Vibra-drum ile ultra ince talk öğütme: Parametrelerin etkileri ve döner bilyalı değirmen ile karşılaştırma

Abstract

Talk temel olarak Mg3(Si2O5)2(OH)2 formülüne sahip hidratlı magnezyum silikattır. 31,7 MgO ve %63,50 SiO2 içerir. Düşük elektrik iletkenliği ve termal dirence sahip hidrofobik bir malzemedir. Talkın tarihi 1984 yılına kadar uzanmakta olup ilk olarak bebek pudrası olarak dünyaya tanıtılmıştır. Diğer kullanım alanları daha sonra şekillenmiştir. Günümüzde talkın en büyük tüketim alanı kağıt endüstrisidir. Kağıt endüstrisinde, kağıt üretmek için kağıt hamuru yapımında kullanılır. Talk, yumuşaklığı, beyazlığı ve inertliği nedeniyle özellikle kağıt ve seramik endüstrisinde kullanılır. Bu özellikleri onu endüstriyel uygulamalar için değerli kılmaktadır. Seramik endüstrisinde seramiğe şekil vermek ve sırlamak için kullanılır. Fayans, porselen ve yemek takımları gibi talktan yapılan çok sayıda endüstriyel ürün vardır. Kağıt ve seramik sanayinin yanı sıra kozmetik sanayinde, hayvan yemlerinde, ilaçlarda, böcek ilaçlarında, pestisitlerde ve kimyasallarda kullanılır. Talk sertliği, belirli sıvıları emiş özelliği ve stabiliteyi artırdığı için birçok endüstride kullanılabilir. Endüstride çok fazla kullanımı olduğu için özelliklerini anlamak önemlidir. Seramik ve boya endüstrisinde 44 mikron partikül boyutuna sahip talka ihtiyaç duyulurken, kağıt endüstrisinde bu değerler 8-12 mikron ve kozmetikte ise 7 mikrondur. Talkın yukarıda bahsedilen endüstrilerde kullanılabilmesi için toz halinde olması gerekmektedir. Bu nedenle öğütülmesi gerekmektedir. Ultra ince talk öğütme prosesi, çok ince partikül boyutlarındaki önemli elastik özellikleri nedeniyle ciddi zorluklara sahiptir. Bu çalışmada incelenen frekans, bilye boyutu ve besleme miktarı ayarlamaları gibi temel parametreler, talk öğütme için doğal frekanslı titreşimli bilyalı değirmenlerin optimizasyonu için gereklidir. Bu parametrelerin optimum kombinasyonunun belirlenmesi, verimli ve optimum talk öğütme için çok önemlidir. Bu çalışmada, doğal frekanslı titreşimli bilyalı değirmen kullanılarak, öğütme verimliliği üzerindeki etkilerini değerlendirmek için frekans, bilya boyutu ve besleme miktarı sistematik olarak değiştirilerek kapsamlı öğütme testleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen partikül boyutu dağılımının, endüstride gerekli talk inceliği için yapılan öğütme işleminin etkinliğini değerlendirmek için kullanılan birincil bir ölçüm olsa da öğütme sırasında gürültüdeki değişiklikleri gözlemlemek de optimizasyon ya da kontrol için gereklidir. Bu çalışmada diğer ölçümler dışında desibel seviyeleri de ölçülmüş olup ve ürün partikül boyutu azaldıkça desibel seviyelerinin arttığı gözlemlenmiştir. Gürültüdeki bu artış, partikül boyutları küçüldükçe bilyalar arasındaki temas sıklığının artmasına bağlanmaktadır. Ayrıca daha iri öğütme ortamı kullanımı ve daha yüksek frekansın desibel seviyesini artırıcı bir parametre olduğu anlaşılmıştır. Vibra-Drum'un benzersiz çift kütleli sistemi, diğer proseslerdeki gibi sabit genlik ve frekansın korunmasında çok önemli bir rol oynayarak tutarlı öğütme performansı göstermektedir. Çift kütleli sistemin diğer titreşimli ekipmanlara göre besleme miktarı gibi değişen koşullara karşı adapte olan bir sistem olduğunu ve bu sayede parametrelerini değiştirmediğini belirtmek önemlidir. Bu stabilite özellikle homojen tane boyutu dağılımlarının elde edilmesinde avantaj sağlamaktadır. Çalışmanın sonucunda, yaklaşık 59,121 mikronluk en ince talk ürününün çalışma kapsamındaki en yüksek frekans, en küçük bilya boyutu ve en düşük besleme miktarı koşullarında üretildiğini göstermektedir. Bu durum, istenen ultra ince öğütme sonuçlarını elde etmek için bu parametrelerin optimize edilmesinin önemini vurgulamaktadır. Ayrıca çalışmada enerji tüketimi ölçümleri de yapılmış olup öğütülmüş ürünün inceliği ile doğrudan ilişkili olmadığını saptanmıştır. Bunun yerine, enerji tüketimi operasyonel parametrelere değişmekte olup, genlik ve frekans en etkili parametrelerdir. Ürünlerdeki d90 verilerinin regresyon analizi, frekans ve genliğin öğütme performansı üzerinde en önemli etkiye sahip olduğunu doğrulanmıştır Regresyon analizinden elde edilen çoklu R-değeri 0,970620849 olarak hesaplanmıştır, bu da parametreler ile elde edilen ürün boyutu arasında güçlü bir korelasyon olduğunu göstermektedir. Doğal frekanslı titreşimli bilyalı değirmen, öğütme verimliliğini artıran veya sabit tutan bir titreşim sağlayarak ileriki talk öğütme proseslerine umut verici bir çözüm sunmaktadır. Bu çalışma aynı zamanda araştırmada kullanılan doğal frekanslı titreşimli bilyalı değirmenin benzersiz tasarım özelliklerini ve performansını vurgulamaktadır. Ayırt edici tasarım özellikleri, bilyalı değirmenler ile teorik olarak karşılaştırılıp endüstriyel ölçekte optimizasyon çalışmaları sayesinde daha ince ürün boyutlarına daha az operasyonel maliyet ve bakım masrafları gibi avantajlarla düşük kapasitelerde daha verimli tesisler tasarlanılacağı umudunu vermiştir.