メディアの選定方法

はじめに

メディア径

エネルギー

メディア径については、原料の最大粒子径の10倍を目安とすることが一般的です。目的が粉砕であれば、衝撃エネルギーを大きく与える為、メディア径を目安よりも大きくします。目的が解砕や分散であればメディア径を目安よりも小さくし、原料とメディアの接触回数を多くなるようにします。また粒子や分散剤が大きなエネルギーを受け再凝集するような場合には、メディア径を目安よりも小さくし、再凝集を防ぐこともあります。
一般的な粉体であれば時間をかけて粉砕することで、粉砕後の粒子径はメディア径の1/1000程度になります。

具体的な例を紹介します。下の表は、当社「SCミルロング」で3種類のジルコニアビーズを使用し、無機物を目標粒子径まで粉砕したときの生産能力とエネルギー原単位の比較です。ビーズ径が小さいほど、生産能力が大きく、エネルギー原単位が小さいことがわかります。これはビーズが小さいことで、同体積あたりのビーズ個数や比表面積が大きくなり、材料に接触する確率が上がるためです。
またビーズ径が小さい方が、エネルギー原単位^※も小さい結果となりました。これはビーズを小径化することで材料に効率良くエネルギーを与えていることを意味します。
今回の処理物では、ビーズ径が小さい方が生産能力、エネルギー原単位共に良い結果が得られましたが、濃度や粘度によっては小さいビーズを使うことで粉砕エネルギーが不足し、粉砕時間がかかることで逆の結果となることもある為、注意が必要です。

ビーズ径［mm］	0.3	0.5	0.8
処理能力［kg/hr］	58.5	44.4	32.4
エネルギー原単位［kW・hr/kg］	0.16	0.22	0.34

エネルギー原単位=粉砕・分散するのに要した積算電力［kW・h］ / 粉砕・分散した粉末質量［kg］

コンタミネーション

下の表は、上記テストを行ったときの摩耗量です。ビーズ径が大きいと摩耗量も増える傾向にあります。ビーズ径が大きいことで、ビーズ1つ当たりのエネルギーが大きくなり、ビーズの摩耗量が増えます。また、エネルギー効率と摩耗量には関係性があり、エネルギー効率を高めると、摩耗量が減り、コンタミネーション（以下、コンタミ）を減らすことができると言われています。

ビーズ径［mm］	0.3	0.5	0.8
ビーズの摩耗率［％］	0.60	0.82	1.5

メディア材質

エネルギー

原料に与えるエネルギーを制御する一つの方法として、メディアの材質があります。材質により比重が異なりますので、メディアの材質を変えることでエネルギーを調整することが出来ます。大きなエネルギーが必要な処理には、比重の大きい材質を選定し、大きなエネルギーを与えます。逆に、大きなエネルギーを加えることで粒子表面が活性し再凝集を起こすような原料には、比重の小さい材質を選定します。
左図は珪砂の粉砕速度を異なるメディア材質で比較したデータです。メディア径は統一しています。ステアタイト、ハイアルミナ、ジルコニア、鋼球の順にメディアの嵩比重は大きく、粉砕時間は短くなります。この結果により、嵩比重を管理することで粉砕エネルギーの制御ができることを示しています。

コンタミネーション

他元素のコンタミが問題になるのであれば、耐摩耗性に優れる材質を選定する必要があります。特に摩耗性がある原料では、メディアの摩耗は著しく、その摩耗粉がコンタミとなるので注意しなければなりません。コンタミを抑制する為には、硬度が高く、靭性が高い材質を選定することが好ましいですが、硬度が高く、靭性が高いからといって、単純にコンタミ量が減るわけではありません。処理物の性状に応じて材質を選定する必要があります。
また、ジルコニアやアルミナなどを処理する場合は、同材質のメディアを使用し、異成分のコンタミが出ないよう対策します。食品関係であれば、磁性のあるメディア材質を用いて、後工程の除鉄装置で取り除けるようにします。

原料への色付き

白色原料を色付きせず粉砕するには、白色のメディアを使用する必要があります。白色原料をスチールボールやSUSボールなどの金属ボールで粉砕すると、金属コンタミによりグレーに変色してしまいます。ジルコニアボール、ハイアルミナボールを使用すれば、メディア自体が白色ですので、原料に色付きすることなく粉砕することが出来ます。

金属コンタミ例

粉砕メディア

品名	材質	特徴	色	硬さ	充填密度	サイズ
カーボンスチールボール	SWCH10R	一般用	灰白色	HRC60	5.0	1/16”, 3/32”, 1/8”, 3/16”, 1/4”,3/8”
クロムスチールボール	SUJ2	一般用	灰白色	HRC62-67	5.0	1/16”, 3/32”, 1/8”, 3/16”, 1/4”, 3/8” 0.5mm, 0.8mm, 1mm, 1.2mm, 1.5mm 1.6mm, 2mm
ステンレスボール	SUS440C SUS304	耐食性良好、 耐摩耗性良好 耐食性良好	灰白色 灰白色	HRC58-65 HRC11	5.0 5.0	3/32”, 1/8”, 3/16”, 1/4”, 3/8” 1/16”, 1/8”, 3/16”, 1/4”, 3/8” 0.3mm, 0.5mm, 1mm, 2mm, 2.4mm
超硬ボール	WC	耐摩耗性良好、 比重最大	灰白色	HRA90	10.0	0.5mm, 0.7mm, 1mm, 2mm, 3mm, 5mm, 10mm
ジルコニアボール	Y-PSZ	耐摩耗性良好	白色	1250 (HV10)	3.5 3.8 3.7 3.6 3.5 3.4	0.03mm, 0.05mm 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm 0.65mm, 0.8mm, 1.0mm, 1.5mm 2mm, 3mm 4mm, 5mm 8mm, 10mm
ハイアルミナボール	AL2O3	一般用	白色	1100 (HV10)	2.4 2.2	0.1mm, 0.2mm, 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm 3mm, 5mm, 8mm, 10mm
炭化ケイ素ボール	SiC	耐摩耗性良好	グレー	HRA94 HV2100	2.0	5mm, 10mm, 3mm
窒化ケイ素ボール	Si3N4	耐摩耗性良好	グレー	HRA91 HV1600	2.0	1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm