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Pulver- und Suspensionsprozesse

Glasmahlraum

Leitung: M. Sc. Ann-Christin Böttcher u. Dr.-Ing. Harald Zetzener

Der Bereich der Pulver- und Suspensionsprozesse deckt die Grundoperationen der mechanischen Verfahrenstechnik produktunabhängig ab. Dazu zählen neben den bereits traditionellen Forschungszweigen der Schüttgut- und Zerkleinerungstechnik auch das Mischen und Trennen von Partikeln. Alle Verfahren werden einzeln oder kombiniert betrachtet und auf Grundlagenbasis charakterisiert und modelliert. Darüber hinaus werden produktspezifische Prozesse und Maschinen gestaltet, die sehr stark variieren können. So reicht das derzeitige Produktportfolio von anorganischen Stoffen wie Mineralien, Baustoffen, Erze über Metalle bis hin zu organischen Materialien, Naturprodukten (Cellulosen, Getreide) und Abfallstoffen (Batterierecycling). So divers die Produkte sind, so vielfältig sind auch Anforderungen, Produktionsraten und die dazugehörige Messtechnik.

Dem entsprechend verfügt der Bereich über Maschinen und Apparate, die sowohl wenige Milligramm als auch mehrere Kilogramm pro Stunde verarbeiten können. Die Expertise umfasst dabei insbesondere die Herstellung und Formulierung von Suspensionen im Mikro- und Nanometerbereich, sowie die Handhabung und Herstellung von trockenen Pulvern über Misch-, Klassier- und Zerkleinerungsprozesse. Die Lagerung und der Transport von trockenen Pulvern bilden einen Schwerpunkt in der Grundlagenforschung. Je nach Produktanforderungen arbeiten wir auch an der Weiter- bzw. Neuentwicklung von geeigneten Maschinen, Apparaturen und Messeinrichtungen.

Generell ist eine Vielzahl an Charakterisierungsmethoden für die Untersuchung und Bewertung der Prozessschritte und der erhaltenen Produktqualitäten vorhanden. Im Suspensionsbereich ist neben den Partikelgrößen (DLS, Sedimentation, Ultraschall, Laserbeugung) vor allem Rheologie (Rheometer, Ultraschall), Stabilität (Zetapotential) und Zusammensetzung (ICP-OES, AAS) der Suspension zu erwähnen. Im trockenen Bereich spielen neben der Partikelgröße, Oberflächeneigenschaften (BET, IGC, Porosimetrie), Fließfähigkeiten (Schergeräte) und Partikel(kollektiv)form (µCT, Formanalysen) eine entscheidende Rolle.

 

Pulver- u. Suspensionsprozesse1
Pulver- u. Suspensionsprozesse2

Abb. links: Nass betriebene Rührwerkskugelmühle (links) und REM-Aufnahmen von zerkleinerten Wirkstoffpartikeln (rechts)
Abb. rechts: Schulze-Scherzelle (links), µCT-Aufnahme einer Pulverprobe (rechts oben) und Funktionsprinzip eines Pulver 3D Druckers (rechts unten)

 

Die aktuellen Forschungsthemen setzen sich wie folgt zusammen:

  • Nanozerkleinerung und Formulierung von organischen und anorganischen Partikeln z.B. für Farb-, Pharma- und Batterieanwendungen.
  • Entwicklungen von Trennmethoden bei der Nanozerkleinerung für möglichst kontaminationsarme Prozesse in Rührwerkskugelmühlen
  • Grundlagenforschung im Bereich der nassen Mehrkomponentenzerkleinerung und Kompositzerkleinerung
  • Entwicklung von mechanischen Prozessrouten für das Batterierecycling
  • Entwicklung von Prozessmodellen für die Nass- und Trockenzerkleinerung
  • Beschreibung der physikalischen Vorgängen in Mühlen mit Hilfe von Simulationsmethoden
  • Charakterisierung der Wirkungen von Additiven bei trockenen Feinstzerkleinerungs- und Klassierprozessen
  • Beschreibung des Bruch- und Einfangverhaltens bei der trockenen Zerkleinerung in unterschiedlichsten Mühlentyen
  • Nutzung von Mühlen für Prozesse mit Fokus auf chemische oder thermische Umsätze
  • Beschreibung des Fließverhaltens von Schüttgütern mit speziellen Partikelformen
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