新しいボールミル媒体「OPTIPSE」の開発による粉砕効率向上の可能性

私たちの生活に不可欠な様々な材料は、粉砕というプロセスを経て初めて実現します。この重要な工程において、ボールミルという装置が大きな役割を果たしています。しかし、ボールミルの運用においては、効率の低さが長年の課題とされていました。

ボールミルの現状と課題

ボールミルは、円筒形の容器に球形の硬質媒体を投入し、回転によって粉砕対象物を粉砕する装置です。残念ながら、ボールミルのエネルギー効率はわずか1％以下と言われており、全世界のエネルギー消費の約2％を占めているという報告もあります。エネルギーが熱や振動として失われる中、長年にわたって球形の媒体が使われ続けてきました。

この状況を打破するため、国立研究開発法人産業技術総合研究所の上田高生主任研究員が新たな形状のボールミル媒体「OPTIPSE」を開発しました。

新形状「OPTIPSE」の設計

上田主任は、球面調和関数を利用して、粉砕対象物を挟み込む効率が高い新たなボールミル媒体形状を設計しました。この「OPTIPSE」は、従来の球形媒体よりも約10％も粉砕効率が高いことがラボスケールで確認されています。この新しい媒体は、楕円体を軽くつぶしたような独特な形状を持っています。

実験結果と期待される効果

ラボスケールの実験では、アルミナ製の「OPTIPSE」形状の媒体を使用して粉砕実験を行い、球形媒体よりも多くの微小粒子が生成された結果が得られました。具体的には、粉砕する対象物において約7〜16％の粉砕効率向上が確認されました。この技術の導入により、ボールミルのエネルギー消費の削減が期待されています。

普及している球形媒体を「OPTIPSE」に置き換えるだけで、選鉱分野やセメント製造といった業界での効率を飛躍的に向上させる可能性があります。

研究の背景と今後の展開

ボールミルの媒体は消耗品であり、頻繁に交換されるため、その形状を改善することで、これまでの設備を効率化することが求められてきました。産総研では、約5500種類のランダムな形状を生成して、最も接触エリアの大きい「OPTIPSE」を特定しました。今後は、実際の工業環境での検証にも取り組み、さらに効率的な媒体形状や操業条件のチューニングを行う技術の開発が期待されています。