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Grundlagen des Zerteilens der Feststoffe: Zerkleinern bedeutet, das Feststoffgefüge unter Wirkung mechanischer Kräfte zerteilen und die Dispersität(nehme an Oberflächenbeschaffenheit) des Feststoffs ändern.
Das Zerkleinern dient dem Vorbereiten anschließender Trennungsgänge oder chemischer Prozesse sowie dem Herstellen handelsüblicher Kornklassen. Der jährliche Welt-Energiebedarf für das Zerteilen von Feststoffen aller Art erreicht etwa 500 Milliarden Kilowattstunden, d.h. 6 % der Welterzeugung an Elektroenergie.
Stets bestimmen das nachfolgende Verfahren oder der Verwendungszweck die zu erzielende Feinheit, Kornverteilung, Kornform und auch Kornoberfläche des Endprodukts, von denen das chemische und physikalische Verhalten der Feststoffe abhängen. Stückgröße, Aufbau, Härte, Sprödigkeit und Spaltbarkeit der Ausgangsstoffe sowie der geforderte Zerkleinerungsgrad und Energiebedarf bedingen die Wahl des Zerkleinerungsverfahrens. Die heuristischen Regeln für die Senkung des Energiebedarfs sind:
· Sprödbruch zerkleinerungstechnisch anstreben (z.B. Tiefkühlen), Zähbruch vermeiden;
· im Aufgabegut enthaltene Feinanteile vor dem Zerkleinern abtrennen (Klassieren);
· hohe Zerkleinerungsgrade durch stufenweises Zerkleinern unter Zwischenschalten von Klassierapparaten realisieren;
· nur so fein wie nötig zerkleinern.
ZERKLEINERUNGSGRAD: Der Zerkleinerungsgrad n ist definiert als Verhältnis
des Größtkorndurchmessers D im Aufgabegut zum Größtkorndurchmesser d im
Feingut nach dem Zerkleinern.
ZERKLEINERUNGSAPPARATE: Die große Zahl der Feststoffe und technischer Zerkleinerungsvorgänge haben eine Vielzahl an Zerkleinerungsapparaten unterschiedlicher Arbeitsweise, Bemessung und Leistungsfähigkeit entstehen lassen. Bewegte Mahlorgane zerkleinern das Gut durch Druck, Schlag, Prall, Scheren, Schnitt, Knicken, Reiben oder Schleifen. Meist treten mehrere dieser Kräfte gleichzeitig auf.
Damit es zum Bruch kommt, muß sich ein Spalt bilden, der sich mit Schallgeschwindigkeit im Stoff fortpflanzt. Spaltmindestlänge: 1 μm.
Bruchflächenverlauf: charakteristisch
→ bei Druckbeanspruchung:
Es bildet sich ein Feingutkegel
und Splitter → Nachzerkleinern.
→ bei Prall:
2
Bei Belastung von 2 Seiten bildet sich mehr Feingut.
BEWERTUNG VON ZERKLEINERUNGSVERFAHREN:
Spezifisch freie Oberflächenenergie σ0 = W0 / ∆A Einheit: Nm/m2.
Die spezifische, freie Oberflächenenergie ist die zur Vergrößerung einer Oberfläche erforderliche Arbeit, dividiert durch die zusätzlich entstandene Oberfläche.
Zerkleinerungsarbeit: W0 = σ0 * ∆A
Technische Zerkleinerungsarbeit: WZ = W0 + WF + WR + WM
WF = Zerkleinerungsarbeit; WM = Verlustarbeit der Maschine; WR = Reibungsverluste
Wirkungsgrad: η = W0 / WZ * 100 = 0,1 - 1 %
Zerkleinerungsanlage:
· hoher Verschleiß: Teile müssen leicht auswechselbar sein
· Maschinen werden überdimensioniert damit kein Teil bricht
· Welle enthält Lager welche sehr dicht sind → es kann durch Staub zum Festreiben der Welle kommen → Wellenbruch
· Feststoffeintrag soll möglichst gleichmäßig sein
· Reinigung soll gut möglich sein
Antrieb durch Strom, Dampf, Wasser
BRECHEN UND MAHLEN: Nach der Härte der Feststoffe, angegeben in MOHS-Härten, läßt sich das Arbeitsgebiet Zerkleinern entsprechend TAFEL 1 einteilen. Harte bis mittelharte, spröde Feststoffe verhalten sich beim Zerkleinern annähernd gleich. Weiche Stoffe zeigen dagegen ein sehr unterschiedliches Verhalten.
TAFEL 1
Arbeitsgebiet Hartzerkleinern Mittelhartzerkleinern Weichzerkleinern
Mohs-Härtebereich Beispiele 6..10Feldspat, Quarz, Zement, Glas, Korund,Karbid 2..5Salze, Kalkstein, Kohle, Flußspat, Schwefel, Apatit 50 mm Brocken
Feinbrechen 4...10 5...50 mm Splitt
Schroten 5...10 0.5...5 mm Schrot
Feinmahlen 10...50 50...500 μm Grieß
Feinstmahlen >50 5...50 μm Mehl
Kolloidmahlen >50 < 5 μm Puder
Das Zerkleinern soll einen bestimmten, für das Weiterverarbeiten des Feststoffs günstigen Zerkleinerungsgrad nicht unterschreiten. Außerdem wirkt zuviel Feingut in Mühlen hemmend, energieverbrauchend und verschleißend. Deshalb wird das auf die gewünschte Korngröße zerkleinerte Mahlgut während des Arbeitsgangs mit Klassierapparaten ausgesondert und entfernt. Hierfür sind Siebe und Sichter geeignet. Die Mehrleistung von Mühlen in Schaltung mit Sichtern beträgt 25-40 %.
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