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Projekt
Mikroblasenflotation mit Ultraschallunterstützung
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Urs Peuker
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2017 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 382121754
Ein Ziel der Arbeiten im SPP 2045 ist die Entwicklung von Trennprozessen für feinste Partikelsysteme, die es zusätzlich ermöglichen, nach mehr als einer Eigenschaft zu trennen. Das etablierte Trennverfahren der (Säulen-)Flotation soll durch den Einsatz von Mikroblasen im Größenbereich 10-50 µm und die Einkopplung von Ultraschall so modifiziert werden, dass die Anwendungsgrenzen in den Partikelgrößenbereich 100nm - 10 µm verschoben werden können. Die beiden Modifikationsansätze wirken nicht getrennt voneinander. Es ergibt sich eine Synergie. Da die Eigenfrequenz der Mikroblasen in der Größenordnung der typischen Anregungsfrequenzen des technischen Ultraschalls liegt, sind Mikroblasen prädestiniert im Prozess zu oszillieren und damit die Kontaktwahrscheinlichkeit Blase-Zielpartikel signifikant zu erhöhen. Die Erhöhung der Kontaktwahrscheinlichkeit findet bereits ohne Ultraschall durch die größere Mobilität und geringere Trägheit der Mikroblasen statt. Da Mikroblasen eine geringere Auftriebskraft besitzen, sinkt ihre Aufstiegsgeschwindigkeit und Transportkapazität mit kleiner werdender Blasengröße. Zusätzlich ist es technisch aufwändig, hohe Konzentrationen an Mikroblasen zu erzeugen. Aus diesen Gründen soll ein hybrider Ansatz verfolgt werden. Es wird eine bi-modale Blasengrößenverteilung eingesetzt: Ein definierter Anteil an Mikroblasen wird in ein typisches Blasenregime der Säulenflotation dosiert.Im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten steht die selektive Ankopplung der abzutrennenden Partikel an die Mikroblasen und deren Stabilität gegen Koaleszenz. Hierfür wird ein Raster-Kraft-Mikroskop (AFM) mit einer Partikelsonde bzw. einer Blase als Sonde genutzt. Es wird der Kontakt zwischen Feststoff und Blase sowie zwischen Blase und Blase in Abhängigkeit des physikochemischen Regimes quantifiziert, um so eine geeignete Flotationschemie zu ermitteln. Diese Untersuchungen werden mit einer hochfrequenten Schwingung überlagert, sodass die Wirkung des Ultraschalls im AFM nachgestellt ist. Technologisch wird im Mini-Plant-Maßstab eine Flotationssäule auf den Einsatz von Mikroblasen und Ultraschall vorbereitet. Hierzu muss die Erzeugung der Blasen in einem Membranapparat unter Berücksichtigung der Flotationschemie etabliert werden. Die Mini-Plant Versuche konzentrieren sich auf die Ableitung der mehrdimensionalen Trenngradfunktion (Größe / stoffliche Reinheit) sowie die Wirkung der bi-modalen Blasengrößenverteilung auf die Struktur, Stabilität und Trenneigenschaften des Flotationsschaums.Die Anwendung des Verfahrens wird an der Trennung von Funktionspartikeln demonstriert, wobei Ruß/Graphit von Metalloxid getrennt werden soll. Diese Fragstellung leitet sich aus den Anforderungen für das Recycling von Aktivmaterialien aus elektrochemischen Energiespeichern ab. In der zweiten Förderperiode stehen die technologische Quantifizierung und die Trennung insbesondere nach Form im Mittelpunkt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
