Molino de bolas

Máquina utilizada para moler o mezclar materiales.

Un molino de bolas es un tipo de molino lleno de bolas de molienda, que se utiliza para moler o mezclar materiales para su uso en procesos de preparación de minerales , pinturas, pirotecnia, cerámica y sinterización selectiva por láser . Funciona según el principio de impacto y atrición: la reducción de tamaño se realiza por impacto a medida que las bolas caen desde cerca de la parte superior de la carcasa.

Un molino de bolas consiste en una carcasa cilíndrica hueca que gira sobre su eje. El eje de la carcasa puede ser horizontal o formar un pequeño ángulo con respecto a la horizontal. Está parcialmente lleno de bolas. Los medios de molienda son las bolas, que pueden estar hechas de acero ( acero cromado ), acero inoxidable, cerámica o caucho. La superficie interior de la carcasa cilíndrica suele estar revestida con un material resistente a la abrasión, como acero al manganeso o revestimiento de caucho. Se produce menos desgaste en los molinos revestidos de caucho. La longitud del molino es aproximadamente igual a su diámetro.

La idea general detrás del molino de bolas es antigua, pero no fue hasta la Revolución Industrial y la invención de la energía a vapor que se pudo construir un molino de bolas efectivo. Se dice que se utilizó para moler pedernal para cerámica en 1870. ^[1]

Laboral

En el caso de un molino de bolas de funcionamiento continuo, el material a moler se introduce desde la izquierda a través de un cono de 60° y el producto se descarga a través de un cono de 30° hacia la derecha. A medida que la carcasa gira, las bolas se elevan por el lado ascendente de la carcasa y luego caen en cascada (o caen sobre la alimentación), desde cerca de la parte superior de la carcasa. Al hacerlo, las partículas sólidas entre las bolas y el material molido se reducen de tamaño por impacto.

Aplicaciones

Los molinos de bolas se utilizan para moler materiales como minerales de minería, carbón, pigmentos y feldespato para cerámica. La molienda puede realizarse en húmedo o en seco, pero la primera se realiza a baja velocidad. Los molinos de bolas se utilizan a menudo en el trabajo científico para reducir el tamaño de las partículas , eliminar la aglomeración, cambiar la forma de las partículas, proporcionar aleación mecánica , mezclar, producir polvos y cambiar las propiedades de los materiales. ^[2] Se ha diseñado un molino de bolas de código abierto que se puede fabricar con una impresora 3D por unos pocos cientos de dólares. ^[3] Puede funcionar tanto en la red para el trabajo de laboratorio como fuera de la red con energía solar fotovoltaica y una batería para el trabajo de campo. ^[3] La mezcla de explosivos es un ejemplo de una aplicación para las bolas de goma. ^[4] Para sistemas con múltiples componentes, se ha demostrado que la molienda de bolas es eficaz para aumentar la reactividad química en estado sólido . ^[5] Además, se ha demostrado que la molienda de bolas es eficaz para la producción de materiales amorfos. ^[5] También puede ser útil para separar gases como el hidrógeno y almacenarlos en forma de polvo. ^[6]^[7]

Descripción

Un molino de bolas, un tipo de molinillo , es un dispositivo cilíndrico utilizado para moler (o mezclar) materiales como minerales , productos químicos, materias primas cerámicas y pinturas. Los molinos de bolas giran alrededor de un eje horizontal, parcialmente lleno con el material a moler más el medio de molienda. Se utilizan diferentes materiales como medios, incluidas bolas de cerámica , guijarros de sílex y bolas de acero inoxidable . Un efecto de cascada interno reduce el material a un polvo fino. Los molinos de bolas industriales pueden funcionar de forma continua, alimentados por un extremo y descargados por el otro extremo. Los molinos de bolas de tamaño grande a mediano giran mecánicamente sobre su eje, pero los pequeños normalmente constan de un recipiente cilíndrico tapado que se asienta sobre dos ejes de transmisión ( se utilizan poleas y correas para transmitir el movimiento giratorio). Un pulidor de rocas funciona según el mismo principio. Los molinos de bolas también se utilizan en pirotecnia y en la fabricación de pólvora negra , pero no se pueden utilizar en la preparación de algunas mezclas pirotécnicas como la pólvora de destello debido a su sensibilidad al impacto. Los molinos de bolas de alta calidad son potencialmente costosos y pueden moler partículas de mezcla tan pequeñas como 5 nm , lo que aumenta enormemente el área de superficie y las velocidades de reacción.

El proceso de molienda se basa en el principio de velocidad crítica. Se puede entender por velocidad crítica aquella velocidad a partir de la cual las bolas de acero encargadas de moler las partículas comienzan a girar en la dirección del dispositivo cilíndrico, por lo que ya no se produce más molienda.

Los molinos de bolas se utilizan ampliamente en el proceso de aleación mecánica , ^[8] en el que se utilizan para moler y para soldar en frío, produciendo aleaciones a partir de polvos. ^[9]

El molino de bolas es una pieza clave del equipo para moler materiales triturados, y se utiliza ampliamente en líneas de producción de polvos como cemento, silicatos, material refractario, fertilizantes, vitrocerámica, etc., así como para el procesamiento de minerales de metales ferrosos y no ferrosos. El molino de bolas puede moler minerales y otros materiales, húmedos o secos. Hay dos tipos de molinos de bolas según sus formas de descarga de material: tipo de rejilla y tipo de caída. Muchos tipos de medios de molienda son adecuados para su uso en un molino de bolas, cada material tiene sus propias propiedades y ventajas específicas. Las propiedades clave de los medios de molienda son el tamaño, la densidad, la dureza y la composición.

Tamaño: Cuanto más pequeñas sean las partículas del medio de molienda, menor será el tamaño de las partículas del producto final. Las partículas del medio de molienda deben ser sustancialmente más grandes que los trozos más grandes del material que se va a moler.
Densidad: El material debe ser más denso que el material que se va a moler. Esto se convierte en un problema si el material flota sobre el material que se va a moler.
Dureza: El medio de molienda debe ser lo suficientemente duradero para moler el material, pero, cuando sea posible, no tan resistente como para desgastar también el tambor.
Composición: Las distintas aplicaciones de molienda tienen requisitos especiales. Algunos de estos requisitos se basan en la presencia de algunos de los medios de molienda en el producto terminado, mientras que otros se basan en cómo reaccionarán los medios con el material que se muele.
Cuando el color del producto terminado es importante, se debe tener en cuenta el color y el material del medio de molienda.
Cuando es importante que haya poca contaminación, se pueden seleccionar medios de molienda que faciliten su separación del producto terminado (por ejemplo, el polvo de acero producido a partir de medios de acero inoxidable se puede separar magnéticamente de los productos no ferrosos). Una alternativa a la separación es utilizar medios del mismo material que el producto que se está moliendo.
Los productos inflamables tienen tendencia a volverse explosivos en forma de polvo . Los medios de acero pueden generar chispas, convirtiéndose en una fuente de ignición para estos productos. Se deben seleccionar medios de molienda húmeda o que no produzcan chispas, como cerámica o plomo .
Algunos medios, como el hierro, pueden reaccionar con materiales corrosivos. Por este motivo, se pueden utilizar medios de molienda de acero inoxidable , cerámica y sílex cuando hay sustancias corrosivas durante la molienda.

La cámara de molienda también se puede llenar con un gas de protección inerte que no reacciona con el material que se está moliendo, para evitar la oxidación o reacciones explosivas que podrían ocurrir con el aire ambiente dentro del molino.

Ventajas del molino de bolas

La molienda de bolas presenta varias ventajas sobre otros sistemas: el costo de instalación y el medio de molienda son bajos; la capacidad y la finura se pueden ajustar ajustando el diámetro de la bola; es adecuado tanto para operación por lotes como continua; es adecuado para molienda en circuito abierto y cerrado; es aplicable para materiales de todos los grados de dureza.

Variedades

Además de los molinos de bolas comunes, existe un segundo tipo de molino de bolas llamado molino de bolas planetario . Los molinos de bolas planetarios son más pequeños que los molinos de bolas comunes y se utilizan principalmente en laboratorios para moler material de muestra hasta tamaños muy pequeños. Un molino de bolas planetario consta de al menos un recipiente de molienda que está dispuesto excéntricamente sobre una rueda solar. La dirección de movimiento de la rueda solar es opuesta a la de los recipientes de molienda (relación: 1:−2 o 1:−1). Las bolas de molienda en los recipientes de molienda están sometidas a movimientos de rotación superpuestos, las llamadas fuerzas de Coriolis. La diferencia de velocidades entre las bolas y los recipientes de molienda produce una interacción entre las fuerzas de fricción y de impacto, que libera altas energías dinámicas. La interacción entre estas fuerzas produce el alto y muy efectivo grado de reducción de tamaño del molino de bolas planetario.

Véase también

Referencias

^ Lynch, A.; Rowland C (2005). La historia de la molienda. SME. ISBN 0-87335-238-6.
^ Neikov, Oleg D. (2019), "Introducción", Manual de polvos de metales no ferrosos , Elsevier, págs. xvii–xxi, doi :10.1016/b978-0-08-100543-9.09993-0, ISBN 978-0-08-100543-9, consultado el 30 de julio de 2023
^ ab Mottaghi, Maryam; Rahman, Motakabbir; Kulkarni, Apoorv; Pearce, Joshua M. (junio de 2023). "Molino de bolas de código abierto alimentado con energía fotovoltaica fuera de la red y CA". HardwareX . 14 : e00423. doi :10.1016/j.ohx.2023.e00423. ISSN 2468-0672. PMC 10176261 . PMID 37188059.
^ Ejército de EE. UU. (1989), Manual técnico del Departamento del Ejército: explosivos militares (TM 9-1300-214), págs. 10–8.
^ ab Takacs, Laszlo (enero de 2002). "Reacciones autosostenidas inducidas por molienda de bolas". Progreso en la ciencia de los materiales . 47 (4): 355–414. doi :10.1016/S0079-6425(01)00002-0.
^ "Un avance mecanoquímico permite obtener hidrógeno en polvo barato y seguro". New Atlas . 2022-07-19 . Consultado el 2022-07-28 .
^ Mateti, Srikanth; Zhang, Chunmei; Du, Aijun; Periasamy, Selvakannan; Chen, Ying Ian (9 de julio de 2022). "Excelente almacenamiento y separación con ahorro de energía de gases de hidrocarburos en nanoláminas de nitruro de boro mediante un proceso mecanoquímico" . Materiales hoy . 57 : 26–34. doi :10.1016/j.mattod.2022.06.004. ISSN 1369-7021. S2CID 250413503.
^ Florez-Zamora, MI; et al. (2008). "Estudio comparativo de aleaciones de Al-Ni-Mo obtenidas por aleación mecánica en diferentes molinos de bolas" (PDF) . Rev. Adv. Mater. Sci . 18 : 301.
^ Tecnología de aleación mecánica, Instituto de procesamiento de materiales

[1] Lynch, A.; Rowland C (2005). La historia de la molienda. SME. ISBN 0-87335-238-6.

[2] Neikov, Oleg D. (2019), "Introducción", Manual de polvos de metales no ferrosos , Elsevier, págs. xvii–xxi, doi :10.1016/b978-0-08-100543-9.09993-0, ISBN 978-0-08-100543-9, consultado el 30 de julio de 2023

[:0-3] Mottaghi, Maryam; Rahman, Motakabbir; Kulkarni, Apoorv; Pearce, Joshua M. (junio de 2023). "Molino de bolas de código abierto alimentado con energía fotovoltaica fuera de la red y CA". HardwareX . 14 : e00423. doi :10.1016/j.ohx.2023.e00423. ISSN 2468-0672. PMC 10176261 . PMID 37188059.

[TM_9-1300-214_p10-8-4] Ejército de EE. UU. (1989), Manual técnico del Departamento del Ejército: explosivos militares (TM 9-1300-214), págs. 10–8.

[10.1016/S0079-6425(01)00002-0-5] Takacs, Laszlo (enero de 2002). "Reacciones autosostenidas inducidas por molienda de bolas". Progreso en la ciencia de los materiales . 47 (4): 355–414. doi :10.1016/S0079-6425(01)00002-0.

[6] "Un avance mecanoquímico permite obtener hidrógeno en polvo barato y seguro". New Atlas . 2022-07-19 . Consultado el 2022-07-28 .

[7] Mateti, Srikanth; Zhang, Chunmei; Du, Aijun; Periasamy, Selvakannan; Chen, Ying Ian (9 de julio de 2022). "Excelente almacenamiento y separación con ahorro de energía de gases de hidrocarburos en nanoláminas de nitruro de boro mediante un proceso mecanoquímico" . Materiales hoy . 57 : 26–34. doi :10.1016/j.mattod.2022.06.004. ISSN 1369-7021. S2CID 250413503.

[8] Florez-Zamora, MI; et al. (2008). "Estudio comparativo de aleaciones de Al-Ni-Mo obtenidas por aleación mecánica en diferentes molinos de bolas" (PDF) . Rev. Adv. Mater. Sci . 18 : 301.

[9] Tecnología de aleación mecánica, Instituto de procesamiento de materiales