Autor: Paul Fabio Prziwara

Die Nachfrage nach feinsten Pulvern im unteren Mikrometerbereich steigt in unterschiedlichen Industriezweigen stetig an. Dabei werden insbesondere Produkte mit hohen Produktionsvolumina häufig anhand von trocken betriebenen Mühlen hergestellt. Aufgrund der geringen Energieausnutzung in diesen Maschinen ist die Steigerung der Energieeffizienz im Bereich der trockenen Feinstzerkleinerung sowohl von hohem wirtschaftlichem als auch ökologischem Interesse. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher systematisch untersucht, wie sogenannte Mahlhilfsmittel insbesondere bei Partikeln im unteren Mikrometerbereich wirken und somit die Energieeffizienz bei der trockenen Feinstzerkleinerung durch einen Einsatz dieser Additive gezielt gesteigert werden kann. Zudem erfolgten Studien zur trocken betriebenen Rührwerkskugelmühle, welche eine energieeffiziente und somit vielversprechende, bisher aber wenig untersuchte Alternative zu herkömmlichen Feinstmühlen darstellt. Dabei wurde ebenso betrachtet, wie sich der Betrieb dieses Mühlentyps durch Mahlhilfsmittel weiter optimieren lässt. Zunächst wurden in dieser Arbeit die Wirkmechanismen der Mahlhilfsmittel auf der Mikro- bzw. Partikelebene näher betrachtet. Mittels inverser Gaschromatographie konnte erstmalig gezeigt werden, dass die Adsorption der Mahlhilfsmittelmoleküle auf den Produktpartikeln eine Verringerung der Oberflächenenergie bewirkt. Anhand der Betrachtung der Einflüsse der Mahlhilfsmittel auf das Partikelkollektiv wird zudem verdeutlicht, dass damit eine Reduzierung der Haftkräfte zwischen den Partikeln einhergeht, sodass ebenso die Fließ- und Agglomerationseigenschaften der Produktpartikeln direkt von den Mahlhilfsmitteln beeinflusst werden. Insgesamt kann die Verringerung des Agglomerationsverhaltens der Partikeln als primärer Wirkmechanismus der Mahlhilfsmittel im Rahmen dieser Arbeit bestätigt werden. Darüber hinaus wird aufgezeigt, dass für die Wirksamkeit der Mahlhilfsmittel in erster Linie ausschlaggebend ist, wie sich die Produktpartikeln entsprechend der resultierenden Pulvereigenschaften in der Zerkleinerungsanlage verhalten und auf die von der Mühle zur Verfügung gestellten Beanspruchungsbedingungen zwischen den Zerkleinerungswerkzeugen reagieren. Damit kann erstmalig verdeutlicht werden, dass die Prozessparameter der Mühle und der Mahlhilfsmitteleinsatz für eine effiziente Zerkleinerung aufeinander abgestimmt werden müssen. Bei absatzweise betriebenen Mahlkörpermühlen ist dies vor allem auf das Einfangverhalten der Partikeln zwischen den Mahlkörpern zurückzuführen, was durch eine Kombination aus Fallgewichtstests und DEM-Simulationen nachgewiesen werden konnte. Letztlich wurde das Betriebsverhalten von verschiedenen trocken betriebenen Rührwerkskugelmühlen in Abhängigkeit der Mühlenparameter, der Mahlhilfsmittel aber auch der Prozessfahrweise untersucht. Durch diese Versuchsreihen kann das große Potential dieses Mühlentyps bekräftigt werden. Anhand von Zerkleinerungsergebnissen sowie Verweilzeitverteilungen von Rührwerkskugelmühlen im kontinuierlichen Betrieb wird zudem gezeigt, dass Mahlhilfsmittel nicht nur das Partikelverhalten zwischen den Mahlkörpern, sondern ebenso die Transportprozesse entlang der Mühle sowie das Austragsverhalten der Produktpartikeln am Mühlenausgang bestimmen. Von diesen Erkenntnissen wird anschließend abgeleitet, wie das additivinduzierte Partikel- und Pulververhalten auf die von der Zerkleinerungsanlage zur Verfügung gestellten Beanspruchungs- und Transportbedingungen abzustimmen ist, um die Energieeffizienz in trocken betriebenen Rührwerkskugelmühlen durch einen Mahlhilfsmitteleinsatz weiter steigern zu können.