입자의 영향

2023년 8월 1일 | 작성자: Eric Maynard 및 McKinnon Ray, Jenike & Johanson

고형물의 파쇄 및 스크리닝은 많은 고형물 처리 공정에 필수적이지만 엔지니어는 이러한 작업이 벌크 재료의 흐름 동작에 어떤 영향을 미칠지 염두에 두어야 합니다.

벌크 고체를 처리할 때 (입자) 크기가 중요합니다. 거의 모든 산업은 분쇄(분쇄, 분쇄 또는 밀링을 통한 입자 크기 감소) 또는 스크리닝(입자 크기에 따라 재료 분리) 등 공정 내에서 일종의 입자 크기 제어에 의존합니다. 예를 들어, 채굴된 물질을 분쇄하지 않고 주변 암석에서 귀중한 광물과 광석을 추출하는 것은 불가능합니다. 그리고 효과적인 스크리닝은 식품 가공 중 이물질과 오염 물질을 분리하기 위해 식품 산업에서 일반적으로 사용됩니다. 그러나 파쇄 및 스크리닝은 다운스트림 장비의 공정 혼란을 일으키고 잠재적인 안전 문제를 일으키는 등 의도하지 않은 결과를 초래할 수 있습니다. 좋은 소식은 이러한 위험을 평가하는 과학적 접근 방식이 있으며, 업스트림 입자 크기 제어로 인해 공정 흐름이 좋지 않은 것을 방지하기 위한 접근 방식이 있다는 것입니다. 이 기사에서는 분쇄 및 스크리닝의 배경, 두 가지가 공정에 어떤 영향을 미칠 수 있는지, 유동성 위험을 평가하는 방법을 다룹니다.

광범위하게 말하면, 분쇄는 기계적 수단에 의해 물질의 평균 입자 크기를 줄이는 행위로 정의됩니다. 이는 광업, 제약, 식품 산업을 포함한 많은 산업에서 중요한 공정 단계로 사용됩니다. 일반적으로 분쇄는 블라스팅(blasting), 파쇄(crushing), 파쇄(shredding), 분쇄(grinding), 밀링(milling)의 다섯 가지 방법으로 나눌 수 있습니다. 폭파는 일반적으로 큰 바위의 크기를 줄이기 위해 수행되며 모든 분쇄 방법 중에서 일반적으로 가장 큰 입자에만 사용됩니다. 폭파는 일반적으로 처리 장비 내부가 아닌 야외에서 발생한다는 점에서 다른 네 가지 방법과 다릅니다. 파쇄에는 일반적으로 크고 끈끈한 물질(예: 바이오매스, 재활용 폐기물 등)을 채취하여 더 작은 조각으로 자르는 작업이 포함됩니다. 연삭에는 더 작은 입자를 생성하기 위해 단일 재료를 치핑하거나 "연삭"하는 작업이 포함됩니다.

분쇄는 압축, 전단 및 충격의 세 가지 메커니즘을 통해 수행될 수 있습니다[1, 2]. 압축은 일반적으로 단단하고 부서지기 쉬운 입자에 사용되며 일반적으로 미세한 입자가 크게 생성되지 않습니다. 전단 파쇄는 끈적거리고 응집력이 있는 벌크 재료와 분말을 처리하도록 설계되었다는 점을 제외하면 파쇄와 유사합니다. 이 방법을 사용하면 이방성 모양이 생성될 수 있습니다. 충격에 의한 크기 감소는 단단하고 질긴 입자에 효과적이며 100배 더 작은 크기 감소로 이어질 수 있습니다. 그러나 충격에 의한 분쇄로 인해 재료가 부서질 수 있습니다. 밀링은 일반적으로 네 번째 메커니즘인 마모를 통해 크기 감소를 처리합니다. 마모 밀은 일반적으로 3차 크기 감소 단계로 사용되며 일반적으로 앞서 설명한 세 가지 메커니즘보다 시간이 더 오래 걸립니다. 이러한 메커니즘 각각의 예가 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1: 벌크 고체 물질에 대해 여러 가지 입자 크기 감소 기술을 사용할 수 있습니다.

스크리닝은 거의 모든 산업에서 발견되는 또 다른 핵심 처리 단계입니다. 스크리닝은 입자를 다양한 크기로 분리하거나 분류하기 위해 자재 취급에 사용되는 기계적 공정입니다. 적절한 스크리닝은 재료 사양을 충족하고 이물질을 제거하는 데 중요하며 특정 응용 분야에서는 재료의 유동성을 향상시킬 수도 있습니다. 분쇄와 유사하게 선별 방법에는 여러 가지 유형이 있으며 각 방법에는 고유한 장단점이 있습니다. 예를 들어, 진동 스크리너(그림 2)는 크기가 큰 물질과 작은 물질을 분리하는 데 적합하며(“스캘핑”이라고도 함) 일반적으로 다른 스크리너보다 용량이 더 높습니다. 단일 진동 스크리너에는 추가 재료 분리를 허용하기 위해 여러 개의 데크가 있을 수 있습니다. 선회 스크리너(그림 3)는 회전 운동을 활용하여 재료를 분리하고 재료 분류에 활용할 수 있다는 점을 제외하면 진동 스크리너와 유사합니다. 원심분리 스크리닝은 회전식 패들을 활용하여 작은 설치 공간에서도 스크리닝 효율을 높이는 보다 공격적인 스크리닝 방법입니다. 텀블링 스크리닝은 큰 설치 공간에서 수직 및 선회 운동을 결합하는 보다 부드러운 형태의 스크리닝이며 바이오매스 산업에서 일반적입니다(그림 4).