Ultrahienojauhatuksen tuotteen partikkelikoko on noin 15 µm, mutta ultrahienojauha-tuksella voidaan päästä alle 1 µm:n keskimääräiseen partikkelikokoon. Yleisimpiä ultrahienojauhatusmyllyjä ovat helmi-, suihku-, planeetta, täry-, rulla- ja iskumylly, joista suihku- ja planeettamyllystä annetaan seuraavaksi lyhyt kuvaus. Helmimylly on käsitelty tarkemmin kappaleessa 4. Rumpumaisilla myllyillä ei selviydytä kaikista jauhatustehtävistä, koska esimerkiksi tuottaessa maalipigmenttejä, peitosteaineita, keraamisia jauheita, kosmeettisia aineita ja lääkeaineita, tarvitaan lopputuotteena erit-täin hienoa tuotetta. Tähän tarkoitukseen tarvitaan myllyjä, jotka pystyvät jauhamaan lopputuotteen muutaman mikrometrin kokoiseksi. Ultrahienojauhatuksessa käytetään yleensä apuna sekoitinelimiä, joiden avulla myllyn sisällä olevaa jauhettavaa ainetta sekoitetaan samalla, kun myllyn sisällä olevat jauhinkappaleet – helmet tai hiekka – jauhavat jauhettavaa ainetta. Sekoitinelin voi pyöriä joko vaaka- tai pystysuorassa.
Sekoitinelintä käyttävien myllyjen väitetään olevan noin 50 % energiatehokkaampia kuin rumpumaisten myllyjen. [10,13, 23]
Suihkumyllyksi sanotaan laitetta, jossa jauhautuminen tapahtuu nopeasti liikkuvan kaasuvirran avulla. Kaasuvirta on yleensä ilmaa tai höyryä. Jauhettava aine on sekoi-tettu kaasuseokseen ja jauhatus perustuu partikkelien jauhautumiseen hiertymällä toisiaan vasten. Suihkumyllyjä on useita eri tyyppejä ja niille yhteistä on se, ettei niis-sä ole liikkuvia osia. Kiekkotyyppisesniis-sä suihkumyllysniis-sä jauhettava materiaali syöte-tään ilmainjektoinnin avulla matalan sylinterin muotoiseen jauhatuskammioon, jonka pohja on syklonin mallinen. Jauhettu materiaali poistuu syklonista alitteena ja ilma ylitteenä. Jauhatushienous on 1–10 µm ja myllyn kapasiteetti koosta riippuen 0,25–
2000 kg/h. Jauhinkaasu syötetään syöttökohdan vastakkaiselta puolelta ja sen nopeus on noin 100 m/s ja paine 5–25 baaria. Jauhinkammioon ilma purkautuu tarkoin suun-nattujen aukkojen läpi. Kiekkotyyppinen suihkumylly on esitetty kuvassa 6. Kierto-putki-suihkumylly on läpimitaltaan 25–200 mm pystysuunnassa oleva suljettu putki, jonka alaosaan kaasuvirta syötetään. Jauhettava materiaali kiertää myllyssä kaasuvir-ran avulla ja poistuu myllyn yläpäässä olevan luokitussäleikön avulla, kun se on jau-hettu haluttuun kokoon. Leijukerrossuihkumyllylle on tyypillistä, että jauhettava aine syötetään ruuvilla jauhatustilan alaosaan. Alaosaan syötetään myös kaasuvirta vähin-tään kolmen suuttimen kautta. Jauhautuminen perustuu siihen, että kaasusuihkujen törmäyskohdissa rakeet törmäävät vastakkain ja hienontuvat. Ilma vie jauhettavaa materiaalia ylöspäin luokittimelle, josta liian karkea aines valuu seiniä pitkän takaisin alaosaan. Tarpeeksi hieno materiaali kulkeutuu kaasuvirran mukana syklonille, jossa hieno rae erotetaan tuotteeksi. Käytettävä ilman paine on 7–12 baaria ja huomioitavaa on, että korkea ilmanpaine alentaa energiankulutusta. Suihkumyllyn etuina pidetään sen soveltuvuutta kuivajauhatukseen ja sen kapeaa tuotekokojakaumaa. Suihkumyl-lyn huonona puolena verrattuna iskuihin perustuviin myllyihin voidaan pitää sen suurta energiankulutusta, joka on 5–10 kertaa suurempi iskumyllyjen energiankulu-tus. [5,10,13,16,20,24]
Kiertoputki-suihkumyllyn toimintaperiaate on esitetty kuvassa 6.
Kuva 6 Vasemmalla kiertoputkisuihkumyllyn toimintaperiaate ja oikealla kiekkotyyppinen suihkumylly. [10,13]
Planeettamyllyä voidaan pitää erikoismyllynä, jolla voidaan päästä alle 1 µm:n tuote-kokoon. Planeettamylly koostuu pyörivistä jauhatusastioista (Grinding jar), jotka pyö-rivät vastakkaiseen suuntaan pyörivän aurinkopyörän (Sun wheel) ympärillä. Myllyn pyöriessä, Coriolis-ilmiön seurauksena, kuulat eivät pysy enää paikallaan jauhatusas-tioissa, vaan lähtevät liikkeelle aiheuttaen kitka- ja iskuvoimia, jotka tehostavat jau-hettavan aineen jauhautumista. Planeettamylly soveltuu vain panostoimiseen jauha-tukseen pienillä kapasiteeteilla.[18] Planeettamyllyn toimintaperiaate on esitetty ku-vassa 7.
Kuva 7 Planeettamyllyn toimintaperiaate.[18]
4 HELMIMYLLY JA SEN TOIMINTAPARAMETRIT
Märkäjauhatuksessa yleisesti käytetyin mylly on sekoitinelintä apuna käyttävä hel-mimylly. Helmimyllyn toiminta perustuu siihen, että sekoittimella varustettuun sylin-terinmuotoiseen astiaan syötetään liete, joka koostuu jauhettavasta materiaalista ja liuottimesta. Sylinterin asennosta riippuen, helmimyllyt jaetaan kahteen päätyyppiin – pystymyllyyn ja makaavaan myllyyn. Syötön maksimikoko on yleensä 75 µm hiek-kamyllylle, mutta helmimylly voi käsitellä jopa 6 mm:n syötettä. Vesi on yleisesti käytetty liuotin ja yleensä syötön massakonsentraatio on 20-60 %. Lisäksi säiliöön lisätään jauhinkappaleina käytettäviä helmiä. Hienontuminen perustuu siihen, että jauhettava materiaali hienontuu - pääasiallisesti hiertyy - helmien ja sekoitinelimen välissä johtuen sekoitinelimen antamasta voimakkaasta liikkeestä. Sekoitinelimen nopeus on yleensä 4–20 m/s. Helmimyllyä voidaan käyttää panos- tai jatkuvatoimi-sesti, siten että syöttö tulee myllyn pohjalle ja tuote poistuu ylhäältä. Lisäksi helmi-myllyjen väitetään olevan yli 50 % energiatehokkaampia kuin tavallisten rumpumais-ten kuulamyllyjen. [4,13,16,19,23]
Kuvassa 8 on esitetty kierrätyksellä varustettu helmi-mylly.
Kuva 8 Kierrätyksellä varustettu helmimylly. [20]
Helmimyllyä käytetään muun muassa pehmeän materiaalin jauhatukseen, kuten pig-menttien ja maalien täyteaineiden valmistukseen. Hiekkaa käytetään jauhinaineena hienonnettaessa kaoliinia. Nämä tuotteet vaativat yleensä alle mikrometrin kokoisia partikkeleita, joihin päästään märkäjauhatuksella. Osassa tapauksissa märkäjauhatuk-sella pyritään rikkomaan kasaantumat, jotka johtuvat ultrapienistä partikkelikoista, sekä vähentämään energiankulutusta, joka voi olla jopa 20–30 % pienempi märkäjau-hatuksessa kuin kuivajaumärkäjau-hatuksessa. Kuvassa 9 on esitetty eri myllyjen ominaisener-giankulutus keskimääräisen partikkelikokoon funktiona. Kuvasta käy ilmi, että jau-hettaessa sekoitinelintä käyttävällä myllyllä (stirred ball mill), saavutetaan tavallista kuulamyllyä hienompi tuotekoko, mutta ominaisenergiankulutus kasvaa voimakkaasti partikkelikoon pienentyessä. [16,19]
Kuva 9 Eri myllyjen ominaisenergiankulutus keskimääräisen partikkelikoon funktiona. [2]
Eri jauhatusmenetelmillä on rajoittavat tuotekoot, joita hienommaksi tuotetta ei voida jauhaa. Kuivajauhatuksessa rajoittava tuotekoko on 1 µm, kun taas märkäjauhatuksel-la voidaan päästä alle 0,1 µm:n tuotekokoon. Toimintaparametreja säätämällä voi-daan löytää parhaat prosessiolosuhteet, joilla päästään haluttuun tuotekokoon. Tär-keimmät parametrit helmimyllyn toiminnassa ovat käytetyt sekoitinelimet ja jauha-tushelmien koko, jotka kuvataan seuraavaksi tarkemmin. Muita jauhatukseen
vaikut-tavia tekijöitä ovat muun muassa jauhatusaika, sekoitinelimen pyörimisnopeus, kiin-toainepitoisuus, lietteen pH ja jauhinkappaleiden tiheys. [8,25]
Zheng et al.25 ovat tutkimuksissaan osoittaneet, että jauhatusajan kasvaessa, loppu-tuote jauhautuu hienommaksi lisäten ominaispinta-alaa. Jauhettaessa kalkkikiveä vii-den minuutin sijaan 15 minuuttia, ominaispinta-ala kasvaa kaksi kertaa suuremmaksi.
Pyörimisnopeutta lisätessä päästään hienompaan lopputuotteeseen, mutta energianku-lutus kasvaa. Energiatehokkuus puolestaan laskee pyörimisnopeutta lisätessä. Myös Bel Fadhel et al.3 ja Jankovic8 ovat saaneet tutkimuksissaan samoja tuloksia. [3,8,25]
Zheng et al.25 ovat osoittaneet, että myös kokonaiskiintoainepitoisuus (jauhinkappa-leet ja jauhettava materiaali) on tärkeä parametri helmimyllyn toiminnan kannalta, koska sillä voidaan vaikuttaa tuotteen hienouteen, tehonottoon ja energiankulutuk-seen. Kokonaiskiintoainepitoisuuden kasvaessa sekoitinelimen vääntömomentti kas-vaa, jolloin energiankulutus kasvaa. Kuitenkin suuremmalla kokonaiskiintoainepitoi-suudella saavutetaan enemmän jauhinkappaleiden ja hienonnettavien partikkeleiden kohtaamisia, jolloin jauhautuminen tehostuu. Jauhinkappaleiden ja jauhettavan mate-riaalin osuus on yleensä välillä 60–80 % kokonaistilavuudesta. Zheng et al.25 ovat osoittaneet, että ominaispinta-ala kasvaa jauhettaessa kokonaiskiintoainepitoisuudes-sa 60–75 tilavuusprosenttia ja vähenee sen jälkeen kiintoainepitoisuuden lisääntyessä.
Myös jauhettavan materiaalin pH vaikuttaa hienontamiseen, koska leikkausjännitys on sidoksissa aineen happamuuteen. Myös Bel Fadhel et al.3 ovat saaneet tutkimuk-sissaan samoja tuloksia.[3,25]