Mengapa Bola Zirkonia Anda Terus Pecah dan Menyumbat Saringan pada Mesin Penggiling Halus

Saya telah menghabiskan dua belas tahun di pabrik pengolahan basah di sekitar Shanghai—pabrik pigmen di Songjiang, bengkel keramik elektronik, dan beberapa lini produksi bahan baterai di kawasan industri pinggiran. Keluhan yang paling sering muncul terkait bola zirkonia bukanlah karena bola tersebut aus terlalu cepat. Melainkan karena bola-bola tersebut pecah, saringan pembuangan tersumbat, dan mesin penggilingan mati mendadak atau produk tercampur serpihan kasar. Sembilan dari sepuluh kali, bahan yang digunakan adalah bola penggilingan zirkonia yang distabilkan yttria dengan rentang ukuran yang terlalu luas atau diameter yang tidak sesuai dengan kecepatan ujung dan viskositas.

Butiran Y-TZP memiliki kepadatan tinggi, sekitar 6,0 g/cm³, dan sangat tangguh berkat penguatan akibat transformasi. Dalam mesin penggiling manik yang dimuat dengan benar, manik-manik ini mentransfer lebih banyak energi per tabrakan daripada alumina dan hanya melepaskan sedikit material. Tingkat keausan laboratorium pada Y-TZP berukuran 0,8–1,2 mm yang baik seringkali jauh di bawah 0,01% per jam dalam uji slurry standar, dan kontaminasi besi atau alumina tetap rendah. Masalah muncul ketika distribusi ukurannya luas atau butiran tersebut terlalu besar untuk mesin penggiling. Butiran yang lebih besar membawa lebih banyak energi kinetik. Jika viskositas bubur tinggi atau pengisiannya tidak tepat, butiran tersebut akan menghantam saringan atau saling bertabrakan dengan cukup keras hingga terkelupas. Begitu serpihan terbentuk, serpihan tersebut bertindak sebagai bahan abrasif tambahan, keausan pun meningkat, dan pemisah menjadi tersumbat. Saya pernah memeriksa mesin penggiling di mana setengah dari muatannya masih berbentuk bulat, sedangkan setengah lainnya berupa potongan-potongan pecah yang seharusnya tidak ada di sana.

Tahun lalu saya melakukan uji coba di sebuah pabrik pigmen di Songjiang. Mereka sedang menggiling bubur pigmen organik dengan kandungan padatan tinggi, sekitar 55–60% padatan, dengan target D90 di bawah 5 µm menggunakan bead mill horizontal dengan media berukuran nominal 0,8 mm. Media bola zirkonia yang selama ini mereka gunakan berlabel 0,6–1,0 mm Y-TZP, tetapi ketika kami menyaring sampel, rentang ukuran sebenarnya berkisar antara sekitar 0,4 mm hingga 1,4 mm, dengan adanya partikel zirkonia berukuran lebih besar yang menonjol di bagian ekor distribusi ukuran. Setelah 40 jam, tekanan diferensial saringan meningkat dan kami menemukan bola yang pecah serta serpihan di saluran pembuangan. Tingkat keausan yang terukur pada bola utuh yang masih utuh masih rendah—sekitar 0,008% berdasarkan berat—tetapi tingkat kerusakan tersebut membuat penggilingan tidak dapat digunakan. Uji penghancuran laboratorium pada butiran yang lebih besar dari lot tersebut menunjukkan bahwa butiran tersebut gagal pada beban yang lebih rendah dibandingkan dengan butiran referensi berukuran 0,8 mm yang lebih seragam yang kami miliki.

Kami beralih ke bahan baku Y-TZP dengan distribusi sempit 0,8 mm, dengan kepadatan dan komposisi kimia nominal yang sama. Laju pengisian dipertahankan sesuai rekomendasi produsen pabrik, dan kami memantau viskositas agar butiran zirkonia tetap tersuspensi tanpa mengendap. Setelah 40 jam berikutnya, saringan tetap bersih, tidak ada serpihan yang terdeteksi dalam produk, dan tingkat keausan butiran berada pada kisaran 0,006–0,0071 TP3T. Kapasitas produksi meningkat karena kami dapat beroperasi lebih lama antara proses pembersihan. Pemeriksaan kontaminasi (ICP pada bubur) tetap berada pada kisaran ppm rendah untuk zirkonium, yang dapat diterima untuk pigmen tersebut. Pabrik tersebut kemudian dapat mempertahankan spesifikasi ukuran yang lebih ketat.

Kepadatan dan ketangguhan manik-manik penggilingan zirkonia yang distabilkan yttria berkualitas tinggi merupakan keunggulan nyata dalam proses penggilingan halus. Manik-manik ini memungkinkan Anda menggunakan media berukuran lebih kecil namun tetap dapat mentransfer energi ke partikel, dan tingkat keausan tetap rendah sehingga Anda tidak perlu terus-menerus menambahkan debu logam atau keramik. Namun, keunggulan tersebut akan hilang jika manik-manik tersebut pecah. Distribusi ukuran yang terlalu luas atau butiran yang terlalu besar untuk kecepatan ujung akan mengubah muatan menjadi sumber serpihan, bukan alat penggilingan. Perbandingan keausan antara butiran zirkonia dan alumina terlihat sangat baik pada lembar data; namun, di dalam mesin penggiling, perbandingan tersebut hanya berlaku jika butiran zirkonia tetap utuh.

Beberapa hal yang saya periksa di lokasi. Ayak sampel dari setiap lot baru—jangan hanya mengandalkan label pada kantong. Sesuaikan diameter bola zirkonia dengan celah pemisah dan tingkat kehalusan yang diinginkan; menggunakan bola yang lebih besar jarang membantu dan justru sering meningkatkan risiko kerusakan. Jaga agar kadar padatan dan viskositas tetap dalam rentang yang dirancang untuk mesin penggiling tersebut agar bola-bola tidak menumpuk atau menghantam saringan. Dan jika media zirkonia penggilingan halus Anda menyumbat saluran pembuangan atau menimbulkan serpihan pada produk, ukur distribusi ukurannya dan periksa adanya retakan sebelum menyalahkan bubur atau kecepatan mesin penggiling. Pada lini pigmen Songjiang, peralihan ke ukuran butiran yang lebih kecil (0,8 mm) menghentikan kerusakan dan memungkinkan tingkat keausan rendah dari Y-TZP benar-benar terlihat pada operasi yang lebih lama. Sebagian besar mesin penggiling yang saya temui di sini mendapatkan hasil yang sama begitu mereka berhenti memperlakukan semua bola zirkonia sebagai identik dan mulai memeriksa ukuran apa yang sebenarnya ada di dalam ruang penggilingan.