Измельчение песка – необходимый этап подготовки материала для его дальнейшего использования в строительстве и промышленности. Он является одним из базовых компонентов для внешней отделки поверхностей, штукатурных смесей, растворов, напольных покрытий. Его используют при производстве тротуарной плитки, сухих строительных смесей, стекла, лакокрасочных материалов и т.д. При этом качество материалов, конструкций и поверхностей, в которых использован песок, зависит от того, насколько этот материал мелкий и хороший в контексте активации для взаимодействия с другими компонентами.

Для чего измельчают песок

Диспергирование песка необходимо для создания тонкодисперсного строительного материала с высокой концентрацией диоксида кремния и определенной тонкостью помола. От этих двух параметров преимущественно зависит, насколько качественно песок получится применить в строительных смесях, при производстве материалов.

Измельченный до нужных показателей и активированный продукт станет основой для создания прочных, износостойких конструкций, поверхностей, не поддающихся сильной усадке, истиранию, влиянию внешних факторов.

Так, для разных целей и материалов подходит песок разных фракций:

• 2,5 мм – раствор для кирпичной кладки;
• 2-2,8 мм – для черновой штукатурки;
• 1,25 мм – для чистовой, финишной штукатурки, шпатлевки.

Для производства строительных, отделочных материалов используется мелкий, тонкий и очень тонкий песок. Чтобы добиться таких показателей, материал поддают помолу, а вместе с тем и активации для придания необходимых свойств.

Измельчение песка —  традиционные способы, их преимущества и недостатки

Измельчение песка осуществляется разными мельницами. На рынке представлен целый ряд разновидностей аппаратов, позволяющих тем или иным способом оптимизировать производство материала:

• Шаровые мельницы
  Это барабаны с шарами или другими мелющими элементами внутри, которые при вращении рабочей камеры измельчают песок путем его разбивания, растирания и раздавливания. Технология отличается энергозатратностью и в лучшем случае КПД аппарата достигает 20%. Кроме того, устройства подвержены сильному износу и периодически требуем замены компонентов, рабочих элементов. Но при этом на выходе получаем качественный продукт с тонкостью до 2 мкм.
• Вибрационные мельницы
  Представляют собой оборудование с помольной камерой и вибратором, позволяющее получать частицы мелкие частицы. Но для измельчения материала в этой установке его предварительно необходимо подготовить, что влечет дополнительную затрату энергоресурсов, времени, мощностей.
• Планетарные мельницы
  По конструкции похожие на шаровые установки, но экономичнее них. Кроме вращения по центральной оси барабаны вращаются вокруг собственной оси, создавая давление в десятки G. Позволяют измельчать песок до 3 мкм.
• Струйные мельницы
  Представляют собой аппараты для измельчения песка путем направленных воздушных потоков с измельчаемым материалом друг на друга. Под воздействием сил трения, ударов песчинки разбиваются и при достижении определенного размера выводятся из камеры. Технология позволят получать частицы менее 1 мкм. Но для эксплуатации установки требуется постоянная подача большого количества сжатого воздуха и равномерное питание измельчаемым материалом, что делает технику не всегда экономически оправданной. КПД достигает 58%.

Хотя данные виды мельниц для измельчения песка показывают удовлетворительные результаты и получаемый на выходе продукт подходит для строительства, они не всегда позволяют добиться нужной степени активности вещества, а в рамках технологического процесса потребляют неоправданно большое количество энергоресурса. Большинство установок шумные и громоздкие, требуют постоянного обслуживания, регулярной замены комплектующих.

Аппарат вихревого слоя как способ оптимизации процесса измельчения песка

Аппарат вихревого слоя (АВС) или электромагнитная вихревая мельница для песка представляет собой инновационное универсальное оборудование, в том числе применяемое для получения тонкодисперсных материалов. Компания GlobeCore проектирует и производит аппараты вихревого слоя АВС-100 и АВС-150. Эти модели вихревых мельниц решают проблемы традиционных способов помола песка.

В конструкции АВС присутствует рабочая камера с вращающимся электромагнитным полем, создаваемым индуктором. В качестве рабочего вещества сюда добавлены ферромагнитные иголки. Вращающиеся в электромагнитном поле ферромагнитные частицы ударяются о стенки камеры, друг о друга и об измельчаемый материал. В результате создается благоприятная среда для быстрого измельчения и активации песка.

Благодаря возможности изменять период обработки материала в камере удается добиться разной грубости помола. Чем дольше измельчается песок, тем мельче он становится. Поэтому в АВС можно производить материал разных фракций для тех или иных задач в строительстве, на производстве. При максимально тонкой обработке получаем частицы всего 1 мкм.

Измельчение песка происходит под воздействием ряда процессов, в числе которых:

• диспергирование;
• перемешивание;
• электромагнитная обработка;
• электролиз (в случае мокрого помола песка);
• акустические колебания;
• высокое локальное давление и др.

Вместе эти процессы обеспечивают эффективное измельчение и активацию тонкодисперсного вещества. На выходе мы получаем песок высокого качества, пригодный для приготовления смесей, производства материалов. Далее они послужат основой для создания прочный, надежных поверхностей, конструкций, отделки стен, полов, потолков, фасадов. Отметим, что все процессы происходят одновременно и в одной рабочей камере, что значительно повышает эффективность электромагнитной вихревой мельницы.

Вместе с этим за счет механического воздействия, раскола песчинок, материал становится активнее. На новообразованной поверхности формируются активные центры, свободные радикалы. Это происходит за счет разрыва связи Si-O. В песке меняется сумма поверхностной и внутренней энергии на поверхности формируется избыточная энергия, полезная при взаимодействии песка с другими компонентами. Значительно возрастает структурообразующая функция материала.

Результаты эксперимента по измельчению песка в аппарате вихревого слоя АВС-100

Компанией GlobeCore проведены эксперименты по измельчению кварцевого песка в аппарате вихревого слоя АВС-100. При этом использовался принцип «сухого» помола: порция песка помещалась в рабочую камеру аппарата и обрабатывалась в вихревом слое ферромагнитных частиц на протяжении трех минут.

После извлечения образцы обработанного песка были исследованы под микроскопом и сравнивались с образцами исходного песка, не проходившего обработку в вихревом слое. Фотоснимки вида, полученного с помощью микроскопа, приведены на рисунке 1.

До измельчения	После измельчения

Рисунок 1 – Сравнение исходного песка и песка, измельченного в аппарате вихревого слоя

Из рисунка видно, что до измельчения в песке преобладали частицы размером более 300 микрон, а после измельчения в аппарате вихревого слоя размер большинства частиц не превышает 3-5 микрон.

Преимущества использования АВС для измельчения песка

• Высокая тонкость помола песка
  В рамках практических исследований всего за 3 минуты удалось добиться измельчения кварцевого песка до размеров 3-5 мкм.
• Хорошие показатель активации песка
  Практически все песчинки становятся в несколько раз активнее для дальнейшего взаимодействия с другими продуктами и водой при создании растворов, производстве отделочных материалов.
• Экономичность
  АВС за 2-3 минуты работы показывает те же результаты, которых при традиционных методах помола нужно добиваться за несколько часов эксплуатации установки. При этом он потребляет в разы меньше электричества, чем классическое оборудование. А в некоторых случаях показатели энергоэффективности отличаются в десятки раз.
• Удобство использования
  Перед помолом песок не нуждается в предварительной подготовке, сушке, измельчении и других процессах.

За счет этих преимуществ использование электромагнитной мельницы для помола песка на производстве и строительстве позволяет оптимизировать процессы путем снижения энергозатрат и времени на подготовку тонкодисперсного материала. Кроме того, вы получите более качественный, активный продукт, чем в случае применения традиционных методов обработки песка.