Broyage & Micronisation

Principe de fonctionnement du broyeur

Le broyeur à boulets fonctionne selon un principe simple mais efficace : une cuve horizontale en rotation, partiellement remplie de corps broyants ainsi que du matériau à broyer.

Lorsque la cuve tourne, les boulets sont entraînés par la paroi interne, montent sous l’effet de la rotation, puis retombent grâce à la gravité.

Ce mouvement constant engendre deux mécanismes fondamentaux de broyage :

• L’impact, causé par la chute des boulets, qui fracture les particules ;
• L’attrition, issue du frottement répété entre les boulets et le matériau, qui affine progressivement la granulométrie.

Le choix des boulets de broyage (en acier, en céramique, en carbure de tungstène, etc.) ainsi que le revêtement de la cuve permettent d’adapter le broyeur à toutes sortes de matériaux, même les plus abrasifs ou les plus durs.

Paramètres influençant la finesse de broyage

La finesse du produit broyé dépend de plusieurs paramètres :

• La taille des boulets ;
• La durée du broyage ;
• Le rapport entre la charge de broyage et la quantité de matière à traiter.

Avantages du broyage à boulets

• Robustesse de la technologie ;
• Compatible avec une large gamme de matériaux, quelle que soit leur nature ou leur granulométrie initiale ;
• Haute efficacité de broyage, avec la possibilité d’obtenir des finesses poussées ;
• Grande flexibilité granulométrique, du broyage grossier au broyage ultra-fin ;
• Bonne homogénéité du produit broyé.

Principe de fonctionnement du broyeur

Le broyeur à couteaux repose sur le principe de découpe mécanique.

Il est composé d’un rotor équipé de couteaux tranchants, qui tournent face à des contre-couteaux fixes montés sur un stator.

Lors du fonctionnement, le matériau à broyer est entraîné dans la chambre de broyage, où il est piégé entre les éléments coupants. Il est alors fragmenté jusqu’à atteindre une taille compatible avec la grille située en sortie. Cette grille de calibrage permet de retenir les particules trop grossières, garantissant ainsi une granulométrie contrôlée du produit final.

Paramètres influençant la finesse de broyage

La finesse du produit broyé dépend de plusieurs paramètres :

• La vitesse de rotation du rotor ;
• La maille de la grille de sortie ;
• Le débit d’alimentation du broyeur ;
• Le design des couteaux et contre-couteaux et notamment l’entrefer (distance entre les éléments tranchants).

Avantages du broyage à couteaux

• Modularité de la technologie, avec possibilité d’intégrer différents types de rotors ;
• Compatibilité avec des matériaux complexes tels que les matières plastiques souples, textiles, feuilles, ou composés fibreux ;
• Compatibilité avec des matériaux de granulométries initiales variées ;
• Large gamme de finesses obtenues.

Principe de fonctionnement du broyeur

Le fonctionnement d’un broyeur à impact repose sur la création de chocs à haute vitesse entre le matériau à broyer et un média broyant dynamique.

Le matériau est introduit dans une chambre où un rotor muni d’outils de broyage (broches, marteaux, pales…) est mis en fonctionnement à grande vitesse. Subissant l’impact de ces outils, le matériau à broyer se fragmente.

Dans certaines configurations, des éléments statiques (stators) sont ajoutés pour compléter l’action de broyage.

Certains modèles, comme les broyeurs à marteaux, intègrent également une grille de calibrage à la sortie de la chambre. Cette grille retient les particules trop grossières et permet d’ajuster la granulométrie du produit final selon les besoins.

Paramètres influençant la finesse de broyage

La finesse de broyage obtenue dépend de plusieurs facteurs :

• Le type de rotor utilisé ;
• Sa vitesse de rotation ;
• La maille de la grille (le cas échéant) ;
• Le débit d’alimentation du matériau.

Avantages du broyage à impact

• Haute efficacité de broyage, notamment pour les matériaux tendres à moyennement durs ;
• Technologie adaptable, avec des outils de broyage interchangeables sur certains modèles.

Principe de fonctionnement du broyeur

Le fonctionnement d’un broyeur à disques repose sur le cisaillement du matériau entre deux disques tournant l’un contre l’autre.

Le matériau à broyer est introduit entre ces disques, dont au moins un est en rotation.

Sous l’effet du mouvement relatif entre les disques, la taille des particules sera progressivement réduite.

Paramètres influençant la finesse de broyage

Au-delà de la nature du matériau à broyer, la finesse obtenue dépend de :

• La vitesse de rotation des disques ;
• L’écartement entre les disques ;
• Le débit d’alimentation du matériau à broyer.

Principe de fonctionnement de la micronisation à jets d’air opposés

La micronisation à jets d’air opposés est un procédé de réduction de taille de particules, reposant sur l’impact direct entre les particules mises en mouvement à haute vitesse.

La poudre est introduite dans la chambre de broyage dans laquelle se trouvent plusieurs buses orientées de manière opposée.

À travers ces buses, un flux d’air comprimé injecté à grande vitesse permet la mise en mouvement des particules.

Sous l’effet de la turbulence et de la vitesse élevée, les particules s’entrechoquent violemment au cœur de la chambre de broyage.

Ce phénomène d’impact particule contre particule permet d’obtenir une réduction de taille très fine, sans recours à des outils mécaniques.

Un classificateur intégré permet ensuite de séparer les particules selon leur granulométrie, retenant les particules trop grossières dans la chambre de broyage et garantissant ainsi la finesse souhaitée du produit final.

Paramètres influençant la finesse de broyage

Au-delà des propriétés du matériau à traiter, la finesse des particules obtenues dépend principalement de :

• La pression de l’air comprimé injecté, qui conditionne la vitesse d’impact entre particules;
• La vitesse de rotation de la turbine de classification, qui sélectionne les particules selon leur taille.

Avantages de la micronisation à jets d’air opposés

• Finesse maximisée des poudres, pouvant atteindre des tailles inférieures à 5 microns ;
• Micronisation autogène (fonctionnant sans utilisation de corps broyant) minimisant le risque de pollution métallique ;
• Procédé sans échauffement adapté aux produits thermosensibles ;
• Technologie propre et contrôlée, parfaitement adaptée aux exigences de pureté et de précision granulométrique.

Principe de fonctionnement de la micronisation à jets d’air opposés en spirale

La micronisation par jets d’air en spirale repose sur la combinaison de deux phénomènes :

• Les impacts entre les particules elles-mêmes ;
• Les chocs entre les particules et les parois internes du broyeur.

La poudre à traiter est introduite dans une chambre de broyage cylindrique équipée de plusieurs buses, mais dépourvue de toute pièce mécanique en mouvement.

L’air comprimé est injecté tangentiellement dans cette chambre par les buses, générant un flux d’air en spirale au sein duquel les particules subissent des collisions répétées, à la fois entre elles et contre les parois du broyeur.

Ces impacts provoquent la fragmentation progressive des particules, entraînant ainsi leur réduction de taille, sans recours à des outils mécaniques.

Les particules les plus fines sont ensuite entraînées vers le centre de la chambre et évacuées, tandis qu’un effet de classification naturel retient les particules plus grossières dans la zone périphérique du vortex.

Paramètres influençant la finesse de broyage

Outre les propriétés intrinsèques du matériau, la finesse obtenue dépend principalement de :

• La pression de l’air comprimé ;
• Du débit d’alimentation en poudre.

Avantages de la micronisation à jets d’air opposés en spirale

• Traitement adapté aux poudres sensibles (produits thermosensibles, fragiles, ou réactifs car il n’y a pas d’élévation significative de température) ;
• Granulométrie fine ;
• Design permettant de limiter les zones de rétention et maximiser ainsi les rendements.

Principe de fonctionnement du broyeur

Le broyeur vibrant à billes fonctionne selon un principe de broyage par impact et friction, combiné à un refroidissement cryogénique.

Le matériau à broyer est placé dans un bol de broyage contenant des billes.

Ce bol est soumis à des vibrations rapides et puissantes sur un axe linéaire, provoquant des collisions répétées entre les billes et les particules.

Le broyage s’effectue à très basse température, grâce à l’injection contrôlée d’azote liquide dans la double enveloppe qui entoure le bol.

Le broyeur vibrant est principalement utilisé pour générer des échantillons (quelques grammes à quelques dizaines) de poudres fines cryobroyées.

Avantages du broyeur vibrant cryogénique

• Maintien de la stabilité thermique : la basse température empêche l’échauffement du produit et préserve ses propriétés physico-chimiques ;
• Broyage efficace de matériaux difficiles tels que les substances molles, élastiques (caoutchouc, plastiques, polymères…) ou riches en matières grasses ;
• Réduction fine des particules ;
• Sécurité renforcée : système fermé limitant les risques liés à l’azote liquide et aux poussières fines.

Principe de fonctionnement du broyeur

Le broyeur cryogénique à impact fonctionne sur le même principe que le broyeur à impact à température ambiante.

Avantages du broyeur à impact cryogénique

Il représente une alternative très intéressante :

• Pour les matériaux déformables à comportement élastique ou ductile tels que les plastiques et polymères. En effet, le broyage cryogénique permet de maintenir le produit en dessous de sa température de transition vitreuse pour le fragiliser et faciliter ainsi la réduction granulométrique.
• Pour les produits sensibles (oxydables ou encore thermosensibles), broyer à température négative permet de préserver la qualité du produit en évitant ainsi le phénomène de dégradation.

Principe de fonctionnement du broyeur

Le broyeur à impact sous inertage fonctionne sur le même principe que le broyeur à impact sans inertage.

Avantages du broyeur à impact sous inertage

L’air ambiant présent dans la chambre de broyage est remplacé par un gaz inerte (l’azote) pour supprimer l’oxygène et réduire les risques d’oxydation ou d’inflammation/d’explosion.

Principe de fonctionnement du microniseur à jets d’air opposés sous inertage

Le microniseur à jets d’air opposés sans inertage et le microniseur à jets d’air opposés sous inertage reposent sur le même principe de fonctionnement : la matière est injectée dans une chambre de broyage dans laquelle plusieurs jets de gaz comprimé (air ou gaz inerte) se rencontrent à grande vitesse, provoquant la réduction de la taille des particules. Un sélecteur dynamique permet ensuite de classer les particules selon leur taille.

Avantages de la micronisation à jets d’air opposés sous inertage

La principale différence entre les deux procédés réside dans le type de gaz utilisé.

Dans la version classique, la micronisation se fait avec de l’air comprimé. Ce procédé est adapté aux produits stables, non inflammables et non sensibles à l’oxydation.

En revanche, lorsque les poudres sont inflammables, explosibles ou sensibles à l’oxygène, une micronisation sous inertage est nécessaire.

Dans ce cas, l’air est remplacé par un gaz inerte, l’azote, afin d’éliminer tout risque d’explosion et d’oxydation, offrant un environnement sécurisé, conforme aux exigences de sécurité de type ATEX.

Principe de fonctionnement du broyeur

Le broyage à billes en voie humide repose sur la combinaison de plusieurs contraintes mécaniques : impact, attrition et cisaillement.

La poudre à broyer est dispersée dans un liquide afin de former une suspension homogène. Pour éviter la ré-agglomération des particules, des agents stabilisants sont souvent ajoutés.

Cette suspension circule dans la chambre de broyage, où des billes sont mises en mouvement grâce à un rotor. Les interactions entre les billes et les particules entraînent la fragmentation du matériau, réduisant ainsi sa taille.

À la sortie du broyeur, un système de séparation retient les billes dans la chambre tout en laissant passer la suspension broyée.

La chambre de broyage dispose d’une double enveloppe dans laquelle circule un fluide réfrigérant, permettant d’éviter l’échauffement de la suspension pendant le procédé.

Le broyeur peut être utilisé selon différents modes (mono-passage, multi-passages ou recirculation) en fonction des objectifs visés.

Avantages du broyeur à billes

• Possibilité d’atteindre des granulométries très fines (jusqu’à l’échelle nanométrique) ;
• Préservation des caractéristiques physiques et chimiques des matériaux sensibles à la chaleur (grâce à un refroidissement efficace assuré par les doubles enveloppes de la chambre de broyage et de la cuve intermédiaire) ;
• Polyvalence des matériaux à broyer (rendue possible par le choix des matériaux pour les billes de broyage et le revêtement de la chambre de broyage) ;
• Réduction de la pulvérulence, offrant ainsi de meilleures conditions de sécurité et de propreté.