Aufbereiten von Stoffen in der Chemie

Bevor ein Stoff einem Verarbeitungsvorgang oder einem chemischen Reaktionsprozeß zugeführt wird, muß er aufbereitet werden, daß heißt, in seiner Form und Beschaffenheit so verändert werden, daß er den Prozeß in den verschiedenen Stufen optimal durchläuft und die chemischen Reaktionen mit der größtmöglichen Ausbeute ablaufen.
Eine der wichtigsten Einflußgrößen bei allen chemischen und physikalischen Vorgängen in der Chemieindustrie ist die Größe der Oberfläche der Stoffe. Sie beeinflußt den Verlauf der chemischen Reaktion. Deshalb werden die Stoffe auf die für die chemische Reaktion erforderliche Teilchengröße gebracht.

ZerteiIen :
Unter Zerteilen versteht man das Zerlegen eines Aufgabegutes in kleinere Teile zum Zweck der Oberflächen- vergrößerung. Bei Feststoffen erfolgt dies durch Zerkleinern. Es wird meistens durch Zerkleinerungsmaschinen durchgeführt.
Die Oberfläche von Flüssigkeiten kann durch Berieseln und Zerstäuben (Verdüsen) sehr stark vergrößert werden.

Die Vergrößerung der Oberfläche
– bewirkt eine Vergrößerung der Reaktionsgeschwindigkeit,
– sie kann zur besseren Handhabbarkeit des Gutes führen und
– sie dient zur Endgestaltung der Produkte.

Zusammenfügen (Agglomerieren)
Das Zusammenfügen von feinverteilten Stoffen zu Agglomeraten kann erforderlich sein, um die Gasdurch- lässigkeit, z.B. von Feststoffschüttungen zu vergrößern oder um sehr feinpulvrige Güter besser handhaben zu können. Verfahren zum Agglomerieren sind das Granulieren, Formpressen und Pelettieren. Bei Flüssigkeiten dient das Zusammenfügen meist dem Abscheiden feinverteilter Flüssigkeitstropfen aus Nebel zur zusammen- hängenden Flüssigkeiten.

Vereinigen:
Ebenfalls von großem Einfluß auf den Ablauf einer Chemischen Reaktion ist die Größe der Berührungsfläche der Reaktionspartner. Eine vergrößerte Berührungsfläche der Reaktionspartner führt zu größerem Stoffumsatz und damit zu schneller Reaktion.
Bei Flüssigkeiten erfolgt die Verteilung der beiden Bestandteile ineinander durch Mischen in einem Rühr- behälter. Auch das Lösen eines Feststoffs in einer Flüssigkeit wird im Rührbehälter durchgeführt.
Pastenartige Stoffe werden durch Kneten vereinigt und pulvrige Feststoffschüttungen verteilt man durch Vermengen möglichst innig ineinander.

Zerkleinern von Feststoffen:
Unter Zerkleinern versteht man das Zerteilen von Feststoffbrocken in kleinere Bruchstücke unter der Wirkung mechanischer Kräfte.
Dadurch wird die spezifische Oberfläche des Feststoffs pro Volumeneinheit erhöht. Das zerkleinern eines Fest- stoffs kann unterschiedlichen Zwecken dienen:

1. Der Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit zwischen zwei Stoffen. Chemische Reaktionen verlaufen um
so rascher und intensiver, je größer die Oberfläche der miteinander reagierenden Stoffe ist.

Beispiel: Während größere Kohlenstücke langsam verbrennen (chemisch eine Oxidationsreaktion), ver-
brennt feingemahlener Kohlenstaub explosionsartig schnell.

2. Der Abtrennung eines Bestandteils aus einem Feststoffgemisch. Beispiel: Erze kommen häufig als fein-
körniges Gesteinsgemisch aus dem Erz und wertlosem Gestein, der Gangart, vor. Durch Zerkleinern des Ge-
steinsgemischs unter die Teilchengröße des Erzes kann das Erz z.B. durch magnetische Trennung oder
Flotation abgetrennt werden.

3. Der Gestaltung (Konditionierung) eines Zwischen- oder Endproduktes zur leichteren Handhabung oder
besseren Erfüllung seiner Aufgabe. Feststoffe können häufig besser gehandhabt werden, bzw. ihre Funktion
erst erfüllen wenn sie eine bestimmte Teilchengröße besitzen.

Beispiel: Thermoplastische Kunststoffe werden als körniges Granulat von etwa Erbsengröße als Vorprodukt
angeboten, da sie sich in dieser Form am besten aufschmelzen und umformen lassen.

Beanspruchungsarten beim Zerkleinern:
Oberflächenvergrößerung bei Feststoffen bedeutet in der Regel Zerkleinerung durch mechanische Kräfte. Je nach den physikalischen Eigenschaften der Stoffe, ihrer Härte, Sprödigkeit usw. wird nach verschiedenen Be- anspruchungsarten zerkleinert. Harte und spröde Stoffe werden durch Druck, Prall, Schlag oder Reihung, zähe Stoffe durch Scherung und faserige Stoffe durch Schnitt zerkleinert. Bei der Zerkleinerung in einer Zer- kleinerungsmaschine wirken oft mehrere Beanspruchungsarten gleichzeitig, z.B. Druck und Reibung oder Schlag und Prall.

Der Bruchvorgang

Beim Bruch harter und spröder Stoffe durch Druck, Schlag, Prall und Reibung zerfällt das Korn in unter- schiedlich große Bruchstücke. Es entstehen ein oder zwei kegelförmige Bereiche, in denen das Material in sehr kleine Stücke zerkleinert wird (Feingutkegel). Der Rest des Korns zerfällt in größere Splitter.
In Haufwerken, die durch diese Art der Zerkleinerung entstanden sind, liegt deshalb eine ganz bestimmte Ver- teilung der Korngrößen vor. Bei der Zerkleinerung weicher und elastischer Stoffe durch Scherung oder Schnitt gibt es solch eine Verteilung nicht.

Beschreibung der Zerkleinerung:
Als Maß für die erreichte Zerkleinerung in einem Zerkleinerungsvorgang benutzt man den Zerkleinerungsgrad n. Er ist definiert als der Quotient aus einer charakteristischen Korngröße vor (D) und nach dem Zerkleinerungs- vorgang (d):
D Zerkleinerungsgrad n = —
d

Charakteristische Korngröße ist ein Größen-Kennwert einer Kornverteilung, z.B. die größte Korngröße im Aufgabe- und Zerkleinerungsgut. Je feiner die Zerkleinerung, um so größer wird der Zerkleinerungsgrad. Er be- trägt zwischen 3 und 10 bei der Grobzerkleinerung und kann Werte von, 50 und darüber bei der Feinstver- kleinerung annehmen.

Beispiel: Bei einer Grobzerkleinerung wird ein Aufgabegut mit einer maximalen Korngröße von 80 mm zer-
kleinert. Die maximale Korngröße des zerkleinerten Gutes beträgt 15 mm
80mm Damit beträgt der Zerkleinerungsgrad n = ———– = 5,33. 15mm
Zerkleinerungsverfahren:
Die verschiedenen Zerkleinerungsaufgaben erfordern unterschiedliche Zerkleinerungsverfahren und Zer- kleinerungsmaschinen. In Bezug auf die Härte des Zerkleinerungsgutes unterscheidet man die Hart-, die Mittelhart- und die Weichzerkleinerung. Nach der mittleren Korngröße des Zerkleinerungsproduktes unter- scheidet man in Brechen und Mahlen, die man ihrerseits nochmals unterteilt. Die entsprechenden Maschinen heißen Brecher bzw. Mühlen.

Zerkleinerungsanlage:
In einem Zerkleinerungsvorgang kann nicht von großen Brocken bis zu feinstem Mehl zerkleinert w erden, sondern es müssen Klassierer nachgeschaltet sein, die das Grob- bzw. Feingut der jeweils geeigneten Zer- kleinerungsmaschinen zuführen.
Wegen der Staubentstehung bei der Zerkleinerung sind die Maschinen und die Förderwege als geschlossenes System ausgeführt. Austretende Luft wird in Zyklonen und Filtern gereinigt.