Die Partikelgröße spielt eine entscheidende Rolle im Pulververarbeitungsprozess, ebenso wie ihre Verteilung.

In diesem Artikel erfahren Sie:

  • Wie die Partikelgröße die Oberfläche der Pulverpartikel beeinflusst
  • Zwei Methoden zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung
  • Wie die Ergebnisse der Partikelgrößenverteilung dargestellt werden

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Partikelgröße und Oberfläche

Die Größe der einzelnen Partikel in einem Pulver ist eine der wichtigsten Materialeigenschaften, da sie zahlreiche Aspekte des Schüttguthandlings beeinflusst, darunter die Fließeigenschaften, Kompressibilität und Explosionsfähigkeit. Besonders relevant ist der Einfluss auf die Oberfläche der Partikel, da diese entscheidend für die Wechselwirkungen zwischen den Pulverpartikeln selbst sowie mit anderen Partikeln oder Flüssigkeiten ist.

Der Zusammenhang zwischen Partikelgröße und Oberfläche ist nicht linear. Dies lässt sich leicht veranschaulichen, indem das Volumen und die Oberfläche von fünf kugelförmigen Partikeln berechnet werden. In der Tabelle zeigt sich, dass kleinere Partikel relativ gesehen eine größere Oberfläche besitzen.

$Oppervlakte\ bol\ =\ 4πr^2$
$Volume\ bol\ =\frac{4}{3}πr^3$
r(mm)A(mm^2)V(mm^3)
112.64.2
250.333.5
3113.1113.1
4201.1268.1
5314.2523.6
Meeresmineralien

Zwei Methoden zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung

Die Partikel in einem Pulver sind nie alle gleich groß, doch für viele Anwendungen ist die genaue Partikelgröße eine entscheidende Parameter. Die Verteilung der Partikelgrößen wird als Particle Size Distribution (PSD) bezeichnet. Die PSD kann sowohl anhand der Partikelgröße als auch anhand des Volumens bestimmt werden. Zwei Methoden zur Bestimmung sind das Siebverfahren und die Laserbeugung.

Das Siebverfahren ist eine einfache Methode, bei der eine Siebturm-Anordnung verwendet wird. Dieser Turm besteht aus mehreren Sieben, die nach unten hin immer feinere Maschenweiten haben. Das Pulver wird oben auf das erste Sieb gegeben, woraufhin eine vibrierende Platte am unteren Ende der Turmstruktur dafür sorgt, dass das Pulver nach unten wandert. Nach einer definierten Zeit wird ermittelt, wie viel Pulver auf den jeweiligen Sieben zurückgeblieben ist. Diese Methode ist jedoch nicht besonders präzise und liefert nur eine grobe Einschätzung der PSD.

Laserbeugung ist eine genauere und fortschrittlichere Methode zur Bestimmung der PSD. Hierbei müssen die festen Partikel in einer Suspension vorliegen, was nicht für alle Stoffe möglich ist. Bei der Laserbeugung wird ein Laserstrahl durch das Pulver gesendet. Das Beugungsmuster des Lichts, die Intensität der Beugung und der Beugungswinkel ermöglichen es, die Partikelgröße und die Anzahl der Partikel zu bestimmen.

Je nach Messmethode können unterschiedliche Durchmesser für dieselbe Probe gemessen werden. Während bei der Laserbeugung der Volumendurchmesser ermittelt wird, bestimmt das Siebverfahren den Siebdurchmesser. Daher können verschiedene Messinstrumente unterschiedliche Werte für dasselbe Schüttgut liefern.

powder

Darstellung der PSD-Ergebnisse

Die quantitativen Ergebnisse der Particle Size Distribution (PSD) werden meist in einem kumulativen Diagramm dargestellt, das aus einem Histogramm oder einem Häufigkeitsdiagramm abgeleitet wird. Normalerweise gibt es in der Häufigkeitsverteilung eine Hauptspitze, in einigen Fällen können jedoch zwei Spitzen auftreten. Bei einem Mahlprozess kann das Vorhandensein zweier Spitzen darauf hinweisen, dass die Hammermühle nicht die erwartete Leistung erbringt.

Bei der Interpretation der Ergebnisse ist es immer wichtig zu berücksichtigen, dass sich die Verteilungen trotz gleicher Partikelgruppe unterscheiden können. Daher sollten die Ergebnisse sorgfältig analysiert und verglichen werden. Um korrekte und repräsentative Daten zu erhalten, dürfen nur PSDs verglichen werden, die mit derselben Methode bestimmt wurden.

Zudem werden häufig der Median oder der Mittelwert verwendet, um die Partikelpopulation zu repräsentieren. Diese Werte geben jedoch keinen vollständigen Einblick in die Variabilität der Verteilung. Auch hier gilt, dass für dasselbe Pulver der Median und der Mittelwert der Oberflächenverteilung von denen der Volumenverteilung abweichen können.

Juul Jenneskens

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Das Prinzip hinter dem Tap-Density-Tester ist das Hausner-Verhältnis. Dabei wird davon ausgegangen, dass stark kohäsive Pulver auch starke gegenseitige Anziehungskräfte besitzen. Diese helfen, die Schwerkraft zu überwinden, sodass die Partikel sich selbst in leeren Räumen stützen können