Bilyalı değirmen,
sert malzemeleri öğütmek, katı ve sıvıları karıştırmak (süspansiyonlar ve
emülsiyonlar hazırlama) için kullanılan bir sistemdir.
Bilyalı değirmen
terimi, farklı dizayn çalışma prensibinde büyük bir cihaz grubunu kapsar;
bunlarda öğütme ve karıştırma prosesleri, yüksek-kuvvetli alaşımlar ve yoğun seramiklerden
plastiklere kadar değişen malzemelerle hazırlanan farklı boyut ve yoğunluktaki
biyalar kullanılarak yapıır.
Endüstride en çok
kullanılan bilyalı değirmen tipi drum-bilyalı değirmenlerdlr. Bunlar, yatay bir
dönme eksenli silindirik bir konteynerdir (drum). Genellikle yuvarlak
bilyalardan oluşan, fakat silindirik ve prizmatik formlar da içerebilen öğütücü
şarj ve öğütülecek malzeme (pulp) çelik kaba konulur. Öğütücü şarjın drum
hacmine oranı, bir bilyalı değirmenin doldurma faktörünü belirler; bu nedenle
çeşitli drum dönme hızları çeşitli öğütme modlarını tayin eder. Düşük hızlarda
öğütme, değirmen besleme malzemesinin öğütme yükleriyle sürüklenip silindir
yüzeyinde devrilerek sürtmesine bağlıdır. Orta hızlarda, öğütme yükleri bir
miktar yükselir ve düşer, böylece çarpıcı bir etki yaratır. Yüksek hızlarda
öğütme, santrifüj kuvveti nedeniyle gerçekleştirilir. Değirmen verimliliği
dolum faktörüne ve dönüş hızına bağlıdır ve belirli bir seviyeye ulaştığında
verimlilik maksimumdur. Kuru ve ıslak öğütme türleri vardır. Islak öğütmede,
tambura (drum) bir miktar sıvı eklenir; amacı, partiküllerin aglomerasyonunu
önlemek, kusurları azaltmak, patlayıcı ve tozlu substansların öğütülmesi
sağlamaktır.
Bilyalı değirmenlerin endüstride kullanımı oldukça
yaygındır; kömürün termal güç fabrikalarında öğütülmesi ve nanomalzemelerin
elde edilmesi amacıyla laboratuvarlarda öğütülmesi, çeşitli tiplerde bilyalı
değirmenlerin kullanıldığı tipik farklı iki örnektir. Boncuk ve yıldız
değirmenlerle 100 nm’den daha küçük partiküllü süspansiyonlar ve tozlar elde
edilebilir. Partiküllerin dağılımı oldukça geniştir, dolayısıyla, ince taneleri
(grainler) ayırmak için çeşitli ayırma teknikleri uygulanır.
Döner tamburlu (drum) bilyalı değirmenlerden başka,
yüksek-performans vibrasyon (titreşim) değirmenleri de vardır; bunlarda, kapalı
bir kapta bilyalar ve besleme malzemesine vibrasyon uygulanır. Bu durumda
malzeme, hem tamburla ve hem de birbiriyle çarpıştığında kesilir ve mekanik
aktivasyonun verimliliği, planet bilyalı değirmenlerin performans verimine eşit
veya daha fazla olabilir. Biyolojik hücre membranının imhası için vibrasyonlu
bilyalı değirmen uygulamaları örnekleri de bulunmaktadır.
Bilyalı değirmen; katıların mekanik
olarak ezilerek nanokristalitlere dönüştürülmesi (top-down proses)
