Principes écrasants

Le broyeur utilisé détermine non seulement le principe de broyage, mais aussi la forme des particules, la finesse finale et le débit. Un mauvais choix de broyeur peut entraîner une usure excessive, un échauffement important ou une homogénéisation insuffisante. Les broyeurs vibrants combinent les forces d'impact et de friction et conviennent aux petits échantillons ainsi qu'au broyage à sec, humide ou cryogénique. Dans un broyeur cryogénique, le matériau est refroidi en continu à l'azote liquide, ce qui le rend cassant et préserve ses composés volatils. Les broyeurs à couteaux sont idéaux pour les matériaux fibreux ou élastiques et permettent d'obtenir des granulométries précises, tandis que les concasseurs à mâchoires ou les concasseurs centrifuges conviennent au pré-broyage de gros blocs durs. Une combinaison judicieuse de plusieurs types de broyeurs garantit un traitement efficace et délicat du matériau, et assure la fiabilité des analyses ou des étapes de production ultérieures.

La compression est l'un des principes de concassage les plus anciens. Le matériau est comprimé entre deux surfaces fixes ou mobiles jusqu'à ce qu'il dépasse sa résistance interne et se brise. Les concasseurs à mâchoires ou à rouleaux fonctionnent généralement selon ce principe : les échantillons sont introduits dans un espace étroit et concassés par pression mécanique. Cette méthode est particulièrement efficace pour les matériaux durs et cassants, tels que les minerais ou les roches, qui se brisent relativement spontanément sous la pression. Dans les concasseurs primaires, comme les concasseurs giratoires, un cône de concassage excentré assure une contrainte uniforme et un débit élevé. Le principe de compression est moins adapté aux matériaux élastiques résistants, car ils ont tendance à se déformer plutôt qu'à être concassés. Lors de l'utilisation de cette méthode, il est important de veiller à une alimentation uniforme du matériau afin d'éviter la formation de ponts et une distribution granulométrique hétérogène.

En broyage par impact, l'échantillon est mis en contact à grande vitesse avec une surface solide. Les particules accélérées percutent les surfaces d'impact ou les outils de broyage et se fragmentent sous l'effet des forces d'impact. Les broyeurs à billes, à marteaux et à jet d'air exploitent ce principe en générant de nombreux impacts grâce à des rotations rapides ou des flux d'air. Ce procédé est particulièrement adapté aux matériaux durs, cassants et cristallins, qui se désagrègent en particules plus fines sous l'effet de l'impact. Dans les broyeurs vibrants, ce principe est combiné au frottement pour homogénéiser efficacement les petits échantillons ; ces broyeurs conviennent même au broyage à sec, humide et cryogénique. La finesse finale dépend de la vitesse d'impact, de la géométrie des outils de broyage et du processus de broyage. Le broyage par impact peut générer de la chaleur ; un refroidissement adéquat est donc conseillé pour les échantillons thermosensibles ou les matériaux contenant des composés volatils.

Le broyage par friction repose sur le mouvement de la surface de l'outil de broyage par rapport à l'échantillon, générant des forces de frottement entre les deux. Les particules solides sont abrasées ; des forces de compression et de cisaillement agissent simultanément. Les broyeurs à disques et les plaques de broyage utilisent ce frottement de glissement pour broyer ou homogénéiser des matériaux tendres à moyennement durs. La production de chaleur est généralement plus importante qu'avec le broyage par compression ou par coupe, car l'énergie est continuellement convertie en chaleur lors du mouvement de glissement. Par conséquent, les échantillons à bas point de fusion ou contenant des composants thermosensibles doivent être broyés lentement ou pré-refroidis. Le broyage par friction est particulièrement adapté lorsqu'une distribution granulométrique uniforme et une granulométrie finale très fine sont requises, par exemple pour la production de poudres destinées aux analyses. Dans de nombreux broyeurs, le frottement est combiné à des forces d'impact ou de cisaillement pour obtenir un broyage plus efficace.

Le cisaillement se produit lorsque deux surfaces sont déplacées l'une par rapport à l'autre, et que le matériau situé entre elles est coupé ou broyé par un mouvement de cisaillement. Ce principe est particulièrement adapté aux matériaux fibreux, résistants et élastiques tels que les plastiques, les végétaux, le bois ou le papier, difficiles à broyer par simple compression. Les broyeurs à impact rotatif et les broyeurs à impact transversal sont équipés d'outils contrarotatifs qui cisaillent l'échantillon ; la granulométrie obtenue peut être contrôlée par des tamis et la vitesse de coupe. Un avantage majeur réside dans la faible production de chaleur, qui protège les échantillons thermosensibles. Le cisaillement produit des bords de coupe relativement nets et une distribution granulométrique étroite. Un pré-broyage peut s'avérer utile pour les échantillons de grande taille ou les matériaux fibreux. Pour les produits extrêmement élastiques, on utilise souvent une combinaison de cisaillement et de coupe.

Dans le procédé de découpe, des lames tranchantes séparent le matériau par cisaillement ou hachage. Les broyeurs, déchiqueteurs et coupeurs rotatifs sont équipés de lames qui découpent l'échantillon en particules définies par un mouvement de rotation. Cette méthode convient aux matériaux souples, élastiques, fibreux et résistants, tels que les végétaux, les textiles, les plastiques ou les films. La découpe nette génère un frottement minimal et donc peu de chaleur, évitant ainsi toute décoloration ou altération thermique de l'échantillon. Les broyeurs modernes, comme la série SM, permettent de régler la vitesse de coupe et l'épaisseur des tamis, assurant ainsi un contrôle précis et reproductible de la granulométrie. Contrairement aux procédés de compression ou d'impact, les particules obtenues conservent souvent une forme allongée ou écailleuse. La découpe est inadaptée aux matériaux très durs et cassants ; pour ces matériaux, il est recommandé d'utiliser des broyeurs à compression ou à impact.