監修:アシザワ・ファインテック株式会社
乾式粉砕機とは
乾式粉砕機とは、空気その他のガス中で粉砕操作を行う機械のことです。
ほとんどの粗砕機、衝撃粉砕機、ジェットミルなどの微粉砕は乾式粉砕で行われます。粉砕効率は湿式粉砕に劣りますが、摩耗が少なく取り扱いが簡単です。メカノケミカルな現象・効果は乾式粉砕で得られやすく、現在はサブミクロンまでの微細化が可能です。
乾式粉砕機の使用用途
乾式粉砕機は素材の粉砕に適した装置として、対象物を乾いた状態で粉砕したい場合に食品や医薬品、セラミックス、鉱物、金属等、幅広い産業分野で利用されます。
- セラミックス原料
製品特性向上のため、粉砕工程において利用されます。 - 医薬品
医薬品の製造工程において、微細化することで吸収効率を上げるため利用されます。 - 電池材料
リチウムイオン二次電池の製造工程において、製品特性向上のため利用されます。 - リサイクル
粉砕することで特定の対象物の回収率を向上させるため利用されます。
乾式粉砕機の原理
乾式粉砕機の原理として、衝突・摩擦・圧縮・せん断・切断等の力によって対象物を粉砕します。多様な原理があることから、機械の種類も様々です。
例として、回転体と対象物の衝突、高速で撹拌されるビーズやボールとの衝突やせん断、高速の気流による対象物同士の衝突等があり、これにより粉砕が進みます。乾式粉砕では最小で1μm前後まで微細化が可能と言われています。
乾式粉砕機の種類
乾式粉砕機の種類は大きく超微粉砕機、微粉砕機、中粉砕機、粗粉砕機の2種類に分けられます。
1. 超微粉砕機
超微粉砕機にはビーズミルという機種が存在します。容器の中にビーズ (媒体) を充填し、アジテータを回転させて原料を衝突させ、せん断力でサブミクロンまで粉砕します。
2. 微粉砕機
微粉砕機の代表的機種には、次の7つがあります。
ローラーミル
数個のローラーが重力や遠心力、ばねの力などによって回転するテーブルまたは鉢形の粉砕容器に対して押しつけられるような構造になっており，両者の間に挟まれた砕料を圧縮粉砕します。粉砕され、細かくなった粒子は気流によって排出されます。
ジェットミル
数気圧以上の圧搾空気、または高圧蒸気、高圧ガスを噴射ノズルより噴出させ、このジェット気流によって原料粒子を加速し、加速された粒子同士の衝突または加速された粒子との衝突作用や衝撃作用、および摩砕によって粉砕します。
高速回転粉砕機 (ハンマーミル)
高速回転するハンマーによって供給粒子に衝撃を加え粉砕します。ハンマーはスウィングハンマータイプです。また、出口側に多孔板やスクリーン、グリットなどを置き、いわゆるスクリーンミルとして粉砕製品の粒度のコントロールを行います。
高速回転粉砕機 (ピンミル)
向かい合った2枚の円板の表面に数十本ないしそれ以上のピンを互いにかみ合うように植え、片方の円板あるいは両方の円板を高速で回転させて砕料を円板中心に供給します。遠心力で円周方向に移動する間にピンによる衝撃力、せん断力によって粉砕を行います。
容器駆動型ミル (回転ミル)
水平軸を中心として回転円筒の中に、その容積の1/3を満たす量の粉砕媒体 (ボール、ロッドなど) を充填し、これを回転させることによって砕料を粉砕します。
容器駆動型ミル (振動ミル)
円筒状ないしトラフ状のミル内にボールその他の粉砕媒体を充填し、このミルに振動を加え、媒体に運動を与えて粉砕します。
容器駆動型ミル (遊星ミル)
砕料とともにボールを充填した容器が自転しながら公転する機構によって、媒体同士および、媒体-容器内壁間の衝突力によって粉砕します。
3. 中粉砕機
中粉砕機の代表的機種には、次の9つがあります。
コーンクラッシャー
ジャイレトリークラッシャーを中砕・細砕用に改良したもので、ジャイレトリークラッシャーと比べて振幅や回転数が大きくなっています。内部の円錐体の頂点が極めて大きく、外側のケーシングもそれに併せて上部は開いた倒立円錐内壁ですが、下部は内部円錐に併せて末広がりに下に向いた曲面からなっています。 主に圧縮力、一部はせん断力によって粉砕します。
ロールクラッシャー
2個のロールを互いにかみ合うように回転させ、その間で鉱石などを主に圧縮力、一部はせん断力によって粉砕します。
カッターミル
せん断力あるいは切断力によって破砕、粉砕を行います。鋭いカッターなどを取り付けたロータを高速回転させる構造です。
自生粉砕機
短胴の大口円筒からなり、供給砕料が長い落下距離をもちます。回転するドラム内で砕料同士の衝突や擦り合わせによって微細化が行われます。細かくなった砕製物は通常、エアスウェプト方式により気流によって機外に排出されます。
スタンプミル
臼状の衝撃棒を落下させその衝撃で砕料を破砕・粉砕します。構造が簡単である割に強い力が得られ、また砕料のほうの撹拌、混合作用も行うことができ、かつ回分にも連続にも使える特長があります。
石臼型
上下2枚の砥石の間隙を通過するときに発生する、せん断力によって砕料を粉砕します。
乳鉢
すりつぶしたり、2種類以上の固形物を均一に混合するために使用する。
らいかい機
原理的には乳鉢と同じく、摩砕と一部圧縮を加えた機構で粉砕と混合あるいは混練を行います。
リングミル
リング状の粉砕室を回転体がまわり、圧縮力とせん断力によって粉砕する。回転体は、ローラー、球または錐体が使われ、圧力を発生させるのに自重や遠心力、バネなどが利用されています。
4. 粗粉砕機
粗粉砕機の代表的機種には、次の3つがあります。
ジョークラッシャー
垂直に固定された固定ジョーと、一端を固定されながら前後に揺動するスウィングジョーの間で破砕物を圧縮粉砕します。
ジャイレトリークラッシャー
固定したコンケーブの内部にコーンヘッドマントルを備え、底部の傘歯車による偏心軸受の回転につれて上部懸垂部を支点とした偏心旋回運動により、破砕物をコンケーブとマントル間に噛込んで圧縮粉砕します。
インパクトクラッシャー
高速で回転する円筒形のロータに衝撃板を取付け、落下する鉱石を衝撃力で破砕すると共に、さらにこれを固定された反発板に投げつけて粉砕します。
乾式粉砕機の選び方
乾式粉砕機は粉砕方法も機械も様々な種類があります。
対象物をどのくらい細かくしたいか、ランニングコストやコンタミネーション等目的によって適切な条件・機械の検討が必要です。
参考文献
https://www.ashizawa.com/guidance/07.html
本記事は乾式粉砕機を製造・販売するアシザワ・ファインテック株式会社様に監修を頂きました。
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