DE102022201367A1 - Process and jet mill for supercritical jet milling - Google Patents

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    • B02C19/00Other disintegrating devices or methods
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Abstract

Ein Verfahren für den Betrieb einer Strahlmühle (10) wird bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: i. Zuführen von Partikeln (2) in eine Mahlzone (12) einer Strahlmühle (10), und ii. Bereitstellen eines überkritischen Fluids (6) in der Mahlzone (12), um die Partikel (2) zu veranlassen, miteinander und/oder mit einer Innenfläche der Strahlmühle (10) zu kollidieren, um dadurch gemahlene Partikel (8) zu erzeugen. Eine Strahlmühle, gemahlene Partikel, die Verwendung der gemahlenen Partikel und eine Batterie, die unter Verwendung der gemahlenen Partikel hergestellt wurde oder die gemahlenen Partikel umfasst, sind ebenfalls bereitgestellt.A method for operating a jet mill (10) is provided, the method comprising the following steps: i. Feeding particles (2) into a grinding zone (12) of a jet mill (10), and ii. providing a supercritical fluid (6) in the milling zone (12) to cause the particles (2) to collide with each other and/or with an inner surface of the jet mill (10) to thereby produce ground particles (8). A jet mill, ground particles, use of the ground particles, and a battery made using or comprising the ground particles are also provided.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Strahlmühle zum überkritischen Strahlmahlen.The present invention relates to a method and a jet mill for supercritical jet milling.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Das Strahlmahlen ist ein bewährtes großtechnisches Verfahren zum Herstellen von Partikeln einer gewünschten Größe. Strahlmahlen verwendet einen Strahl eines Hochgeschwindigkeitsgases oder einer Hochgeschwindigkeitsflüssigkeit, um die Partikel zur Kollision miteinander zu zwingen. Wenn die Partikel hart und spröde sind, dann ist das Ergebnis der Kollisionen, dass die Partikel zerbrechen, wodurch sie kleinere Partikel bilden. Wenn die Partikel dagegen weich und flexibel sind, kann das Ergebnis der Kollisionen sein, dass die Partikel zusammenkleben, z.B. um größere Partikel oder Flocken zu bilden.Jet milling is a proven industrial process for producing particles of a desired size. Jet milling uses a jet of high velocity gas or liquid to force the particles to collide with each other. If the particles are hard and brittle, then the result of the collisions is that the particles break up, forming smaller particles. On the other hand, if the particles are soft and flexible, the result of the collisions can be that the particles stick together, e.g. to form larger particles or flakes.

Das Strahlmahlen kann unter anderem zum Mahlen von keramischen und metallischen Pulvern eingesetzt werden. In der Regel werden Druckluft, Inertgase, Dampf oder Wasser verwendet, um den Strahl bereitzustellen.Jet milling can be used to grind ceramic and metal powders, among other things. Compressed air, inert gases, steam or water are typically used to provide the jet.

Im Idealfall sollte das Strahlmahlverfahren gemahlene Partikel mit der gewünschten Partikelgröße erzeugen, die zur Verwendung in den nachfolgenden Schritten fertig sind. In der Praxis wird das Strahlmahlverfahren jedoch durch Umstände beeinflusst, die es schwierig machen, ein ideales Verfahren zu erzielen. Beispielsweise neigen die gemahlenen Partikel bei abnehmender Größe aufgrund eines zunehmenden Verhältnisses von Oberflächenenergie zu Masse zur Agglomeration. Es muss dann zusätzliche Mahlenergie aufgewendet werden, um die agglomerierten Partikel aufzubrechen. Während ein Flüssigkeitsstrahl bei der Übertragung der kinetischen Energie auf die Partikel effizienter ist als ein Gas, führt die Verwendung einer Flüssigkeit zu einer Dispersion oder Aufschlämmung von gemahlenen Partikeln und Flüssigkeit, von der die gemahlenen Partikel dann in zusätzlichen Schritten getrennt werden müssen. Die gemahlenen Partikel können des Weiteren der Oxidation durch die für den Strahl verwendete Flüssigkeit oder das Gas ausgesetzt sein.Ideally, the jet milling process should produce milled particles of the desired particle size, ready for use in subsequent steps. In practice, however, the jet milling process is affected by circumstances that make it difficult to achieve an ideal process. For example, as the size decreases, the ground particles tend to agglomerate due to an increasing surface energy to mass ratio. Additional grinding energy must then be used to break up the agglomerated particles. While a liquid jet is more efficient than a gas at transferring the kinetic energy to the particles, the use of a liquid results in a dispersion or slurry of ground particles and liquid from which the ground particles must then be separated in additional steps. The ground particles can also be subject to oxidation by the liquid or gas used for the jet.

Es besteht daher die Notwendigkeit, das Strahlmahlverfahren weiter zu verbessern.There is therefore a need to further improve the jet milling process.

GEGENSTÄNDE DER ERFINDUNGOBJECTS OF THE INVENTION

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betrieb einer Strahlmühle bereitzustellen, bei dem zumindest einer der oben genannten Umstände kompensiert wird, wodurch ein verbessertes Strahlmahlverfahren bereitgestellt wird.It is therefore an object of the present invention to provide a method for operating a jet mill in which at least one of the above-mentioned circumstances is compensated for, as a result of which an improved jet milling method is provided.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Strahlmühle bereitzustellen, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.A further object of the present invention is to provide a jet mill which is suitable for carrying out the method.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, gemahlene Partikel bereitzustellen, die durch das Verfahren erhalten werden.Another object of the present invention is to provide ground particles obtained by the process.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verwendung der durch das Verfahren erhaltenen gemahlenen Partikel bereitzustellen.Yet another object of the present invention is to provide a use of the ground particles obtained by the process.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterie bereitzustellen, die unter Verwendung der gemahlenen Partikel hergestellt ist.Another object of the present invention is to provide a battery made using the ground particles.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Zumindest einer der oben genannten Aufgaben oder zumindest eine der weiteren Aufgaben, die aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich werden, werden gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Betrieb einer Strahlmühle erreicht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

  1. i. Zuführen von Partikeln in eine Mahlzone einer Strahlmühle,
  2. ii. Bereitstellen eines überkritischen Fluids in der Mahlzone, um die Partikel miteinander und/oder mit einer Innenfläche der Strahlmühle kollidieren zu lassen, um dadurch gemahlene Partikel zu erzeugen,
According to a first aspect of the present invention, at least one of the above-mentioned objects or at least one of the further objects that become apparent from the following description are achieved by a method for operating a jet mill, the method comprising the following steps:
  1. i. feeding particles into a grinding zone of a jet mill,
  2. ii. providing a supercritical fluid in the milling zone to cause the particles to collide with each other and/or with an inner surface of the fluid energy mill to thereby produce ground particles,

Zumindest eine der oben genannten Aufgaben oder zumindest einer der weiteren Aufgaben, die aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich werden, wird ferner gemäß einem zweiten Aspekt der hier vorgeschlagenen Technologie durch eine Strahlmühle erreicht, die Folgendes umfasst:

  • - eine Mahlzone,
  • - zumindest eine Düse zum Zuführen von Partikeln in die Mahlzone,
  • - zumindest eine Düse zum Bereitstellen eines überkritischen Fluids in der Mahlzone, um die Partikel miteinander und/oder mit einer Innenfläche der Strahlmühle kollidieren zu lassen, um dadurch gemahlene Partikel zu erzeugen,
wobei die Strahlmühle derart ausgebildet ist, dass der Druck und die Temperatur der Mahlzone und/oder der zumindest einen Düse zum Bereitstellen des überkritischen Fluids innerhalb der überkritischen Phase des überkritischen Fluids liegen.At least one of the above objects or at least one of the other objects that will become apparent from the following description is further achieved according to a second aspect of the technology proposed here by a jet mill comprising:
  • - a grinding zone,
  • - at least one nozzle for feeding particles into the grinding zone,
  • - at least one nozzle for providing a supercritical fluid in the milling zone to cause the particles to collide with each other and/or with an inner surface of the jet mill to thereby produce ground particles,
wherein the jet mill is designed in such a way that the pressure and the temperature of the grinding zone and/or the at least one nozzle for providing the supercritical fluids are within the supercritical phase of the supercritical fluid.

Zumindest eine der oben genannten Aufgaben oder zumindest eine der weiteren Aufgaben, die aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich werden, wird ferner gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch gemahlene Partikel erreicht, die gemäß dem Verfahren des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung erhalten werden, wobei die gemahlenen Partikel vorzugsweise nanoskalige bis mikroskalige Siliziumpartikel umfassen oder aus diesen bestehen.At least one of the above objects or at least one of the further objects that will become apparent from the following description is further achieved according to a third aspect of the present invention by ground particles obtained according to the method of the first aspect of the present invention, wherein the ground particles preferably comprise nanoscale to microscale silicon particles or consist of these.

Zumindest eine der oben genannten Aufgaben oder zumindest eine der weiteren Aufgaben, die aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich werden, wird ferner gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung der gemahlenen Partikel gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, vorzugsweise in einer Batterie, besonders bevorzugt in einer Antriebsbatterie für ein Elektrofahrzeug, besonders bevorzugt in der Anode einer Lithium-Ionen-Batterie, erreicht.At least one of the above objects or at least one of the further objects which will become apparent from the following description is further achieved according to a fourth aspect of the present invention by the use of the ground particles according to the third aspect of the present invention, preferably in a battery preferably in a drive battery for an electric vehicle, particularly preferably in the anode of a lithium-ion battery.

Zumindest eine der oben genannten Aufgaben oder zumindest eine der weiteren Aufgaben, die aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich werden, wird ferner gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung durch eine Batterie erreicht, die unter Verwendung von gemahlenen Partikeln gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung hergestellt ist oder gemahlene Partikel gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst.At least one of the above objects or at least one of the further objects which will become apparent from the following description is further achieved according to a fifth aspect of the present invention by a battery made using ground particles according to the third aspect of the present invention or ground particles according to the third aspect of the present invention.

Dementsprechend wird durch das Bereitstellen eines überkritischen Fluids im Strahlmahlverfahren die kinetische Energie viel effizienter auf die Partikel übertragen, als wenn ein Gas verwendet werden würde. Dies liegt daran, dass ein überkritisches Fluid eine ähnliche Dichte wie eine Flüssigkeit hat. Die hohe kinetische Energie, die auf die Partikel übertragen werden kann, ermöglicht ein effizientes mechanisches Legieren oder die Herstellung von Verbundwerkstoffen, die bis in den Nanometerbereich hinein homogen gemischt sind. Dies erleichtert die Herstellung verschiedener hochtechnologischer Werkstoffe für anspruchsvolle Anwendungen wie metastabile Legierungen, Silizium im Nanometerbereich für die Verwendung in Lithium-Ionen-Batterieanoden und Werkstoffe im Nanometerbereich für die Verwendung in Wälzlagern und Kugellagern.Accordingly, by providing a supercritical fluid in the jet milling process, kinetic energy is transferred to the particles much more efficiently than if a gas were used. This is because a supercritical fluid has a density similar to that of a liquid. The high kinetic energy that can be transferred to the particles enables efficient mechanical alloying or the production of composite materials that are homogeneously mixed down to the nanometer scale. This facilitates the production of various high-tech materials for demanding applications such as metastable alloys, nanometer-scale silicon for use in lithium-ion battery anodes, and nanometer-scale materials for use in roller and ball bearings.

Gleichzeitig benetzt das überkritische Fluid im Gegensatz zu einer Flüssigkeit die Partikel effektiv, was sie getrennt hält, wodurch eine Agglomeration verhindert wird. Dies verringert die Menge an Energie, die für das Strahlmahlen verwendet werden muss.At the same time, unlike a liquid, the supercritical fluid effectively wets the particles, which keeps them separate, preventing agglomeration. This reduces the amount of energy that must be used for jet milling.

Die Verwendung eines überkritischen Fluids ermöglicht außerdem eine einfache Trennung der gemahlenen Partikel von dem überkritischen Fluid, indem der Druck des überkritischen Fluids gesenkt wird, so dass es optional in die Gasphase übergeht. Dies steht im Gegensatz zu Flüssigkeiten wie z. B. Wasser, das mit vielen Stoffen reaktiv ist, z. B. durch Oxidation, und von den erzeugten gemahlenen Partikeln entfernt werden muss.The use of a supercritical fluid also allows for easy separation of the ground particles from the supercritical fluid by depressurizing the supercritical fluid so that it optionally transitions to the gas phase. This is in contrast to liquids such as B. water, which is reactive with many substances, z. B. by oxidation, and must be removed from the ground particles produced.

Einige überkritische Fluide, insbesondere überkritisches Kohlendioxid (CO2), sind inert, wodurch sie die Oberflächenoxidation und andere chemische Reaktionen der Partikel verhindern. Dieser Schutzeffekt wird durch die Fähigkeit des überkritischen Fluids, die Partikel effektiv und effizient zu benetzen, verstärkt. Dadurch ist das Verfahren auch für hochreaktive Materialien geeignet.Some supercritical fluids, particularly supercritical carbon dioxide (CO 2 ), are inert, preventing surface oxidation and other chemical reactions of the particles. This protective effect is enhanced by the ability of the supercritical fluid to effectively and efficiently wet the particles. As a result, the process is also suitable for highly reactive materials.

Das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Herstellen von gemahlenen Partikeln, die sich von gemahlenen Partikeln, die mit Verfahren des Standes der Technik erhalten wurden, in zumindest einem der folgenden unterscheiden: Partikelgrößenverteilung (aufgrund der geringeren Agglomeration und der hohen Übertragung von kinetischer Energie auf die Partikel), Inhalt oder Beschaffenheit (aufgrund der hohen Menge an kinetischer Energie, die auf die Partikel übertragen wird, und der Fähigkeit, reaktive Partikel zu verarbeiten) und Oberflächenchemie und -reinheit (aufgrund der inerten Natur des überkritischen Fluids und der effizienten Benetzung der Partikel).The method according to the first aspect of the present invention enables the production of ground particles which differ from ground particles obtained with methods of the prior art in at least one of the following: particle size distribution (due to the lower agglomeration and the high transfer of kinetic energy on the particles), content or nature (due to the high amount of kinetic energy imparted to the particles and ability to process reactive particles), and surface chemistry and cleanliness (due to the inert nature of the supercritical fluid and the efficient wetting of the particles).

Die Natur der gemahlenen Partikel gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung macht sie besonders geeignet für Anwendungen, bei denen homogene Materialien benötigt werden, wie z. B. in Batterien.The nature of the ground particles according to the third aspect of the present invention makes them particularly suitable for applications where homogeneous materials are required, such as e.g. B. in batteries.

Batterien, die unter Verwendung der gemahlenen Partikel hergestellt werden oder die gemahlenen Partikel enthalten, können aufgrund der Homogenität der gemahlenen Partikel eine bessere Leistung aufweisen, z. B. eine bessere Batteriekapazität und/oder Energiedichte.Batteries made using the ground particles or containing the ground particles may have better performance due to the homogeneity of the ground particles, e.g. B. a better battery capacity and / or energy density.

Bei der Strahlmühle kann es sich um jede Art von Strahlmühle handeln, in der die Partikel dazu gebracht werden, miteinander und/oder mit einer Innenfläche der Strahlmühle zu kollidieren, um gemahlene Partikel zu bilden. Die Strahlmühle umfasst in der Regel eine Mahlkammer, in die die Partikel eingefüllt und das überkritische Fluid zugeführt wird.The fluid energy mill can be any type of fluid energy mill in which the particles are caused to collide with each other and/or with an internal surface of the fluid energy mill to form ground particles. The jet mill usually includes a grinding chamber into which the particles are filled and the supercritical fluid is fed.

Das Verfahren zum Betrieb einer Strahlmühle gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann alternativ und äquivalent als ein Verfahren zum Betreiben einer Strahlmühle und als Verfahren zum Durchführen einer Strahlmahlung angesehen werden.The method for operating a jet mill according to the first aspect of the present invention can alternatively and equivalently be used as a method for operating a jet mill and Ver drive to perform jet milling.

Die Partikel können beispielsweise Metallpartikel, Kunststoffpartikel, Keramikpartikel, Graphenpartikel, Partikel auf biologischer Basis wie Zellulosepartikel und/oder Proteinpartikel umfassen. Die Partikel können das Gemisch aus einer oder mehreren Arten von Partikeln umfassen. Alternativ können auch alle Partikel vom gleicher Art sein.The particles can include, for example, metal particles, plastic particles, ceramic particles, graphene particles, biologically based particles such as cellulose particles and/or protein particles. The particles can comprise the mixture of one or more types of particles. Alternatively, all particles can also be of the same type.

Das überkritische Fluid hat vorzugsweise eine Temperatur des kritischen Punktes im Temperaturbereich von 0-100°C, vorzugsweise im Temperaturbereich von 10 bis 80°C. Unterhalb des kritischen Punktes liegt das überkritische Fluid, abhängig vom Druck, in Form einer entsprechenden Flüssigkeit oder in Form eines Gases vor.The supercritical fluid preferably has a critical point temperature in the temperature range of 0-100°C, preferably in the temperature range of 10-80°C. Below the critical point, the supercritical fluid is in the form of a corresponding liquid or in the form of a gas, depending on the pressure.

Die Temperatur des kritischen Punktes des Fluids beeinflusst die Art der Partikel, die unter Verwendung des Verfahrens gemahlen werden können, sowie die Eigenschaften der hergestellten gemahlenen Partikel. Während des Verfahrens werden die Partikel in der Mahlzone Temperaturen ausgesetzt, die bei oder oberhalb der Temperatur des kritischen Punkts liegen. Wenn die Partikel zusammen mit der entsprechenden Flüssigkeit in die Mahlzone eingebracht werden, dann werden die Partikel auch Temperaturen unterhalb der Temperatur des kritischen Punkts ausgesetzt. Das überkritische Fluid kann also basierend auf den zu mahlenden Partikeln so gewählt werden, dass die Partikel durch die Temperaturen des überkritischen Fluids, und gegebenenfalls der entsprechenden Flüssigkeit, während des Verfahrens nicht beschädigt werden. Das überkritische Fluid kann zusätzlich basierend auf den Eigenschaften, primär der Härte und Sprödigkeit, der Partikel bei Temperaturen oberhalb der Temperatur des kritischen Punktes, z. B. bei der Temperatur innerhalb der Mahlzone, ausgewählt werden. Somit kann eine Art von Partikel beim unter Verwendung eines ersten überkritischen Fluids, das eine niedrigere Temperatur des kritischen Punkts hat, hart und spröde sein und dadurch auseinanderbrechen, wodurch gemahlene Partikel entstehen, die kleiner sind als die in die Mahlzone eingebrachten Partikel. Dieselbe Art von Partikel kann alternativ beim Mahlen unter Verwendung eines zweiten überkritischen Fluids, das eine höhere Temperatur des kritischen Punkts hat, weich und flexibel sein und somit zusammenkleben, wodurch gemahlene Partikel, z. B. Flocken, entstehen, die größer sind als die in die Mahlzone eingebrachten Partikel.The critical point temperature of the fluid affects the type of particles that can be ground using the process as well as the properties of the ground particles produced. During the process, the particles in the milling zone are exposed to temperatures at or above the critical point temperature. If the particles are introduced into the grinding zone together with the corresponding liquid, then the particles are also exposed to temperatures below the critical point temperature. The supercritical fluid can thus be chosen based on the particles to be ground in such a way that the particles are not damaged by the temperatures of the supercritical fluid, and optionally the corresponding liquid, during the process. The supercritical fluid may additionally be based on the properties, primarily hardness and brittleness, of the particles at temperatures above the critical point temperature, e.g. e.g. the temperature within the milling zone. Thus, when using a first supercritical fluid having a lower critical point temperature, one type of particle may be hard and brittle, thereby breaking apart, resulting in ground particles that are smaller than the particles introduced into the grinding zone. Alternatively, when milled using a second supercritical fluid having a higher critical point temperature, the same type of particle may be soft and flexible and thus stick together, resulting in milled particles, e.g. B. flakes that are larger than the particles introduced into the grinding zone.

Die Zuführung der Partikel in die Mahlzone kann zusammen mit oder getrennt von der Bereitstellung des überkritischen Fluids erfolgen. Die Partikel können durch zumindest eine Düse, z. B. eine oder mehrere Düsen, in die Mahlzone eingespeist werden. Die eine oder mehreren Düsen, die für die Zuführung der Partikel verwendet werden, können dieselbe wie, oder getrennt von, eine oder mehreren Düsen für die Zuführung des überkritischen Fluids in die Mahlzone sein. Bei getrennter Zuführung können die Partikel in die Mahlzone zugeführt werden, indem sie von unter Druck stehendem Gas mitgenommen werden.The particles can be fed into the grinding zone together with or separately from the provision of the supercritical fluid. The particles can through at least one nozzle, z. B. one or more nozzles are fed into the grinding zone. The one or more nozzles used for feeding the particles can be the same as, or separate from, one or more nozzles for feeding the supercritical fluid into the grinding zone. When fed separately, the particles can be fed into the grinding zone by being entrained by pressurized gas.

Die Mahlzone der Strahlmühle umfasst den Bereich oder das Volumen, in dem die Partikel miteinander und/oder mit einer Innenfläche der Strahlmühle kollidieren, um gemahlene Partikel zu erzeugen. Typischerweise umfasst die Mahlzone den Bereich oder das Volumen der Strahlmühle, der bzw. das an die eine oder mehrere Stellen angrenzt, an denen das überkritische Fluid in die Strahlmühle eingeleitet wird. Die Mahlzone kann sich beispielsweise von dem einen oder den mehreren Stellen, an denen das überkritische Fluid oder die entsprechende Flüssigkeit in die Strahlmühle eingespeist wird, bis zu einer Innenfläche der Strahlmühle erstrecken, auf die das überkritische Fluid oder die entsprechende Flüssigkeit gerichtet wird, wenn sie in die Strahlmühle und die Mahlkammer eingespeist wird. Die Mahlzone kann das gesamte Volumen oder einen Teil des Volumens der Mahlkammer umfassen.The fluid energy mill milling zone comprises the area or volume in which the particles collide with each other and/or with an interior surface of the fluid energy mill to produce ground particles. Typically, the milling zone comprises the area or volume of the jet mill adjacent to the one or more locations where the supercritical fluid is introduced into the jet mill. For example, the milling zone may extend from the one or more locations at which the supercritical fluid or liquid is introduced into the jet mill to an interior surface of the jet mill onto which the supercritical fluid or liquid is directed as it is is fed into the jet mill and the grinding chamber. The milling zone may comprise all or part of the volume of the milling chamber.

Das Bereitstellen des überkritischen Fluids in der Mahlzone umfasst das Einspeisen des überkritischen Fluids oder der entsprechenden Flüssigkeit in die Mahlzone. Das Bereitstellen des überkritischen Fluids in der Mahlzone, um die Partikel miteinander und/oder mit einer Innenfläche der Strahlmühle kollidieren zu lassen, umfasst das Versorgen des überkritischen Fluids mit kinetischer Energie, um die Partikel miteinander und/oder mit einer Innenfläche der Strahlmühle kollidieren zu lassen.Providing the supercritical fluid in the milling zone includes feeding the supercritical fluid or the corresponding liquid into the milling zone. Providing the supercritical fluid in the milling zone to cause the particles to collide with each other and/or an interior surface of the fluid energy mill includes providing the supercritical fluid with kinetic energy to cause the particles to collide with each other and/or with an interior surface of the fluid energy mill .

Das Bereitstellen des überkritischen Fluids kann das Bereitstellen des überkritischen Fluids als einen oder mehrere Ströme oder Strahlen des überkritischen Fluids umfassen. Das überkritische Fluid kann unter Verwendung einer Pumpe oder unter Verwendung eines Druckmediums unter Druck gesetzt werden. Das überkritische Fluid kann in der Mahlzone durch zumindest eine Düse, z. B. eine oder mehrere Düsen, bereitgestellt werden, die alternativ für das Zuführen sowohl der Partikel als auch des überkritischen Fluids verwendet werden können. Vorzugsweise wird das überkritische Fluid über zumindest zwei Düsen in der Mahlzone bereitgestellt.Providing the supercritical fluid may include providing the supercritical fluid as one or more streams or jets of supercritical fluid. The supercritical fluid can be pressurized using a pump or using a pressure medium. The supercritical fluid can be introduced into the grinding zone through at least one nozzle, e.g. one or more nozzles, which can alternatively be used for supplying both the particles and the supercritical fluid. The supercritical fluid is preferably provided via at least two nozzles in the grinding zone.

Das überkritische Fluid kann in der Mahlzone in Pulsen oder kontinuierlich bereitgestellt werden.The supercritical fluid can be provided in pulses or continuously in the grinding zone.

Die Partikel können in die Mahlzone pulsierend oder kontinuierlich zugeführt werden.The particles can be fed into the grinding zone in a pulsed or continuous manner.

Die Schritte (i) und (ii) werden vorzugsweise gleichzeitig durchgeführt, obwohl es auch möglich ist, den Schritt (i) vor dem Schritt (ii) durchzuführen.Steps (i) and (ii) are preferably carried out simultaneously, although it is also possible to carry out step (i) before step (ii).

Das überkritische Fluid, das in der Mahlzone bereitgestellt wird, trägt kinetische Energie, die auf die Partikel übertragen wird, so dass sich die Partikel durch die Mahlzone und in ihr bewegen. Diese Bewegung lässt die Partikel miteinander und/oder mit einer Innenfläche der Strahlmühle kollidieren. Diese Kollisionen, primär die Kollisionen zwischen den Partikeln, erzeugen gemahlene Partikel. Die Eigenschaften der Partikel bei der Temperatur in der Mahlzone bestimmen, ob die Partikel in kleinere Partikel zerbrechen, wenn sie kollidieren oder ob die Partikel zu größeren Partikeln wie Flocken zusammenkleben, wenn sie kollidieren. Ersteres wird als Abrieb bezeichnet, während letzteres als mechanisches Legieren bekannt ist. Dementsprechend können die gemahlenen Partikel kleiner oder größer sein als die in die Mahlzone eingebrachten Partikel.The supercritical fluid provided in the milling zone carries kinetic energy which is imparted to the particles so that the particles move through and within the milling zone. This movement causes the particles to collide with each other and/or with an interior surface of the fluid energy mill. These collisions, primarily the collisions between the particles, produce ground particles. The properties of the particles at the temperature in the grinding zone determine whether the particles break up into smaller particles when they collide or whether the particles stick together into larger particles like flakes when they collide. The former is known as abrasion while the latter is known as mechanical alloying. Accordingly, the ground particles can be smaller or larger than the particles introduced into the grinding zone.

Zusätzlich zu den Eigenschaften der Partikel wird die Größe und Form der gemahlenen Partikel durch die kinetische Energie bestimmt, die durch das überkritische Fluid weitergegeben wird, das in der Mahlzone vorgesehen ist, wobei die kinetische Energie von der Geschwindigkeit und der Dichte des überkritischen Fluids sowie von der Zeit abhängt, die die Partikel in der Mahlzone verbringen.In addition to the properties of the particles, the size and shape of the ground particles is determined by the kinetic energy imparted by the supercritical fluid provided in the grinding zone, where the kinetic energy depends on the speed and density of the supercritical fluid, as well as depends on the time the particles spend in the grinding zone.

Das überkritische Fluid bewirkt also durch seine kinetische Energie, dass die Partikel miteinander und/oder mit einer Innenfläche der Strahlmühle kollidieren. Die Innenfläche der Strahlmühle ist beispielsweise eine Innenwand der Mahlkammer oder eine Fläche einer Düse zum Zuführen von Partikeln und/oder überkritischem Fluid oder einer entsprechenden Flüssigkeit in die Mahlzone.The kinetic energy of the supercritical fluid causes the particles to collide with one another and/or with an inner surface of the jet mill. The inner surface of the jet mill is, for example, an inner wall of the grinding chamber or a surface of a nozzle for feeding particles and/or supercritical fluid or a corresponding liquid into the grinding zone.

Der Druck und die Temperatur der Mahlzone und/oder der zumindest einen Düse zum Bereitstellen des überkritischen Fluids werden innerhalb der überkritischen Phase des überkritischen Fluids gehalten. Dies kann dadurch geschehen, dass die Temperatur und der Druck des in der Mahlzone bereitgestellten überkritischen Fluids so eingestellt werden, dass der Mahlvorgang, d. h. die Kollisionen zwischen den Partikeln und/oder der Innenfläche der Strahlmühle, spontan dazu führen, dass der Druck und die Temperatur der Mahlzone innerhalb der überkritischen Phase gehalten werden.The pressure and temperature of the milling zone and/or the at least one nozzle for providing the supercritical fluid are maintained within the supercritical phase of the supercritical fluid. This can be done by adjusting the temperature and pressure of the supercritical fluid provided in the grinding zone so that the grinding process, i. H. the collisions between the particles and/or the inner surface of the jet mill, spontaneously result in the pressure and temperature of the grinding zone being kept within the supercritical phase.

In bevorzugten Ausführungsformen wird das überkritische Fluid erhalten, indem die Temperatur und/oder der Druck der entsprechenden Flüssigkeit so eingestellt wird, dass bewirkt wird, dass die Flüssigkeit in das überkritische Fluid übergeht. Die hier verwendeten Begriffe Flüssigkeit und entsprechende Flüssigkeit beziehen sich auf die flüssige Phase des überkritischen Fluids, d. h. das überkritische Fluid in flüssiger Phase.In preferred embodiments, the supercritical fluid is obtained by adjusting the temperature and/or pressure of the respective liquid to cause the liquid to transition to the supercritical fluid. As used herein, the terms liquid and corresponding liquid refer to the liquid phase of the supercritical fluid, i. H. the supercritical fluid in liquid phase.

Typischerweise ist eine Temperaturerhöhung erforderlich, um die entsprechende Flüssigkeit in die überkritische Phase zu überführen. Eine solche Temperaturerhöhung wird im Allgemeinen erhalten, wenn die Partikel kollidieren, insbesondere als Oberflächenenergie, wenn die Partikel in kleinere Partikel aufgebrochen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Mahlzone, z. B. die Strahlmühle oder Mahlkammer und die eine oder mehrere Düsen, die verwendet werden, um das überkritische Fluid bereitzustellen, erhitzt werden, um den Übergang der Flüssigkeit in die überkritische Phase zu bewirken. Die Temperatur und in der Regel auch der Druck in der Mahlzone sind im Allgemeinen höher als die Temperatur und der Druck der Flüssigkeit in der Mahlzone. Der erhöhte Druck kann eine Folge der erhöhten Temperatur sein.Typically, an increase in temperature is required to convert the liquid in question into the supercritical phase. Such a temperature increase is generally obtained when the particles collide, particularly as surface energy when the particles are broken up into smaller particles. Alternatively or additionally, the grinding zone, e.g. B. the fluid energy mill or milling chamber and the one or more nozzles used to provide the supercritical fluid may be heated to effect transition of the liquid to the supercritical phase. The temperature and usually also the pressure in the beating zone are generally higher than the temperature and the pressure of the liquid in the beating zone. The increased pressure can be a consequence of the increased temperature.

In bevorzugten Ausführungsformen wird die Flüssigkeit veranlasst, innerhalb einer oder mehrerer Düsen, die zum Bereitstellen des überkritischen Fluids in der Mahlzone verwendet werden, oder beim Verlassen dieser Düsen in das überkritische Fluid überzugehen, z.B. indem Druck und Temperatur der einen oder mehreren Düsen in der überkritischen Phase des überkritischen Fluids gehalten werden. Die Düsen können z.B. beheizt werden, um eine Temperatur innerhalb der überkritischen Phase des überkritischen Fluids bereitzustellen. Dies hat den Vorteil, dass das überkritische Fluid, wenn es in flüssiger Form vorliegt, bevor es in der Mahlzone bereitgestellt wird, leichter, z. B. unter Verwendung einer Pumpe, unter Druck gesetzt werden kann, als wenn das überkritische Fluid in überkritischer Phase unter Verwendung der Pumpe unter Druck gesetzt werden soll.In preferred embodiments, the liquid is caused to transition into the supercritical fluid within one or more nozzles used to provide the supercritical fluid in the milling zone or upon exiting those nozzles, e.g. by varying the pressure and temperature of the one or more nozzles in the supercritical Phase of the supercritical fluid are maintained. For example, the nozzles may be heated to provide a temperature within the supercritical phase of the supercritical fluid. This has the advantage that if the supercritical fluid is in liquid form before it is provided in the milling zone, it is easier to e.g. B. using a pump, than when the supercritical fluid in supercritical phase is to be pressurized using the pump.

In alternativen Ausführungsformen wird die Flüssigkeit veranlasst, beim Eintritt in die Mahlzone in das überkritische Fluid überzugehen, indem beispielsweise der Druck und die Temperatur der Mahlzone in der überkritischen Phase des überkritischen Fluids gehalten werden. Wie oben erwähnt, kann der Temperaturanstieg, der bei der Kollision der Partikel in der Mahlzone erhalten wird, dazu genutzt werden, den Druck und die Temperatur der Mahlzone innerhalb der überkritischen Phase des überkritischen Fluids zu halten. Wie oben, ist es einfacher, die Flüssigkeit unter Druck zu setzen als das überkritische Fluid.In alternative embodiments, the liquid is caused to transition to the supercritical fluid upon entering the milling zone, for example, by maintaining the pressure and temperature of the milling zone in the supercritical phase of the supercritical fluid. As mentioned above, the temperature rise obtained upon particle collision in the milling zone can be used to maintain the pressure and temperature of the milling zone within the supercritical phase of the supercritical fluid. As above, it is easier to pressurize the liquid than the supercritical fluid.

Im Allgemeinen entsprechen innerhalb der überkritischen Phase der Flüssigkeit den Temperaturen und Drücken, bei denen die Flüssigkeit in überkritischer Phase ist, d. h. als überkritisches Fluid. Die Temperaturgrenzen und Druckgrenzen der überkritischen Phase sind für verschiedene Flüssigkeiten unterschiedlich.In general, within the supercritical phase of the liquid correspond to the temperatures and pressures at which the liquid is in the supercritical phase, ie as a supercritical fluid. The temperature limits and pressure limits of the overcriti cal phase are different for different liquids.

Wie oben diskutiert, kann das überkritische Fluid in der Mahlzone durch eines oder mehrere der folgenden bereitgestellt werden: a) Zuführen von überkritischem Fluid in die Mahlzone, b) Zuführen von Flüssigkeit in die Mahlzone und Übergehenlassen der Flüssigkeit in der Mahlzone in überkritisches Fluid, und c) Zuführen der Flüssigkeit in die Mahlzone und Übergehenlassen der Flüssigkeit in überkritisches Fluid innerhalb oder beim Verlassen der einen oder mehreren Düsen, die zum Zuführen der Flüssigkeit in die Mahlzone verwendet werden.As discussed above, the supercritical fluid in the milling zone can be provided by one or more of the following: a) feeding supercritical fluid into the milling zone, b) feeding liquid into the milling zone and allowing the liquid in the milling zone to transition to supercritical fluid, and c) feeding the liquid into the milling zone and transitioning the liquid to supercritical fluid within or upon exiting the one or more nozzles used to feed the liquid into the milling zone.

Wie oben erwähnt, indem das überkritische Fluid in der Mahlzone bereitgestellt wird, benetzt das überkritische Fluid die Partikel effektiv, wodurch eine Agglomeration der Partikel verhindert wird. Weiter werden die erhaltenen gemahlenen Partikel, anders als wenn eine Flüssigkeit verwendet worden wäre, leicht von dem überkritischen Fluid getrennt.As mentioned above, by providing the supercritical fluid in the grinding zone, the supercritical fluid effectively wets the particles, thereby preventing the particles from agglomerating. Further, the obtained ground particles are easily separated from the supercritical fluid, unlike if a liquid were used.

Die Strahlmühle kann so ausgebildet sein, dass der Druck und die Temperatur der Mahlzone und/oder der zumindest einen Düse zum Bereitstellen des überkritischen Fluids innerhalb der überkritischen Phase der Flüssigkeit liegen, indem beispielsweise das Innenvolumen der Mahlkammer und die Innenabmessungen der einen oder mehreren Düsen so ausgelegt werden, dass das Mahlen der Partikel den erforderlichen Temperaturanstieg über die Temperatur des kritischen Punkts hinaus bewirkt. Die Strahlmühle kann ferner mit einer Heizvorrichtung ausgebildet sein, um die Mahlkammer und/oder die eine oder mehrere Düsen auf eine Temperatur innerhalb der überkritischen Phase zu erhitzen.The jet mill can be designed in such a way that the pressure and the temperature of the grinding zone and/or the at least one nozzle for providing the supercritical fluid are within the supercritical phase of the liquid, for example by changing the internal volume of the grinding chamber and the internal dimensions of the one or more nozzles so be designed such that the milling of the particles causes the required temperature rise above the critical point temperature. The jet mill may further be configured with a heater to heat the milling chamber and/or the one or more nozzles to a temperature within the supercritical phase.

In bevorzugten Ausführungsformen wird das überkritische Fluid in der Mahlzone über zwei oder mehr Düsen bereitgestellt, und vorzugsweise sind zumindest zwei Düsen der zwei oder mehr Düsen so angeordnet, dass sich die Ströme des überkritischen Fluids oder der entsprechenden Flüssigkeit, die von den beiden Düsen bereitgestellt werden, in der Mahlzone kreuzen. Dies ist insofern vorteilhaft, da die sich kreuzenden Ströme die Partikel an der Kreuzungsstelle effizient miteinander kollidieren lassen. Die zwei oder mehr Düsen können zum Beispiel 2, 3 oder 4 Düsen sein. Die Düsen werden vorzugsweise aus einem harten Material wie Diamant oder Borkarbid hergestellt. Die Strömungsquerschnittsfläche der Düsen kann z. B. rund oder rechteckig sein. Der Durchmesser der Strömungsquerschnittsfläche der Düsen kann typischerweise zwischen 100 µm und 10 mm liegen.In preferred embodiments, the supercritical fluid is provided in the milling zone via two or more nozzles, and preferably at least two nozzles of the two or more nozzles are arranged such that the streams of supercritical fluid or corresponding liquid provided by the two nozzles , cross in the grinding zone. This is advantageous in that the intersecting streams efficiently collide the particles at the point of intersection. The two or more nozzles can be 2, 3 or 4 nozzles, for example. The nozzles are preferably made of a hard material such as diamond or boron carbide. The flow cross-sectional area of the nozzles can e.g. B. be round or rectangular. The diameter of the flow cross-sectional area of the nozzles can typically be between 100 µm and 10 mm.

In solchen Ausführungsformen können die zumindest zwei Düsen überkritisches Fluid oder entsprechende Flüssigkeit mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bereitstellen. Dies ist insofern vorteilhaft, da dadurch eine Scherkraft zwischen den aus den zwei oder mehr Düsen zugeführten Strömen bereitgestellt wird. Eine Scherkraft kann die kinetischen Kräfte und Kollisionen der Partikel erhöhen oder modifizieren und dadurch die Eigenschaften der gemahlenen Partikel modifizieren. Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten können dadurch erhalten werden, dass identische Düsen mit dem überkritischen Fluid oder der entsprechenden Flüssigkeit bei unterschiedlichem Druck und/oder Volumenstrom gespeist werden oder dass Düsen verwendet werden, die unterschiedliche Strömungsbereiche haben und die Düsen mit dem überkritischen Fluid oder der entsprechenden Flüssigkeit bei gleichem Druck und/oder Volumenstrom gespeist werden.In such embodiments, the at least two nozzles may provide supercritical fluid or liquid at different velocities. This is advantageous in that it provides a shearing force between the streams fed from the two or more nozzles. A shearing force can increase or modify the kinetic forces and collisions of the particles and thereby modify the properties of the ground particles. The different velocities can be obtained by feeding identical nozzles with the supercritical fluid or liquid at different pressure and/or flow rate or by using nozzles that have different flow areas and the nozzles with the supercritical fluid or liquid at be fed at the same pressure and/or flow rate.

In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiter den Schritt:

  • iii. Abtrennen der gemahlenen Partikel von dem überkritischen Fluid, vorzugsweise durch Absenken der Temperatur und/oder des Drucks des überkritischen Fluids.
In preferred embodiments, the method further comprises the step:
  • iii. separating the ground particles from the supercritical fluid, preferably by lowering the temperature and/or the pressure of the supercritical fluid.

Dies ist insofern vorteilhaft, da es eine einfache Möglichkeit bereitstellt, die gemahlenen Partikel zu erhalten. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass es im Allgemeinen nicht notwendig ist, die Temperatur und/oder den Druck des überkritischen Fluids bis zum Übergang in die Gasphase zu senken, um die gemahlenen Partikel vom überkritischen Fluid abzutrennen. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass die Temperatur und/oder der Druck des überkritischen Fluids nicht unter die Temperatur und den Druck des kritischen Punktes für das überkritische Fluid abgesenkt wird, so dass das überkritische Fluid in der überkritischen Phase verbleibt, statt in die Gasphase überzugehen. Dies verringert die Energie, die für die Wiederverwendung des überkritischen Fluids in dem Verfahren benötigt wird. Die gemahlenen Partikel können z.B. durch die Dichte von dem überkritischen Fluid getrennt werden, z.B. indem sie eine Dichte haben, die sich von der Dichte des überkritischen Fluids unterscheidet. Alternativ können die gemahlenen Partikel von dem überkritischen Fluid z. B. durch einen Sichter oder einen Filter getrennt werden.This is advantageous in that it provides an easy way to obtain the ground particles. It has surprisingly been found that it is generally not necessary to reduce the temperature and/or the pressure of the supercritical fluid to the point of transition to the gas phase in order to separate the ground particles from the supercritical fluid. Accordingly, it is preferred that the temperature and/or pressure of the supercritical fluid is not lowered below the critical point temperature and pressure for the supercritical fluid so that the supercritical fluid remains in the supercritical phase rather than transitioning to the gas phase. This reduces the energy required to recycle the supercritical fluid in the process. For example, the milled particles can be density separated from the supercritical fluid, e.g., by having a density different from the density of the supercritical fluid. Alternatively, the ground particles from the supercritical fluid z. B. be separated by a classifier or a filter.

In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiter den Schritt:

  • iv. Einstellen der Temperatur und/oder des Drucks des überkritischen Fluids, um zu bewirken, dass es wieder in die entsprechende Flüssigkeit übergeht, und vorzugsweise Wiederverwenden der Flüssigkeit, um das überkritische Fluid zu erhalten, das in Schritt (ii) bereitgestellt wird.
In preferred embodiments, the method further comprises the step:
  • IV. Adjusting the temperature and/or pressure of the supercritical fluid to cause it to revert to the corresponding liquid and preferably reusing the liquid to obtain the supercritical fluid provided in step (ii).

Dies ist insofern vorteilhaft, da es erlaubt, dass das überkritische Fluid zur Wiederverwendung im Verfahren wieder unter Druck gesetzt wird, während es sich in der flüssigen Phase befindet. Wie oben erwähnt, ist dies einfacher als die Druckbeaufschlagung des überkritischen Fluids in überkritischer Phase. Vorzugsweise wird die Temperatur des überkritischen Fluids durch Absenken auf eine Temperatur unterhalb des kritischen Punkts des überkritischen Fluids angepasst, um den Übergang des überkritischen Fluids zurück in die entsprechende Flüssigkeit zu bewirken.This is advantageous in that it allows the supercritical fluid to be repressurized while in the liquid phase for reuse in the process. As mentioned above, this is simpler than pressurizing the supercritical fluid in supercritical phase. Preferably, the temperature of the supercritical fluid is adjusted by lowering it to a temperature below the critical point of the supercritical fluid to cause the supercritical fluid to transition back to its corresponding liquid.

In einigen Ausführungsformen werden die Partikel der Mahlzone zugeführt, indem sie mit der Flüssigkeit vermischt werden, bevor das überkritische Fluid in der Mahlzone bereitgestellt wird. Dies ist insofern vorteilhaft, da es das Verfahren schnell macht, da es die Herstellung von gemahlenen Partikeln in einem einzigen Durchgang durch die Mahlzone ermöglicht. Vorzugsweise umfassen diese Ausführungsformen ferner, dass das überkritische Fluid in der Mahlzone aus zwei oder mehr Düsen bereitgestellt wird, und vorzugsweise, dass zumindest zwei der zwei oder mehr Düsen so angeordnet sind, dass sich die Ströme des überkritischen Fluids oder der entsprechenden Flüssigkeit, die aus diesen Düsen eingespritzt werden, in der Mahlzone kreuzen, um die Produktion von gemahlenen Partikeln zu erhöhen.In some embodiments, the particles are introduced into the milling zone by being mixed with the liquid before the supercritical fluid is provided in the milling zone. This is advantageous in that it makes the process fast, as it allows the production of ground particles in a single pass through the grinding zone. Preferably, these embodiments further comprise that the supercritical fluid is provided in the milling zone from two or more nozzles, and preferably that at least two of the two or more nozzles are arranged so that the streams of the supercritical fluid or the corresponding liquid, which from injected from these nozzles cross in the grinding zone to increase the production of ground particles.

In anderen Ausführungsformen werden die Partikel getrennt vom überkritischen Fluid in die Mahlzone eingespeist, und die Partikel werden vorzugsweise so in die Mahlzone eingespeist, dass sie in der Mahlzone ein Wirbelbett aus Partikeln bilden. Dies ist insofern vorteilhaft, da es ermöglicht, dass die Partikel in der Mahlzone mehrfach kollidieren, wodurch vielfältigere Mahleffekte wie eine variierende Partikelgrößenverteilung und ein unterschiedlicher Gehalt an gemahlenen Partikeln bereitgestellt werden. Vorzugsweise umfassen diese Ausführungsformen ferner, dass das überkritische Fluid in der Mahlzone aus zwei oder mehr Düsen bereitgestellt wird, und vorzugsweise, dass zumindest zwei der zwei oder mehr Düsen so angeordnet sind, dass sich die Ströme des überkritischen Fluids oder der entsprechenden Flüssigkeit, die aus diesen Düsen eingespritzt werden, in der Mahlzone kreuzen, um die Produktion von gemahlenen Partikeln zu erhöhen. Noch stärker bevorzugt sind zumindest zwei der zwei oder mehr Düsen so angeordnet, dass die aus diesen Düsen eingespritzten Ströme in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind.In other embodiments, the particles are fed to the milling zone separately from the supercritical fluid, and preferably the particles are fed to the milling zone such that they form a fluidized bed of particles in the milling zone. This is advantageous in that it allows the particles to collide multiple times in the milling zone, thereby providing more diverse milling effects such as varying particle size distribution and content of milled particles. Preferably, these embodiments further comprise that the supercritical fluid is provided in the milling zone from two or more nozzles, and preferably that at least two of the two or more nozzles are arranged so that the streams of the supercritical fluid or the corresponding liquid, which from injected from these nozzles cross in the grinding zone to increase the production of ground particles. Even more preferably, at least two of the two or more nozzles are arranged so that the streams injected from these nozzles are directed in opposite directions.

In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das überkritische Fluid überkritisches Kohlendioxid oder Stickstoff oder besteht daraus, vorzugsweise ist das überkritische Fluid überkritisches Kohlendioxid. Diese Fluide sind chemisch inert und eignen sich für die Verwendung im Verfahren und in der Strahlmühle. Kohlendioxid ist besonders geeignet, da es günstige Eigenschaften hat, darunter einen kritischen Punkt bei 31,1 °C und 7,38 MPa. Kohlendioxid kann also in flüssiger Phase bei 20°C und 20 MPa und in überkritischer Phase bei 80°C und 40MPa sowie bei 40°C und 20 MPa bereitgestellt werden. Diese Temperaturen sind relativ niedrig, wodurch sie das Zerkleinern von empfindlichen Materialien ermöglichen. Diese Temperaturen machen Kohlendioxid weiter vorteilhaft, da sie keine oder nur eine minimale Isolierung der Strahlmühle erfordern. Stickstoff hat einen kritischen Punkt bei -147°C und 3,4 MPa.In preferred embodiments, the supercritical fluid comprises or consists of supercritical carbon dioxide or nitrogen, preferably the supercritical fluid is supercritical carbon dioxide. These fluids are chemically inert and are suitable for use in the process and fluid energy mill. Carbon dioxide is particularly suitable as it has favorable properties including a critical point at 31.1°C and 7.38 MPa. Carbon dioxide can therefore be provided in the liquid phase at 20°C and 20 MPa and in the supercritical phase at 80°C and 40 MPa and at 40°C and 20 MPa. These temperatures are relatively low, making it possible to crush sensitive materials. These temperatures make carbon dioxide further advantageous since they require no or minimal insulation of the jet mill. Nitrogen has a critical point at -147°C and 3.4 MPa.

Das Verfahren kann weiter die Zugabe eines Additives, getrennt oder zusammen mit den Partikeln und/oder der Flüssigkeit, in die Mühle umfassen, um das Mahlen und die Eigenschaften der gemahlenen Partikel zu beeinflussen. Bei dem Additiv kann es sich beispielsweise um ein oberflächenaktives Additiv handeln oder um ein Additiv, das mit den Partikeln in den gemahlenen Partikeln kombiniert werden soll.The method may further comprise adding an additive, separately or together with the particles and/or the liquid, to the mill to affect the milling and the properties of the milled particles. The additive can be, for example, a surface-active additive or an additive that is intended to be combined with the particles in the ground particles.

In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Strahlmühle ferner eines oder mehrere, vorzugsweise alle, von:

  • - einen Tank zum Aufnehmen der dem überkritischen Fluid entsprechenden Flüssigkeit,
  • - eine an den Tank angeschlossene Pumpe zur Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit,
  • - einen Mischer, der mit der Pumpe verbunden ist, um die Partikel mit der Flüssigkeit zu mischen, bevor die Flüssigkeit in die Mahlzone eingespeist wird, wobei die zumindest eine Düse zum Zuführen von Partikeln in die Mahlzone und die zumindest eine Düse zum Bereitstellen des überkritischen Fluids in die Mahlzone als zumindest eine Düse ausgebildet sind, um das Gemisch aus den Partikeln und dem überkritischen Fluid in der Mahlzone bereitzustellen,
  • - eine Trennkammer, die stromabwärts der Mahlzone angeordnet und ausgebildet ist, um die gemahlenen Partikel und das überkritische Fluid aufzunehmen, wobei die Trennkammer so ausgebildet ist, dass sie eine niedrigere Temperatur und/oder einen niedrigeren Druck als die Mahlzone, aber innerhalb der überkritischen Phase des überkritischen Fluids hat, wobei ein Innenvolumen der Strahlmühle vorzugsweise einen Expansionsabschnitt definiert, der sich von der Mahlzone zur Trennkammer ausdehnt,
  • - einen Kühler, der stromabwärts der Mahlzone, vorzugsweise stromabwärts der Trennkammer, angeordnet ist, um das überkritische Fluid zu kühlen, so dass es in die Flüssigkeit übergeht, und
  • - eine Rücklaufleitung, die mit dem Kühler und der Pumpe oder dem Tank verbunden ist, um die Flüssigkeit zur Pumpe oder zum Tank zu führen.
In preferred embodiments, the jet mill further comprises one or more, preferably all, of:
  • - a tank for receiving the liquid corresponding to the supercritical fluid,
  • - a pump connected to the tank to pressurize the liquid,
  • - a mixer connected to the pump to mix the particles with the liquid before the liquid is fed into the grinding zone, the at least one nozzle for feeding particles into the grinding zone and the at least one nozzle for providing the supercritical Fluids in the grinding zone are designed as at least one nozzle in order to provide the mixture of the particles and the supercritical fluid in the grinding zone,
  • - a separation chamber located downstream of the grinding zone and adapted to receive the ground particles and the supercritical fluid, the separation chamber being adapted to have a lower temperature and/or pressure than the grinding zone but within the supercritical phase of the supercritical fluid, an interior volume of the jet mill preferably defining an expansion section extending from the grinding zone to the separation chamber,
  • - a cooler placed downstream of the grinding zone, preferably downstream of the separation chamber, to cool the supercritical fluid so that it becomes liquid, and
  • - a return line connected to the radiator and the pump or tank to return the liquid to the pump or tank.

Der Tank kann unter Druck gesetzt und/oder temperaturgeregelt werden, indem er eine Heiz-/Kühlvorrichtung umfasst, um die Flüssigkeit in der flüssigen Phase zu halten, während sie im Tank ist. Der Tank kann unter Verwendung einer Pumpe oder einer Druckgasquelle unter Druck gesetzt werden.The tank may be pressurized and/or temperature controlled by including a heater/cooler to keep the liquid in the liquid phase while in the tank. The tank can be pressurized using a pump or pressurized gas source.

Bei der Pumpe kann es sich um jede Art von Pumpe handeln, die geeignet ist, die Flüssigkeit unter Druck zu setzen.The pump can be any type of pump capable of pressurizing the liquid.

Der Mischer wird verwendet, wenn die Partikel zusammen mit der Flüssigkeit in die Mahlzone eingespeist oder bereitgestellt werden sollen. Die Partikel können über einen Trichter in den Mischer eingebracht werden. Die Flüssigkeit kann über eine mit der Pumpe verbundene Leitung in den Mischer eingeleitet werden. Die zumindest eine Düse zum Zuführen von Partikeln in die Mahlzone und die zumindest eine Düse zum Zuführen der Flüssigkeit können als zumindest eine Düse zum Zuführen eines Gemischs aus den Partikeln und der Flüssigkeit in die Mahlzone ausgebildet sein, indem sie mit dem Mischer verbunden sind. Der Mischer kann jede Art von Mischer sein, der geeignet ist, die Flüssigkeit mit den Partikeln zu mischen.The mixer is used when the particles are to be fed or provided into the grinding zone together with the liquid. The particles can be introduced into the mixer via a funnel. The liquid can be fed into the mixer via a line connected to the pump. The at least one nozzle for feeding particles into the grinding zone and the at least one nozzle for feeding the liquid can be configured as at least one nozzle for feeding a mixture of the particles and the liquid into the grinding zone by being connected to the mixer. The mixer can be any type of mixer suitable for mixing the liquid with the particles.

Die Trennkammer kann so ausgebildet sein, dass sie eine niedrigere Temperatur und/oder einen niedrigeren Druck als die Mahlzone, aber innerhalb der überkritischen Phase des überkritischen Fluids hat, indem sie eine Heiz-/Kühlvorrichtung umfasst. Die Trennkammer kann so angeordnet sein, dass sich die Partikel aufgrund der Dichte von dem überkritischen Fluid trennen.The separation chamber can be designed to be at a lower temperature and/or pressure than the milling zone but within the supercritical phase of the supercritical fluid by including a heating/cooling device. The separation chamber may be arranged such that the particles separate from the supercritical fluid based on density.

Der Expansionsabschnitt kann, indem er sich ausdehnt, ganz oder teilweise die niedrigere Temperatur und/oder den niedrigeren Druck des überkritischen Fluids in der Trennkammer bereitstellen.The expansion section, in expanding, may provide all or part of the lower temperature and/or pressure of the supercritical fluid in the separation chamber.

Der Kühler kann einen Wärmetauscher zur Kühlung des überkritischen Fluids umfassen. Der Kühler kann weiter einen Kompressor zur Komprimierung des überkritischen Fluids umfassen.The cooler may include a heat exchanger for cooling the supercritical fluid. The cooler may further include a compressor for compressing the supercritical fluid.

Die Rücklaufleitung kann mit dem Kühler verbunden sein, oder der Kühler kann in der Rücklaufleitung bereitgestellt sein.The return line may be connected to the cooler, or the cooler may be provided in the return line.

Die gemahlenen Partikel gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung können beispielsweise Metallpartikel, Kunststoffpartikel, Keramikpartikel, Graphenpartikel, Partikel aus biologischem Material wie Zellulosepartikel und/oder Proteinpartikel umfassen oder daraus bestehen. Die gemahlenen Partikel umfassen oder bestehen vorzugsweise aus nanoskaligen bis mikroskaligen Siliziumpartikeln.The ground particles according to the third aspect of the present invention can include or consist of, for example, metal particles, plastic particles, ceramic particles, graphene particles, particles of biological material such as cellulose particles and/or protein particles. The ground particles preferably include or consist of nanoscale to microscale silicon particles.

Die Verwendung gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Verwendung der gemahlenen Partikel umfassen, vorzugsweise in einer Batterie, besonders bevorzugt in einer Antriebsbatterie für ein Elektrofahrzeug, besonders bevorzugt in der Anode einer Lithium-Ionen-Batterie. Die Verwendung umfasst typischerweise die Verwendung der gemahlenen Partikel bei der Herstellung oder dem Herstellen eines Produkts oder eines Teils eines Produkts, wie z. B. einer Batterie oder eines Teils einer Batterie, aus den gemahlenen Partikeln.The use according to the fourth aspect of the present invention may include the use of the ground particles, preferably in a battery, more preferably in a traction battery for an electric vehicle, more preferably in the anode of a lithium-ion battery. The use typically includes use of the ground particles in the manufacture or manufacture of a product or part of a product, such as a product. B. a battery or part of a battery, from the ground particles.

Bei dem Elektrofahrzeug kann es sich um ein Landfahrzeug, wie einen Motorroller, ein Motorrad, einen PKW oder einen LKW, ein Wasserfahrzeug, wie ein Boot oder ein Schiff, oder ein Luftfahrzeug, wie ein Flugzeug, einen Hubschrauber oder eine Drohne, handeln. Die gemahlenen Partikel gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung können zum Beispiel in der Anode einer Antriebsbatterie für ein solches Elektrofahrzeug verwendet werden.The electric vehicle can be a land vehicle such as a scooter, motorcycle, car or truck, a watercraft such as a boat or ship, or an aircraft such as an airplane, helicopter or drone. The ground particles according to the third aspect of the present invention can be used, for example, in the anode of a traction battery for such an electric vehicle.

Die gemahlenen Partikel gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung können bei der Herstellung von verschiedenen Produkten verwendet werden. Der fünfte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft somit eine Batterie, die unter Verwendung der gemahlenen Partikel gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung hergestellt ist oder solche gemahlenen Partikel umfasst, vorzugsweise in der Anode der Batterie. Dabei können die gemahlenen Partikel beispielsweise gemahlene Graphit- oder Siliziumpartikel sein.The ground particles according to the third aspect of the present invention can be used in the manufacture of various products. The fifth aspect of the present invention thus relates to a battery made using or comprising the ground particles according to the third aspect of the present invention, preferably in the anode of the battery. The ground particles can be ground graphite or silicon particles, for example.

Figurenlistecharacter list

Ein vollständigeres Verständnis der vorgenannten und anderer Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten schematischen Zeichnungen, wobei:

  • 1 eine erste Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt, die an einer ersten Ausführungsform einer Strahlmühle gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
  • 2 eine zweite Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt, die an einer zweiten Ausführungsform einer Strahlmühle gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
A more complete understanding of the foregoing and other features and advantages of the present invention will be obtained from the following detailed description of preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying schematic drawings, wherein:
  • 1 Figure 12 shows a first embodiment of the method according to the first aspect of the present invention performed on a first embodiment of a jet mill according to the second aspect of the present invention.
  • 2 shows a second embodiment of the method according to the first aspect of the present invention, applied to a second embodiment of a jet mill according to that second aspect of the present invention is carried out.

Alle Figuren sind schematisch, nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und zeigen im Allgemeinen nur die Teile, die zur Verdeutlichung der jeweiligen Ausführungsformen erforderlich sind, während andere Teile weggelassen oder lediglich angedeutet werden können. Jedes Bezugszeichen, das in mehreren Zeichnungen erscheint, bezieht sich auf denselben Gegenstand oder dasselbe Merkmal in allen Zeichnungen, sofern nicht anders angegeben. Ein oder mehrere hochgestellte', die an ein Bezugszeichen angehängt sind, zeigen an, dass das so bezeichnete Merkmal eine Variante des Merkmals ist, dem dieses Bezugszeichen zugeordnet ist.All figures are schematic, not necessarily to scale, and generally show only those parts necessary to illustrate each embodiment, while other parts may be omitted or merely indicated. Each reference number that appears in several drawings refers to the same item or feature in all drawings, unless otherwise indicated. One or more superscripts suffixed to a reference number indicate that the feature so referred to is a variant of the feature with which that reference number is associated.

1 zeigt eine erste Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, das an einer ersten Ausführungsform einer Strahlmühle 10 gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. Die Strahlmühle 10 umfasst eine Mahlzone 12, in der Partikel, von denen eines mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet ist, gemahlen werden. Die Partikel 2 werden einem Trichter 14 zugeführt, der mit einem Mischer 16 verbunden ist. Der Mischer 16 ist weiter über eine Pumpe 20 mit einem Tank 18 mit Flüssigkeit 4 verbunden. Der Tank 18 ist mit einer Heiz-/Kühlvorrichtung 22 zur Regelung der Temperatur der Flüssigkeit 4 versehen. Eine Druckregelvorrichtung 24 ist ebenfalls mit dem Tank 18 verbunden, um die Flüssigkeit 4 in flüssiger Phase zu halten. Bei dem in 1 gezeigten Verfahren und der Strahlmühle werden die Zuführung der Partikel 2 in die Mahlzone 12 (Schritt (i) des Verfahrens) und das Bereitstellen des überkritischen Fluids (6) in Form der Flüssigkeit 4 in der Mahlzone 12 (Schritt (ii) des Verfahrens) gleichzeitig durchgeführt. Zusätzlich werden die Partikel 2 und die Flüssigkeit 4 gemeinsam in die Mahlzone 12 eingebracht. Dementsprechend werden die Partikel 2 und die Flüssigkeit 4 im Mischer 16 gemischt. Handelt es sich bei der Flüssigkeit 4 um flüssiges Kohlendioxid, können die Temperatur und der Druck des Gemischs aus Partikeln und Flüssigkeit beispielsweise 20 °C und 20 MPa betragen. Das Gemisch aus Partikeln 2 und Flüssigkeit 4 wird dann durch zwei Kanäle 26a und 26b zu zwei Öffnungen oder Düsen 28a und 28b geleitet. Die Düsen 28a und 28b sind so angeordnet, dass sich die Ströme von Partikeln 2 und Flüssigkeit 4 aus den beiden Düsen 28a und 28b in der Mahlzone 12 kreuzen. Die Kreuzung der Ströme in der Mahlzone 12 führt dazu, dass die Partikel 2 miteinander kollidieren, um dadurch je nach den Eigenschaften (primär Härte) der Partikel zu zerfallen oder zusammenzukleben. Die Kreuzung der Ströme und die Kollision der Partikel führt weiter zu einem Temperatur- und Druckanstieg in der Mahlzone 12. Dies verursacht, dass die Flüssigkeit 4 in ein überkritisches Fluid übergeht, durch den Pfeil 6 dargestellt, das die gemahlenen Partikel enthält (von denen einer mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet ist). Wenn es sich bei der Flüssigkeit 4 um Kohlendioxid handelt, können die Temperatur und der Druck in der Mahlzone 12 zum Beispiel 80 °C und 40 MPa betragen. Die Mahlkammer 30, in der die Mahlzone 12 bereitgestellt ist, kann optional zusätzlich beheizt werden, um sicherzustellen, dass die Flüssigkeit 4 in der Mahlzone 12 in überkritisches Fluid (6) übergeht. Die Strahlmühle 10 umfasst ferner einen der Mahlzone 12 nachgeschalteten Expansionsabschnitt 32, in dem Druck und Temperatur des überkritischen Fluids 6 abnehmen. An den Expansionsabschnitt 32 ist eine Trennkammer 34 angeschlossen, die das überkritische Fluid aufnimmt. Die Trennkammer 34 ist mit einer Heiz-/Kühlvorrichtung 36 zur Temperaturregelung versehen, um das überkritische Fluid weiter abzukühlen. In der Trennkammer 34 trennen sich die gemahlenen Partikel 8 von dem überkritischen Fluid 6 und werden gesammelt. Der optionale Schritt (iii) des Verfahrens kann somit in der Trennkammer 34 durchgeführt werden. Wenn Kohlendioxid verwendet wird, können die Temperatur und der Druck in der Trennkammer 34 beispielsweise 40 °C und 20 MPa betragen. Dies liegt oberhalb der Temperatur des kritischen Punktes 31,1°C, so dass das Kohlendioxid in überkritischer Phase verbleibt. Während die gemahlenen Partikel 8 aus der Trennkammer 34 entfernt werden, wird das überkritische Fluid 6 durch eine Sammelleitung 38 gesammelt und über einen Kühler 40 in den Tank 18 zurückgeführt. Der Kühler 40 kühlt das überkritische Fluid unter die Temperatur des kritischen Punkts ab, so dass das überkritische Fluid in die flüssige Phase übergeht. Der optionale Schritt (iv) des Verfahrens kann somit im Kühler 40 durchgeführt werden. Die Flüssigkeit 4 kann dann wiederverwendet werden. In den in 1 gezeigten Ausführungsformen wird das überkritische Fluid 6 also in der Mahlzone 12 bereitgestellt, indem die Flüssigkeit 4 in die Mahlzone 12 eingespeist wird und die Flüssigkeit 4 in der Mahlzone und/oder innerhalb oder beim Austritt aus den Düsen 28a und 28b in das überkritische Fluid 6 übergehen kann. 1 Figure 12 shows a first embodiment of the method according to the first aspect of the present invention performed on a first embodiment of a jet mill 10 according to the second aspect of the present invention. The jet mill 10 comprises a grinding zone 12 in which particles, one of which is denoted by reference numeral 2, are ground. The particles 2 are fed to a hopper 14 connected to a mixer 16 . The mixer 16 is further connected to a tank 18 with liquid 4 via a pump 20 . The tank 18 is provided with a heating/cooling device 22 for controlling the temperature of the liquid 4 . A pressure regulator 24 is also connected to the tank 18 to keep the liquid 4 in the liquid phase. At the in 1 In the method shown and the jet mill, the feeding of the particles 2 into the grinding zone 12 (step (i) of the method) and the provision of the supercritical fluid (6) in the form of the liquid 4 in the grinding zone 12 (step (ii) of the method) are simultaneous carried out. In addition, the particles 2 and the liquid 4 are introduced into the grinding zone 12 together. Accordingly, the particles 2 and the liquid 4 are mixed in the mixer 16 . If the liquid 4 is liquid carbon dioxide, the temperature and the pressure of the mixture of particles and liquid can be 20° C. and 20 MPa, for example. The mixture of particles 2 and liquid 4 is then directed through two channels 26a and 26b to two orifices or nozzles 28a and 28b. The nozzles 28a and 28b are arranged in such a way that the streams of particles 2 and liquid 4 from the two nozzles 28a and 28b cross in the grinding zone 12. The crossing of the streams in the milling zone 12 causes the particles 2 to collide with each other to thereby disintegrate or stick together depending on the properties (primarily hardness) of the particles. The crossing of the streams and the collision of the particles further leads to an increase in temperature and pressure in the grinding zone 12. This causes the liquid 4 to transform into a supercritical fluid, represented by the arrow 6, containing the ground particles (one of which denoted by the reference numeral 8). If the liquid 4 is carbon dioxide, the temperature and pressure in the grinding zone 12 can be 80°C and 40 MPa, for example. The grinding chamber 30 in which the grinding zone 12 is provided can optionally be additionally heated in order to ensure that the liquid 4 in the grinding zone 12 changes to supercritical fluid (6). The jet mill 10 also includes an expansion section 32 downstream of the grinding zone 12, in which the pressure and temperature of the supercritical fluid 6 decrease. A separation chamber 34 is connected to the expansion section 32 and receives the supercritical fluid. The separation chamber 34 is provided with a temperature control heater/cooler 36 to further cool the supercritical fluid. In the separation chamber 34, the ground particles 8 separate from the supercritical fluid 6 and are collected. The optional step (iii) of the method can thus be carried out in the separation chamber 34. When carbon dioxide is used, the temperature and pressure in the separation chamber 34 can be, for example, 40°C and 20 MPa. This is above the critical point temperature of 31.1°C, leaving the carbon dioxide in the supercritical phase. As the ground particles 8 are removed from the separation chamber 34 , the supercritical fluid 6 is collected through a collection line 38 and returned to the tank 18 via a cooler 40 . The cooler 40 cools the supercritical fluid below the critical point temperature so that the supercritical fluid changes to the liquid phase. The optional step (iv) of the method can thus be carried out in the cooler 40. The liquid 4 can then be reused. in the in 1 In the embodiments shown, the supercritical fluid 6 is thus provided in the grinding zone 12 by the liquid 4 being fed into the grinding zone 12 and the liquid 4 in the grinding zone and/or within or at the exit from the nozzles 28a and 28b passing into the supercritical fluid 6 can.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, die an einer zweiten Ausführungsform einer Strahlmühle 10' gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. Die Strahlmühle 10' unterscheidet sich von der Strahlmühle 10 dadurch, dass sie zur Durchführung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens ausgebildet ist, bei der die Partikel 2 nicht mit der Flüssigkeit vermischt werden, sondern getrennt von dem überkritischen Fluid in die Strahlmühle eingespeist werden. Die Strahlmühle 10' hat also eine Mahlzone 12', die innerhalb einer Mahlkammer 30' angeordnet ist. In der Mahlzone 12' werden Partikel, von denen eines mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet ist, gemahlen. Die Partikel 2 werden einem Trichter 14' zugeführt, der die Partikel 2 in die Mahlkammer 30' einspeist. In der Mahlkammer 30' bilden die Partikel 2 durch die in die Mahlkammer 30' eingespritzten Flüssigkeitsströme 4 ein Wirbelbett. Dementsprechend können die Zuführung der Partikel 2 in die Mahlzone 12' (Schritt (i) des Verfahrens) und das Bereitstellen des überkritischen Fluids 6 in der Mahlzone 12' (Schritt (ii) des Verfahrens) gleichzeitig durchgeführt werden oder Schritt (ii) wird nach Schritt (i) durchgeführt. Weiter werden die Partikel 2 und das überkritische Fluid 6 in Form von Flüssigkeit 4 getrennt voneinander in die Mahlzone 12' zugeführt. Die Flüssigkeit 4 befindet sich in einem Tank 18, der mit einer Heiz-/Kühlvorrichtung 22 zur Regelung der Temperatur der Flüssigkeit 4 versehen ist. Eine Druckregelvorrichtung 24 ist auch mit dem Tank 18 verbunden, um die Flüssigkeit 4 in der flüssigen Phase zu halten. Im Betrieb werden die Partikel 2 in die Mahlkammer 30' zugeführt, während die Flüssigkeit 4 durch die Pumpe 20 in eine erste und eine zweite Leitung 26a' und 26b' zugeführt wird, wobei die erste und die zweite Leitung 26a' und 26b' mit einer ersten und einer zweiten Düse 28a' und 28b' verbunden sind, die angeordnet sind, um die Flüssigkeit 4 in die Mahlkammer 30' in das Wirbelbett der Partikel 2 einzuspritzen, so dass die Ströme aus der ersten und der zweiten Düse 28a' und 28b' entgegengesetzt gerichtet sind und sich in der Mahlzone 12' kreuzen. Die Kreuzung der Ströme führt dazu, dass die Partikel 2 miteinander kollidieren, wodurch sie abhängig von den Eigenschaften der Partikel (vor allem Härte) zerfallen oder zusammenkleben. Die Kreuzung der Ströme und die Kollision der Partikel führt weiter zu einem Temperatur- und Druckanstieg in der Mahlzone 12'. Dies führt dazu, dass die Flüssigkeit 4 in das überkritische Fluid 6 übergeht, das die gemahlenen Partikel 8 enthält. Handelt es sich bei der Flüssigkeit 4 um Kohlendioxid, können Temperatur und Druck in der Mahlzone 12' beispielsweise 80 °C und 40 MPa betragen. Die Mahlkammer 30', in der die Mahlzone 12 bereitgestellt ist, kann optional zusätzlich beheizt werden, um sicherzustellen, dass die Flüssigkeit 4 in der Mahlzone 12' in überkritisches Fluid übergeht. Die Strahlmühle 10' umfasst ferner einen der Mahlzone 12' nachgeschalteten Expansionsabschnitt 32', in dem der Druck und die Temperatur des überkritischen Fluids 6 abnehmen. Eine Trennkammer 34' ist mit dem Expansionsabschnitt 32' verbunden, um das überkritische Fluid 6 aufzunehmen. Die Trennkammer 34' ist mit einer Heiz-/Kühlvorrichtung 36 zur Temperaturregelung bereitgestellt, um das überkritische Fluid weiter abzukühlen. In der Trennkammer 34' trennen sich die gemahlenen Partikel 8 von dem überkritischen Fluid und werden gesammelt. Der optionale Schritt (iii) des Verfahrens kann entsprechend in der Trennkammer 34 durchgeführt werden. Bei Verwendung von Kohlendioxid können die Temperatur und der Druck in der Trennkammer 34' beispielsweise 40 °C und 20 MPa betragen. Dies liegt oberhalb der Temperatur des kritischen Punktes 31,1°C, so dass das Kohlendioxid in überkritischer Phase bleibt. Während die gemahlenen Partikel 8 aus der Trennkammer 34' entfernt werden, wird das überkritische Fluid 6 durch eine Sammelleitung 38 gesammelt und über einen Kühler 40 in den Tank 18 zurückgeführt. Der Kühler 40 kühlt das überkritische Fluid unter die Temperatur des kritischen Punkts ab, so dass das überkritische Fluid in die flüssige Phase übergeht. Der optionale Schritt (iv) des Verfahrens kann entsprechend im Kühler 40 durchgeführt werden. Die Flüssigkeit 4 kann dann wiederverwendet werden. 2 Figure 12 shows a second embodiment of the method according to the first aspect of the present invention performed on a second embodiment of a jet mill 10' according to the second aspect of the present invention. The jet mill 10' differs from the jet mill 10 in that it is designed to carry out a second embodiment of the method in which the particles 2 are not mixed with the liquid but are fed into the jet mill separately from the supercritical fluid. The jet mill 10' thus has a grinding zone 12' which is arranged within a grinding chamber 30'. In the grinding zone 12 'particles of which one indicated by the reference numeral 2, ground. The particles 2 are fed to a hopper 14' which feeds the particles 2 into the milling chamber 30'. In the grinding chamber 30', the particles 2 form a fluidized bed as a result of the liquid streams 4 injected into the grinding chamber 30'. Accordingly, the feeding of the particles 2 into the grinding zone 12' (step (i) of the method) and the provision of the supercritical fluid 6 in the grinding zone 12' (step (ii) of the method) can be carried out simultaneously or step (ii) is carried out after Step (i) carried out. Furthermore, the particles 2 and the supercritical fluid 6 in the form of liquid 4 are fed separately from one another into the grinding zone 12'. The liquid 4 is in a tank 18 which is provided with a heating/cooling device 22 for regulating the temperature of the liquid 4. A pressure regulator 24 is also connected to the tank 18 to keep the liquid 4 in the liquid phase. In operation, the particles 2 are fed into the milling chamber 30' while the liquid 4 is fed by the pump 20 into first and second conduits 26a' and 26b', the first and second conduits 26a' and 26b' having a first and a second nozzle 28a' and 28b' arranged to inject the liquid 4 into the grinding chamber 30' in the fluidized bed of particles 2 so that the streams from the first and second nozzles 28a' and 28b' are directed in opposite directions and cross in the grinding zone 12'. The crossing of the streams causes the particles 2 to collide with each other, causing them to disintegrate or stick together depending on the properties of the particles (mainly hardness). The crossing of the streams and the collision of the particles further leads to an increase in temperature and pressure in the grinding zone 12'. This leads to the liquid 4 merging into the supercritical fluid 6 containing the ground particles 8 . If the liquid 4 is carbon dioxide, the temperature and pressure in the grinding zone 12' can be, for example, 80° C. and 40 MPa. The grinding chamber 30', in which the grinding zone 12 is provided, can optionally be additionally heated in order to ensure that the liquid 4 in the grinding zone 12' changes to supercritical fluid. The jet mill 10' also includes an expansion section 32' downstream of the grinding zone 12', in which the pressure and the temperature of the supercritical fluid 6 decrease. A separation chamber 34' is connected to the expansion section 32' for receiving the supercritical fluid 6. The separation chamber 34' is provided with a temperature control heater/cooler 36 to further cool the supercritical fluid. In the separation chamber 34', the ground particles 8 separate from the supercritical fluid and are collected. The optional step (iii) of the method can be carried out in the separation chamber 34 accordingly. When using carbon dioxide, the temperature and the pressure in the separation chamber 34' can be, for example, 40° C. and 20 MPa. This is above the critical point temperature of 31.1°C, so the carbon dioxide remains in the supercritical phase. As the ground particles 8 are removed from the separation chamber 34', the supercritical fluid 6 is collected through a collection line 38 and returned to the tank 18 via a cooler 40. The cooler 40 cools the supercritical fluid below the critical point temperature so that the supercritical fluid changes to the liquid phase. The optional step (iv) of the method can be carried out in the cooler 40 accordingly. The liquid 4 can then be reused.

Während die Strahlmühle 10 in 1 vorzugsweise kontinuierlich betrieben wird, kann die in 2 gezeigte Strahlmühle 10' kontinuierlich oder chargenweise betrieben werden. In der Mahlkammer 30' kann ein Sichter oder Filter (nicht dargestellt) bereitgestellt sein, um selektiv gemahlene Partikel einer gewünschten Größe in den Expansionsabschnitt 32' durchzulassen, während gemahlene Partikel anderer Größen in der Mahlkammer 30' zurückgehalten werden, um weiter gemahlen zu werden.While the jet mill was 10 in 1 is preferably operated continuously, the in 2 shown jet mill 10 'continuously or batchwise operated. A classifier or filter (not shown) may be provided within grinding chamber 30' to selectively pass ground particles of a desired size into expansion section 32', while ground particles of other sizes are retained in grinding chamber 30' to be further ground.

Es sollte weiter beachtet werden, dass 1 und 2 die Partikel 2 und die gemahlenen Partikel 8 zur Veranschaulichung stark vergrößert zeigen. Da der Durchmesser der Strömungsquerschnittsfläche der Düsen 28a, 28b, 28a' und 28b' typischerweise im Bereich von 100 µm bis 10 mm liegt, haben die der Mahlzone zugeführten Partikel 2 in der Regel Durchmesser unterhalb dieser Werte. Wenn die Partikel 2 in gemahlene Partikel 8 zerfallen, die kleiner sind als die Partikel 2, dann haben diese gemahlenen Partikel typischerweise Durchmesser im Mikrometer- bis Nanometerbereich. Wenn dagegen die Partikel 2 zusammenkleben, um größere gemahlene Partikel 8 zu bilden, so können diese gemahlenen Partikel größer sein als die Partikel 2.It should further be noted that 1 and 2 show the particles 2 and the ground particles 8 greatly enlarged for illustration. Since the diameter of the flow cross-sectional area of the nozzles 28a, 28b, 28a' and 28b' is typically in the range of 100 μm to 10 mm, the particles 2 fed to the grinding zone usually have diameters below these values. If the particles 2 break down into ground particles 8 that are smaller than the particles 2, then these ground particles typically have diameters in the micrometer to nanometer range. On the other hand, if the particles 2 stick together to form larger ground particles 8, these ground particles can be larger than the particles 2.

Außerdem ist zu beachten, dass 1 und 2 zeigen, dass Partikel 2 zu gemahlenen Partikeln 8 gemahlen werden, die kleiner als die Partikel 2 sind. Wie bereits erwähnt, können das Verfahren und die Strahlmühlen 10 und 10' jedoch auch dazu verwendet werden, die Partikel 2 so zu mahlen, dass sie zusammenkleben und größere gemahlene Partikel bilden.In addition, it should be noted that 1 and 2 show that particles 2 are ground into ground particles 8, which are smaller than particles 2. However, as already mentioned, the method and the jet mills 10 and 10' can also be used to grind the particles 2 in such a way that they stick together and form larger ground particles.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die vorliegende Offenbarung soll alle Anpassungen und Varianten der hierin beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen abdecken, so dass die vorliegende Erfindung durch den Wortlaut der beigefügten Ansprüche definiert ist.The present invention is not limited to the embodiments described. The present disclosure is intended to cover all adaptations and variations of the preferred embodiments described herein, so that the present invention is defined by the language of the appended claims.

Claims (16)

Verfahren zum Betrieb einer Strahlmühle (10), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: i. Zuführen von Partikeln (2) in eine Mahlzone (12) einer Strahlmühle (10), ii. Bereitstellen eines überkritischen Fluids (6) in der Mahlzone (12), um zu bewirken, dass die Partikel (2) miteinander und/oder mit einer Innenfläche der Strahlmühle (10) kollidieren, um dadurch gemahlene Partikel (8) zu erzeugen.Method for operating a jet mill (10), the method comprising the steps: i. Feeding particles (2) into a grinding zone (12) of a jet mill (10), ii. providing a supercritical fluid (6) in the milling zone (12) to cause the particles (2) to collide with each other and/or with an inner surface of the jet mill (10) to thereby produce ground particles (8). Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das überkritische Fluid (6) erhalten wird, indem die Temperatur und/oder der Druck der entsprechenden Flüssigkeit (4) angepasst wird, um zu bewirken, dass die Flüssigkeit (4) in das überkritische Fluid (6) übergeht.procedure according to claim 1 wherein the supercritical fluid (6) is obtained by adjusting the temperature and/or the pressure of the corresponding liquid (4) to cause the liquid (4) to transform into the supercritical fluid (6). Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Flüssigkeit (4) veranlasst wird, innerhalb einer oder mehrerer Düsen (28a, 28b), die zum Bereitstellen des überkritischen Fluids (6) in der Mahlzone (12) verwendet werden, oder beim Verlassen dieser Düsen (28a, 28b) in das überkritische Fluid (6) überzugehen, beispielsweise durch Aufrechterhalten des Drucks und der Temperatur der einen oder mehreren Düsen (28a, 28b) innerhalb der überkritischen Phase des überkritischen Fluids (6).procedure according to claim 2 , wherein the liquid (4) is caused to flow within one or more nozzles (28a, 28b) used to provide the supercritical fluid (6) in the grinding zone (12), or on leaving these nozzles (28a, 28b) in to transition to the supercritical fluid (6), for example by maintaining the pressure and temperature of the one or more nozzles (28a, 28b) within the supercritical phase of the supercritical fluid (6). Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Flüssigkeit (4) veranlasst wird, beim Eintritt in die Mahlzone (12) in das überkritische Fluid (6) überzugehen, beispielsweise durch Aufrechterhalten des Drucks und der Temperatur der Mahlzone (12) innerhalb der überkritischen Phase des überkritischen Fluids (6).procedure according to claim 2 wherein the liquid (4) is caused to transition into the supercritical fluid (6) upon entering the milling zone (12), for example by maintaining the pressure and temperature of the milling zone (12) within the supercritical phase of the supercritical fluid (6) . Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das überkritische Fluid (6) in der Mahlzone über zwei oder mehr Düsen (28a, 28b) bereitgestellt wird, und wobei vorzugsweise zumindest zwei Düsen der zwei oder mehr Düsen (28a, 28b) so angeordnet sind, dass sich die von den zwei Düsen (28a, 28b) bereitgestellten Ströme des überkritischen Fluids (6) oder der entsprechenden Flüssigkeit (4) in der Mahlzone (12) kreuzen.Method according to one of the preceding claims, in which the supercritical fluid (6) is provided in the grinding zone via two or more nozzles (28a, 28b), and in which preferably at least two nozzles of the two or more nozzles (28a, 28b) are arranged in such a way that the streams of supercritical fluid (6) or of the corresponding liquid (4) provided by the two nozzles (28a, 28b) cross in the grinding zone (12). Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die zumindest zwei Düsen (28a, 28b) überkritisches Fluid (6) oder entsprechende Flüssigkeit (4) mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bereitstellen.procedure according to claim 5 , wherein the at least two nozzles (28a, 28b) provide supercritical fluid (6) or corresponding liquid (4) at different speeds. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner den Schritt umfasst: iii. Abtrennen der gemahlenen Partikel (8) von dem überkritischen Fluid (6), vorzugsweise durch Absenken der Temperatur und/oder des Drucks des überkritischen Fluids (6).A method according to any one of the preceding claims, further comprising the step of: iii. Separating the ground particles (8) from the supercritical fluid (6), preferably by lowering the temperature and/or the pressure of the supercritical fluid (6). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiter den Schritt umfasst: iv. Anpassen der Temperatur und/oder des Drucks des überkritischen Fluids (6), um zu bewirken, dass es wieder in die entsprechende Flüssigkeit (4) übergeht, und vorzugsweise Wiederverwenden der Flüssigkeit (4), um das überkritische Fluid (6) zu erhalten, das in Schritt (ii) bereitgestellt wird.A method according to any one of the preceding claims, further comprising the step of: IV. adjusting the temperature and/or pressure of the supercritical fluid (6) to cause it to transition back into the corresponding liquid (4), and preferably reusing the liquid (4) to obtain the supercritical fluid (6), provided in step (ii). Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2-8, wobei die Partikel (2) in die Mahlzone (12) zugeführt werden, indem sie mit der Flüssigkeit (4) vermischt werden, bevor das überkritische Fluid (6) in der Mahlzone (12) bereitgestellt wird.Method according to one of claims 2 - 8th , wherein the particles (2) are fed into the grinding zone (12) by being mixed with the liquid (4) before the supercritical fluid (6) is provided in the grinding zone (12). Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-8, wobei die Partikel (2) getrennt von dem überkritischen Fluid (6) in die Mahlzone (12') zugeführt werden, und wobei die Partikel (2) vorzugsweise so in die Mahlzone (12') zugeführt werden, dass sie in der Mahlzone (12') ein Wirbelbett aus Partikeln (2) bilden.Method according to one of Claims 1 - 8th , wherein the particles (2) are fed separately from the supercritical fluid (6) into the grinding zone (12'), and wherein the particles (2) are preferably fed into the grinding zone (12') such that they are in the grinding zone ( 12') form a fluidized bed of particles (2). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das überkritische Fluid (6) überkritisches Kohlendioxid oder Stickstoff umfasst oder daraus besteht, wobei vorzugsweise das überkritische Fluid (6) überkritisches Kohlendioxid ist.A method according to any one of the preceding claims, wherein the supercritical fluid (6) comprises or consists of supercritical carbon dioxide or nitrogen, preferably wherein the supercritical fluid (6) is supercritical carbon dioxide. Strahlmühle (10), umfassend: - eine Mahlzone (12), - zumindest eine Düse (28a, 28b) zum Zuführen von Partikeln (2) in die Mahlzone (12), - zumindest eine Düse (28a, 28b) zum Bereitstellen eines überkritischen Fluids (6) in der Mahlzone (12), um zu bewirken, dass die Partikel (2) miteinander und/oder mit einer Innenfläche der Strahlmühle (10) kollidieren, um dadurch gemahlene Partikel (8) zu erzeugen, wobei die Strahlmühle (10) so ausgebildet ist, dass der Druck und die Temperatur der Mahlzone (12) und/oder der zumindest einen Düse (28a, 28b) zum Bereitstellen des überkritischen Fluids (6) innerhalb der überkritischen Phase des überkritischen Fluids (6) liegen.Jet mill (10) comprising: - a grinding zone (12), - at least one nozzle (28a, 28b) for feeding particles (2) into the grinding zone (12), - at least one nozzle (28a, 28b) for providing a supercritical fluid (6) in the grinding zone (12) to cause the particles (2) to collide with each other and/or with an inner surface of the jet mill (10) to thereby to produce ground particles (8), the jet mill (10) being designed such that the pressure and the temperature of the grinding zone (12) and/or the at least one nozzle (28a, 28b) for providing the supercritical fluid (6) within the supercritical phase of the supercritical fluid (6). Strahlmühle (10) gemäß Anspruch 12, weiter umfassend ein oder mehrere, vorzugsweise alle, von: - einem Tank (18) zum Aufnehmen der dem überkritischen Fluid (6) entsprechenden Flüssigkeit (4), - einer Pumpe (20), die mit dem Tank (18) verbunden ist, um die Flüssigkeit (4) unter Druck zu setzen, - einem mit der Pumpe (20) verbundenen Mischer (16) zum Mischen der Partikel (2) mit der Flüssigkeit (4), wobei die zumindest eine Düse (28a, 28b) zum Zuführen von Partikeln (2) in die Mahlzone (12) und die zumindest eine Düse (28a, 28b) zum Bereitstellen des überkritischen Fluids (6) in der Mahlzone (12) als zumindest eine Düse (28a, 28b) ausgebildet sind, um das Gemisch aus den Partikeln (2) und dem überkritischen Fluid (6) in der Mahlzone (12) bereitzustellen, - einer Trennkammer (34), die stromabwärts der Mahlzone (12) angeordnet und ausgebildet ist, um die gemahlenen Partikel (8) und das überkritische Fluid (6) aufzunehmen, wobei die Trennkammer (34) so ausgebildet ist, dass sie eine niedrigere Temperatur und/oder einen niedrigeren Druck als die Mahlzone (12), aber innerhalb der überkritischen Phase des überkritischen Fluids (6) hat, wobei ein Innenvolumen der Strahlmühle (10) vorzugsweise einen Expansionsabschnitt (32) definiert, der sich von der Mahlzone (12) zur Trennkammer (34) ausdehnt, - einem stromabwärts der Mahlzone (12), vorzugsweise auch stromabwärts der Trennkammer (34), angeordneten Kühler (40) zum Abkühlen des überkritischen Fluids (6), so dass es in die Flüssigkeit (4) übergeht, und - einer mit dem Kühler (40) und der Pumpe (20) oder dem Tank (18) verbundenen Rücklaufleitung (38) zum Führen der Flüssigkeit (4) zur Pumpe (20) oder zum Tank (18).Jet mill (10) according to claim 12 , further comprising one or more, preferably all, of: - a tank (18) for receiving the liquid (4) corresponding to the supercritical fluid (6), - a pump (20) connected to the tank (18), to pressurize the liquid (4), - a mixer (16) connected to the pump (20) for mixing the particles (2) with the liquid (4), the at least one nozzle (28a, 28b) for feeding of particles (2) into the grinding zone (12) and the at least one nozzle (28a, 28b) for providing the supercritical fluid (6) in the grinding zone (12) are designed as at least one nozzle (28a, 28b) to the mixture from the particles (2) and to provide the supercritical fluid (6) in the grinding zone (12), - a separation chamber (34) arranged downstream of the grinding zone (12) and adapted to receive the ground particles (8) and the supercritical fluid (6), wherein the separation chamber (34) is designed to have a lower temperature and/or pressure than the grinding zone (12) but within the supercritical phase of the supercritical fluid (6), an internal volume of the jet mill (10) preferably having a - a cooler (40) arranged downstream of the grinding zone (12), preferably also downstream of the separation chamber (34) for cooling the supercritical fluid ( 6) so that it passes into the liquid (4), and - a return line (38) connected to the cooler (40) and the pump (20) or the tank (18) for carrying the liquid (4) to the pump ( 20) or to the tank (18). Gemahlene Partikel (8), die gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 erhalten sind, wobei die gemahlenen Partikel (8) vorzugsweise nanoskalige bis mikroskalige Siliziumpartikel umfassen oder daraus bestehen.Ground particles (8) according to the method of any of Claims 1 until 11 are obtained, wherein the ground particles (8) preferably comprise or consist of nanoscale to microscale silicon particles. Verwendung der gemahlenen Partikel (8) gemäß Anspruch 14, vorzugsweise in einer Batterie, besonders bevorzugt in einer Antriebsbatterie für ein Elektrofahrzeug, besonders bevorzugt in der Anode einer Lithium-Ionen-Batterie.Use of the ground particles (8) according to Claim 14 , Preferably in a battery, particularly preferably in a drive battery for an electric vehicle, particularly preferably in the anode of a lithium-ion battery. Batterie, hergestellt unter Verwendung gemahlener Partikel gemäß Anspruch 14 oder gemahlene Partikel (8) gemäß Anspruch 14 umfassend.Battery manufactured using ground particles according to Claim 14 or ground particles (8) according to Claim 14 full.
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