Mikrofluidische Untersuchung des Elementarvorganges der Partikelbeanspruchung bei der Nassmahlung mit Rührwerksmühlen
Final Report Abstract
Die Hypothese, dass auf Grund der hohen Beschleunigung der radialen Flüssigkeitsströmung kurz vor der Kollision der Kugel, die trägen Suspensionspartikel nicht mitfolgen können, ist bestätigt worden. Dies ist von der Konzentration der Suspension abhängig. Mit zunehmender Konzentration nimmt die Partikelgeschwindigkeit ab. Somit würde die Wahrscheinlichkeit eines Bruchvorgangs der Partikel zunehmen. Jedoch ist im Laborversuch die Amplitude der Kugel vorgegeben während in einer realen Mühle die Amplitude der Mahlkörper (Kugeln) mit zunehmender Konzentration abnimmt weil die Viskosität der Suspension mit zunehmender Konzentration zunimmt. Zusammen erklären diese gegenläufigen Effekte das in der Literatur vielfach beschriebene Maximum der Energienutzung bei einer bestimmten Konzentration der Suspension. Bei konstantem Hub, bzw. Verdrängungsvolumen der Kugeln sollte die Geschwindigkeit proportional zur Anregungsfrequenz sein. Dies stimmt bei allen Messungen annähernd genau. Die Folgerung ist, dass vorwiegend Fluid aus dem Quetschspalt verdrängt wird. Bei einer reellen Mühle wird die Schwingamplitude der Mahlkörper durch die zunehmende Zähigkeit der Suspension stark gedämpft. Hierzu wären ballistische Versuche sinnvoll, bei welchen eine Kugel mit einer definierten Rampe angetrieben wird und die zweite sich axial frei bewegen kann. Hierbei wirken sowohl die Druckkräfte am Quetschspalt auf die zweite Kugel aber auch die Reibungskräfte an der gesamten Kugeloberfläche sowie die Trägheit der Kugel. Die sich ergebende Bewegung der zweiten Kugel bestimmt letzt endlich den minimalen Abstand zwischen den Kugeln und ob ein Mahlvorgang überhaupt stattfindet. Mit zunehmender Partikelkonzentration der Suspension ist zu erwarten, dass der sich einstellende minimale Kugelabstand steigt. Hierzu ist die Entwicklung einer reibungsarme Lagerung der zweiten Kugel notwendig, die eine freie axiale Bewegung zulässt, sowie ein reproduzierbarer Rückhohlmechanismus um die Zweite Kugel in die Ausgangslage zurück zu bringen. Bisher wurde der Einfluss der Konzentration der Suspension auf die Partikelgeschwindigkeit untersucht. Die eingesetzten Partikel hatten eine enge Größenverteilung um 10 µm. Bei kleineren Partikel ist es möglich, dass diese den Quetschspalt verlassen könnten. Deshalb sind sowohl breitere Verteilungen sowie kleinere Partikel sinnvoll. Auch den von der Praxis bekannten Einsatz von Fließverbesserer und die Variation des pH-Wertes ist zu untersuchen.
