Waarom uw zirkoniumoxide-kogels steeds breken en de zeef in fijnmaalmolens verstoppen

Ik heb twaalf jaar doorgebracht in natte verwerkingsfabrieken in de omgeving van Shanghai – pigmentfabrieken in Songjiang, fabrieken voor elektronische keramiek en een paar productielijnen voor batterijmaterialen in de buitenwijken. De meest voorkomende klacht over zirkoniumoxide-kogels is niet dat ze te snel slijten. Het is dat de bolletjes breken, het afvoerrooster verstopt raakt, de molen uitschakelt of het product grove splinters bevat. Negen van de tien keer gaat het om met yttriumoxide gestabiliseerde zirkoniumoxide-maalbolletjes met een grote spreiding in de deeltjesgrootte of met een verkeerde diameter voor de tipsnelheid en viscositeit.

Y-TZP-korrels zijn dicht, met een dichtheid van ongeveer 6,0 g/cm³, en taai dankzij de transformatietafheid. In een correct beladen kralenmolen dragen ze per botsing meer energie over dan aluminiumoxide en verliezen ze zeer weinig materiaal. De slijtage in het laboratorium bij goede Y-TZP-kralen van 0,8–1,2 mm ligt vaak ruim onder 0,01% per uur in standaard slurrytests, en de verontreiniging met ijzer of aluminiumoxide blijft laag. Het probleem doet zich voor wanneer de deeltjesgrootteverdeling breed is of de bolletjes te groot zijn voor de molen. Grotere bolletjes hebben meer kinetische energie. Als de viscositeit van de slurry hoog is of de vulling niet klopt, slaan ze hard genoeg tegen het zeefrooster of tegen elkaar om af te brokkelen. Zodra er brokstukken ontstaan, werken deze als extra schuurmiddel, versnelt de slijtage en raakt de afscheider verstopt. Ik heb molens geopend waarbij de helft van de lading nog rond was en de andere helft bestond uit gebroken stukken die daar nooit hadden mogen zitten.

Vorig jaar heb ik een proef uitgevoerd bij een pigmentfabriek in Songjiang. Daar werd een organische pigmentslurry met een hoog vastestofgehalte – ongeveer 55–60% vaste stoffen – vermalen, met als doel een D90-waarde van minder dan 5 µm te bereiken in een horizontale parelmolen met media met een nominale diameter van 0,8 mm. De zirkoniumoxide-kogelmalmedia die ze tot dan toe hadden gebruikt, waren geëtiketteerd als 0,6–1,0 mm Y-TZP, maar toen we een monster zeefden, bleek de werkelijke spreiding te variëren van ongeveer 0,4 mm tot 1,4 mm, met een opvallende staart van grotere zirkoniumoxide-kogelmalmedia. Na 40 uur steeg de drukverschilwaarde van het zeefapparaat en vonden we gebroken bolletjes en splinters in de afvoer. De gemeten slijtage aan de overgebleven hele bolletjes was nog steeds laag – ongeveer 0,008% per gewicht – maar het breukpercentage maakte de molen onbruikbaar. Laboratoriumbreektests op de grotere korrels uit die partij toonden aan dat ze bij lagere belastingen faalden dan een strakkere 0,8 mm-referentiekwaliteit die we voorhanden hadden.

We zijn overgestapt op een Y-TZP-lading met een smalle distributie van 0,8 mm, met dezelfde dichtheid en dezelfde nominale chemische samenstelling. De vulgraad werd gehandhaafd volgens de aanbeveling van de fabrikant van de molen en we hielden de viscositeit in de gaten, zodat de zirkoniumoxide-korrels in suspensie bleven zonder samen te klonteren. Na nog eens 40 uur bleef het zeefscherm schoon, waren er geen meetbare deeltjes in het product en bedroeg de slijtage aan de bolletjes 0,006–0,0071 TP3T. De doorvoer nam toe omdat we langer konden doorwerken tussen de reinigingsbeurten door. Bij de verontreinigingscontroles (ICP op de slurry) bleef het zirkoniumgehalte in het lage ppm-bereik, wat acceptabel was voor dat pigment. De fabriek kon daarna de strengere specificaties voor de deeltjesgrootte handhaven.

De dichtheid en taaiheid van goede, met yttriumoxide gestabiliseerde zirkoniumoxide-slijpkorrels zijn echte voordelen bij het fijnslijpen. Hierdoor kunt u kleinere korrels gebruiken en toch energie aan de deeltjes overbrengen, terwijl de slijtage laag blijft, zodat u niet voortdurend metaal- of keramiekstof hoeft bij te vullen. Maar die voordelen verdwijnen als de korrels breken. Een brede deeltjesgrootteverdeling of korrels die te groot zijn voor de omtreksnelheid zorgen ervoor dat de lading een bron van spanen wordt in plaats van een slijpgereedschap. De slijtvastheid van zirkoniumoxidekorrels ten opzichte van aluminiumoxide ziet er op een gegevensblad uitstekend uit; in de molen geldt deze vergelijking echter alleen als het zirkoniumoxide intact blijft.

Een paar dingen die ik ter plaatse controleer. Zeef een monster van elke nieuwe partij – vertrouw niet alleen op het etiket op de zak. Stem de diameter van de zirkoniumoxide-kogels af op de spleetbreedte van de separator en de beoogde fijnheid; grotere kogels helpen zelden en zorgen vaak voor meer breuk. Houd het gehalte aan vaste stoffen en de viscositeit binnen het bereik waarvoor de molen is ontworpen, zodat de bolletjes zich niet opstapelen of tegen het zeefrooster slaan. En als je fijne zirkoniumoxide-slijpmedia de afvoer verstoppen of als er splinters in het product zitten, meet dan de deeltjesgrootteverdeling en zoek naar breuken voordat je de slurry of de molensnelheid de schuld geeft. Op de pigmentlijn in Songjiang maakte de overstap naar een smalle lading van 0,8 mm een einde aan de breuk en kwam de lage slijtage van het Y-TZP daadwerkelijk tot uiting bij langere draaiperiodes. De meeste molens die ik hier in de buurt zie, behalen hetzelfde resultaat zodra ze ophouden alle zirkoniumoxide-kogels als identiek te behandelen en gaan controleren welke grootte er werkelijk in de kamer aanwezig is.