En pärlkvarn är en typ av kvarn som används för att erhålla ultrafina produkter i ett flytande medium genom att mala en materialsuspension med hårda kulor - pärlor. En variant på pärlkvarnar är stenkvarnar fyllda med sorterad sand eller småsten .
Pärlkvarnar används för att slipa ett brett utbud av material inom färg- och lack-, keramik-, livsmedels-, kemi-, gruv- och andra industrier. Variationer av pärlkvarnar ger sliptjocklek d50 från 6 nanometer till d97 = 200 mikron, vilket täcker 5 storleksordningar av partikelradien. Produktiviteten sträcker sig från enheter av gram till flera ton per timme.
En pärlkvarn är ett cylindriskt kärl med en omrörare eller en omrörningsrotor, som har ett antal hjälpfunktioner och tillhandahåller olika sätt att blanda och cirkulera pärlorna. Kvarnen är fylld med pärlor med 70-80 % av volymen. Under malningen hälls en suspension av pulvret som ska malas i kammaren, som fyller hela den fria volymen. När kvarnrotorn roterar rör sig pärlorna, vilket maler materialets partiklar. I slutet av arbetet dräneras materialsuspensionen från kvarnen. En industriell pärlkvarn arbetar i kontinuerliga eller cirkulerande lägen, det vill säga den maler den pumpade suspensionen. Alla moderna kvarnar kan arbeta i detta läge och har en siktpatron eller slits för att separera pärlorna från suspensionen.
Pärlkvarnar är indelade i 2 typer - horisontella och vertikala. De mest utbredda är horisontella kvarnar, i vilka den cylindriska kammaren och rotorn är placerade horisontellt. Vertikala kvarnar används främst vid tillverkning av keramik och slipning av hårda material. Om kvarnkammaren är placerad vertikalt upplever bottnen höga nötande belastningar på grund av massan av de gjutna pärlorna. När det gäller bearbetning av keramiska material är denna effekt användbar, eftersom den möjliggör en hög energiintensitet vid slipning.
Kulkvarnsrotorn kan ha olika konfigurationer. För kvarnar med låg energiintensitet används rotorer med excentriska element, till exempel en rotor med 5-10 excentriska skivor. För att få en högre energiintensitet används rotorer med stift - 4-6 stift runt omkretsen, 4-10 stift längs rotorn. Rotorn kan ha ett system för kylvätskecirkulation och materialuttag. Dessutom kan sensorer och ett system för att separera produkten från kulorna byggas in i rotorn. Den yttre delen av rotorn är den mest belastade, den yttre delens periferihastighet är ~20 m/s. Rotorns rotationscentrum utsätts för mindre belastningar, en silpatron kan placeras där för att ta bort produkten.
Pärlkvarnskammaren är en cylinder 3-5 diametrar lång. Kammarens innervägg är utsatt för det största slitaget och har vanligtvis ett utbytbart foder. Kammare i industriella kulkvarnar har en kylmantel som används för att upprätthålla den inställda temperaturen.
Kammarens ändväggar har hål för produktens in- och utlopp, ett axeltätningssystem etc.
Pärlkvarnskammaren kan vara av stål eller ha en keramisk eller polyuretaninsats , beroende på uppgiften. Kvarnrotorn är gjord av samma material.
Pärlor är bollar med en diameter på 0,05-5 mm. För tillverkning av pärlor används glas, glas med zirkoniumsilikat, zirkoniumsilikat , zirkoniumoxid, aluminiumoxid, porslin, stål, rostfritt stål, volframkarbid , kiselkarbid , etc.
Under driften av bruket förekommer ett litet slitage på alla de viktigaste strukturella elementen. Pärlor läggs till kvarnen i volym, andra delar byts ut allteftersom arbetsytorna utvecklas. Kvarnmaterialet mals och lämnar kvarnen tillsammans med produkten, vilket måste beaktas till exempel inom livsmedels- och kemisk industri. För slipning av ferriter är det lämpligt att använda stålkulor, för keramik - från aluminiumoxid, zirkoniumsilikat, i färg- och lackindustrin - glas eller keramik.
Rätt val av driftsätt och material spelar en avgörande roll för processens ekonomiska effektivitet och säkerställer den erforderliga renheten hos produkten, om det krävs av tekniken. Pärlkvarnar arbetar i en vattenhaltig miljö eller i en miljö av organiska lösningsmedel. Materialpartikeluppslamningen måste vara tillräckligt flytande och resistent mot sedimentering så att stabil drift kan uppnås.
Användningen av keramiska pärlor med hög nötningsbeständighet och hög hårdhet gör det möjligt att erhålla partiklar med en medelstorlek på mindre än 10 nm. Att erhålla ultrafina pulver genom malning kännetecknas av hög energiförbrukning. Vid malning av kristaller i submikronområdet når styrkan hos de krossade materialen den teoretiska gränsen, eftersom alla agglomerat och defekta kristaller förstörs. Med en minskning av partiklar ökar energiförbrukningen kvadratiskt, det vill säga malningshastigheten sjunker kraftigt och mängden malda produkter och andelen sidoenergikostnader, till exempel för viskös friktion, ökar. Ändå gör modern pärlfräsningsteknik det möjligt att erhålla nanopartiklar. Delar av en sådan kvarn är gjorda av zirkoniumdioxid, storleken på pärlorna är 50 mikron. Den högsta nötningsbeständigheten hos den senare, cirkulationssystemet och kylningen av rotorn och huset gör det möjligt att erhålla höga specifika energiparametrar och prover med låg kontaminering. Ett utmärkande drag för denna teknik är den goda reproducerbarheten av resultatet och den tekniska styrbarheten av processen.
För malning av malmkoncentrat och andra mineralråvaror före flotation kan en kvarn användas, i vilken fraktionerad sand eller småsten lastas. Flotationsprocessreagensen kan tillsättas både före och efter kvarnen. Kvarnen kan också användas för att aktivera malmen och till och med för att reagera malmen med kemikalier under malningsprocessen, till exempel vid utvinning av guld. Som slipmedel i denna process används naturliga material med hög nötningsbeständighet, med en rundad form. Stora partiklar av malmkoncentrat kan användas som malkroppar. I detta fall tillsätts då och då en stor del malm till kvarnen och fodret produceras av massa av en fin fraktion.