility during the grinding process in addition to moving the material to be ground, a vertical implementation. You can also empty or load the grinding vessel with the help of the pump.

Um große Feinheiten zu erzielen, verwendet man bisher schon die verschiedenartigsten Mühlen, wobei jedoch bei allen Mühlentypen grundsätzlich davon ausgegangen werden muß, daß die Mahlleistung und der Wirkungsgrad bei Erreichung von Feinheiten unter 1,u wesentlich sinken. Außerdem liegt bei Kugelmühlen die Kornverteilung sehr ungünstig, da das Endprodukt immer noch einen großen Anteil an Grobkorn, aber auch, einen schon verhältnismäßig großen Anteil an Feinstkom, d. h. an übermahlenen Teilchen, enthält. Dies ist bedingt durch die Länge der Mahldauer, die bei den Kugelmühlen sehr hohe Werte erreichen kann, Es ist nur ein Teil der gesamten Maschine in Bewegung zu setzen, und zwar die Rührarme, die durch ihre zweckmäßig runde Form außerdem einen geringen Widerstand besitzen. Die Laufzeit der neuen Einrichtung, vergleichsweise bezogen auf die Arbeitsweise in Kugelmühlen, beträgt ein Zehntel der bisherigen Kugelmühlenlaufzeit bei einer Konsistenz, wie sie bisher auch in den Kugelmühlen üblich war.In order to achieve great subtleties, the most diverse ones have been used up to now Mills, but this is generally assumed for all mill types must that the grinding capacity and the efficiency when reaching fineness below 1, u decrease significantly. In addition, the grain distribution in ball mills is very unfavorable, since the end product still has a large proportion of coarse grain, but also, one already relatively large proportion of fine grains, d. H. of over-milled particles. This is due to the length of the grinding time, which is very long with ball mills Can achieve values, it is only a part of the entire machine to be set in motion, namely the stirring arms, which also have a small amount due to their suitably round shape Have resistance. The term of the new facility, comparatively related on the mode of operation in ball mills, is one tenth of the previous ball mill running time with a consistency that was also common in ball mills up to now.

Was den Verschleiß anbelangt, so ist zu bemerken, daß der Behälter selbst praktisch nicht verschleißt, weil die Bewegung der Mahlkörper im wesentlichen innerhalb des Behälters und nicht an der Behälterwand vor sich geht.As for wear, it should be noted that the container itself practically does not wear, because the movement of the grinding media is essentially inside the container and not on the container wall.

In gleicher Weise verläuft die relative Bewegung der Mahlkugeln, die noch dicht an der Rührwelle stehen. Hier laufen die Mahlkugeln fast synchron mit der Rührwelle selbst um, so daß auch die Rührwelle an sich kaum angegriffen wird. Das Maximum der Bewegung der Mahlkörper und des Mahlgutes liegt ungefähr bei zwei Dritteln. der Entfernung von Mitte Rührwelle zur Außenkante Behälter.The relative movement of the grinding balls, the still stand close to the agitator shaft. Here the grinding balls run almost synchronously the agitator shaft itself so that the agitator shaft itself is hardly attacked. The maximum movement of the grinding media and the ground material is approximately two Thirds. the distance from the center of the agitator shaft to the outer edge of the container.

Ein weiterer dem Verschleiß ausgesetzter Bestandteil ist die Kugelfüllung. Die bisher festgestellten Verschleißwerte liegen ungefähr bei 10 bis 15010 des Mahlkörpergewichtes pro Jahr. Dies ist ein äußerst geringer Verschleiß, der zeigt, daß sich die hohe Leistung der neuen Vorrichtung aus der intensiven Berührung der Mahlteilchen und der Mahlkörper ergibt.Another component exposed to wear and tear is the ball filling. The wear values determined so far are around 10 to 15010 of the grinding body weight per year. This is an extremely low level of wear, which shows that the high performance of the new device results from the intensive contact between the grinding particles and the grinding media.

Verunreinigungen des Mahlgutes während' der Verarbeitung können nur von den Rührwerksflügeln, von der Behälterwandung und von den Mahlkugeln herrühren. Die Gesamtmenge ist, bezogen auf die Mahlgutcharge, so gering, daß sie praktisch vernachlässigt werden kann.Impurities in the ground material during processing can only originate from the agitator blades, from the container wall and from the grinding balls. The total amount, based on the grinding charge, is so small that it is practical can be neglected.

Was die Masse der Mahlkörper anbelangt, so kann ganz allgemein gesagt werden, daß die Mahlwirkung um so größer ist, je kleiner die Mahlkörper sind. Die untere Grenze liegt bei in der Praxis erprobten Werten. Im allgemeinen liegen die Mahlkugeln zwischen 4 und 14 mm Durchmesser.As far as the mass of the grinding media is concerned, it can be said in general terms be that the grinding effect is greater, the smaller the grinding media are. the The lower limit is at values that have been tested in practice. In general, the Grinding balls between 4 and 14 mm in diameter.

Die Drehzahl des Rührsystems liegt im allgemeinen zwischen 60 und 100 UpM, doch können diese Werte, wie die Erfahrung gezeigt hat, auch auf etwa 450 UpM gesteigert werden. Die optimale Geschwindigkeit wird durch Viskosität und Temperaturempfindlichkeit des Mahlgutes bestimmt.The speed of the stirring system is generally between 60 and 100 rpm, but, as experience has shown, these values can also be up to around 450 RPM can be increased. The optimum speed is determined by viscosity and temperature sensitivity of the grist determined.

Was die Mahldauer anbelangt, so wird der gleiche Vermahlungsgrad bei jedoch größerem Feinkornanteil in einem Neuntel bis einem Zehntel der Zeit bewältigt, die bisher in Kugelmühlen üblich war.As far as the grinding time is concerned, the same degree of grinding is used but copes with a larger proportion of fine grain in a ninth to a tenth of the time, which was previously common in ball mills.

Zur Mahlgutmenge sei bemerkt, daß es vorteilhaft ist, über der Mahlkugelfüllung eine ungefähr 50 bis 60 mm hohe Mahlgutschicht stehenzulassen, da während des Mahlprozesses die Kugelfüllung etwas angehoben wird. Die Mahlkugelmenge reicht üblicherweise bis zum oberen Rührarm.Regarding the amount of material to be ground, it should be noted that it is advantageous to fill it with the grinding ball leave a layer of grist approximately 50 to 60 mm high, as this occurs during the grinding process the ball filling is raised a little. The amount of grinding balls is usually up to to the upper arm.

Die Hauptvorteile des neuen Mahlverfahrens sind daher, kurz zusammengefaßt, geringer Kraftverbrauch, feinste Dispergierung, hohe Mahlleistung, große Mahlfeinheit, optimale Homogenität des Zerteilungsgrades und kurze Arbeitszeit.The main advantages of the new milling process are therefore, briefly summarized, low power consumption, finest dispersion, high grinding capacity, high grinding fineness, optimal homogeneity of the degree of division and short working hours.

Beispiel Ultramarinblau-Pigment, das nach der ursprünglichen Behandlung Teilchen bis zu 60 li. enthält, soll zu Teilchen von im wesentlichen 4,u. oder darunter zerkleinert werden. Die Zerkleinerung in Form eines wäßrigen Schlammes erfordert bei Verwendung üblicher Kugelmühlen 24 bis 48 Stunden. Die gleiche oder eine bessere Wirkung kann gemäß der Erfindung in 2 bis 4 Stunden erreicht werden. Es kann z. B. eine etwa 5201 fassende Mühle verwendet werden, deren Behälter einen Durchmesser von etwa 90 cm und eine Höhe von etwa 103 cm hat. Sie ist mit einem Rührwerk ausgerüstet, bei welchem die acht oberen Arme eine Länge von je etwa 37 cm haben. Dabei ergibt sich ein Wandabstand von etwa 76 mm am Ende jedes Armes.. Der Behälter enthält etwa 400 kg besonders bearbeitete keramische Kugeln von etwa 8 mm Durchmesser. Diese eignen sich für eine Drehzahl des Rührwerkes von 80 UpM. Für höhere Drehzahlen werden kleinere keramische Kugeln verwendet, und die erforderliche Zeit wird herabgesetzt. Ein 50o/oiger Schlamm des Ultramarins wird mit Wasser hergestellt, das 1% Ammoniak und 0,5 bis 2'°/o, eines Dispergiermittels, z. B. eines Naphthalinsulfonsäurederivates, enthält. Etwa 3001 eines solchen Schlammes werden in der Mühle feingemahlen und auf die gewünschte Teilchengröße zerkleinert.Example of ultramarine blue pigment that after the original treatment Particles up to 60 li. contains, to particles of essentially 4, u. or below be crushed. The comminution in the form of an aqueous sludge requires when using conventional ball mills, 24 to 48 hours. The same or a better one Effect can be achieved according to the invention in 2 to 4 hours. It can z. B. a mill with a capacity of about 5201 can be used, the container of which has a diameter of about 90 cm and a height of about 103 cm. It is equipped with an agitator, in which the eight upper arms each have a length of about 37 cm. This results in There is a wall clearance of about 76 mm at the end of each arm .. The container contains about 400 kg specially processed ceramic balls with a diameter of about 8 mm. These are suitable for an agitator speed of 80 rpm. For higher speeds will be smaller ceramic balls are used and the time required is reduced. A 50% ultramarine sludge is made with water containing 1% ammonia and 0.5 to 2% of a dispersant, e.g. B. a naphthalenesulfonic acid derivative, contains. About 3001 of such a sludge are finely ground in the mill and crushed to the desired particle size.

Das feingemahlene Ultramarin kann auf irgendeine übliche Weise von der Flüssigkeit getrennt werden.The finely ground ultramarine can be made from in any conventional manner separated from the liquid.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A method for the fine grinding of a ground material consisting of substances or mixtures of substances distributed in liquid dispersants by means of rounded grinding bodies, which are given motion impulses in horizontally superposed circular paths, characterized in that standing cylindrical grinding bodies formed from the ground material and identical spherical grinding bodies Haufwerk on individual grinding media impacts are exerted, which they pass on as an elastic shock to other grinding media in different directions of the room.

2. Apparatus for practicing the method according to claim 1, consisting of a cylindrical Container for holding grist and rounded grinding media with around a vertical Axis rotating agitator with arms, characterized by balls that are identical to one another as grinding media. Considered publications: German Patent Specifications No. 887146, 701745, 660 721, 504196, 489 327, 415 657, 400 228; Swiss patent specification No. 244,904; French Patent No. 650 673; U.S. Patent No. 1488 941.