EP2089163B1 - Amorphous submicron particles - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to powdery amorphous solids having a very small average particle size and a narrow particle size distribution, a process for their preparation, and their use.
- Fine-particle, amorphous silicic acid and silicates have been industrially produced for decades.
- the finest grinding in spiral or counter-jet mills with compressed air is carried out as a grinding gas, eg EP 0139279 ,
- the achievable particle diameter is proportional to the root of the reciprocal of the collision velocity of the particles.
- the impact velocity in turn is determined by the jet velocity of the expanding gas jets of the respective grinding medium from the nozzles used.
- superheated steam can be used to generate very small particle sizes, since the acceleration capacity of steam is about 50% greater than that of air.
- the use of steam has the disadvantage that, in particular during the startup of the mill, condensation can occur in the entire grinding system, which generally results in the formation of agglomerates and crusts during the grinding process.
- the average particle diameter d 50 obtained using conventional jet mills in the milling of amorphous silica, silicates or silica gels was therefore far above 1 ⁇ m.
- So z. B. in the US 3,367,742 describes a process for the milling of aerogels, in which aerogels are obtained with a mean particle diameter of 1.8 to 2.2 microns. Milling to a mean particle diameter of less than 1 ⁇ m is not possible with this technique.
- the particles of the US 3,367,742 a wide one Particle size distribution with particle diameters of 0.1 to 5.5 microns and a proportion of particles> 2 microns from 15 to 20%.
- Vermahlungsschw provides the wet comminution, z. B. in ball mills, is. It leads to very finely divided suspensions of the products to be ground, see, for. B. WO 200002814 , It is not possible with the help of this technology to isolate a finely divided, agglomerate-free dry product, in particular without changing the porosimetric properties, from these suspensions.
- the inventors have surprisingly found that it is possible to grind amorphous solids by means of a very special, further specified in the claims 2 to 14 method to a mean particle size d 50 of less than 1.5 microns and also a very narrow particle distribution to reach.
- the invention relates to amorphous powdered solids having an average particle size d 50 (TEM) ⁇ 1.5 microns and a d 90 value (TEM) ⁇ 1.8 microns and a d 99 value (TEM) ⁇ 2 microns and it itself are silica gels, which also have a pore volume of 0.2 to 0.7 ml / g, or are silica gels which also have a pore volume of 0.8 to 1.5 ml / g or are silica gels , which also have a pore volume of 1.5 to 2.1 ml / g.
- the invention also provides a process for producing the amorphous pulverulent solids according to the invention by grinding amorphous solids by means of a grinding system (milling apparatus), preferably comprising a jet mill, particularly preferably a milling system comprising a fluidized bed counter-jet mill or a dense bed jet mill or a spiral jet mill, characterized in that the mill in the milling phase with a resource selected from a group consisting of gas and steam, preferably water vapor, and a gas containing water vapor, is operated, and that the grinding chamber in a heating phase, ie before the actual operation with the operating means, so heated is that the temperature in the grinding chamber and at the mill outlet is higher than the dew point of the steam and / or equipment.
- a grinding system milling apparatus
- the present invention relates to the use of the amorphous solids according to the invention having an average particle size d 50 ⁇ 1.5 microns and a d 90 value ⁇ 1.8 microns and a d 99 value ⁇ 2 microns, z.
- the inventive method is the first time succeeded, powdery amorphous solids having an average particle size d 50 ⁇ 1.5 microns and a narrow Particle size distribution, expressed by the d 90 value ⁇ 1.8 microns and / or the d 99 value ⁇ 2 microns to produce.
- amorphous solids in particular those containing a metal and / or metal oxide, for.
- metals of the 3rd and 4th main group of the Periodic Table of the Elements such as.
- precipitated silicas, fumed silicas, silicates and silica gels to achieve such small average particle sizes was previously possible only by wet milling. As a result, only dispersions could be obtained.
- the drying of these dispersions led to re-agglomeration of the amorphous particles, so that the effect of grinding was partially reversed and average particle sizes d 50 ⁇ 1.5 microns, and particle size distribution d 90 value can not be reached ⁇ 2 microns in the dried, powdered solids could.
- the porosity was also adversely affected.
- the process according to the invention has the advantage that it is a dry milling process which leads directly to pulverulent products with a very small mean particle size, which can also have a high porosity in a particularly advantageous manner ,
- the problem of reagglomeration during drying is eliminated because no grinding of the downstream drying step is necessary.
- Another advantage of the method according to the invention in one of its preferred embodiments is the fact that the grinding can take place simultaneously with the drying, so that z. B. a filter cake can be further processed directly. This saves an additional drying step and at the same time increases the space-time yield.
- the inventive method also has the advantage that when starting up the grinding system no or only very small amounts of condensate in the grinding system, especially in the mill arise. On cooling, dried gas can be used. As a result, no condensate is produced in the grinding system during cooling and the cooling phase is significantly shortened. The effective machine running times can thus be increased.
- the amorphous pulverulent solids produced by means of the process according to the invention have particularly good properties when used in surface coating systems, for example because of the very special and unique average particle sizes and particle size distributions.
- the products of the invention allow z. B. due to the very small average particle size and in particular the low d 90 value and d 99 value to produce very thin coatings.
- powder and pulverulent solids are used interchangeably in the context of the present invention and each denote finely comminuted, solid substances from small dry particles, dry particles meaning that they are externally dry particles. Although these particles usually have a water content, this water is so firmly bound to the particles or in their capillaries that it is not released at room temperature and atmospheric pressure. In other words, it is perceptible by optical methods particulate matter and not suspensions or dispersions. Furthermore, these may be both surface-modified and non-surface-modified solids. The surface modification is preferably carried out with carbon-containing coating agents and can be carried out both before and after the grinding.
- the solids according to the invention can be present as gel or as particles containing agglomerates and / or aggregates.
- Gel means that the solids are composed of a stable, three-dimensional, preferably homogeneous network of primary particles. Examples are silica gels.
- Particles comprising aggregates and / or agglomerates in the sense of the present invention have no three-dimensional network or at least no network of primary particles extending over the entire particle. Instead, they have aggregates and agglomerates of primary particles. Examples of these are precipitated silicas and fumed silicas.
- the process according to the invention is carried out in a milling system (milling apparatus), preferably in a milling system comprising a jet mill, particularly preferably comprising an opposed jet mill.
- a feed to be crushed is accelerated in expanding high-speed gas jets and comminuted by particle-particle collisions.
- jet mills very particular preference is given to using fluid bed counter-jet mills or dense-bed jet mills or spiral jet mills.
- Mahlstrahleinlässe located in the lower third of the grinding chamber two or more Mahlstrahleinlässe, preferably in the form of grinding nozzles, which are preferably in a horizontal plane.
- the Mahlstrahleinlässe are particularly preferably arranged on the circumference of the preferably round mill container, that the grinding jets all meet at a point inside the grinding container.
- the grinding jet inlets are distributed uniformly over the circumference of the grinding container. In the case of three Mahlstrahleinlässe the distance would thus each be 120 °.
- the grinding system comprises a separator, preferably a dynamic separator, particularly preferably a dynamic Schaufelradsichter, particularly preferably a separator according to Figure 2 and 3 ,
- a dynamic air classifier according to Figure 2a and 3a used.
- This dynamic air classifier includes a classifying wheel and a bombardradwelle and a classifier housing, wherein between the classifying wheel and the classifier housing a classifier gap and between the prepareradwelle and the classifier housing a shaft passage is formed, and is characterized in that a rinsing gap of the classifier gap and / or shaft passage with compressed Low energy gases take place.
- the upper particle is confined, the product particles rising together with the expanded gas jets being passed through the classifier from the center of the grinding container and subsequently the product having a sufficient fineness , from the sifter and from the mill is executed. Too coarse particles return to the milling zone and are subjected to further comminution.
- a classifier can be connected downstream as a separate unit of the mill, but preferably an integrated classifier is used.
- An essential feature of the method according to the invention is that the actual grinding step is preceded by a heating phase, in which it is ensured that the grinding chamber, particularly preferably all essential components of the mill and / or the grinding system, at which water and / or water vapor could condense, is heated so / that its temperature is above the dew point of the vapor.
- the heating can be done in principle by any heating method.
- the heating takes place in that hot gas is passed through the mill and / or the entire grinding system, so that the temperature of the gas at the mill outlet is higher than the dew point of the vapor.
- the hot gas preferably heats all essential components of the mill and / or the entire grinding system, which come into contact with the steam, sufficiently.
- any gas and / or gas mixtures can be used as the heating gas, but hot air and / or combustion gases and / or inert gases are preferably used.
- the temperature of the hot gas is above the dew point of the water vapor.
- the hot gas can in principle be introduced into the milling space as desired.
- These inlets or nozzles can be the same inlets or nozzles through which the grinding jets are also passed during the grinding phase (grinding nozzles).
- the heating gas or heating gas mixture is introduced through at least two, preferably three or more, in-plane inlets or nozzles, which are so arranged on the circumference of the preferably round mill container that the rays all meet at a point inside the grinding container.
- the inlets or nozzles are distributed uniformly over the circumference of the grinding container.
- a gas and / or a vapor preferably water vapor and / or a gas / steam mixture is depressurized by the grinding jet inlets, preferably in the form of grinding nozzles.
- This equipment usually has a much higher speed of sound than air (343 m / s), preferably at least 450 m / s on.
- the equipment comprises water vapor and / or hydrogen gas and / or argon and / or helium. Particularly preferred is superheated steam.
- the operating means at a pressure of 15 to 250 bar, more preferably from 20 to 150 bar, most preferably 30 to 70 bar and particularly preferably 40 to 65 bar relaxed in the mill.
- the operating means has a temperature of 200 to 800 ° C, particularly preferably 250 to 600 ° C and in particular 300 to 400 ° C.
- the surface of the jet mill has the smallest possible value and / or the flow paths are at least largely free of projections and / or if the components of the jet mill are designed to prevent mass accumulation.
- the air classifier includes a classifying wheel and a classifying wheel shaft and a classifier housing, wherein between the classifying wheel and the classifier housing a classifier gap and between the classifying wheel shaft and the classifier housing a shaft passage is formed and is operated in such a way that a gap cooling of the separator gap and / or shaft passage with compressed low-energy gases takes place.
- the purge gas is used at a pressure of not more than at least approximately 0.4 bar, particularly preferably not more than at least approximately 0.3 bar and in particular not more than approximately 0.2 bar above the internal mill pressure.
- the internal mill pressure can be at least approximately in the range of 0.1 to 0.5 bar.
- the purge gas is used at a temperature of about 80 to about 120 ° C., in particular approximately 100 ° C., and / or if low-pressure compressed air, in particular from about 0.3 bar to about 0, is used as the purge gas. 4 bar is used.
- the amplification ratio see also Dr. med. R.
- the sifting rotor has a clear height which increases with decreasing radius, wherein preferably the throughflow area of the sifting rotor is at least approximately constant.
- the classifier rotor may also have an exchangeable, co-rotating dip tube.
- the jet mill according to the invention can advantageously contain, in particular, an air classifier which can combine individual characteristics or combinations of features of the air classifier according to the EP 0 472 930 B1 contains.
- the air classifier may comprise means for reducing the peripheral components of the flow according to the EP 0 472 930 B1 contain.
- a discharge nozzle assigned to the classifying wheel of the air classifier which is constructed as a dip tube, has a cross-sectional widening designed to be rounded in the direction of flow, preferably in order to avoid vortex formations.
- Fig. 1 is an embodiment of a jet mill 1 with a cylindrical housing 2, which encloses a grinding chamber 3, a Mahlgutholzgabe 4 approximately half the height of the grinding chamber 3, at least one Mahlstrahleneinlass 5 in the lower region of the grinding chamber 3 and a product outlet 6 in the upper region of the grinding chamber. 3 shown.
- an air classifier 7 is arranged with a rotatable classifying wheel 8, with which the ground material (Not shown) is classified to dissipate only regrind below a certain grain size through the product outlet 6 from the grinding chamber 3 and feed millbase with a grain size above the selected value to another grinding process.
- the classifying wheel 8 can be a classifying wheel which is common in air classifiers and whose blades (see later, for example, in connection with FIG Fig. 3 ) define radially extending blade channels, at the outer ends of which the classifying air enters and entrains particles of smaller grain size or mass to the central outlet and to the product outlet 6, while larger particles or particles of larger mass are rejected under the influence of centrifugal force.
- Particularly preferred are the air classifier 7 and / or at least its classifying wheel 8 with at least one design feature according to the EP 0 472 930 B1 fitted.
- Mahlstrahleinlass 5 z. B. consisting of a single, radially directed inlet opening or inlet nozzle 9 may be provided to impinge a single grinding jet 10 on the Mahlgutpiety that get from the Mahlgutiergabe 4 in the area of the grinding jet 10, with high energy and disassemble the Mahlgutpelle into smaller particles to let in, sucked by the classifying wheel 8 and, as far as they have a correspondingly small size or mass, are conveyed through the product outlet 6 to the outside.
- two or more Mahlstrahleinlässe preferably grinding nozzles, in particular 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 or 12 Mahlstrahleinlässe used, which are mounted in the lower third of, preferably cylindrical housing of the grinding chamber.
- Mahlstrahleinlässe are ideally in a plane and evenly distributed over the circumference of the grinding container arranged so that the grinding jets all meet at a point inside the grinding container.
- the inlets or nozzles are distributed uniformly over the circumference of the grinding container. With three grinding jets this would be an angle of 120 ° between the respective inlets or nozzles. In general one can say that the larger the grinding chamber, the more inlets or grinding nozzles are used.
- the grinding chamber may contain, in addition to the grinding jet inlets, heating openings 5a, preferably in the form of heating nozzles, through which hot gas can be passed into the mill in the heating phase.
- heating openings 5a preferably in the form of heating nozzles, through which hot gas can be passed into the mill in the heating phase.
- These nozzles or openings can - as already described above - be arranged in the same plane as the grinding openings or nozzles 5. It can one, but preferably several, more preferably 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8 heating openings or nozzles 5a may be included.
- the mill contains two heating nozzles or openings and three grinding nozzles or openings.
- the processing temperature can be influenced by using an internal heat source 11 between Mahlgutiergabe 4 and the range of grinding jets 10 or a corresponding heat source 12 in the area outside the Mahlgutiergabe 4 or by processing particles of already warm ground material, while avoiding heat loss in the Mahlgutiergabe 4 passes, to which a feed tube 13 is surrounded by a temperature-insulating jacket 14.
- the heating source 11 or 12, when used, may be arbitrary in nature and therefore purposely operational and selected according to market availability, so that further explanation is not required.
- the temperature of the grinding jet or the grinding jets 10 is relevant and the Temperature of the ground material should at least approximately correspond to this grinding jet temperature.
- Representing the present embodiment of the jet mill 1 is representative of any supply of a resource or medium B, a reservoir or generating means 18, for example, a tank 18a, from which the operating medium or operating medium B via line 19 to the Mahlstrahleinlass 5 or the Mahlstrahleinlässen to the formation of the grinding jet 10 and the grinding jets 10 is passed.
- a method for producing very fine particles is carried out with this jet mill 1 with an integrated dynamic air classifier 7.
- gases or vapors B which have a higher and in particular significantly higher speed of sound than air (343 m / s).
- gases or vapors B having an acoustic velocity of at least 450 m / s are used as the operating means.
- a fluid is used, preferably the water vapor already mentioned, but also hydrogen gas or helium gas.
- the jet mill 1 is preferably equipped with a source, for example the reservoir or generating device 18 for steam or superheated steam or other suitable reservoir or generating device, for a resource B or is associated with such a resource source, resulting in a resource B for operation with a higher and in particular much higher speed of sound than air (343 m / s), such as preferably a speed of sound of at least 450 m / s, is fed.
- a source for example the reservoir or generating device 18 for steam or superheated steam or other suitable reservoir or generating device, for a resource B or is associated with such a resource source, resulting in a resource B for operation with a higher and in particular much higher speed of sound than air (343 m / s), such as preferably a speed of sound of at least 450 m / s, is fed.
- This resource such as the steam or hot steam reservoir or generator 18, contains gases or vapors B for use in operation of the jet mill 1, particularly the water vapor already mentioned above, but hydrogen gas or
- Another advantageous aspect when using steam as operating medium B is to provide the jet mill 1 with as small a surface as possible, or in other words, to optimize the jet mill 1 with regard to the smallest possible surface area.
- This purpose is also served by the further alternative or additional design measure, namely to design or optimize the components of the jet mill 1 in order to avoid mass accumulations. This can be realized, for example, by using as thin as possible flanges in and for connecting the line devices 19.
- Energy loss and other flow-related impairments can also be contained or avoided if the components of the jet mill 1 are designed or optimized to avoid condensation. It may even be included for this purpose special equipment (not shown) for condensation prevention. Furthermore, it is advantageous if the flow paths are optimized at least largely free of projections or to that extent. In other words, with these design variants, individually or in any combination, the principle is implemented to avoid as much as possible or anything that can become cold and thus where condensation can occur.
- the classifying rotor has a clear height which increases with decreasing radius, that is to say towards its axis, wherein in particular the throughflow area of the classifying rotor is at least approximately constant.
- a fine-material outlet chamber can be provided, which has a cross-sectional widening in the flow direction.
- a particularly preferred embodiment of the jet mill 1 is that the sifting rotor 8 has a replaceable, with rotating dip tube 20.
- the jet mill 1 preferably contains, as the schematic representation in the Fig. 2 it can be seen, an integrated air classifier 7, which is, for example, in types of jet mill 1 as fluidized bed jet mill or as a dense bed jet mill or as a spiral jet mill to a dynamic air classifier 7, which is advantageously arranged in the center of the grinding chamber 3 of the jet mill 1.
- an integrated air classifier 7 which is, for example, in types of jet mill 1 as fluidized bed jet mill or as a dense bed jet mill or as a spiral jet mill to a dynamic air classifier 7, which is advantageously arranged in the center of the grinding chamber 3 of the jet mill 1.
- the desired fineness of the material to be ground can be influenced.
- the entire vertical air classifier 7 is enclosed by a classifier housing 21, which consists essentially of the upper housing part 22 and the lower housing part 23.
- the upper housing part 22 and the lower housing part 23 are provided at the upper or lower edge, each with an outwardly directed peripheral flange 24 and 25 respectively.
- the two peripheral flanges 24, 25 are in the installation or functional state of the air classifier 8 on each other and are fixed by suitable means against each other. Suitable means for fixing are, for example, screw connections (not shown). As releasable fastening means may also serve brackets (not shown) or the like.
- both circumferential flanges 24 and 25 are connected to one another by a hinge 26 so that the upper housing part 22 can be pivoted upward in the direction of the arrow 27 after loosening the flange connecting means relative to the lower housing part 23 and the upper housing part 22 from below and the lower housing part 23 are accessible from above.
- the housing base 23 in turn is formed in two parts and it consists essentially of the cylindrical withdrawraumgephaseuse 28 with the peripheral flange 25 at its upper open end and a discharge cone 29, which tapers conically downwards.
- the discharge cone 29 and the reformraumgephasepuruse 28 are at the upper and lower ends with flanges 30, 31 to each other and the two flanges 30, 31 of discharge cone 29 and reformraumgephase 28 are like the peripheral flanges 24, 25 connected by releasable fastening means (not shown).
- the thus assembled classifier housing 21 is suspended in or on support arms 28a, of which several as evenly spaced around the circumference of the classifier or compressor housing 21 of the air classifier 7 of the jet mill 1 are distributed and attack the cylindrical withdrawraumgephase 28.
- An essential part of the housing installations of the air classifier 7 is in turn the classifying wheel 8 with an upper cover plate 32, with an axially spaced lower downstream cover plate 33 and arranged between the outer edges of the two cover plates 32 and 33, fixedly connected to these and evenly around the circumference of Classifying wheel 8 distributed blades 34 with appropriate contour.
- the drive of the classifying wheel 8 is effected via the upper cover disk 32, while the lower cover disk 33 is the downstream cover disk.
- the storage of the classifying wheel 8 comprises a positively driven forcibly digestradwelle 35, which is led out with the upper end of the classifier housing 21 and rotatably supports the classifying wheel 8 with its lower end within the classifier housing 21 in flying storage.
- the upper housing part 22 also has a tubular product feed nozzle 39 of the Mahlgutholzgabe 4, the longitudinal axis parallel to the axis of rotation 40 of the classifying wheel 8 and its drive or withdrawradwelle 35 and as far as possible from this axis of rotation 40 of the classifying wheel 8 and its Drive or prepareradwelle removed 35, the housing upper part 22 is disposed radially outboard.
- the integrated dynamic air classifier 1 includes a classifying wheel 8 and a classifying wheel shaft 35 as well as a classifier housing, as already explained.
- a classifier gap 8a is defined between the classifying wheel 8 and the classifier housing 21, and a shaft bushing 35b is formed between the classifying wheel shaft and the classifier housing 21 (see Fig. 2a and 3a ).
- a method for producing very fine particles is carried out with this jet mill 1 with an integrated dynamic air classifier 7.
- the innovation compared to conventional jet mills is in addition to the fact that the grinding chamber is heated to a temperature above the dew point of the steam before the grinding phase, in that there is a gap mulling of classifier gap 8a and / or shaft passage 35b with compressed low-energy gases.
- the special feature of this embodiment is precisely the combination of the use of these compressed low-energy gases with the high-energy superheated steam, with which the mill through the Mahlstrahleinlässe, in particular grinding nozzles or therein grinding nozzles, is charged. It At the same time, high-energy media and low-energy media are used.
- the classifier housing 21 receives the coaxial with the classifying wheel 8 arranged tubular outlet nozzle 20 which lies with its upper end just below the downstream cover plate 33 of the classifying wheel 8, but without being connected to this.
- an outlet chamber 41 is attached coaxially, which is also tubular, but whose diameter is substantially greater than the diameter of the outlet nozzle 20 and in the present embodiment, at least twice as large as the diameter of the outlet nozzle 20.
- the outlet nozzle 20 is inserted into an upper cover plate 42 of the outlet chamber 41. Below the outlet chamber 41 is closed by a removable cover 43.
- outlet nozzle 20 and outlet chamber 41 is held in a plurality of support arms 44 which are evenly distributed star-shaped around the circumference of the unit, connected with their inner ends in the region of the outlet nozzle 20 fixed to the unit and secured with their outer ends on the classifier housing 21.
- the outlet nozzle 20 is surrounded by a conical annular housing 45 whose lower, larger outer diameter corresponds at least approximately to the diameter of the outlet chamber 41 and its upper, smaller outer diameter at least approximately the diameter of the classifying wheel 8.
- the support arms 44 terminate and are firmly connected to this wall, which in turn is part of the assembly of outlet nozzle 20 and outlet chamber 41.
- the support arms 44 and the annular housing 45 are parts of the scavenging air device (not shown), wherein the scavenging air the Penetration of matter from the interior of the classifier housing 21 in the gap between the classifying wheel 8 or more precisely its lower cover plate 3 and the outlet nozzle 20 prevents.
- the support arms 44 are formed as tubes, with their outer end portions passed through the wall of the classifier housing 21 and connected via a suction filter 46 to a purge air source (not shown) ,
- the annular housing 45 is closed at the top by a perforated plate 47 and the gap itself can be adjusted by an axially adjustable annular disc in the area between perforated plate 47 and lower cover plate 33 of the classifying wheel 8.
- the outlet from the outlet chamber 41 is formed by a fines discharge pipe 48, which is led into the separator housing 21 from the outside and is connected in a tangential arrangement to the outlet chamber 41.
- the fine material discharge pipe 48 is part of the product outlet 6.
- the lining of the junction of the fine material discharge pipe 48 with the outlet chamber 41 serves as a deflecting cone 49.
- a sighting air inlet spiral 50 and a coarse material discharge 51 are assigned to the housing end section 38 in a horizontal arrangement.
- the direction of rotation of the sighting air inlet spiral 50 is opposite to the direction of rotation of the classifying wheel 8.
- Grobgutaustrag 51 is the housing end portion 38 detachably associated with the lower end of the Gescousendabiteses 38 a flange 52 and the upper end of Grobgutaustrages 51 assigned a flange 53 and both flanges 52 and 53 are in turn releasably connected together by known means when the air classifier ready to be sold.
- the dispersing zone to be designed is designated 54.
- Flanges machined on the inner edge (chamfered) for a clean flow guidance and a simple lining are designated with 55.
- a replaceable protective tube 56 is still applied to the inner wall of the outlet nozzle 20 as a wearing part and a corresponding replaceable protective tube 57 may be applied to the inner wall of the outlet chamber 41.
- view air is introduced into the air classifier 7 at a pressure gradient and at a suitably chosen entry speed via the sighting air inlet spiral 50.
- the classifying air rises spirally upward into the region of the classifying wheel 8.
- the "product" of solid particles of different mass is introduced into the classifier housing 21 via the product feed port 39. From this product, the coarse material, d. H. the proportion of particles with greater mass against the classifying air in the region of the coarse material output 51 and is provided for further processing.
- the proportion of particles of lesser mass is mixed with the classifying air, passes from the outside to the inside radially through the classifying wheel 8 into the outlet nozzle 20, into the outlet chamber 41 and finally via a fine material outlet pipe 48 into a fine material outlet or outlet 58, and from there into a filter in that the resources are separated from each other in the form of a fluid, such as air, and fines.
- Coarser fines constituents are thrown radially out of the classifying wheel 8 and mixed with the coarse material in order to leave the classifier housing 21 with the coarse material or to circle in the classifier housing 21 until it has become fines of such a grain size that it is discharged with the classifying air.
- the protective tube 57 is only a highly precautionary measure.
- the reasons for a good separation technology high flow velocity in the classifying wheel 8 still prevails in the discharge or outlet pipe 20, therefore, the protective tube 56 is more important than the protective tube 57.
- Particularly significant is the diameter jump with a diameter extension in the transition from the outlet nozzle 20 into the outlet chamber 41st
- the air classifier 7 can again be well maintained by the division of the classifier housing 21 in the manner described and the assignment of the classifier components to the individual sub-housings and defective components can be replaced with relatively little effort and within short maintenance times.
- the classifying wheel 8 While in the schematic representation of Fig. 2 2a, the classifying wheel 8 with the two cover disks 32 and 33 and the blade ring 59 arranged therebetween with the blades 34 is shown in already known, conventional form with parallel and parallel-sided cover disks 32 and 33 Fig. 3 or 3a, the classifying wheel 8 is shown for a further embodiment of the air classifier 7 of an advantageous development.
- This classifying wheel 8 contains in addition to the blade ring 59 with the blades 34, the upper cover plate 32 and the axially downstream lower downstream cover plate 33 and is rotatable about the axis of rotation 40 and thus the longitudinal axis of the air classifier 7.
- the diametrical extent of the classifying wheel 8 is perpendicular to the axis of rotation 40, ie to the longitudinal axis of the air classifier 7, regardless of whether the axis of rotation 40 and thus said longitudinal axis is vertical or horizontal.
- the lower downstream cover disk 33 concentrically encloses the outlet nozzle 20.
- the blades 34 are connected to both cover disks 33 and 32.
- the two cover plates 32 and 33 are conical and preferably such that the distance between the upper cover plate 32 from the outflow side cover 33 from the rim 59 of the blades 34 inwards, ie toward the axis of rotation 40, and although preferably continuous, such as linear or non-linear, and with further preference so that the surface of the flow-through cylinder jacket for each radius between the blade outlet edges and outlet nozzle 20 remains at least approximately constant.
- the decreasing due to the decreasing radius in known solutions outflow rate remains at least approximately constant in this solution.
- the shape of the non-parallel-sided cover disk may be such that at least approximately so that the surface of the cylinder jacket through which flows through remains constant for each radius between blade outlet edges and outlet nozzle 20.
- any particles, in particular amorphous particles can be ground so that powdered solids having an average particle size d 50 (TEM) ⁇ 1.5 microns and a d 90 value (TEM) ⁇ 1.8 microns and a d 99 value (TEM) ⁇ 2 ⁇ m.
- TEM average particle size
- TEM d 90 value
- TEM d 99 value
- the amorphous solids according to the invention are characterized in that they have an average particle size (TEM) d 50 ⁇ 1.5 ⁇ m, preferably d 50 ⁇ 1 ⁇ m, particularly preferably d 50 from 0.01 to 1 ⁇ m, very particularly preferably d 50 from 0.05 to 0.9 microns, more preferably d 50 from 0.05 to 0.8 microns, more preferably from 0.05 to 0.5 microns and most preferably from 0.08 to 0.25 microns and a d 90 value (TEM) ⁇ 1.8 ⁇ m, preferably d 90 from 0.1 to 1.5 ⁇ m, more preferably d 90 from 0.1 to 1.0 ⁇ m, and very particularly preferably d 90 from 0.1 to 0 , 5 microns and a d 99 value (TEM) ⁇ 2 microns, preferably d 99 ⁇ 1.8 microns, more preferably d 99 ⁇ 1.5 microns, most preferably d 99 from 0.1 to 1.0 microns and particularly preferably have d 99 of 0.
- the amorphous solids of the invention are silica gels, where silica gels include both hydro, aerosol and xerogels.
- the amorphous solids according to the invention are silica gels, in particular xerogels or aerogels, having an average particle size d 50 (TEM) ⁇ 1.5 ⁇ m, preferably d 50 ⁇ 1 ⁇ m, particularly preferably d 50 of 0 , 01 to 1 .mu.m, most preferably d 50 from 0.05 to 0.9 microns, more preferably d 50 from 0.05 to 0.8 microns, more preferably from 0.05 to 0.5 microns and most preferably of 0.1 to 0.25 microns and a d 90 value (TEM) of ⁇ 1.8 microns, preferably d 90 0.05 to 1.8 .mu.m, particularly preferably d 90 of 0.1 to 1.5 microns, most preferably d 90 is from 0.1 to 1.0 ⁇ m, particularly preferably d 90 from 0.1 to 0.5 ⁇ m and especially preferably d 90 from 0.2 to 0.4 ⁇ m and a d 99 value (TEM ) ⁇
- TEM average
- reaction conditions and the physical / chemical data of the precipitated silicas according to the invention are determined by the following methods:
- particle sizes are named at various points, which were measured by one of the three following methods.
- the reason for this is that the particle sizes mentioned there extend over a very wide particle size range ( ⁇ 100 nm to 1000 ⁇ m).
- ⁇ 100 nm to 1000 ⁇ m the expected particle size of the sample to be examined therefore each of a different one of the three particle size measurement methods come into question.
- Particles with an expected average particle size of approx.> 50 ⁇ m were determined by sieving. Particles with an expected average particle size of approx. 1 - 50 ⁇ m were examined by means of the laser diffraction method and for particles with an expected average particle size ⁇ 1.5 ⁇ m the TEM analysis + image processing was used.
- the sieve fractions are determined by means of a shaker (Retsch AS 200 Basic).
- the resulting sieve tower is mounted on the screening machine. For sieving, 100 g of solid are weighed to the nearest 0.1 g and added to the top sieve of the sieve tower. It is shaken for 5 minutes at an amplitude of 85.
- the individual fractions are weighed back to 0.1 g.
- the fractions must be weighed immediately after shaking, otherwise it can lead to distorted results due to moisture losses.
- the combined weights of the individual fractions should be at least 95 g to evaluate the result.
- the determination of the particle distribution is based on the principle of laser diffraction on a laser diffractometer (Horiba, LA-920).
- the sample of the amorphous solid in 100 ml of water without the addition of dispersing additives in a 150 ml beaker (diameter: 6 cm) is dispersed so that a dispersion with a weight fraction of 1 wt .-% SiO 2 is formed.
- This dispersion is then dispersed intensively (300 W, not pulsed) with an ultrasonic finger (Dr. Hielscher UP400s, Sonotrode H7) over a period of 5 min.
- the ultrasound finger is to be mounted in such a way that its lower end dips to about 1 cm above the bottom of the beaker.
- the particle size distribution is determined from a partial sample of the dispersion subjected to ultrasound with the laser diffractometer (Horiba LA-920).
- Horiba LA-920 For evaluation with the supplied standard software of the Horiba LA-920, a refractive index of 1.09 must be selected.
- the transmission electron micrographs are generated on the basis of ASTM D 3849-02.
- a transmission electron microscope (Hitachi H-7500, with a maximum acceleration voltage of 120 KV) is used.
- the digital image processing is done by a software of the company Soft Imaging Systems (SIS, Weg / Westphalia).
- the program version iTEM 5.0 is used.
- amorphous solid For the determinations, about 10-15 mg of the amorphous solid are dispersed in an isopropanol / water mixture (20 ml isopropanol / 10 ml distilled water) and ultrasonicated for 15 min (ultrasound processor UP 100, Dr. Hielscher GmbH, HF - power 100 W, HF frequency 35 kHz). Thereafter, a small amount (about 1 ml) is removed from the finished dispersion and then applied to the carrier mesh. The excess dispersion is absorbed with filter paper. Then the netting is dried.
- the choice of magnification is described in ITEM WK 5338 (ASTM) and depends on the primary particle size of the amorphous solid to be investigated. Typically, in the case of silicas, the electron optical magnification 50,000: 1 and the final magnification 200,000: 1 are selected. For digital imaging systems, ASTM D 3849 specifies the appropriate resolution in nm / pixel depending on the primary particle size of the amorphous solid to be measured.
- the recording conditions must be arranged in such a way that the reproducibility of the measurements can be guaranteed.
- the individual particles to be characterized on the basis of the TEM images must be imaged with sufficiently sharp contours be.
- the distribution of the particles should not be too dense.
- the particles should be as separate as possible. There should be as few overlaps as possible.
- the total number of aggregates to be measured depends on the range of aggregate sizes: the larger this is, the more particles have to be detected in order to arrive at an adequate statistical statement. For silicas, about 2500 individual particles are measured.
- the primary particle sizes and size distributions are determined on the basis of TEM images specially prepared for this purpose; these are analyzed by means of a particle size analyzer TGZ3 according to Endter and Gebauer (Sales: Carl Zeiss). The entire measurement process is supported by the analysis software DASYLab 6.0 - 32.
- the measuring ranges are calibrated according to the size range of the particles to be examined (determination of the smallest and largest particles), after which the measurements are made.
- An enlarged transparency of a TEM image is positioned on the evaluation desk so that the center of gravity of a particle lies approximately in the middle of the measurement mark. Then, by turning the handwheel on the TGZ3, the diameter of the circular measuring mark is changed until the best possible surface alignment with the image object to be analyzed is achieved.
- the structures to be analyzed are not circular. Then it is true that they project beyond the measuring mark Surface portions of the particles must be adapted to those surface portions of the measurement mark, which are outside the particle boundary. If this adjustment has taken place, the actual counting process is triggered by actuation of a foot switch.
- the particle in the area of the measuring mark is perforated by a knock-down marking pen.
- the TEM film is again shifted on the evaluation lectern until a new particle is adjusted below the measurement mark. A new adjustment and counting procedure takes place. This is repeated until all of the evaluation statistics are characterized according to required particles.
- the number of particles to be counted depends on the range of the particle size: the larger it is, the more particles must be detected in order to arrive at an adequate statistical statement. For silicas, about 2500 individual particles are measured.
- the average particle size d 50 is the mean value of the equivalence diameter of all particles evaluated.
- the equivalent diameters of all the particles evaluated are in classes of 25 nm each (0-25 nm, 25-50 nm, 50-100 nm, ... 925-950 nm, 950-975 nm, 975-1000 nm) and the frequencies in the respective classes are determined. From the cumulative representation of this frequency distribution, the particle sizes d 90 (ie 90% of the particles evaluated have a smaller equivalent diameter) and d 99 can be determined.
- the specific nitrogen surface area (hereinafter referred to as the BET surface area) of the pulverulent solids is determined on the basis of ISO 5794-1 / Annex D with the TRISTAR 3000 device (Micromeritics) after the multipoint determination in accordance with DIN ISO 9277.
- the measuring principle is based on nitrogen sorption at 77 K (volumetric method) and can be used for mesoporous solids (2 nm to 50 nm pore diameter).
- the determination of the pore size distribution is carried out according to DIN 66134 (determination of the pore size distribution and the specific surface of mesoporous solids by nitrogen sorption, according to Barrett, Joyner and Halenda (BJH)).
- Drying of the amorphous solids takes place in a drying cabinet. Sample preparation and measurement are carried out with the ASAP 2400 device (Micromeritics). As measuring gases nitrogen 5.0 and helium 5.0 are used. The cooling bath is liquid nitrogen. Weighing weights are precisely determined with an analytical balance in [mg] to one decimal place.
- the sample to be tested is pre-dried at 105 ° C for 15-20 h. Of these, 0.3 to 1 g are weighed into a sample vessel.
- the sample vessel is connected to the ASAP 2400 device and baked at 200 ° C. for 60 minutes under vacuum (final vacuum ⁇ 10 ⁇ m Hg).
- the sample cools to room temperature under vacuum, is blanketed with nitrogen and weighed. The difference to the weight of the filled with nitrogen sample vessel without solid results in the exact weight.
- the measurement is carried out according to the operating instructions of the ASAP 2400.
- the adsorbed volume is determined on the basis of the desorption branch (pore volume for pores with a pore diameter ⁇ 50 nm).
- the pore radius distribution is calculated from the measured nitrogen isotherms according to the BJH method ( EP Barett, LG Joyner, PH Halenda, J. Amer. Chem. Soc., Vol. 73, 373 (1951 )) and displayed as a distribution curve.
- the moisture of amorphous solids is determined according to DIN EN ISO 787-2 after drying for 2 hours in a convection oven at 105 ° C. This drying loss consists predominantly of water moisture.
- the determination of the pH of the amorphous solids is carried out as a 5% aqueous suspension at room temperature based on DIN EN ISO 787-9. Compared to the specifications of this standard, the initial weights were changed (5.00 g SiO 2 to 100 ml deionized water).
- the DBP image is defined for anhydrous, amorphous solids.
- the correction value K for the calculation of the To consider DBP inclusion can be determined from the following correction table, eg. For example, a water content of the silica of 5.8% would mean a 33 g / (100 g) addition for DBP uptake.
- the moisture content of the silica or of the silica gel is determined according to the method "Determination of the moisture or the drying loss" described below.
- Moisture correction table for dibutyl phthalate uptake - anhydrous % Moisture % Humidity .0 .2 .4 .6 .8th 0 0 2 4 5 7 1 9 10 12 13 15 2 16 18 19 20 22 3 23 24 26 27 28 4 28 29 29 30 31 5 31 32 32 33 33 6 34 34 35 35 36 7 36 37 38 38 39 8th 39 40 40 41 41 9 42 43 43 44 44 10 45 45 46 46 47
- the determination of the tamped density is based on DIN EN ISO 787-11.
- a defined amount of a previously unsorted sample is filled into a graduated glass cylinder and subjected to a fixed number of stacks by means of a tamping volumeter. During the stamping, the sample condenses. As a result of the examination, the tamped density is obtained.
- the measurements are carried out on a tamping volumeter with counter from Engelsmann, Ludwigshafen, type STAV 2003.
- a 250 ml glass cylinder is tared on a precision balance. Subsequently, 200 ml of the amorphous solid are filled with the aid of a powder funnel in the tared measuring cylinder so that no cavities form. The sample quantity is then weighed to the nearest 0.01 g. Thereafter, lightly tapping the cylinder so that the surface of the silica in the cylinder is horizontal. The measuring cylinder is in The measuring cylinder holder of the tamping volumeter used and tamped 1250 times. The volume of the mashed sample is read to 1 ml after a single ramming pass.
- the alkali number determination is understood to mean the consumption of hydrochloric acid in ml (at 50 ml test volume, 50 ml distilled water and a hydrochloric acid used of concentration 0.5 mol / l) in a direct potentiometric titration of alkaline solutions or suspensions up to a pH of 8.30.
- the free alkali content of the solution or suspension is hereby recorded.
- the pH device Kernick, type: 766 pH meter Calimatic with temperature sensor
- the pH electrode combination electrode from Schott, type N7680
- the combination electrode is immersed in the 40 ° C tempered solution or suspension consisting of 50.0 ml of sample and 50.0 ml of deionized water.
- hydrochloric acid solution of concentration 0.5 mol / l dropwise until a constant pH of 8.30 is reached. Due to the slowly adjusting equilibrium between the silica and the free alkali content it takes a waiting time of 15 minutes until a final reading of the Acid consumption.
- the read-out hydrochloric acid consumption in ml corresponds directly to the alkali number, which is given dimensionlessly.
- the precipitated silica used as the starting material to be ground was prepared according to the following procedure:
- the water glass and the sulfuric acid used at various points in the following recipe for the preparation of the silica 1 are characterized as follows: Water glass: Density 1.348 kg / l, 27.0 wt% SiO 2 , 8.05 wt% Na 2 O Sulfuric acid: Density 1.83 kg / l, 94% by weight
- the resulting suspension is filtered with a membrane filter press and the filter cake washed with deionized water until a conductivity of ⁇ 10 mS / cm is observed in the wash water.
- the filter cake is then present with a solids content of ⁇ 25%.
- the drying of the filter cake takes place in a spin-flash dryer.
- silica 1 The data of silica 1 are given in Table 1.
- the hydrogel prepared as described above is aged with ammonia addition at pH 9 and 80 ° C for 10-12 hours, and then adjusted to pH 3 with 45 wt .-% sulfuric acid.
- the hydrogel then has a solids content of 34-35%. It is then coarsely ground on a pin mill (Alpine Type 160Z) to a particle size of approx. 150 ⁇ m.
- the hydrogel has a residual moisture of 67%.
- silica 2 The data of silica 2 are given in Table 1.
- silica 3a The data of silica 3a are given in Table 1.
- the hydrogel prepared as described above is further washed at about 80 ° C until the conductivity of the wash water is below 2 mS / cm and dried in a convection oven (Fresenberger POH 1600.200) at 160 ° C to a residual moisture content of ⁇ 5%.
- the xerogel is pre-shredded to a particle size ⁇ 100 ⁇ m (Alpine AFG 200).
- silica 3b The data of silica 3b are given in Table 1.
- the hydrogel prepared as described above is aged with addition of ammonia at pH 9 and 80 ° C for 4 hours, then adjusted with 45 wt .-% sulfuric acid to about pH 3 and in a convection oven (Fresenberger POH 1600.200) at 160 ° C to a Residual moisture of ⁇ 5% dried.
- the xerogel is pre-shredded to a particle size ⁇ 100 ⁇ m (Alpine AFG 200).
- silica 3c The data of silica 3c are given in Table 1.
- a fluidized bed counter-jet mill according to FIG. 1 . 2a and 3a first via the two heating nozzles 5a (of which in FIG. 1 only one shown), which are charged with 10 bar and 160 ° C hot compressed air, heated to a mill outlet temperature of about 105 ° C.
- the mill is downstream of the filtration of the ground material a filter unit (not in FIG. 1 shown), the filter housing is heated in the lower third indirectly via attached heating coils by means of 6 bar saturated steam also to prevent condensation. All equipment surfaces in the area of the mill, the separation filter, as well as the supply lines for steam and hot compressed air are particularly insulated.
- the supply of the heating nozzles with hot compressed air is switched off and the admission of the three grinding nozzles with superheated steam (38 bar (abs), 330 ° C) started.
- water is injected in the starting phase and during grinding in the grinding chamber of the mill via a two-fluid nozzle operated with compressed air in dependence on the mill outlet temperature.
- the product task is started when the relevant process parameters (see Table 2) are constant.
- the regulation of the feed quantity is dependent on the self-adjusting stream.
- the classifier flow regulates the feed quantity such that approx. 70% of the nominal flow can not be exceeded.
- the crushing of the coarse material takes place in the expanding steam jets (grinding gas). Together with the expanded grinding gas, the product particles in the center of the mill container rise to the classifying wheel. Depending on the set speed of the sifter and the amount of grinding steam (see Table 1), the particles which have a sufficient fineness pass with the grinding steam into the fine-material outlet and from there into the downstream one Separation system, while too coarse particles go back into the grinding zone and subjected to a further crushing.
- the discharge of the separated fine material from the separation filter in the subsequent ensiling and packaging is done by means of rotary valve.
- the grinding pressure of the grinding gas prevailing at the grinding nozzles, or the resulting amount of grinding gas in conjunction with the speed of the dynamic Schaufelradsichters determine the fineness of the grain distribution function and the upper grain limit.
Description
Die Erfindung betrifft pulverförmige amorphe Feststoffe mit einer sehr kleinen mittleren Partikelgröße sowie einer engen Partikelgrößenverteilung, ein Verfahren zu deren Herstellung, sowie deren Verwendung.The invention relates to powdery amorphous solids having a very small average particle size and a narrow particle size distribution, a process for their preparation, and their use.
Feinteilige, amorphe Kieselsäure und Silikate werden seit Jahrzehnten industriell hergestellt. In der Regel wird die Feinstvermahlung in Spiral- oder Gegenstrahlmühlen mit komprimierter Luft als Mahlgas durchgeführt, z.B.
Es ist bekannt, dass der erreichbare Partikeldurchmesser proportional der Wurzel des Kehrwertes der Stoßgeschwindigkeit der Partikel ist. Die Stoßgeschwindigkeit wiederum wird durch die Strahlgeschwindigkeit der expandierenden Gasstrahlen des jeweiligen Mahlmediums aus den verwendeten Düsen vorgegeben. Aus diesem Grund kann zur Generierung sehr kleiner Partikelgrößen bevorzugt überhitzter Dampf eingesetzt werden, da das Beschleunigungsvermögen von Dampf ca. 50 % größer ist als das von Luft. Die Verwendung von Wasserdampf hat aber den Nachteil, dass es insbesondere während des Anfahrens der Mühle zu Kondensationen im gesamten Mahlsystem kommen kann, was in der Regel die Bildung von Agglomeraten und Krusten während des Mahlvorgangs zur Folge hat.It is known that the achievable particle diameter is proportional to the root of the reciprocal of the collision velocity of the particles. The impact velocity in turn is determined by the jet velocity of the expanding gas jets of the respective grinding medium from the nozzles used. For this reason, preferably superheated steam can be used to generate very small particle sizes, since the acceleration capacity of steam is about 50% greater than that of air. However, the use of steam has the disadvantage that, in particular during the startup of the mill, condensation can occur in the entire grinding system, which generally results in the formation of agglomerates and crusts during the grinding process.
Die bei Einsatz konventioneller Strahlmühlen bei der Vermahlung amorpher Kieselsäure, Silikate oder Silicagelen erzielten mittleren Partikeldurchmesser d50 lagen daher bisher deutlich oberhalb 1 µm. So wird z. B. in der
Eine alternative Vermahlungsmöglichkeit stellt die Naßzerkleinerung, z. B. in Kugelmühlen, dar. Sie führt zu sehr feinteiligen Suspensionen der zu vermahlenden Produkte, siehe z. B.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher neuartige feinteilige, pulverförmige, amorphe Feststoffe, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide novel finely divided, pulverulent, amorphous solids and a process for their preparation.
Weitere nicht näher spezifizierte Aufgaben ergeben sich aus dem Gesamtzusammenhang der Beschreibung sowie der Ansprüche und Beispiele.Further unspecified tasks arise from the overall context of the description as well as the claims and examples.
Die Erfinder haben überraschend herausgefunden, dass es möglich ist, amorphe Feststoffe mittels eines sehr speziellen, in den Ansprüchen 2 bis 14 näher spezifizierten Verfahrens bis auf eine mittlere Partikelgröße d50 von kleiner als 1,5 µm zu vermahlen und zudem eine sehr enge Partikelverteilung zu erreichen.The inventors have surprisingly found that it is possible to grind amorphous solids by means of a very special, further specified in the claims 2 to 14 method to a mean particle size d 50 of less than 1.5 microns and also a very narrow particle distribution to reach.
Die Aufgabe wird somit durch das in den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung näher spezifizierte Verfahren sowie die dort näher spezifizierten amorphen Feststoffe gelöst.The object is thus achieved by the method specified in more detail in the claims and the description below and the amorphous solids specified there.
Gegenstand der Erfindung sind amorphe pulverförmige Feststoffe mit einer mittleren Partikelgröße d50 (TEM) < 1,5 µm und einem d90-Wert (TEM) < 1,8 µm und einem d99-Wert (TEM) < 2 µm und es sich um Silicagele handelt, die zudem ein Porenvolumen von 0,2 bis 0,7 ml/g aufweisen oder dass es sich um Silicagele handelt, die zudem ein Porenvolumen von 0,8 bis 1,5 ml/g aufweisen oder es sich um Silicagele handelt, die zudem ein Porenvolumen von 1,5 bis 2,1 ml/g aufweisen.The invention relates to amorphous powdered solids having an average particle size d 50 (TEM) <1.5 microns and a d 90 value (TEM) <1.8 microns and a d 99 value (TEM) <2 microns and it itself are silica gels, which also have a pore volume of 0.2 to 0.7 ml / g, or are silica gels which also have a pore volume of 0.8 to 1.5 ml / g or are silica gels , which also have a pore volume of 1.5 to 2.1 ml / g.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen amorphen pulverförmigen Feststoffe durch Vermahlung amorpher Feststoffe mittels eines Mahlsystem (Mahlapparatur), bevorzugt umfassend eine Strahlmühle, besonders bevorzugt eines Mahlsystems umfassend eine Fließbettgegenstrahlmühle oder eine Dichtbettstrahlmühle oder eine Spiralstrahlmühle, dadurch gekennzeichnet, dass die Mühle in der Mahlphase mit einem Betriebsmittel, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus Gas und Dampf, bevorzugt Wasserdampf, und einem Gas enthaltend Wasserdampf, besteht, betrieben wird und dass der Mahlraum in einer Aufheizphase, d. h. vor dem eigentlichen Betrieb mit dem Betriebsmittel, derart aufgeheizt wird, dass die Temperatur im Mahlraum und am Mühlenausgang höher als der Taupunkt des Dampfes und/oder Betriebsmittel liegt.The invention also provides a process for producing the amorphous pulverulent solids according to the invention by grinding amorphous solids by means of a grinding system (milling apparatus), preferably comprising a jet mill, particularly preferably a milling system comprising a fluidized bed counter-jet mill or a dense bed jet mill or a spiral jet mill, characterized in that the mill in the milling phase with a resource selected from a group consisting of gas and steam, preferably water vapor, and a gas containing water vapor, is operated, and that the grinding chamber in a heating phase, ie before the actual operation with the operating means, so heated is that the temperature in the grinding chamber and at the mill outlet is higher than the dew point of the steam and / or equipment.
Weiterhin ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen amorphen Feststoffe mit einer mittleren Partikelgröße d50 < 1,5 µm und einem d90-Wert < 1,8 µm und einem d99-Wert < 2 µm, z. B. in Oberflächenbeschichtungssystemen.Furthermore, the present invention relates to the use of the amorphous solids according to the invention having an average particle size d 50 <1.5 microns and a d 90 value <1.8 microns and a d 99 value <2 microns, z. In surface coating systems.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmals gelungen, pulverförmige amorphe Feststoffe mit einer mittleren Partikelgröße d50 < 1,5 µm sowie einer engen
Partikelgrößenverteilung, ausgedrückt durch den d90-Wert < 1,8 µm und/oder den d99-Wert < 2 µm, herzustellen.The inventive method is the first time succeeded, powdery amorphous solids having an average particle size d 50 <1.5 microns and a narrow
Particle size distribution, expressed by the d 90 value <1.8 microns and / or the d 99 value <2 microns to produce.
Die Vermahlung von amorphen Feststoffen, insbesondere solchen enthaltend ein Metall und/oder Metalloxid, z. B. von Metallen der 3. und 4. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, wie z. B. gefällten Kieselsäuren, pyrogenen Kieselsäuren, Silikaten und Silicagelen, zur Erreichung solch kleiner mittlerer Partikelgrößen war bislang nur mittels Nassvermahlung möglich. Dadurch konnten jedoch nur Dispersionen erhalten werden. Die Trocknung dieser Dispersionen führte zu Reagglomeration der amorphen Partikel, so dass der Effekt der Vermahlung teilweise wieder rückgängig gemacht wurde und mittlere Partikelgrößen d50 < 1,5 µm sowie Partikelgrößenverteilung d90-Wert < 2 µm bei den getrockneten, pulverförmigen Feststoffen nicht erreicht werden konnten. Im Falle der Trocknung von Gelen wurde zudem die Porosität negativ beeinflußt.The grinding of amorphous solids, in particular those containing a metal and / or metal oxide, for. As metals of the 3rd and 4th main group of the Periodic Table of the Elements, such as. As precipitated silicas, fumed silicas, silicates and silica gels, to achieve such small average particle sizes was previously possible only by wet milling. As a result, only dispersions could be obtained. The drying of these dispersions led to re-agglomeration of the amorphous particles, so that the effect of grinding was partially reversed and average particle sizes d 50 <1.5 microns, and particle size distribution d 90 value can not be reached <2 microns in the dried, powdered solids could. In the case of drying of gels, the porosity was also adversely affected.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber den Verfahren des Standes der Technik, insbesondere der Naßvermahlung, den Vorteil auf, dass es sich um eine Trockenvermahlung handelt, welche direkt zu pulverförmigen Produkten mit sehr kleiner mittlerer Partikelgröße führt, die besonders vorteilhaft auch noch eine hohe Porosität aufweisen können. Das Problem der Reagglomeration bei der Trocknung entfällt, da kein der Vermahlung nachgeschalteter Trocknungsschritt notwendig ist.Compared to the processes of the state of the art, in particular wet milling, the process according to the invention has the advantage that it is a dry milling process which leads directly to pulverulent products with a very small mean particle size, which can also have a high porosity in a particularly advantageous manner , The problem of reagglomeration during drying is eliminated because no grinding of the downstream drying step is necessary.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer seiner bevorzugten Ausführungsformen ist darin zu sehen, dass die Vermahlung gleichzeitig mit der Trocknung erfolgen kann, so dass z. B. ein Filterkuchen direkt weiterverarbeitet werden kann. Dies erspart einen zusätzlichen Trocknungsschritt und erhöht gleichzeitig die Raum-Zeit-Ausbeute.Another advantage of the method according to the invention in one of its preferred embodiments is the fact that the grinding can take place simultaneously with the drying, so that z. B. a filter cake can be further processed directly. This saves an additional drying step and at the same time increases the space-time yield.
In seinen bevorzugten Ausführungsformen weist das erfindungsgemäße Verfahren zudem den Vorteil auf, dass beim Hochfahren des Mahlsystems keine oder nur sehr geringe Mengen an Kondensat im Mahlsystem, insbesondere in der Mühle entstehen. Beim Abkühlen kann getrocknetes Gas verwendet werden. Dadurch entsteht auch beim Abkühlen kein Kondensat im Mahlsystem und die Abkühlphase wird deutlich verkürzt. Die effektiven Maschinenlaufzeiten können somit erhöht werden.In its preferred embodiments, the inventive method also has the advantage that when starting up the grinding system no or only very small amounts of condensate in the grinding system, especially in the mill arise. On cooling, dried gas can be used. As a result, no condensate is produced in the grinding system during cooling and the cooling phase is significantly shortened. The effective machine running times can thus be increased.
Schließlich wird dadurch, dass kein oder nur sehr wenig Kondensat beim Anfahren in dem Mahlsystem gebildet wird, verhindert, dass ein bereits getrocknetes Mahlgut wieder nass wird, wodurch die Bildung von Agglomeraten und Krusten während des Mahlvorgangs verhindert werden kann.Finally, the fact that no or very little condensate is formed during startup in the milling system, prevents an already dried ground material is wet again, whereby the formation of agglomerates and crusts during the grinding process can be prevented.
Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten, amorphen pulverförmigen Feststoffe weisen aufgrund der sehr speziellen und einzigartigen mittleren Partikelgrößen und Partikelgrößenverteilungen besonders gute Eigenschaften beim Einsatz in Oberflächenbeschichtungssystemen z. B. als Rheologiehilfsmittel, in Papierbeschichtung und in Farben bzw. Lacken auf.The amorphous pulverulent solids produced by means of the process according to the invention have particularly good properties when used in surface coating systems, for example because of the very special and unique average particle sizes and particle size distributions. As a rheological aid, in paper coating and in paints or varnishes.
Die erfindungsgemäßen Produkte erlauben es z. B. aufgrund der sehr kleinen mittleren Partikelgröße und insbesondere des niedrigen d90-Wertes und d99-Wertes, sehr dünne Beschichtungen herzustellen.The products of the invention allow z. B. due to the very small average particle size and in particular the low d 90 value and d 99 value to produce very thin coatings.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Detail beschrieben. Zuvor werden einige in der Beschreibung, wie auch in den Ansprüchen verwendete Begriffe definiert.The present invention will be described below in detail. Previously, some terms used in the description as well as in the claims are defined.
Die Begriffe Pulver und pulverförmige Feststoffe werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym verwendet und bezeichnen jeweils fein zerkleinerte, feste Substanzen aus kleinen trockenen Partikeln, wobei trockene Partikel dabei bedeutet, dass es sich um äußerlich trockene Partikel handelt. Diese Partikel weisen zwar in der Regel einen Wassergehalt auf, dieses Wasser ist jedoch so fest an die Partikel bzw. in deren Kapillaren gebunden, dass es bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck nicht freigegeben wird. Mit anderen Worten, es handelt sich um mit optischen Methoden wahrnehmbare partikelförmige Stoffe und nicht um Suspensionen oder Dispersionen. Ferner kann es sich dabei sowohl um oberflächenmodifizierte als auch um nicht oberflächenmodifizierte Feststoffe handeln. Die Oberflächenmodifikation erfolgt bevorzugt mit Kohlenstoff enthaltenden Coatungsmitteln und kann sowohl vor als auch nach der Vermahlung erfolgen.The terms powder and pulverulent solids are used interchangeably in the context of the present invention and each denote finely comminuted, solid substances from small dry particles, dry particles meaning that they are externally dry particles. Although these particles usually have a water content, this water is so firmly bound to the particles or in their capillaries that it is not released at room temperature and atmospheric pressure. In other words, it is perceptible by optical methods particulate matter and not suspensions or dispersions. Furthermore, these may be both surface-modified and non-surface-modified solids. The surface modification is preferably carried out with carbon-containing coating agents and can be carried out both before and after the grinding.
Die erfindungsgemäßen Feststoffe können als Gel oder als Partikel enthaltend Agglomerate und/oder Aggregate vorliegen. Gel bedeutet, dass die Feststoffe eine aus einem stabilen, dreidimensionalen, bevorzugt homogenen Netzwerk von Primärpartikeln aufgebaut sind. Beispiele hierfür sind Silicagele.The solids according to the invention can be present as gel or as particles containing agglomerates and / or aggregates. Gel means that the solids are composed of a stable, three-dimensional, preferably homogeneous network of primary particles. Examples are silica gels.
Partikel enthaltend Aggregate und/oder Agglomerate im Sinne der vorliegenden Erfindung weisen kein dreidimensionales Netzwerk bzw. zumindest kein über die ganzen Partikel erstrecktes Netzwerk von Primärpartikeln auf. Stattdessen weisen sie Aggregate und Agglomerate von Primärpartikeln auf. Beispiele hierfür sind Fällungskieselsäuren und pyrogene Kieselsäuren.Particles comprising aggregates and / or agglomerates in the sense of the present invention have no three-dimensional network or at least no network of primary particles extending over the entire particle. Instead, they have aggregates and agglomerates of primary particles. Examples of these are precipitated silicas and fumed silicas.
Eine Beschreibung des Strukturunterschieds von Silicagelen im Vergleich zu gefälltem SiO2 findet sich in Iler R. K., "The Chemistry of Silica", 1979, ISBN 0-471-02404-X, Kapitel 5, Seite 462 sowie dort in Figur 3.25. Der Inhalt dieser Druckschrift wird hiermit ausdrücklich mit in die Beschreibung dieser Erfindung einbezogen.A description of the structural difference of silica gels as compared to precipitated SiO 2 can be found in Iler RK, "The Chemistry of Silica", 1979, ISBN 0-471-02404-X, Chapter 5, page 462, and there in Figure 3.25. The content of this document is hereby expressly included in the description of this invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einem Mahlsystem (Mahlapparatur), bevorzugt in einem Mahlsystem umfassend eine Strahlmühle, besonders bevorzugt umfassend eine Gegenstrahlmühle ausgeführt. Dazu wird ein zu zerkleinerndes Aufgabegut in expandierenden Gasstrahlen hoher Geschwindigkeit beschleunigt und durch Partikel-Partikel-Stöße zerkleinert. Als Strahlmühlen werden ganz besonders bevorzugt Fließbettgegenstrahlmühlen oder Dichtbettstrahmühlen oder Spiralstrahlmühlen verwendet. Im Falle der ganz besonders bevorzugten Fließbettgegenstrahlmühle befinden sich im unteren Drittel der Mahlkammer zwei oder mehr Mahlstrahleinlässe, bevorzugt in Form von Mahldüsen, welche sich bevorzugt in einer horizontalen Ebene befinden. Die Mahlstrahleinlässe sind besonders bevorzugt so am Umfang des bevorzugt runden Mühlenbehälters angeordnet, dass sich die Mahlstrahlen alle an einem Punkt im Inneren des Mahlbehälters treffen. Insbesondere bevorzugt sind die Mahlstrahleinlässe gleichmäßig über den Umfang des Mahlbehälters verteilt. Im Falle von drei Mahlstrahleinlässe würde der Abstand somit jeweils 120° betragen.The process according to the invention is carried out in a milling system (milling apparatus), preferably in a milling system comprising a jet mill, particularly preferably comprising an opposed jet mill. For this purpose, a feed to be crushed is accelerated in expanding high-speed gas jets and comminuted by particle-particle collisions. As jet mills, very particular preference is given to using fluid bed counter-jet mills or dense-bed jet mills or spiral jet mills. In the case of the very special preferred fluidized bed counter-jet mill located in the lower third of the grinding chamber two or more Mahlstrahleinlässe, preferably in the form of grinding nozzles, which are preferably in a horizontal plane. The Mahlstrahleinlässe are particularly preferably arranged on the circumference of the preferably round mill container, that the grinding jets all meet at a point inside the grinding container. Particularly preferably, the grinding jet inlets are distributed uniformly over the circumference of the grinding container. In the case of three Mahlstrahleinlässe the distance would thus each be 120 °.
In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt das Mahlsystem (Mahlapparatur) einen Sichter, bevorzugt einen dynamischen Sichter, besonders bevorzugt einen dynamischer Schaufelradsichter, insbesondere bevorzugt einen Sichter gemäß
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein dynamischer Windsichter gemäß
Durch die Verwendung eines Sichters in Kombination mit der unter den erfindungsgemäßen Bedingungen betriebenen Strahlmühle erfolgt eine Begrenzung des Oberkorns, wobei die gemeinsam mit den entspannten Gasstrahlen aufsteigenden Produktpartikel aus dem Zentrum des Mahlbehälters durch den Sichter geleitet werden und anschließend das Produkt, das eine ausreichende Feinheit aufweist, aus dem Sichter und aus der Mühle ausgeführt wird. Zu grobe Partikel gelangen zurück in die Mahlzone und werden einer weiteren Zerkleinerung unterworfen.By using a classifier in combination with the jet mill operated under the conditions according to the invention, the upper particle is confined, the product particles rising together with the expanded gas jets being passed through the classifier from the center of the grinding container and subsequently the product having a sufficient fineness , from the sifter and from the mill is executed. Too coarse particles return to the milling zone and are subjected to further comminution.
Im Mahlsystem kann ein Sichter als separate Einheit der Mühle nachgeschaltet werden, bevorzugt wird jedoch ein integrierter Sichter verwendet.In the grinding system, a classifier can be connected downstream as a separate unit of the mill, but preferably an integrated classifier is used.
Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass dem eigentlichen Mahlschritt eine Aufheizphase vorangeschaltet ist, in der sichergestellt wird, dass der Mahlraum, besonders bevorzugt alle wesentlichen Bauteile der Mühle und/oder des Mahlsystems, an denen Wasser und/oder Wasserdampf kondensieren könnte, derart aufgeheizt wird/werden, dass dessen/deren Temperatur oberhalb des Taupunktes des Dampfes liegt. Das Aufheizen kann im Prinzip durch jede Heizmethode erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Aufheizung jedoch dadurch, dass heißes Gas durch die Mühle und/oder das ganze Mahlsystem geleitet wird, so dass die Temperatur des Gases am Mühlenausgang höher ist als der Taupunkt des Dampfes. Dabei wird besonders bevorzugt darauf geachtet, dass das heiße Gas bevorzugt alle wesentliches Bauteile der Mühle und/oder des ganzen Mahlsystems, die mit dem Wasserdampf in Verbindung kommen, hinreichend aufheizt.An essential feature of the method according to the invention is that the actual grinding step is preceded by a heating phase, in which it is ensured that the grinding chamber, particularly preferably all essential components of the mill and / or the grinding system, at which water and / or water vapor could condense, is heated so / that its temperature is above the dew point of the vapor. The heating can be done in principle by any heating method. Preferably, however, the heating takes place in that hot gas is passed through the mill and / or the entire grinding system, so that the temperature of the gas at the mill outlet is higher than the dew point of the vapor. Particular care is taken here that the hot gas preferably heats all essential components of the mill and / or the entire grinding system, which come into contact with the steam, sufficiently.
Als Heizgas kann prinzipiell jedes beliebige Gas und/oder Gasgemische verwendet werden, bevorzugt werden jedoch heiße Luft und/oder Verbrennungsgase und/oder Inertgase verwendet. Die Temperatur des heißen Gases liegt über dem Taupunkt des Wasserdampfes.In principle, any gas and / or gas mixtures can be used as the heating gas, but hot air and / or combustion gases and / or inert gases are preferably used. The temperature of the hot gas is above the dew point of the water vapor.
Das heiße Gas kann prinzipiell beliebig in den Mahlraum eingeführt werden. Vorzugsweise befinden sich dafür im Mahlraum Einlässe bzw. Düsen. Bei diesen Einlässen bzw. Düsen kann es sich um dieselben Einlässe bzw. Düsen handeln, durch die während der Mahlphase auch die Mahlstrahlen geleitet werden (Mahldüsen). Es ist aber auch möglich, dass im Mahlraum separate Einlässe bzw. Düsen (Heizdüsen) vorhanden sind, durch die das heiße Gas und/oder Gasgemisch eingeleitet werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Heizgas bzw. Heizgasgemisch durch zumindest zwei, bevorzugt drei oder mehr in einer Ebene angeordnete Einlässe bzw. Düsen eingeführt, welche so am Umfang des bevorzugt runden Mühlenbehälters angeordnet, dass sich die Strahlen alle an einem Punkt im Inneren des Mahlbehälters treffen. Insbesondere bevorzugt sind die Einlässe bzw. Düsen gleichmäßig über den Umfang des Mahlbehälters verteilt.The hot gas can in principle be introduced into the milling space as desired. Preferably, there are in the grinding room inlets or nozzles. These inlets or nozzles can be the same inlets or nozzles through which the grinding jets are also passed during the grinding phase (grinding nozzles). But it is also possible that in the grinding chamber separate inlets or nozzles (heating nozzles) are present, through which the hot gas and / or gas mixture can be introduced. In a preferred embodiment, the heating gas or heating gas mixture is introduced through at least two, preferably three or more, in-plane inlets or nozzles, which are so arranged on the circumference of the preferably round mill container that the rays all meet at a point inside the grinding container. Particularly preferably, the inlets or nozzles are distributed uniformly over the circumference of the grinding container.
Während der Vermahlung wird durch die Mahlstrahleinlässe, bevorzugt in Form von Mahldüsen, als Betriebsmittel ein Gas und/oder ein Dampf, bevorzugt Wasserdampf und/oder ein Gas/Wasserdampf Gemisch entspannt. Dieses Betriebsmittel weist in der Regel eine wesentlich höhere Schallgeschwindigkeit als Luft (343 m/s), bevorzugt zumindest 450 m/s, auf. Vorteilhaft umfaßt das Betriebsmittel Wasserdampf und/oder Wasserstoffgas und/oder Argon und/oder Helium. Besonders bevorzugt handelt es sich um überhitzten Wasserdampf. Um eine sehr feine Vermahlung zu erreichen, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass das Betriebsmittel mit einem Druck von 15 bis 250 bar, besonders bevorzugt von 20 bis 150 bar, ganz besonders bevorzugt 30 bis 70 bar und insbesondere bevorzugt 40 bis 65 bar in die Mühle entspannt wird. Ebenfalls besonders bevorzugt weist das Betriebsmittel eine Temperatur von 200 bis 800 °C, besonders bevorzugt 250 bis 600 °C und insbesondere 300 bis 400 °C auf.During grinding, a gas and / or a vapor, preferably water vapor and / or a gas / steam mixture is depressurized by the grinding jet inlets, preferably in the form of grinding nozzles. This equipment usually has a much higher speed of sound than air (343 m / s), preferably at least 450 m / s on. Advantageously, the equipment comprises water vapor and / or hydrogen gas and / or argon and / or helium. Particularly preferred is superheated steam. In order to achieve a very fine grinding, it has proved to be particularly advantageous that the operating means at a pressure of 15 to 250 bar, more preferably from 20 to 150 bar, most preferably 30 to 70 bar and particularly preferably 40 to 65 bar relaxed in the mill. Also particularly preferably, the operating means has a temperature of 200 to 800 ° C, particularly preferably 250 to 600 ° C and in particular 300 to 400 ° C.
Im Falle von Wasserdampf als Betriebsmittel, also insbesondere dann, wenn die Dampfzufuhrleitung an eine Wasserdampfquelle angeschlossen ist, erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn die Mahl- oder Einlassdüsen an eine Dampfzufuhrleitung angeschlossen sind, die mit Dehnungsbögen ausgestattet ist.In the case of steam as a resource, so in particular when the steam supply line is connected to a source of steam, it proves to be particularly advantageous if the grinding or inlet nozzles are connected to a steam supply line, which is equipped with expansion bends.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Oberfläche der Strahlmühle einen möglichst kleinen Wert aufweist und/oder die Strömungswege zumindest weitgehend vorsprungsfrei sind und/oder wenn die Komponenten der Strahlmühle zur Vermeidung von Massenanhäufungen ausgelegt sind. Durch diese Maßnahmen kann eine Ablagerung des Mahlguts in der Mühle zusätzlich verhindert werden.Furthermore, it has proven to be advantageous if the surface of the jet mill has the smallest possible value and / or the flow paths are at least largely free of projections and / or if the components of the jet mill are designed to prevent mass accumulation. By these measures, a deposit of the ground material in the mill can be additionally prevented.
Anhand der nachfolgend beschriebenen bevorzugten und speziellen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der bevorzugten und besonders geeigneten Ausführungen von Strahlmühlen sowie der Zeichnungen und Beschreibungen der Zeichnungen wird die Erfindung lediglich exemplarisch näher erläutert, d. h. sie ist nicht auf diese Ausführungs- und Anwendungsbeispiele oder auf die jeweiligen Merkmalskombinationen innerhalb einzelner Ausführungsbeispiele beschränkt.With reference to the preferred and specific embodiments of the method according to the invention described below as well as the preferred and particularly suitable designs of jet mills and the drawings and descriptions of the drawings, the invention will be described only by way of example, d. H. it is not limited to these embodiments and examples of application or to the respective feature combinations within individual embodiments.
Einzelne Merkmale, die im Zusammenhang mit konkreten Ausführungsbeispielen angeben und/oder dargestellt sind, sind nicht auf diese Ausführungsbeispiele oder die Kombination mit den übrigen Merkmalen dieser Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern können im Rahmen der technischen Möglichkeiten, mit jeglichen anderen Varianten, auch wenn sie in den vorliegenden Unterlagen nicht gesondert behandelt sind, kombiniert werden.Individual features that are indicated and / or illustrated in connection with specific embodiments are not limited to these embodiments or the combination with the other features of these embodiments, but may in the technical possibilities, with any other variants, even if they are in the documents are not treated separately.
Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren und Abbildungen der Zeichnungen bezeichnen gleiche oder ähnliche oder gleich oder ähnlich wirkende Komponenten. Anhand der Darstellungen in der Zeichnung werden auch solche Merkmale deutlich, die nicht mit Bezugszeichen versehen sind, unabhängig davon, ob solche Merkmale nachfolgend beschrieben sind oder nicht. Andererseits sind auch Merkmale, die in der vorliegenden Beschreibung enthalten, aber nicht in der Zeichnung sichtbar oder dargestellt sind, ohne weiteres für einen Fachmann verständlich.The same reference numerals in the individual figures and illustrations of the drawings designate the same or similar or identical or similar components. On the basis of the representations in the drawing, those features are also clear, which are not provided with reference numerals, regardless of whether such features are described below or not. On the other hand, features that are included in the present description but are not visible or illustrated in the drawing will be readily understood by those skilled in the art.
Wie oben bereits angedeutet kann im erfindungsgemäßen Verfahren eine Strahlmühle, bevorzugt eine Gegenstrahlmühle, mit integriertem Sichter, bevorzugt einem integrierten dynamischen Windsichter, zur Erzeugung feinster Partikel verwendet werden. Insbesondere bevorzugt enthält der Windsichter ein Sichtrad und eine Sichtradwelle sowie ein Sichtergehäuse, wobei zwischen dem Sichtrad und dem Sichtergehäuse ein Sichterspalt und zwischen der Sichtradwelle und dem Sichtergehäuse eine Wellendurchführung gebildet wird und wird derart betrieben, dass eine Spaltspühlung von Sichterspalt und/oder Wellendurchführung mit komprimierten Gasen niedriger Energie erfolgt.As already indicated above, in the process according to the invention, a jet mill, preferably an opposed jet mill, with integrated sifter, preferably an integrated dynamic air sifter, can be used to produce very fine particles. Particularly preferably, the air classifier includes a classifying wheel and a classifying wheel shaft and a classifier housing, wherein between the classifying wheel and the classifier housing a classifier gap and between the classifying wheel shaft and the classifier housing a shaft passage is formed and is operated in such a way that a gap cooling of the separator gap and / or shaft passage with compressed low-energy gases takes place.
Vorzugsweise wird dabei das Spühlgas mit einem Druck von nicht mehr als zumindest annähernd 0,4 bar, besonders bevorzugt nicht mehr als wenigstens ungefähr 0,3 bar und insbesondere nicht mehr als ca. 0,2 bar über dem Mühleninnendruck eingesetzt. Dabei kann der Mühleninnendruck zumindest ungefähr im Bereich von 0,1 bis 0,5 bar liegen.Preferably, the purge gas is used at a pressure of not more than at least approximately 0.4 bar, particularly preferably not more than at least approximately 0.3 bar and in particular not more than approximately 0.2 bar above the internal mill pressure. In this case, the internal mill pressure can be at least approximately in the range of 0.1 to 0.5 bar.
Ferner ist es bevorzugt, wenn das Spühlgas mit einer Temperatur von ca. 80 bis etwa 120 °C, insbesondere annähernd 100 °C eingesetzt wird, und/oder wenn als Spühlgas niederenergetische Druckluft, insbesondere mit etwa 0,3 bar bis ca. 0,4 bar verwendet wird.Furthermore, it is preferred if the purge gas is used at a temperature of about 80 to about 120 ° C., in particular approximately 100 ° C., and / or if low-pressure compressed air, in particular from about 0.3 bar to about 0, is used as the purge gas. 4 bar is used.
Die Drehzahl eines Sichtrotors des Windsichters und das innere Verstärkungsverhältnis V (= Di/DF), kann so gewählt oder eingestellt werden oder regelbar sein, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Betriebsmittels (B) an einem dem Sichtrad zugeordneten Tauchrohr oder Austrittsstutzen bis zum 0,8-fachen der Schallgeschwindigkeit des Betriebsmediums erreicht. In der Formel V (=Di/DF) bedeuten Di = Innendurchmesser des Sichterrads (8), d.h. der Abstand zwischen den inneren Kanten der Schaufeln (34) und DF = Innendurchmesser des Tauchrohres (20). In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Innendurchmesser des Sichtrades Di = 280 mm und der Innendurchmesser des Tauchrohres DF = 100 m. Zur Definition des Verstärkungsverhältnisses siehe auch Dr. R. Nied, "Strömungsmechanik und Thermodynamik in der mechanischen Verfahrenstechnik", erhältlich bei Unternehmensberatung Dr. Roland Nied, 86486 Bonstetten, Deutschland. Erhältlich ebenso bei NETZSCH-CONDUX Mahltechnik GmbH, Rodenbacher Chaussee 1, 63457 Hanau, Deutschland.The rotational speed of a classifier rotor of the air classifier and the internal amplification ratio V (= Di / DF) can be selected or adjusted or regulated such that the peripheral speed of the operating medium (B) at a dip tube or outlet port assigned to the classifying wheel is up to 0.8. achieved times the speed of sound of the working medium. In the formula V (= Di / DF), Di = inner diameter of the classifier wheel (8), i. the distance between the inner edges of the blades (34) and DF = inner diameter of the dip tube (20). In a particularly preferred embodiment, the inner diameter of the classifying wheel Di = 280 mm and the inner diameter of the dip tube DF = 100 m. For definition of the amplification ratio see also Dr. med. R. Nied, "Fluid Mechanics and Thermodynamics in Mechanical Process Engineering", available at Unternehmensberatung Dr. med. Roland Nied, 86486 Bonstetten, Germany. Also available from NETZSCH-CONDUX Mahltechnik GmbH, Rodenbacher Chaussee 1, 63457 Hanau, Germany.
Dies kann dadurch weitergebildet sein, dass die Drehzahl eines Sichtrotors des Windsichters und das innere Verstärkungsverhältnis V (= Di/DF) so gewählt oder eingestellt oder regelbar sind, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Betriebsmittels (B) an dem Tauchrohr oder Austrittsstutzen bis zum 0,7-fachen und besonders bevorzugt bis zum 0,6-fachen der Schallgeschwindigkeit des Betriebsmediums erreicht.This can be further developed in that the speed of a classifying rotor of the air classifier and the inner Reinforcement ratio V (= Di / DF) are chosen or set or controlled so that the peripheral speed of the operating means (B) on the dip tube or outlet nozzle up to 0.7 times, and more preferably up to 0.6 times the speed of sound of the working medium reached.
Insbesondere kann ferner mit Vorteil vorgesehen sein, dass der Sichtrotor eine mit abnehmendem Radius zunehmende lichte Höhe aufweist, wobei vorzugsweise die durchströmte Fläche des Sichtrotors zumindest annähernd konstant ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise sein, dass der Sichtrotor ein auswechselbares, mitrotierendes Tauchrohr aufweist. Bei noch einer weiteren Variante ist es bevorzugt, wenn eine Feingutaustrittskammer vorgesehen ist, die in Strömungsrichtung eine Querschnittserweiterung aufweist.In particular, it may also be advantageously provided that the sifting rotor has a clear height which increases with decreasing radius, wherein preferably the throughflow area of the sifting rotor is at least approximately constant. Alternatively or additionally, it may be advantageous for the classifier rotor to have an exchangeable, co-rotating dip tube. In yet another variant, it is preferred if a fine-material outlet chamber is provided, which has a cross-sectional widening in the flow direction.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Strahlmühle mit Vorteil insbesondere einen Windsichter enthalten, der einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen des Windsichters gemäß der
Bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausführungsformen des im efindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Mahlsystems bzw. der Mühle ergeben sich aus den
- Fig. 1
- zeigt diagrammartig ein Ausführungsbeispiel einer Strahlmüle in einer teilweise geschnittenen Schemazeichnung,
- Fig. 2
- zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Windsichters einer Strahlmühle in vertikaler Anordnung und als schematischer Mittellängsschnitt, wobei dem Sichtrad das Auslassrohr für das Gemisch aus Sichtluft und Feststoffpartikeln zugeordnet ist,
- Fig. 2a
- zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Windsichters analog
Figur 2 jedoch mit Spaltspülung von Sichterspalt 8a und Wellendurchführung 35b, - Fig. 3
- zeigt in schematischer Darstellung und als Vertikalschnitt ein Sichtrad eines Windsichters
- Fig. 3a
- zeigt in schematischer Darstellung und als Vertikalschnitt ein Sichtrad eines Windsichters analog
Figur 3 jedoch mit Spaltspülung von Sichterspalt 8a und Wellendurchführung 35b. - Figur 4:
- zeigt die Partikelverteilung von Silica 1 (unvermahlen)
- Figur 5:
- zeigt eine TEM-Aufnahme von Beispiel 1
- Figur 6:
- zeigt ein Histogramm des Äquivalenzdurchmesser von Beispiel 1
- Figur 7:
- zeigt eine TEM-Aufnahme von Beispiel 2
- Figur 8:
- zeigt ein Histogramm des Äquivalenzdurchmesser von Beispiel 2
- Figur 9:
- zeigt eine TEM-Aufnahme von Beispiel 3a
- Figur 10:
- zeigt ein Histogramm des Äquivalenzdurchmesser von Beispiel 3a
- Figur 11:
- zeigt eine TEM-Aufnahme von Beispiel 3b
- Figur 12:
- zeigt ein Histogramm des Äquivalenzdurchmesser von Beispiel 3b
- Fig. 1
- shows diagrammatically an embodiment of a jet in a partially cut schematic drawing,
- Fig. 2
- shows an embodiment of an air classifier of a jet mill in a vertical arrangement and as a schematic central longitudinal section, wherein the classifying wheel is associated with the outlet pipe for the mixture of classifying air and solid particles,
- Fig. 2a
- shows an embodiment of an air classifier analog
FIG. 2 but with rinsing of the separator gap 8a and shaft passage 35b, - Fig. 3
- shows a schematic representation and a vertical section of a classifying wheel of an air classifier
- Fig. 3a
- shows in a schematic representation and as a vertical section a classifying wheel of an air classifier analog
FIG. 3 however, with gap rinsing of the classifier gap 8a and shaft passage 35b. - FIG. 4:
- shows the particle distribution of silica 1 (unmilled)
- FIG. 5:
- shows a TEM image of Example 1
- FIG. 6:
- shows a histogram of the equivalent diameter of Example 1
- FIG. 7:
- shows a TEM image of Example 2
- FIG. 8:
- shows a histogram of the equivalent diameter of Example 2
- FIG. 9:
- shows a TEM image of Example 3a
- FIG. 10:
- shows a histogram of the equivalent diameter of Example 3a
- FIG. 11:
- shows a TEM image of Example 3b
- FIG. 12:
- shows a histogram of the equivalent diameter of Example 3b
Einzelne Merkmale, die im Zusammenhang mit konkreten Ausführungsbeispielen angegeben und/oder dargestellt sind, sind nicht auf diese Ausführungsbeispiele oder die Kombination mit den übrigen Merkmalen dieser Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern können im Rahmen des technischen Möglichen, mit jeglichen anderen Varianten, auch wenn sie in den vorliegenden Unterlagen nicht gesondert behandelt sind, kombiniert werden.Individual features that are indicated and / or illustrated in connection with specific embodiments are not limited to these embodiments or the combination with the other features of these embodiments, but may in the context of the technical feasible, with any other variants, even if they in the documents are not treated separately.
Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren und Abbildungen der Zeichnungen bezeichnen gleiche oder ähnliche oder gleich und ähnlich wirkende Komponenten. Anhand der Darstellungen in der Zeichnung werden auch solche Merkmale deutlich, die nicht mit Bezugszeichen versehen sind, unabhängig davon, ob solche Merkmale nachfolgend beschrieben sind oder nicht. Andererseits sind auch Merkmale, die in der vorliegenden Beschreibung enthalten, aber nicht in der Zeichnung sichtbar oder dargestellt sind, ohne weiteres für einen Fachmann verständlich.The same reference numerals in the individual figures and illustrations of the drawings designate the same or similar or the same and similar components. On the basis of the representations in the drawing, those features are also clear, which are not provided with reference numerals, regardless of whether such features are described below or not. On the other hand, features that are included in the present description but are not visible or illustrated in the drawing will be readily understood by those skilled in the art.
In der
Das Sichtrad 8 kann ein bei Windsichtern übliches Sichtrad sein, dessen Schaufeln (siehe später z. B. im Zusammenhang mit
Es kann nur ein Mahlstrahleinlass 5 z. B. bestehend aus einer einzigen, radial gerichteten Einlassöffnung oder Einlassdüse 9 vorgesehen sein, um einen einzigen Mahlstrahl 10 auf die Mahlgutpartikel, die von der Mahlgutaufgabe 4 aus in den Bereich des Mahlstrahles 10 gelangen, mit hoher Energie auftreffen und die Mahlgutpartikel in kleinere Teilpartikel zerlegen zu lassen, die vom Sichtrad 8 angesaugt und, soweit sie eine entsprechend geringe Größe bzw. Masse haben, durch den Produktauslass 6 nach außen gefördert werden. Eine bessere Wirkung wird jedoch mit paarweise diametral einander gegenüberliegenden Mahlstrahleinlässen 5 erzielt, die zwei aufeinander prallende Mahlstrahlen 10 bilden, die die Partikelzerlegung intensiver bewirken als dies mit nur einem Mahlstrahl 10 möglich ist, insbesondere wenn mehrere Mahlstrahlpaare erzeugt werden.It can only be a Mahlstrahleinlass 5 z. B. consisting of a single, radially directed inlet opening or inlet nozzle 9 may be provided to impinge a single grinding jet 10 on the Mahlgutpartikel that get from the Mahlgutaufgabe 4 in the area of the grinding jet 10, with high energy and disassemble the Mahlgutpartikel into smaller particles to let in, sucked by the classifying wheel 8 and, as far as they have a correspondingly small size or mass, are conveyed through the product outlet 6 to the outside. However, a better effect is achieved with pairwise diametrically opposed Mahlstrahleinlässen 5, which form two colliding grinding jets 10, which cause the particle separation more intense than is possible with only one grinding jet 10, especially when multiple Mahlstrahlpaare are generated.
Bevorzugt werden zwei oder mehr Mahlstrahleinlässe, bevorzugt Mahldüsen, insbesondere 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12 Mahlstrahleinlässe verwendet, die im unteren Drittel des, bevorzugt zylinderförmigen, Gehäuses der Mahlkammer angebracht sind. Diese Mahlstrahleinlässe sind idealerweise in einer Ebene und gleichmäßig über den Umfang des Mahlbehälters verteilt angeordnet, so dass sich die Mahlstrahlen alle an einem Punkt im Inneren des Mahlbehälters treffen. Insbesondere bevorzugt sind die Einlässe bzw. Düsen gleichmäßig über den Umfang des Mahlbehälters verteilt. Bei drei Mahlstrahlen wäre das ein Winkel von 120° zwischen den jeweiligen Einlässen bzw. Düsen. Allgemein kann man sagen, dass je größer der Mahlraum ist, umso mehr Einlässe bzw. Mahldüsen verwendet werden.Preferably, two or more Mahlstrahleinlässe, preferably grinding nozzles, in particular 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 or 12 Mahlstrahleinlässe used, which are mounted in the lower third of, preferably cylindrical housing of the grinding chamber. These Mahlstrahleinlässe are ideally in a plane and evenly distributed over the circumference of the grinding container arranged so that the grinding jets all meet at a point inside the grinding container. Particularly preferably, the inlets or nozzles are distributed uniformly over the circumference of the grinding container. With three grinding jets this would be an angle of 120 ° between the respective inlets or nozzles. In general one can say that the larger the grinding chamber, the more inlets or grinding nozzles are used.
Der Mahlraum kann in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich zu den Mahlstrahleinlässen Heizöffnungen 5a, bevorzugt in Form von Heizdüsen, enthalten, durch die heißes Gas in der Aufheizphase in die Mühle geleitet werden kann. Diese Düsen bzw. Öffnungen können - wie zuvor bereits geschildert - in der selben Ebene angeordnent sein wie die Mahlöffnungen bzw. -düsen 5. Es können eine, bevorzugt aber auch mehrere, besonders bevorzugt 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 Heizöffnungen bzw. -düsen 5a enthalten sein.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the grinding chamber may contain, in addition to the grinding jet inlets, heating openings 5a, preferably in the form of heating nozzles, through which hot gas can be passed into the mill in the heating phase. These nozzles or openings can - as already described above - be arranged in the same plane as the grinding openings or nozzles 5. It can one, but preferably several, more preferably 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8 heating openings or nozzles 5a may be included.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Mühle zwei Heizdüsen bzw. -öffnungen und drei Mahldüsen bzw. - öffnungen.In a very particularly preferred embodiment, the mill contains two heating nozzles or openings and three grinding nozzles or openings.
Ferner kann beispielsweise die Verarbeitungstemperatur beeinflusst werden durch Einsatz einer internen Heizquelle 11 zwischen Mahlgutaufgabe 4 und dem Bereich der Mahlstrahlen 10 oder einer entsprechenden Heizquelle 12 im Bereich außerhalb der Mahlgutaufgabe 4 oder durch Verarbeitung von Partikeln eines ohnehin schon warmen Mahlgutes, das unter Vermeidung von Wärmeverlusten in die Mahlgutaufgabe 4 gelangt, wozu ein Zuführungsrohr 13 von einem temperaturisolierenden Mantel 14 umgeben ist. Die Heizquelle 11 oder 12 kann, wenn sie eingesetzt wird, dem Grund nach beliebig sein und daher zweckgerichtet einsatzfähig und gemäß der Verfügbarkeit am Markt ausgewählt werden, so dass weitere Erläuterungen dazu nicht erforderlich sind.Furthermore, for example, the processing temperature can be influenced by using an internal heat source 11 between Mahlgutaufgabe 4 and the range of grinding jets 10 or a corresponding heat source 12 in the area outside the Mahlgutaufgabe 4 or by processing particles of already warm ground material, while avoiding heat loss in the Mahlgutaufgabe 4 passes, to which a feed tube 13 is surrounded by a temperature-insulating jacket 14. The heating source 11 or 12, when used, may be arbitrary in nature and therefore purposely operational and selected according to market availability, so that further explanation is not required.
Für die Temperatur ist insbesondere die Temperatur des Mahlstrahls oder der Mahlstrahlen 10 relevant und die Temperatur des Mahlgutes sollte dieser Mahlstrahltemperatur zumindest annähernd entsprechen.For the temperature, in particular the temperature of the grinding jet or the grinding jets 10 is relevant and the Temperature of the ground material should at least approximately correspond to this grinding jet temperature.
Zur Bildung der durch Mahlstrahleinlässe 5 in die Mahlkammer 3 eingebrachten Mahlstrahlen 10 wird dazu beim vorliegenden Ausführungsbeispiel Heißdampf verwendet. Dabei ist davon auszugehen, dass der Wärmeinhalt des Wasserdampfes nach der Einlassdüse 9 des jeweiligen Mahlstrahleinlasses 5 nicht wesentlich geringer ist als vor dieser Einlassdüse 9. Weil die für die Prallzerkleinerung notwendige Energie primär als Strömungsenergie zur Verfügung stehen soll, wird demgegenüber der Druckabfall zwischen dem Einlass 15 der Einlassdüse 9 und deren Auslass 16 erheblich sein (die Druckenergie wird weitestgehend in Strömungsenergie umgesetzt sein) und auch der Temperaturabfall wird nicht unerheblich sein. Insbesondere dieser Temperaturabfall soll durch die Erwärmung des Mahlgutes so weit kompensiert sein, dass Mahlgut und Mahlstrahl 10 im Bereich des Zentrums 17 der Mahlkammer 3 bei zumindest zwei aufeinander treffenden Mahlstrahlen 10 oder einem Vielfachen von zwei Mahlstrahlen 10 die gleiche Temperatur haben.To form the grinding jets 10 introduced into the grinding chamber 3 by grinding jet inlets 5, superheated steam is used for this purpose in the present exemplary embodiment. It is assumed that the heat content of the steam after the inlet nozzle 9 of the respective Mahlstrahleinlasses 5 is not significantly lower than in front of this inlet nozzle 9. Because the necessary energy for the impact crushing is primarily to be available as flow energy, in contrast, the pressure drop between the inlet 15 of the inlet nozzle 9 and the outlet 16 be considerable (the pressure energy will be largely implemented in flow energy) and also the temperature drop will not be negligible. In particular, this temperature drop is to be compensated so far by the heating of the ground material that regrind and grinding jet 10 in the region of the center 17 of the grinding chamber 3 at least two colliding grinding jets 10 or a multiple of two grinding jets 10 have the same temperature.
Zur Gestaltung und Durchführung der Aufbereitung des Mahlstrahles 10 aus Heißdampf insbesondere in Form eines geschlossenen Systems wird auf die
Bei der Darstellung des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Strahlmühle 1 ist stellvertretend für jegliche Zufuhr eines Betriebsmittels oder Betriebsmediums B eine Reservoir- oder Erzeugungseinrichtung 18, die beispielsweise ein Tank 18a darstellt, woraus das Betriebsmittel oder Betriebsmedium B über Leitungseinrichtungen 19 zu dem Mahlstrahleinlass 5 oder den Mahlstrahleinlässen 5 zur Bildung des Mahlstrahles 10 bzw. der Mahlstrahlen 10 geleitet wird.Representing the present embodiment of the jet mill 1 is representative of any supply of a resource or medium B, a reservoir or generating means 18, for example, a tank 18a, from which the operating medium or operating medium B via line 19 to the Mahlstrahleinlass 5 or the Mahlstrahleinlässen to the formation of the grinding jet 10 and the grinding jets 10 is passed.
Insbesondere ausgehend von einer mit einem Windsichter 7 ausgestatteten Strahlmühle 1, wobei die diesbezüglichen Ausführungsbeispiele hierin nur als exemplarisch und nicht als beschränkend beabsichtigt und zu verstehen sind, wird mit dieser Strahlmühle 1 mit einem integrierten dynamischen Windsichter 7 ein Verfahren zur Erzeugung feinster Partikel durchgeführt. Die Neuerung gegenüber herkömmlichen Strahlmühlen besteht, neben der Tatsache, dass der Mahlphase eine Aufheizphase vorgeschaltet ist, in der alle mit dem Dampf in Berührung kommenden Teile auf eine Temperatur oberhalb des Taupunkes des Dampfes aufgeheizt werden, und der Tatsache, dass ein bevorzugt integrierter Sichter verwendet wird darin, dass die Drehzahl des Sichtrotors oder Sichtrades 8 des Windsichters 7 und das innere Verstärkungsverhältnis V (= Di/DF) bevorzugt so gewählt, eingestellt oder geregelt werden, dass die Umfangsgeschwindigkeit eines Betriebsmittels B an einem dem Sichtrad 8 zugeordneten Tauchrohr oder Austrittsstutzen 20 bis zum 0,8-fachen, vorzugsweise bis zum 0,7-fachen und besonders bevorzugt bis zum 0,6-fachen der Schallgeschwindigkeit des Betriebsmediums oder -mittels B erreicht.In particular, starting from a jet mill 1 equipped with an air classifier 7, the relevant embodiments being intended and to be understood as exemplary only and not as limiting, a method for producing very fine particles is carried out with this jet mill 1 with an integrated dynamic air classifier 7. The innovation over conventional jet mills, in addition to the fact that the grinding phase is preceded by a heating phase in which all the parts in contact with the steam are heated to a temperature above the dew point of the steam, and the fact that a preferably integrated classifier is used is that the rotational speed of the classifying rotor or classifying wheel 8 of the air classifier 7 and the internal amplification ratio V (= Di / DF) are preferably selected, adjusted or regulated so that the peripheral speed of a resource B on a dip tube or outlet port 20 associated with the classifying wheel 8 reaches up to 0.8 times, preferably up to 0.7 times and more preferably up to 0.6 times the speed of sound of the working medium or medium B.
Unter Bezugnahme auf die vorerläuterte Variante mit Heißdampf als Betriebsmittel oder Betriebsmedium B oder als Alternative dazu ist es besonders vorteilhaft, als Betriebsmittel Gase oder Dämpfe B zu verwenden, die eine höhere und insbesondere wesentlich höhere Schallgeschwindigkeit als Luft (343 m/s) aufweisen. Speziell werden als Betriebsmittel Gase oder Dämpfe B verwendet, die eine Schallgeschwindigkeit von wenigstens 450 m/s aufweisen. Damit wird die Erzeugung und die Ausbeute feinster Partikel gegenüber Verfahren mit anderen Betriebsmitteln, wie sie gemäß Kenntnissen aus der Praxis herkömmlich eingesetzt werden, deutlich verbessert und somit das Verfahren insgesamt optimiert.With reference to the previously described variant with superheated steam as operating medium or operating medium B or as an alternative to this, it is particularly advantageous to use as operating means gases or vapors B which have a higher and in particular significantly higher speed of sound than air (343 m / s). Specifically, gases or vapors B having an acoustic velocity of at least 450 m / s are used as the operating means. Thus, the production and the yield of very fine particles compared to processes with other equipment, as they are conventionally used according to knowledge of practice, significantly improved and thus optimizes the process as a whole.
Als das Betriebsmittel B wird ein Fluid verwendet, bevorzugt der bereits erwähnte Wasserdampf, aber auch Wasserstoffgas oder Heliumgas.As the resource B, a fluid is used, preferably the water vapor already mentioned, but also hydrogen gas or helium gas.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Strahlmühle 1, bei der es sich insbesondere um eine Fließbettstrahlmühle oder eine Dichtbettstrahlmühle oder eine Spiralstrahlmühle handelt, mit dem integrierten dynamischen Windsichter 7 zur Erzeugung feinster Partikel entsprechend so gestaltet oder ausgelegt oder mit geeigneten Einrichtungen versehen, dass die Drehzahl des Sichtrotors oder Sichtrades 8 des Windsichters 7 und das innere Verstärkungsverhältnis V (= Di/DF) so gewählt oder eingestellt oder regelbar oder steuerbar sind, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Betriebsmittels B am Tauchrohr oder Austrittsstutzen 20 bis zum 0,8-fachen, vorzugsweise bis zum 0,7-fachen und besonders bevorzugt bis zum 0,6-fachen der Schallgeschwindigkeit des Betriebsmediums oder -mittels B erreicht.In a preferred embodiment, the jet mill 1, which is in particular a fluidized bed jet mill or a dense bed jet mill or a spiral jet mill, designed or designed with the integrated dynamic air classifier 7 to produce very fine particles or provided with suitable means that the speed of the Sichtrotors or Sichtrades 8 of the air classifier 7 and the internal gain ratio V (= Di / DF) are selected or set or controllable or that the peripheral speed of the resource B on the dip tube or outlet nozzle 20 to 0.8 times, preferably until 0.7 times and more preferably reaches up to 0.6 times the speed of sound of the working medium or medium B.
Weiterhin ist die Strahlmühle 1 bevorzugt mit einer Quelle, beispielsweise der Reservoir- oder Erzeugungseinrichtung 18 für Wasserdampf oder Heißdampf oder einer anderen geeigneten Reservoir- oder Erzeugungseinrichtung, für ein Betriebsmittel B ausgestattet oder ist ihr eine solche Betriebsmittelquelle zugeordnet, woraus für den Betrieb ein Betriebsmittel B mit einer höheren und insbesondere wesentlich höheren Schallgeschwindigkeit als Luft (343 m/s), wie vorzugsweise einer Schallgeschwindigkeit von wenigstens 450 m/s, eingespeist wird. Diese Betriebsmittelquelle, wie beispielsweise die Reservoir- oder Erzeugungseinrichtung 18 für Wasserdampf oder Heißdampf, enthält Gase oder Dämpfe B zur Verwendung beim Betrieb der Strahlmühle 1, und zwar insbesondere den bereits oben erwähnten Wasserdampf, wobei aber auch Wasserstoffgas oder Heliumgas bevorzugte Alternativen darstellen.Furthermore, the jet mill 1 is preferably equipped with a source, for example the reservoir or generating device 18 for steam or superheated steam or other suitable reservoir or generating device, for a resource B or is associated with such a resource source, resulting in a resource B for operation with a higher and in particular much higher speed of sound than air (343 m / s), such as preferably a speed of sound of at least 450 m / s, is fed. This resource, such as the steam or hot steam reservoir or generator 18, contains gases or vapors B for use in operation of the jet mill 1, particularly the water vapor already mentioned above, but hydrogen gas or helium gas are also preferred alternatives.
Insbesondere bei der Verwendung von heißem Wasserdampf als Betriebsmittel B ist es vorteilhaft, mit Dehnungsbögen (nicht gezeigt) ausgestattete Leitungseinrichtungen 19, die dann auch als Dampfzufuhrleitung zu bezeichnen sind, zu den Einlass- oder Mahldüsen 9 vorzusehen, also vorzugsweise dann, wenn die Dampfzufuhrleitung an eine Wasserdampfquelle als Reservoir- oder Erzeugungseinrichtung 18 angeschlossen ist.In particular, when using hot steam as the operating medium B, it is advantageous to provide with expansion arcs (not shown) equipped line devices 19, which are then also referred to as a steam supply line to the inlet or grinding nozzles 9, so preferably when the steam supply line to a source of steam is connected as a reservoir or generating means 18.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt beim Einsatz von Wasserdampf als Betriebsmittel B besteht darin, die Strahlmühle 1 mit einer möglichst kleinen Oberfläche zu versehen, oder mit anderen Worten, die Strahlmühle 1 hinsichtlich einer möglichst kleinen Oberfläche zu optimieren. Gerade im Zusammenhang mit dem Wasserdampf als Betriebsmittel B ist es besonders vorteilhaft, Wärmeaustausch oder Wärmeverlust und damit Energieverlust im System zu vermeiden. Diesem Zweck dient auch die weitere alternative oder zusätzlich Ausgestaltungsmaßnahme, nämlich die Komponenten der Strahlmühle 1 zur Vermeidung von Massenanhäufungen auszulegen oder dahingehend zu optimieren. Dies kann beispielsweise durch Verwendung von möglichst dünnen Flanschen in den und zum Anschluss der Leitungseinrichtungen 19 realisiert werden.Another advantageous aspect when using steam as operating medium B is to provide the jet mill 1 with as small a surface as possible, or in other words, to optimize the jet mill 1 with regard to the smallest possible surface area. Especially in connection with the water vapor as a resource B, it is particularly advantageous to avoid heat exchange or heat loss and thus energy loss in the system. This purpose is also served by the further alternative or additional design measure, namely to design or optimize the components of the jet mill 1 in order to avoid mass accumulations. This can be realized, for example, by using as thin as possible flanges in and for connecting the line devices 19.
Energieverlust und auch andere strömungsrelevante Beeinträchtigungen können ferner dadurch eingedämmt oder vermieden werden, wenn die Komponenten der Strahlmühle 1 zur Vermeidung von Kondensation ausgelegt oder optimiert sind. Es können zu diesem Zweck sogar spezielle Einrichtungen (nicht gezeigt) zur Kondensationsvermeidung enthalten sein. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Strömungswege zumindest weitgehend vorsprungsfrei oder dahingehend optimiert sind. In anderen Worten, wird mit diesen Ausgestaltungsvarianten einzeln oder in beliebigen Kombinationen das Prinzip umgesetzt, möglichst viel oder alles zu vermeiden, was kalt werden kann und wo sich somit Kondensation einstellen kann.Energy loss and other flow-related impairments can also be contained or avoided if the components of the jet mill 1 are designed or optimized to avoid condensation. It may even be included for this purpose special equipment (not shown) for condensation prevention. Furthermore, it is advantageous if the flow paths are optimized at least largely free of projections or to that extent. In other words, with these design variants, individually or in any combination, the principle is implemented to avoid as much as possible or anything that can become cold and thus where condensation can occur.
Weiterhin ist es vorteilhaft und daher bevorzugt, wenn der Sichtrotor eine mit abnehmendem Radius, also zu seiner Achse hin zunehmende lichte Höhe aufweist, wobei insbesondere die durchströmte Fläche des Sichtrotors zumindest annähernd konstant ist. Zunächst oder alternativ kann eine Feingutaustrittskammer vorgesehen sein, die in Strömungsrichtung eine Querschnittserweiterung aufweist.Furthermore, it is advantageous and therefore preferred if the classifying rotor has a clear height which increases with decreasing radius, that is to say towards its axis, wherein in particular the throughflow area of the classifying rotor is at least approximately constant. First or alternatively, a fine-material outlet chamber can be provided, which has a cross-sectional widening in the flow direction.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung besteht bei der Strahlmühle 1 darin, dass der Sichtrotor 8 ein auswechselbares, mit rotierendes Tauchrohr 20 aufweist.A particularly preferred embodiment of the jet mill 1 is that the sifting rotor 8 has a replaceable, with rotating dip tube 20.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die
Die Strahlmühle 1 enthält bevorzugt, wie der schematischen Darstellung in der
Bei dem Windsichter 7 der Strahlmühle 1 gemäß der
An einer praktisch beliebigen Stelle des Flanschumfangs sind beide Umfangsflansche 24 und 25 durch ein Gelenk 26 miteinander so verbunden, dass das Gehäuseoberteil 22 nach dem Lösen der Flanschverbindungsmittel gegenüber dem Gehäuseunterteil 23 nach oben in Richtung des Pfeils 27 geschwenkt werden kann und das Gehäuseoberteil 22 von unten sowie das Gehäuseunterteil 23 von oben zugänglich sind. Das Gehäuseunterteil 23 seinerseits ist zweiteilig ausgebildet und es besteht im wesentlichen aus dem zylindrischen Sichtraumgehäuse 28 mit dem Umfangsflansch 25 an seinem oberen offenen Ende und einem Austragkonus 29, der sich nach unten kegelförmig verjüngt. Der Austragskonus 29 und das Sichtraumgehäuse 28 liegen am oberen bzw. unteren Ende mit Flanschen 30, 31 aufeinander und die beiden Flansche 30, 31 von Austragkonus 29 und Sichtraumgehäuse 28 sind wie die Umfangsflansche 24, 25 durch lösbare Befestigungsmittel (nicht gezeigt) miteinander verbunden. Das so zusammengesetzte Sichtergehäuse 21 ist in oder an Tragarmen 28a aufgehängt, von denen mehrere möglichst gleichmäßig beabstandet um den Umfang des Sichters- oder Verdichtergehäuses 21 des Windsichters 7 der Strahlmühle 1 verteilt sind und am zylindrischen Sichtraumgehäuse 28 angreifen.At a virtually arbitrary point of the flange circumference, both circumferential flanges 24 and 25 are connected to one another by a hinge 26 so that the upper housing part 22 can be pivoted upward in the direction of the arrow 27 after loosening the flange connecting means relative to the lower housing part 23 and the upper housing part 22 from below and the lower housing part 23 are accessible from above. The housing base 23 in turn is formed in two parts and it consists essentially of the cylindrical Sichtraumgehäuse 28 with the peripheral flange 25 at its upper open end and a discharge cone 29, which tapers conically downwards. The discharge cone 29 and the Sichtraumgehäuse 28 are at the upper and lower ends with flanges 30, 31 to each other and the two flanges 30, 31 of discharge cone 29 and Sichtraumgehäuse 28 are like the peripheral flanges 24, 25 connected by releasable fastening means (not shown). The thus assembled classifier housing 21 is suspended in or on support arms 28a, of which several as evenly spaced around the circumference of the classifier or compressor housing 21 of the air classifier 7 of the jet mill 1 are distributed and attack the cylindrical Sichtraumgehäuse 28.
Wesentliches Teil der Gehäuseeinbauten des Windsichters 7 ist wiederum das Sichtrad 8 mit einer oberen Deckscheibe 32, mit einer dazu axial beabstandeten unteren abströmseitigen Deckscheibe 33 und mit zwischen den Außenrändern der beiden Deckscheiben 32 und 33 angeordneten, mit diesen fest verbundenen und gleichmäßig um den Umfang des Sichtrades 8 verteilten Schaufeln 34 mit zweckmäßiger Kontur. Bei diesem Windsichter 7 wird der Antrieb des Sichtrades 8 über die obere Deckscheibe 32 bewirkt, während die untere Deckscheibe 33 die abströmseitige Deckscheibe ist. Die Lagerung des Sichtrades 8 umfasst eine in zweckmäßiger Weise zwangsweise angetriebene Sichtradwelle 35, die mit dem oberen Ende aus dem Sichtergehäuse 21 herausgeführt ist und mit ihrem unteren Ende innerhalb des Sichtergehäuses 21 in fliegender Lagerung drehfest das Sichtrad 8 trägt. Die Herausführung der Sichtradwelle 35 aus dem Sichtergehäuse 21 erfolgt in einem Paar bearbeiteter Platten 36, 37, die das Sichtergehäuse 21 am oberen Ende eines nach oben kegelstumpfförmig verlaufenden Gehäuseendabschnittes 38 abschließen, die Sichtradwelle 35 führen und diesen Wellendurchtritt ohne Behinderung der Drehbewegungen der Sichtradwelle 35 abdichten. Zweckmäßigerweise kann die obere Platte 36 als Flansch drehfest der Sichtradwelle 35 zugeordnet und über Drehlager 35a drehbar auf der unteren Platte 37 abgestützt sein, die ihrerseits einem Gehäuseendabschnitt 38 zugeordnet ist. Die Unterseite der abströmseitigen Deckscheibe 33 liegt in der gemeinsamen Ebene zwischen den Umfangsflanschen 24 und 25, so dass das Sichtrad 8 in seiner Gesamtheit innerhalb des klappbaren Gehäuseoberteils 22 angeordnet ist. Im Bereich des konischen Gehäuseendabschnittes 38 weist das Gehäuseoberteil 22 außerdem einen rohrartigen Produktaufgabestutzen 39 der Mahlgutaufgabe 4 auf, dessen Längsachse parallel zur Drehachse 40 des Sichtrades 8 und seiner Antriebs- oder Sichtradwelle 35 verläuft und der möglichst weit von dieser Drehachse 40 des Sichtrades 8 und seiner Antriebs- oder Sichtradwelle 35 entfernt, am Gehäuseoberteil 22 radial außen liegend angeordnet ist.An essential part of the housing installations of the air classifier 7 is in turn the classifying wheel 8 with an upper cover plate 32, with an axially spaced lower downstream cover plate 33 and arranged between the outer edges of the two cover plates 32 and 33, fixedly connected to these and evenly around the circumference of Classifying wheel 8 distributed blades 34 with appropriate contour. In this air classifier 7, the drive of the classifying wheel 8 is effected via the upper cover disk 32, while the lower cover disk 33 is the downstream cover disk. The storage of the classifying wheel 8 comprises a positively driven forcibly Sichtradwelle 35, which is led out with the upper end of the classifier housing 21 and rotatably supports the classifying wheel 8 with its lower end within the classifier housing 21 in flying storage. The removal of the Sichtradwelle 35 from the classifier housing 21 takes place in a pair of machined plates 36, 37 which close the classifier housing 21 at the upper end of an upwardly frustoconical housing end portion 38, the Sichtradwelle 35 lead and seal this shaft passage without obstructing the rotational movement of the Sichtradwelle 35 , Appropriately, the upper plate 36 as a rotatably associated with the Sichtradwelle 35 and rotatable about pivot bearing 35a the lower plate 37 may be supported, which in turn is associated with a housing end portion 38. The underside of the downstream cover disk 33 lies in the common plane between the peripheral flanges 24 and 25, so that the classifying wheel 8 is arranged in its entirety within the hinged housing upper part 22. In the region of the conical housing end portion 38, the upper housing part 22 also has a tubular product feed nozzle 39 of the Mahlgutaufgabe 4, the longitudinal axis parallel to the axis of rotation 40 of the classifying wheel 8 and its drive or Sichtradwelle 35 and as far as possible from this axis of rotation 40 of the classifying wheel 8 and its Drive or Sichtradwelle removed 35, the housing upper part 22 is disposed radially outboard.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform gemäß
Sowohl in der Ausführungsform nach
Der Austrittsstutzen 20 ist von einem kegelförmigen Ringgehäuse 45 umgeben, dessen unterer, größerer Außendurchmesser zumindest etwa dem Durchmesser der Austrittskammer 41 und dessen oberer, kleinerer Außendurchmesser zumindest etwa dem Durchmesser des Sichtrades 8 entspricht. An der konischen Wand des Ringgehäuses 45 enden die Tragarme 44 und sind mit dieser Wand fest verbunden, die ihrerseits wieder Teil der Baueinheit aus Austrittsstutzen 20 und Austrittskammer 41 ist.The outlet nozzle 20 is surrounded by a conical annular housing 45 whose lower, larger outer diameter corresponds at least approximately to the diameter of the outlet chamber 41 and its upper, smaller outer diameter at least approximately the diameter of the classifying wheel 8. At the conical wall of the ring housing 45, the support arms 44 terminate and are firmly connected to this wall, which in turn is part of the assembly of outlet nozzle 20 and outlet chamber 41.
Die Tragarme 44 und das Ringgehäuse 45 sind Teile der Spüllufteinrichtung (nicht gezeigt), wobei die Spülluft das Eindringen von Materie aus dem Innenraum des Sichtergehäuses 21 in den Spalt zwischen dem Sichtrad 8 oder genauer dessen unterer Deckscheibe 3 und dem Austrittsstutzen 20 verhindert. Um diese Spülluft in das Ringgehäuse 45 und von dort in den freizuhaltenden Spalt gelangen zu lassen, sind die Tragarme 44 als Rohre ausgebildet, mit ihren äußeren Endabschnitten durch die Wand des Sichtergehäuses 21 hindurchgeführt und über einen Ansaugfilter 46 an eine Spülluftquelle (nicht gezeigt) angeschlossen. Das Ringgehäuse 45 ist nach oben durch eine Lochplatte 47 abgeschlossen und der Spalt selbst kann durch eine axial verstellbare Ringscheibe im Bereich zwischen Lochplatte 47 und unterer Deckscheibe 33 des Sichtrades 8 einstellbar sein.The support arms 44 and the annular housing 45 are parts of the scavenging air device (not shown), wherein the scavenging air the Penetration of matter from the interior of the classifier housing 21 in the gap between the classifying wheel 8 or more precisely its lower cover plate 3 and the outlet nozzle 20 prevents. In order to get this scavenging air into the ring housing 45 and from there into the gap to be kept clear, the support arms 44 are formed as tubes, with their outer end portions passed through the wall of the classifier housing 21 and connected via a suction filter 46 to a purge air source (not shown) , The annular housing 45 is closed at the top by a perforated plate 47 and the gap itself can be adjusted by an axially adjustable annular disc in the area between perforated plate 47 and lower cover plate 33 of the classifying wheel 8.
Der Auslass aus der Austrittskammer 41 wird von einem Feingutaustragrohr 48 gebildet, das von außen in das Sichtergehäuse 21 hineingeführt ist und in tangentialer Anordnung an die Austrittskammer 41 angeschlossen ist. Das Feingutaustragrohr 48 ist Bestandteil des Produktauslasses 6. Der Verkleidung der Einmündung des Feingutaustragrohrs 48 an die Austrittskammer 41 dient ein Abweiskegel 49.The outlet from the outlet chamber 41 is formed by a fines discharge pipe 48, which is led into the separator housing 21 from the outside and is connected in a tangential arrangement to the outlet chamber 41. The fine material discharge pipe 48 is part of the product outlet 6. The lining of the junction of the fine material discharge pipe 48 with the outlet chamber 41 serves as a deflecting cone 49.
Am unteren Ende des konischen Gehäuseendabschnittes 38 sind in horizontaler Anordnung eine Sichtlufteintrittsspirale 50 und ein Grobgutaustrag 51 dem Gehäuseendabschnitt 38 zugeordnet. Die Drehrichtung der Sichtlufteintrittsspirale 50 ist der Drehrichtung des Sichtrades 8 entgegengerichtet. Der Grobgutaustrag 51 ist dem Gehäuseendabschnitt 38 abnehmbar zugeordnet, wobei dem unteren Ende des Gehäuseendabschnittes 38 ein Flansch 52 und dem oberen Ende des Grobgutaustrages 51 ein Flansch 53 zugeordnet und beide Flansche 52 und 53 wiederum durch bekannte Mittel lösbar miteinander verbunden sind, wenn der Windsichter 7 bertriebsbereit ist.At the lower end of the conical housing end section 38, a sighting air inlet spiral 50 and a coarse material discharge 51 are assigned to the housing end section 38 in a horizontal arrangement. The direction of rotation of the sighting air inlet spiral 50 is opposite to the direction of rotation of the classifying wheel 8. Grobgutaustrag 51 is the housing end portion 38 detachably associated with the lower end of the Gehäusendabschnittes 38 a flange 52 and the upper end of Grobgutaustrages 51 assigned a flange 53 and both flanges 52 and 53 are in turn releasably connected together by known means when the air classifier ready to be sold.
Die auszulegende Dispersionszone ist mit 54 bezeichnet. An der Innenkante bearbeitete (angefaste) Flansche für eine saubere Strömungsführung und eine einfache Auskleidung sind mit 55 bezeichnet.The dispersing zone to be designed is designated 54. Flanges machined on the inner edge (chamfered) for a clean flow guidance and a simple lining are designated with 55.
Schließlich ist noch an die Innenwand des Austrittsstutzens 20 ein auswechselbares Schutzrohr 56 als Verschleißteil angelegt und kann ein entsprechendes auswechselbare Schutzrohr 57 an die Innenwand der Austrittskammer 41 angelegt sein.Finally, a replaceable protective tube 56 is still applied to the inner wall of the outlet nozzle 20 as a wearing part and a corresponding replaceable protective tube 57 may be applied to the inner wall of the outlet chamber 41.
Zu Beginn des Betriebs des Windsichters 7 im dargestellten Betriebszustand wird über die Sichtlufteintrittsspirale 50 Sichtluft in den Windsichter 7 unter einem Druckgefälle und mit einer zweckentsprechend gewählten Eintrittsgeschwindigkeit eingeführt. Infolge der Einführung der Sichtluft mittels einer Spirale insbesondere in Verbindung mit der Konizität des Gehäuseendabschnittes 38 steigt die Sichtluft spiralförmig nach oben in den Bereich des Sichtrades 8. Gleichzeitig wird das "Produkt" aus Feststoffpartikeln unterschiedlicher Masse über den Produktaufgabestutzen 39 in das Sichtergehäuse 21 eingegeben. Von diesem Produkt gelangt das Grobgut, d. h. der Partikelanteil mit größerer Masse entgegen der Sichtluft in den Bereich des Grobgutaustrages 51 und wird zur Weiterverarbeitung bereitgestellt. Das Feingut, d. h. der Partikelanteil mit geringerer Masse wird mit der Sichtluft vermischt, gelangt von außen nach innen radial durch das Sichtrad 8 in den Austrittsstutzen 20, in die Austrittskammer 41 und schließlich über ein Feingutaustrittsrohr 48 in einen Feingutaustritt oder -auslass 58, sowie von dort in einen Filter, in dem das Betriebsmittel in Form eines Fluides, wie beispielsweise Luft, und Feingut voneinander getrennt werden. Gröbere Feingutbestandteile werden aus dem Sichtrad 8 radial herausgeschleudert und dem Grobgut zugemischt, um das Sichtergehäuse 21 mit dem Grobgut zu verlassen oder so lange im Sichtergehäuse 21 zu kreisen, bis es zu Feingut einer solchen Körnung geworden ist, dass es mit der Sichtluft ausgetragen wird.At the beginning of the operation of the air classifier 7 in the illustrated operating state, view air is introduced into the air classifier 7 at a pressure gradient and at a suitably chosen entry speed via the sighting air inlet spiral 50. As a result of the introduction of the classifying air by means of a spiral, in particular in conjunction with the conicity of the housing end portion 38, the classifying air rises spirally upward into the region of the classifying wheel 8. At the same time, the "product" of solid particles of different mass is introduced into the classifier housing 21 via the product feed port 39. From this product, the coarse material, d. H. the proportion of particles with greater mass against the classifying air in the region of the coarse material output 51 and is provided for further processing. The fines, d. H. the proportion of particles of lesser mass is mixed with the classifying air, passes from the outside to the inside radially through the classifying wheel 8 into the outlet nozzle 20, into the outlet chamber 41 and finally via a fine material outlet pipe 48 into a fine material outlet or outlet 58, and from there into a filter in that the resources are separated from each other in the form of a fluid, such as air, and fines. Coarser fines constituents are thrown radially out of the classifying wheel 8 and mixed with the coarse material in order to leave the classifier housing 21 with the coarse material or to circle in the classifier housing 21 until it has become fines of such a grain size that it is discharged with the classifying air.
Infolge der abrupten Querschnittserweiterung vom Austrittsstutzen 20 zur Austrittskammer 41 findet dort eine deutliche Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit des Feingut-Luft-Gemisches statt. Dieses Gemisch wird also mit sehr geringer Strömungsgeschwindigkeit durch die Austrittskammer 41 über das Feingutaustrittsrohr 48 in den Feingutauslass 58 gelangen und an der Wand der Austrittskammer 41 nur in geringem Maße Abrieb erzeugen. Deswegen ist das Schutzrohr 57 auch nur eine höchst vorsorgliche Maßnahme. Die aus Gründen einer guten Trenntechnik hohe Strömungsgeschwindigkeit im Sichtrad 8 herrscht jedoch noch im Austrag- oder Austrittsstutzen 20, deshalb das Schutzrohr 56 wichtiger ist als das Schutzrohr 57. Besonders bedeutsam ist der Durchmessersprung mit einer Durchmessererweiterung beim Übergang vom Austrittsstutzen 20 in die Austrittskammer 41.As a result of the abrupt cross-sectional widening from the outlet nozzle 20 to the outlet chamber 41, there is a significant reduction in the flow velocity of the fine-material-air mixture. This mixture is thus at very low flow rate through the outlet chamber 41st get over the fines exit pipe 48 into the fines outlet 58 and produce only a small amount of abrasion on the wall of the outlet chamber 41. Therefore, the protective tube 57 is only a highly precautionary measure. However, the reasons for a good separation technology high flow velocity in the classifying wheel 8 still prevails in the discharge or outlet pipe 20, therefore, the protective tube 56 is more important than the protective tube 57. Particularly significant is the diameter jump with a diameter extension in the transition from the outlet nozzle 20 into the outlet chamber 41st
Im übrigen kann der Windsichter 7 durch die Unterteilung des Sichtergehäuses 21 in der beschriebenen Weise und die Zuordnung der Sichterkomponenten zu den einzelnen Teilgehäusen wiederum gut gewartet werden und können schadhaft gewordene Komponenten mit relativ geringem Aufwand und innerhalb kurzer Wartungszeiten ausgewechselt werden.Incidentally, the air classifier 7 can again be well maintained by the division of the classifier housing 21 in the manner described and the assignment of the classifier components to the individual sub-housings and defective components can be replaced with relatively little effort and within short maintenance times.
Während in der schematischen Darstellung der
Dieses Sichtrad 8 gemäß der
Außer der vorstehend und in der
Die Erfindung, insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren ist anhand der Ausführungsbeispiele in der Beschreibung und in der Zeichnung lediglich exemplarisch dargestellt und nicht darauf beschränkt, sondern umfasst alle Variationen, Modifikationen, Substitutionen und Kombinationen, die der Fachmann den vorliegenden Unterlagen insbesondere im Rahmen der Ansprüche und der allgemeinen Darstellungen in der Einleitung dieser Beschreibung sowie der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und deren Darstellungen in der Zeichnung entnehmen und mit seinem fachmännischen Wissen sowie dem Stand der Technik kombinieren kann. Insbesondere sind alle einzelnen Merkmale und Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung und ihrer Ausführungsvarianten kombinierbar.The invention, in particular the method according to the invention is illustrated by way of example in the description and in the drawing only and not limited thereto, but includes all variations, modifications, substitutions and combinations that the skilled person the present documents in particular in the context of the claims and the General representations in the introduction of this description and the description of the embodiments and their representations in the drawing and combine with his expert knowledge and the prior art. In particular, all individual features and Design options of the invention and its variants can be combined.
Mit dem zuvor näher beschriebenen Verfahren können beliebige Partikel, insbesondere amorphe Partikel derart vermahlen werden, dass pulverförmige Feststoffe mit einer mittleren Partikelgröße d50 (TEM) < 1,5 µm und einem d90-Wert (TEM) < 1,8 µm und einem d99-Wert (TEM) < 2 µm erhalten werden. Es ist insbesondere möglich diese Partikelgrößen bzw. Partikelgrößenverteilungen über eine Trockenvermahlung zu erreichen.With the method described in detail above, any particles, in particular amorphous particles can be ground so that powdered solids having an average particle size d 50 (TEM) <1.5 microns and a d 90 value (TEM) <1.8 microns and a d 99 value (TEM) <2 μm. In particular, it is possible to achieve these particle sizes or particle size distributions via dry milling.
Die erfindungsgemäßen, amorphen Feststoffe zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine mittlere Partikelgröße (TEM) d50 < 1,5 µm, bevorzugt d50 < 1 µm, besonders bevorzugt d50 von 0,01 bis 1 µm, ganz besonders bevorzugt d50 von 0,05 bis 0,9 µm, insbesondere bevorzugt d50 von 0,05 bis 0,8 µm, speziell bevorzugt von 0,05 bis 0,5 µm und ganz speziell bevorzugt von 0,08 bis 0,25 µm und einem d90-Wert (TEM) < 1,8 µm bevorzugt d90 von 0,1 bis 1,5 µm, besonders bevorzugt d90 von 0,1 bis 1,0 µm und ganz besonders bevorzugt d90 von 0,1 bis 0,5 µm und einen d99-Wert (TEM) < 2 µm, bevorzugt d99 < 1,8 µm, besonders bevorzugt d99 < 1,5 µm, ganz besonders bevorzugt d99 von 0,1 bis 1,0 µm und insbesondere bevorzugt d99 von 0,25 bis 1,0 µm aufweisen. Alle zuvor genannten Partikelgrößen beziehen sich auf die Partikelgrößenbestimmung mittels TEM-Analyse und Bildauswertung.The amorphous solids according to the invention are characterized in that they have an average particle size (TEM) d 50 <1.5 μm, preferably d 50 <1 μm, particularly preferably d 50 from 0.01 to 1 μm, very particularly preferably d 50 from 0.05 to 0.9 microns, more preferably d 50 from 0.05 to 0.8 microns, more preferably from 0.05 to 0.5 microns and most preferably from 0.08 to 0.25 microns and a d 90 value (TEM) <1.8 μm, preferably d 90 from 0.1 to 1.5 μm, more preferably d 90 from 0.1 to 1.0 μm, and very particularly preferably d 90 from 0.1 to 0 , 5 microns and a d 99 value (TEM) <2 microns, preferably d 99 <1.8 microns, more preferably d 99 <1.5 microns, most preferably d 99 from 0.1 to 1.0 microns and particularly preferably have d 99 of 0.25 to 1.0 microns. All previously mentioned particle sizes refer to the particle size determination by means of TEM analysis and image evaluation.
Bei den erfindungsgemäßen amorphen Feststoffen handelt es sich um Silicagele,
wobei Silicagele sowohl Hydro- als auch Aero- als auch Xerogele umfassen.The amorphous solids of the invention are silica gels,
where silica gels include both hydro, aerosol and xerogels.
In einer speziellen Ausführungsform handelt es sich bei den erfindungsgemäßen, amorphen Feststoffen um Silicagele, insbesondere um Xerogele oder Aerogele, mit einer mittleren Partikelgröße d50 (TEM) < 1,5 µm, bevorzugt d50 < 1 µm, besonders bevorzugt d50 von 0,01 bis 1 µm, ganz besonders bevorzugt d50 von 0,05 bis 0,9 µm, insbesondere bevorzugt d50 von 0,05 bis 0,8 µm, speziell bevorzugt von 0,05 bis 0,5 µm und ganz speziell bevorzugt von 0,1 bis 0,25 µm und einem d90-Wert (TEM) < 1,8 µm, bevorzugt d90 0,05 bis 1,8 µm, besonders bevorzugt d90 von 0,1 bis 1,5 µm, ganz besonders bevorzugt d90 von 0,1 bis 1,0 µm, insbesondere bevorzugt d90 von 0,1 bis 0,5 µm und speziell bevorzugt d90 von 0,2 bis 0,4 µm und einen d99-Wert (TEM) < 2 µm, bevorzugt d99 < 1,8 µm, besonders bevorzugt d99 von 0,05 bis 1,5 µm, ganz besonders bevorzugt d99 von 0,1 bis 1,0 µm, insbesondere bevorzugt d99 von 0,25 bis 1,0 µm und speziell bevorzugt d99 von 0,25 bis 0,8 µm. Alle zuvor genannten Partikelgrößen beziehen sich auf die Partikelgrößenbestimmung mittels TEM-Analyse und Bildauswertung.In a specific embodiment, the amorphous solids according to the invention are silica gels, in particular xerogels or aerogels, having an average particle size d 50 (TEM) <1.5 μm, preferably d 50 <1 μm, particularly preferably d 50 of 0 , 01 to 1 .mu.m, most preferably d 50 from 0.05 to 0.9 microns, more preferably d 50 from 0.05 to 0.8 microns, more preferably from 0.05 to 0.5 microns and most preferably of 0.1 to 0.25 microns and a d 90 value (TEM) of <1.8 microns, preferably d 90 0.05 to 1.8 .mu.m, particularly preferably d 90 of 0.1 to 1.5 microns, most preferably d 90 is from 0.1 to 1.0 μm, particularly preferably d 90 from 0.1 to 0.5 μm and especially preferably d 90 from 0.2 to 0.4 μm and a d 99 value (TEM ) <2 μm, preferably d 99 <1.8 μm, particularly preferably d 99 from 0.05 to 1.5 μm, very particularly preferably d 99 from 0.1 to 1.0 μm, particularly preferably d 99 of 0.25 to 1.0 μm, and more preferably d 99 from 0.25 to 0.8 μm. All previously mentioned particle sizes refer to the particle size determination by means of TEM analysis and image evaluation.
Die Reaktionsbedingungen und die physikalisch/chemischen Daten der erfindungsgemäßen Fällungskieselsäuren werden mit den folgenden Methoden bestimmt:The reaction conditions and the physical / chemical data of the precipitated silicas according to the invention are determined by the following methods:
In den nachfolgenden Beispielen werden an verschiedenen Stellen Partikelgrößen genannt, die nach einer der drei nachfolgenden Methoden gemessen wurden. Grund dafür ist, dass sich die dort genannten Partikelgrößen über einen sehr weiten Partikelgrößenbereich (∼100 nm bis 1000 µm) erstrecken. Je nach zu erwartender Partikelgröße der zu untersuchenden Probe kann daher jeweils eine andere der drei Partikelgrößenmessmethoden in Frage kommen.In the following examples, particle sizes are named at various points, which were measured by one of the three following methods. The reason for this is that the particle sizes mentioned there extend over a very wide particle size range (~100 nm to 1000 μm). Depending on the expected particle size of the sample to be examined therefore each of a different one of the three particle size measurement methods come into question.
Partikel mit einer zu erwartenden mittleren Partikelgröße ca. > 50 µm wurden mittels Siebung bestimmt. Partikel mit einer zu erwartenden mittleren Partikelgröße von ca. 1 - 50 µm wurden mittels der Laserbeugungsmethode untersucht und für Partikel mit einer zu erwartenden mittleren Partikelgröße < 1,5 µm wurde die TEM-Analyse + Bildausverwertung verwendet.Particles with an expected average particle size of approx.> 50 μm were determined by sieving. Particles with an expected average particle size of approx. 1 - 50 μm were examined by means of the laser diffraction method and for particles with an expected average particle size <1.5 μm the TEM analysis + image processing was used.
Welche Methode zur Ermittlung der in den Beispielen genannten Partikelgrößen verwendet wurde, ist jeweils in den Tabellen mittels Fußnote angegeben. Die Partikelgrößen, die in den Ansprüchen genannt sind, beziehen sich ausschließlich auf die Bestimmung der Partikelgröße mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) in Kombination mit Bildanalyse.Which method was used to determine the particle sizes mentioned in the examples is indicated in the tables by footnote. The particle sizes mentioned in the claims relate exclusively to the determination of the particle size by means of transmission electron microscopy (TEM) in combination with image analysis.
Zur Bestimmung der Partikelverteilung werden die Siebfraktionen mittels einer Schüttelmaschine (Retsch AS 200 Basic) ermittelt.To determine the particle distribution, the sieve fractions are determined by means of a shaker (Retsch AS 200 Basic).
Für die Siebanalyse werden die Prüfsiebe mit definierter Maschenweite in folgender Reihenfolge aufeinander gestapelt:
- Staubwanne, 45 µm, 63 µm, 125µm, 250 µm, 355 µm, 500 µm.
- Dust pan, 45 μm, 63 μm, 125 μm, 250 μm, 355 μm, 500 μm.
Der so entstandene Siebturm wird auf der Siebmaschine befestigt. Zur Siebung werden 100 g Feststoff auf 0,1 g genau eingewogen und auf das oberste Sieb des Siebturms gegeben. Es wird 5 Minuten bei einer Amplitude von 85 geschüttelt.The resulting sieve tower is mounted on the screening machine. For sieving, 100 g of solid are weighed to the nearest 0.1 g and added to the top sieve of the sieve tower. It is shaken for 5 minutes at an amplitude of 85.
Nach dem automatischen Abschalten der Siebung werden die einzelnen Fraktionen auf 0,1 g genau zurück gewogen. Die Fraktionen müssen direkt nach dem Schütteln ausgewogen werden, da es durch Feuchtigkeitsverluste sonst zu Ergebnisverfälschungen kommen kann.After the screening has been switched off automatically, the individual fractions are weighed back to 0.1 g. The fractions must be weighed immediately after shaking, otherwise it can lead to distorted results due to moisture losses.
Die zusammenaddierten Gewichte der einzelnen Fraktionen sollten mindestens 95 g ergeben, um das Ergebnis verwerten zu können.The combined weights of the individual fractions should be at least 95 g to evaluate the result.
Die Bestimmung der Partikelverteilung erfolgt nach dem Prinzip der Laserbeugung auf einem Laserdiffraktometer (Fa. Horiba, LA-920).The determination of the particle distribution is based on the principle of laser diffraction on a laser diffractometer (Horiba, LA-920).
Zunächst wird die Probe des amorphen Feststoffs in 100 ml Wasser ohne Zusatz von Dispergieradditiven in einem 150 ml Becherglas (Durchmesser: 6 cm) so dispergiert, das eine Dispersion mit einem Gewichtsanteil von 1 Gew.-% SiO2 entsteht. Diese Dispersion wird danach mit einem Ultraschallfinger (Dr. Hielscher UP400s, Sonotrode H7) über einen Zeitraum von 5 min intensiv (300 W, nicht gepulst) dispergiert. Dafür ist der Ultraschallfinger so anzubringen, das dessen unteres Ende bis ca. 1 cm über dem Boden des Becherglases eintaucht. Unmittelbar im Anschluss an die Dispergierung wird von einer Teilprobe der mit Ultraschall beanspruchten Dispersion mit dem Laserdiffraktometer (Horiba LA-920) die Partikelgrößenverteilung bestimmt. Für die Auswertung mit der mitgelieferten Standardsoftware des Horiba LA-920 ist ein Brechungsindex von 1,09 zu wählen.First, the sample of the amorphous solid in 100 ml of water without the addition of dispersing additives in a 150 ml beaker (diameter: 6 cm) is dispersed so that a dispersion with a weight fraction of 1 wt .-% SiO 2 is formed. This dispersion is then dispersed intensively (300 W, not pulsed) with an ultrasonic finger (Dr. Hielscher UP400s, Sonotrode H7) over a period of 5 min. For this, the ultrasound finger is to be mounted in such a way that its lower end dips to about 1 cm above the bottom of the beaker. Immediately following the dispersion, the particle size distribution is determined from a partial sample of the dispersion subjected to ultrasound with the laser diffractometer (Horiba LA-920). For evaluation with the supplied standard software of the Horiba LA-920, a refractive index of 1.09 must be selected.
Alle Messungen erfolgen bei Raumtemperatur. Die Partikelgrößenverteilung sowie die relevanten Größen wie z. B. die Partikelgröße d90 und d99 werden vom Gerät automatisch berechnet und grafisch dargestellt. Es sind die Hinweise in der Bedienungsanleitung zu beachten.All measurements are carried out at room temperature. The particle size distribution and the relevant variables such. For example, particle size d 90 and d 99 are automatically calculated and graphed by the instrument. The instructions in the operating instructions must be observed.
Die Erstellung der transmissionselektronenmikroskopischen Aufnahmen (TEM) erfolgt in Anlehnung an ASTM D 3849-02.The transmission electron micrographs (TEM) are generated on the basis of ASTM D 3849-02.
Für die bildanalytischen Messungen wird ein Transmissionselektronenmikroskop (Fa. Hitachi H-7500, mit einer max. Beschleunigungsspannung von 120 KV) verwendet. Die digitale Bildverarbeitung erfolgt durch eine Software der Firma Soft Imaging Systems (SIS, Münster/Westfalen). Es wird die Programmversion iTEM 5.0 verwendet.For the image-analytical measurements, a transmission electron microscope (Hitachi H-7500, with a maximum acceleration voltage of 120 KV) is used. The digital image processing is done by a software of the company Soft Imaging Systems (SIS, Münster / Westphalia). The program version iTEM 5.0 is used.
Für die Bestimmungen werden ca. 10 - 15 mg des amorphen Feststoffs in einem Isopropanol/Wasser- Gemisch (20 ml Isopropanol / 10 ml destilliertes Wasser) dispergiert und 15 min lang mit Ultraschall (Ultraschallprozessor UP 100, Fa. Dr. Hielscher GmbH, HF - Leistung 100 W, HF - Frequenz 35 kHz) behandelt. Danach wird aus der fertigen Dispersion eine kleine Menge (ca.1 ml) entnommen und anschließend auf das Trägernetzchen aufgebracht. Die überschüssige Dispersion wird mit Filterpapier aufgesaugt. Danach wird das Netzchen getrocknet.For the determinations, about 10-15 mg of the amorphous solid are dispersed in an isopropanol / water mixture (20 ml isopropanol / 10 ml distilled water) and ultrasonicated for 15 min (ultrasound processor UP 100, Dr. Hielscher GmbH, HF - power 100 W, HF frequency 35 kHz). Thereafter, a small amount (about 1 ml) is removed from the finished dispersion and then applied to the carrier mesh. The excess dispersion is absorbed with filter paper. Then the netting is dried.
Die Wahl der Vergrößerung ist in der ITEM WK 5338 (ASTM) beschrieben und ist abhängig von der Primärpartikelgröße des zu untersuchenden amorphen Feststoffs. Üblicherweise wird bei Kieselsäuren die elektronenoptische Vergrößerung 50000:1 und die Endvergrößerung 200000:1 gewählt. Für die digitalen Aufnahmesysteme legt die ASTM D 3849 in Abhängigkeit von der Primärpartikelgröße des zu messenden amorphen Feststoffs die geeignete Auflösung in nm/Pixel fest.The choice of magnification is described in ITEM WK 5338 (ASTM) and depends on the primary particle size of the amorphous solid to be investigated. Typically, in the case of silicas, the electron optical magnification 50,000: 1 and the final magnification 200,000: 1 are selected. For digital imaging systems, ASTM D 3849 specifies the appropriate resolution in nm / pixel depending on the primary particle size of the amorphous solid to be measured.
Die Aufnahmebedingungen müssen so zusammengestellt werden, dass die Reproduzierbarkeit der Messungen gewährleistet werden kann.The recording conditions must be arranged in such a way that the reproducibility of the measurements can be guaranteed.
Die anhand der TEM-Aufnahmen zu charakterisierenden Einzelpartikel müssen mit genügend scharfen Konturen abgebildet sein. Die Verteilung der Partikel sollte nicht zu dicht sein. Die Teilchen sollten möglichst voneinander getrennt vorliegen. Es sollten möglichst wenige Überlappungen vorliegen.The individual particles to be characterized on the basis of the TEM images must be imaged with sufficiently sharp contours be. The distribution of the particles should not be too dense. The particles should be as separate as possible. There should be as few overlaps as possible.
Nach Durchmusterung verschiedener Bildausschnitte eines TEM-Präparates werden entsprechend geeignete Bereiche ausgewählt. Hierbei ist zu beachten, dass das Verhältnis von kleinen, mittleren und großen Partikeln für die jeweilige Probe repräsentativ und charakteristisch ist und keine selektive Bevorzugung kleiner oder großer Partikel durch den Operator erfolgt.After screening various image sections of a TEM preparation, suitable areas are selected accordingly. It should be noted that the ratio of small, medium and large particles for each sample is representative and characteristic and no selective preference of small or large particles by the operator.
Die Gesamtzahl der zu messenden Aggregate hängt ab vom Streubereich der Aggregatgrößen: Je größer dieser ist, umso mehr Teilchen müssen erfasst werden, um zu einer adäquaten statistischen Aussage zu gelangen. Bei Kieselsäuren werden ca. 2500 Einzelteilchen gemessen.The total number of aggregates to be measured depends on the range of aggregate sizes: the larger this is, the more particles have to be detected in order to arrive at an adequate statistical statement. For silicas, about 2500 individual particles are measured.
Die Bestimmung der Primärpartikelgrößen und -größenverteilungen erfolgt anhand von speziell für diesen Zweck erstellte TEM-Aufnahmen, diese werden mittels eines Teilchengrößenanalysator TGZ3 nach Endter und Gebauer (Vertrieb: Fa. Carl ZEISS) analysiert. Das gesamte Messverfahren wird durch die Analysesoftware DASYLab 6.0 - 32 unterstützt.The primary particle sizes and size distributions are determined on the basis of TEM images specially prepared for this purpose; these are analyzed by means of a particle size analyzer TGZ3 according to Endter and Gebauer (Sales: Carl Zeiss). The entire measurement process is supported by the analysis software DASYLab 6.0 - 32.
Zunächst werden die Messbereiche gemäß Größenbereich der zu untersuchenden Partikel kalibriert (Bestimmung der kleinsten und größen Partikel), danach erfolgen die Messungen. Eine vergrößerte Transparentfolie einer TEM-Aufnahme wird auf dem Auswertepult so positioniert, dass der Schwerpunkt eines Teilchens etwa in der Mitte der Messmarke liegt. Danach wird durch Drehen des Handrades am TGZ3 der Durchmesser der kreisrunden Messmarke so lange verändert, bis eine möglichst gute Flächengleicheit mit dem zu analysierenden Bildobjekt erreicht ist.First, the measuring ranges are calibrated according to the size range of the particles to be examined (determination of the smallest and largest particles), after which the measurements are made. An enlarged transparency of a TEM image is positioned on the evaluation desk so that the center of gravity of a particle lies approximately in the middle of the measurement mark. Then, by turning the handwheel on the TGZ3, the diameter of the circular measuring mark is changed until the best possible surface alignment with the image object to be analyzed is achieved.
Häufig sind die zu analysierenden Strukturen nicht kreisrund. Dann gilt, dass die über die Messmarke hinausragenden Flächenabschnitte der Partikel denjenigen Flächenabschnitten der Messmarke, die außerhalb der Teilchenbegrenzung liegen, angeglichen werden müssen. Ist dieser Abgleich erfolgt, so wird durch Betätigung eines Fußschalters der eigentliche Zählvorgang ausgelöst. Das Teilchen im Bereich der Messmarke wird durch einen herunterschlagenden Markierstift gelocht.Often, the structures to be analyzed are not circular. Then it is true that they project beyond the measuring mark Surface portions of the particles must be adapted to those surface portions of the measurement mark, which are outside the particle boundary. If this adjustment has taken place, the actual counting process is triggered by actuation of a foot switch. The particle in the area of the measuring mark is perforated by a knock-down marking pen.
Danach wird die TEM-Folie wiederum auf dem Auswertepult verschoben, bis ein neues Teilchen unter der Messmarke justiert ist. Es erfolgt eine erneute Abgleich- und Zählprozedur. Dieses wird wiederholt bis alle der Auswertestatistik gemäß benötigten Teilchen charakterisiert sind.Thereafter, the TEM film is again shifted on the evaluation lectern until a new particle is adjusted below the measurement mark. A new adjustment and counting procedure takes place. This is repeated until all of the evaluation statistics are characterized according to required particles.
Die Anzahl der zu zählenden Partikel hängt ab vom Streubereich der Partikelgröße: Je größer dieser ist, umso mehr Teilchen müssen erfasst werden, um zu einer adäquaten statistischen Aussage zu gelangen. Bei Kieselsäuren werden ca. 2500 Einzelteilchen gemessen.The number of particles to be counted depends on the range of the particle size: the larger it is, the more particles must be detected in order to arrive at an adequate statistical statement. For silicas, about 2500 individual particles are measured.
Nach Beendigung der Auswertung werden die Werte der Einzelzählwerke protokolliert.After completion of the evaluation, the values of the individual counters are logged.
Als mittlerer Partikelgröße d50 wird der Mittelwert der Äquivalenzdurchmesser aller ausgewerteten Partikel angegeben. Zur Ermittlung der Partikelgrößen d90 und d99 werden die Äquivalenzdurchmesser aller ausgewerteten Partikel in Klassen von jeweils 25 nm (0-25 nm, 25-50 nm, 50-100 nm, ... 925-950 nm, 950-975 nm, 975-1000 nm) eingeteilt und die Häufigkeiten in den jeweiligen Klassen ermittelt. Aus der kumulative Darstellung dieser Häufigkeitsverteilung können die Partikelgrößen d90 (d.h. 90 % der ausgewerteten Partikel haben einen kleineren Äquivalenzdurchmesser) und d99 bestimmt werden.The average particle size d 50 is the mean value of the equivalence diameter of all particles evaluated. In order to determine the particle sizes d 90 and d 99 , the equivalent diameters of all the particles evaluated are in classes of 25 nm each (0-25 nm, 25-50 nm, 50-100 nm, ... 925-950 nm, 950-975 nm, 975-1000 nm) and the frequencies in the respective classes are determined. From the cumulative representation of this frequency distribution, the particle sizes d 90 (ie 90% of the particles evaluated have a smaller equivalent diameter) and d 99 can be determined.
Die spezifische Stickstoff-Oberfläche (im folgenden BET-Oberfläche genannt) der pulverförmigen Feststoffe wird in Anlehnung an ISO 5794-1/Annex D mit dem Gerät TRISTAR 3000 (Fa. Micromeritics) nach der Multipointbestimmung gemäß DIN ISO 9277 ermittelt.The specific nitrogen surface area (hereinafter referred to as the BET surface area) of the pulverulent solids is determined on the basis of ISO 5794-1 / Annex D with the TRISTAR 3000 device (Micromeritics) after the multipoint determination in accordance with DIN ISO 9277.
Das Meßprinzip beruht auf der Stickstoffsorption bei 77 K (volumetrische Methode) und kann für mesoporöse Feststoffe (2 nm bis 50 nm Porendurchmesser) eingesetzt werden.The measuring principle is based on nitrogen sorption at 77 K (volumetric method) and can be used for mesoporous solids (2 nm to 50 nm pore diameter).
Die Bestimmung der Porengrößenverteilung wird nach DIN 66134 (Bestimmung der Porengrößenverteilung und der spezifischen Oberfläche mesoporöser Feststoffe durch Stickstoffsorption; Verfahren nach Barrett, Joyner und Halenda (BJH)) durchgeführt.The determination of the pore size distribution is carried out according to DIN 66134 (determination of the pore size distribution and the specific surface of mesoporous solids by nitrogen sorption, according to Barrett, Joyner and Halenda (BJH)).
Eine Trocknung der amorphen Feststoffe erfolgt im Trockenschrank. Die Probenvorbereitung und Messung erfolgt mit dem Gerät ASAP 2400 (Fa. Micromeritics). Als Meßgase werden Stickstoff 5.0 und Helium 5.0 eingesetzt. Als Kältebad dient flüssiger Stickstoff. Einwaagen werden mit einer Analysenwaage in [mg] auf eine Nachkommastelle genau bestimmt.Drying of the amorphous solids takes place in a drying cabinet. Sample preparation and measurement are carried out with the ASAP 2400 device (Micromeritics). As measuring gases nitrogen 5.0 and helium 5.0 are used. The cooling bath is liquid nitrogen. Weighing weights are precisely determined with an analytical balance in [mg] to one decimal place.
Die zu untersuchende Probe wird bei 105 °C für 15-20 h vorgetrocknet. Davon werden 0,3 bis 1 g in ein Probengefäß eingewogen. Das Probengefäß wird an das Gerät ASAP 2400 angeschlossen und bei 200 °C 60 min lang unter Vakuum (Endvakuum < 10 µm Hg) ausgeheizt. Die Probe kühlt unter Vakuum auf Raumtemperatur ab, wird mit Stickstoff überschichtet und gewogen. Die Differenz zum Gewicht des mit Stickstoff gefüllten Probengefäßes ohne Feststoff ergibt die exakte Einwaage.The sample to be tested is pre-dried at 105 ° C for 15-20 h. Of these, 0.3 to 1 g are weighed into a sample vessel. The sample vessel is connected to the ASAP 2400 device and baked at 200 ° C. for 60 minutes under vacuum (final vacuum <10 μm Hg). The sample cools to room temperature under vacuum, is blanketed with nitrogen and weighed. The difference to the weight of the filled with nitrogen sample vessel without solid results in the exact weight.
Die Messung erfolgt laut der Bedienungsanweisung des ASAP 2400.The measurement is carried out according to the operating instructions of the ASAP 2400.
Zur Auswertung des N2-Porenvolumens (Porendurchmesser < 50 nm) wird das adsorbierte Volumen anhand des Desorptionsastes (Porenvolumen für Poren mit einem Porendurchmesser < 50 nm) ermittelt.For evaluation of the N 2 pore volume (pore diameter <50 nm), the adsorbed volume is determined on the basis of the desorption branch (pore volume for pores with a pore diameter <50 nm).
Die Porenradienverteilung wird anhand der gemessenen Stickstoffisothermen nach der BJH-Methode (
Die mittlere Porenweite (Porendurchmesser; APD) errechnet sich nach der Wheeler-Gleichung
Die Feuchte von amorphen Feststoffen wird gemäß DIN EN ISO 787-2 nach 2-stündiger Trocknung in einem Umlufttrockenschrank bei 105 °C bestimmt. Dieser Trocknungsverlust besteht überwiegend aus Wasserfeuchtigkeit.The moisture of amorphous solids is determined according to DIN EN ISO 787-2 after drying for 2 hours in a convection oven at 105 ° C. This drying loss consists predominantly of water moisture.
Die Bestimmung des pH-Wertes der amorphen Feststoffe erfolgt als 5%ige wässrige Suspension bei Raumtemperatur in Anlehnung DIN EN ISO 787-9. Gegenüber den Vorgaben dieser Norm wurden die Einwaagen verändert (5,00 g SiO2 auf 100 ml entionisiertes Wasser).The determination of the pH of the amorphous solids is carried out as a 5% aqueous suspension at room temperature based on DIN EN ISO 787-9. Compared to the specifications of this standard, the initial weights were changed (5.00 g SiO 2 to 100 ml deionized water).
Die DBP-Aufnahme (DBP-Zahl), die ein Maß für die Saugfähigkeit von amorphen Feststoffen ist, wird in Anlehnung an die Norm DIN 53601 wie folgt bestimmt:
- 12.50 g pulverförmiger, amorpher Feststoff (Feuchtegehalt 4 ± 2 %) werden in die Kneterkammer (Artikel Nummer 279061) des Brabender-Absorptometer "E" gegeben (ohne Dämpfung des Ausgangsfilters des Drehmomentaufnehmers). Unter ständigem Mischen (Umlaufgeschwindigkeit der Kneterschaufeln 125 U/min) tropft man bei Raumtemperatur durch den "Dosimaten Brabender T 90/50" Dibutylphthalat mit einer Geschwindigkeit von 4 ml/min in die Mischung. Das Einmischen erfolgt mit nur geringem Kraftbedarf und wird anhand der Digitalanzeige verfolgt. Gegen Ende der Bestimmung wird das Gemisch pastös, was mittels eines steilen Anstieges des Kraftbedarfs angezeigt wird. Bei einer Anzeige von 600 digits (Drehmoment von 0.6 Nm) wird durch einen elektrischen Kontakt sowohl der Kneter als auch die DBP-Dosierung abgeschaltet. Der Synchronmotor für die DBP-Zufuhr ist mit einem digitalen Zählwerk gekoppelt, so dass der Verbrauch an DBP in ml abgelesen werden kann.
- 12.50 g of powdery, amorphous solid (moisture content 4 ± 2%) are added to the kneader chamber (item number 279061) of the Brabender Absorptometer "E" (without damping the output filter of the torque transducer). With constant mixing (rotary speed of the kneader blades 125 rpm) is added dropwise at room temperature through the "Dosimaten Brabender T 90/50" dibutyl phthalate at a rate of 4 ml / min in the mixture. The mixing takes place with only a small force requirement and is tracked on the basis of the digital display. Towards the end of the determination, the mixture becomes pasty, which is indicated by a steep increase in the power requirement. With a display of 600 digits (torque of 0.6 Nm), both the kneader and the DBP metering are switched off by an electrical contact. The synchronous motor for the DBP supply is coupled to a digital counter so that the consumption of DBP in ml can be read.
Die DBP-Aufnahme wird in der Einheit [g/100g] ohne Nachkommastellen angegeben und anhand der folgenden Formel berechnet:
- mit DBP = DBP-Aufnahme in g/100g
- V = Verbrauch an DBP in ml
- D = Dichte von DBP in g/ml (1,047 g/ml bei 20 °C)
- E = Einwaage an Kieselsäure in g
- K = Korrekturwert gemäß Feuchtekorrekturtabelle in g/100g
- with DBP = DBP uptake in g / 100g
- V = consumption of DBP in ml
- D = density of DBP in g / ml (1.047 g / ml at 20 ° C)
- E = weight of silica in g
- K = correction value according to the humidity correction table in g / 100g
Die DBP-Aufnahme ist für wasserfreie, amorphe Feststoffe definiert. Bei Verwendung von feuchten Fällungskieselsäuren oder Silicagelen ist der Korrekturwert K für die Berechnung der DBP-Aufnahme zu berücksichtigen. Dieser Wert kann anhand der folgenden Korrekturtabelle ermittelt werden, z. B. würde ein Wassergehalt der Kieselsäure von 5.8 % einen Zuschlag von 33 g/(100 g) für die DBP-Aufnahme bedeuten. Die Feuchte der Kieselsäure oder des Silicagels wird gemäß der nachfolgend beschriebenen Methode "Bestimmung der Feuchte bzw. des Trocknungsverlusts" ermittelt.The DBP image is defined for anhydrous, amorphous solids. When using wet precipitated silicas or silica gels, the correction value K for the calculation of the To consider DBP inclusion. This value can be determined from the following correction table, eg. For example, a water content of the silica of 5.8% would mean a 33 g / (100 g) addition for DBP uptake. The moisture content of the silica or of the silica gel is determined according to the method "Determination of the moisture or the drying loss" described below.
Feuchtekorrekturtabelle für Dibutylphthalataufnahme - wasserfrei-
Die Bestimmung der Stampfdichte erfolgt in Anlehnung an DIN EN ISO 787-11.The determination of the tamped density is based on DIN EN ISO 787-11.
Eine definierte Menge einer zuvor nicht gesiebten Probe wird in einen graduierten Glaszylinder eingefüllt und mittels eines Stampfvolumeters einer festgelegten Anzahl von Stampfungen unterzogen. Während der Stampfung verdichtet sich die Probe. Als Ergebnis der durchgeführten Untersuchung erhält man die Stampfdichte.A defined amount of a previously unsorted sample is filled into a graduated glass cylinder and subjected to a fixed number of stacks by means of a tamping volumeter. During the stamping, the sample condenses. As a result of the examination, the tamped density is obtained.
Die Messungen werden auf einem Stampfvolumeter mit Zählwerk der Fa. Engelsmann, Ludwigshafen, Typ STAV 2003, durchgeführt.The measurements are carried out on a tamping volumeter with counter from Engelsmann, Ludwigshafen, type STAV 2003.
Zunächst wird ein 250 ml Glaszylinder auf einer Präzisionswaage tariert. Anschliessend werden 200 ml des amorphen Feststoffs mit Hilfe eines Pulvertrichters so in den tarierten Meßzylinder eingefüllt, dass sich keine Hohlräume bilden. Anschliessend wird die Probenmenge auf 0,01 g genau gewogen. Danach wird leicht an den Zylinder geklopft, so dass die Oberfläche der Kieselsäure im Zylinder waagrecht ist. Der Meßzylinder wird in den Meßzylinderhalter des Stampfvolumeters eingesetzt und 1250 mal gestampft. Das Volumen der gestampften Probe wird nach einmaligem Stampfdurchgang auf 1 ml genau abgelesen.First, a 250 ml glass cylinder is tared on a precision balance. Subsequently, 200 ml of the amorphous solid are filled with the aid of a powder funnel in the tared measuring cylinder so that no cavities form. The sample quantity is then weighed to the nearest 0.01 g. Thereafter, lightly tapping the cylinder so that the surface of the silica in the cylinder is horizontal. The measuring cylinder is in The measuring cylinder holder of the tamping volumeter used and tamped 1250 times. The volume of the mashed sample is read to 1 ml after a single ramming pass.
Die Stampfdichte D(t) berechnet sich wie folgt:
- D(t):
- Stampfdichte [g/l]
- V:
- Volumen der Kieselsäure nach dem Stampfen [ml]
- m:
- Masse der Kieselsäure [g]
- D (t):
- Tamped density [g / l]
- V:
- Volume of silica after pounding [ml]
- m:
- Mass of silica [g]
Als Alkalizahl-Bestimmung (AZ), versteht man den Verbrauch an Salzsäure in ml (bei 50 ml Probevolumen, 50 ml dest. Wasser und einer verwendeten Salzsäure der Konzentration 0.5 mol/l) bei einer direkten potentiometrischen Titration von alkalischen Lösungen, bzw. Suspensionen bis zu einem pH-Wert von 8.30. Man erfasst hiermit den freien Alkaligehalt der Lösung bzw. Suspension.The alkali number determination (AZ) is understood to mean the consumption of hydrochloric acid in ml (at 50 ml test volume, 50 ml distilled water and a hydrochloric acid used of concentration 0.5 mol / l) in a direct potentiometric titration of alkaline solutions or suspensions up to a pH of 8.30. The free alkali content of the solution or suspension is hereby recorded.
Das pH-Gerät (Fa. Knick, Typ: 766 pH-Meter Calimatic mit Temperaturfühler) und die pH-Elektrode (Einstabmesskette der Fa. Schott, Typ N7680) werden mit Hilfe zweier Pufferlösungen (pH = 7.00 und pH = 10.00) bei Raumtemperatur kalibriert. Die Einstabmesskette wird in die auf 40 °C temperierte Meßlösung bzw. -suspension bestehend aus 50.0 ml Probe und 50.0 ml entionisiertem Wasser getaucht. Anschließend gibt man tropfenweise Salzsäure-Lösung der Konzentration 0.5 mol/l hinzu, bis sich ein konstanter pH-Wert von 8.30 einstellt. Auf Grund des sich erst langsam einstellenden Gleichgewichts zwischen der Kieselsäure und dem freien Alkaligehalt bedarf es einer Wartezeit von 15 min bis zu einem endgültigen Ablesen des Säureverbrauchs. Bei den gewählten Stoffmengen und Konzentrationen entspricht der abgelesene Salzsäureverbrauch in ml direkt der Alkalizahl, welche dimensionslos angegeben wird.The pH device (Knick, type: 766 pH meter Calimatic with temperature sensor) and the pH electrode (combination electrode from Schott, type N7680) are heated at room temperature with the aid of two buffer solutions (pH = 7.00 and pH = 10.00) calibrated. The combination electrode is immersed in the 40 ° C tempered solution or suspension consisting of 50.0 ml of sample and 50.0 ml of deionized water. Then add hydrochloric acid solution of concentration 0.5 mol / l dropwise until a constant pH of 8.30 is reached. Due to the slowly adjusting equilibrium between the silica and the free alkali content it takes a waiting time of 15 minutes until a final reading of the Acid consumption. For the selected molar amounts and concentrations, the read-out hydrochloric acid consumption in ml corresponds directly to the alkali number, which is given dimensionlessly.
Die nachfolgenden Beispiele dienen wie bereits ausgeführt der Veranschaulichung und näheren Erläuterung der Erfindung, schränken diese jedoch in keiner Weise ein.The examples below serve, as already stated, to illustrate and explain the invention in more detail, but in no way limit it.
Die als zu vermahlendes Ausgangsmaterial eingesetzte gefällte Kieselsäure, wurde entsprechend dem nachfolgenden Verfahren hergestellt:
Das an verschiedenen Stellen in der nachfolgenden Vorschrift zur Herstellung der Silica 1 eingesetzte Wasserglas und die Schwefelsäure werden wie folgt charakterisiert:
The water glass and the sulfuric acid used at various points in the following recipe for the preparation of the silica 1 are characterized as follows:
In einem 150 m3 Fällbehälter mit Schrägboden, MIG-Schrägblattrührsystem und Ekato-Fluid-Scherturbine werden 117 m3 Wasser vorgelegt und 2,7 m3 Wasserglas zugegeben. Das Verhältnis von Wasserglas zu Wasser wird dabei so eingestellt, dass sich eine Alkalizahl von 7 ergibt. Anschließend wird die Vorlage auf 90 °C aufgeheizt. Nach Erreichen der Temperatur werden für die Dauer von 75 min gleichzeitig Wasserglas mit einer Dosierrate von 10,2 m3/h und Schwefelsäure mit einer Dosierrate von 1,55 m3/h unter Rühren zudosiert. Danach werden für weitere 75 min unter Rühren bei 90 °C gleichzeitig Wasserglas mit einer Dosierrate von 18,8 m3/h und Schwefelsäure mit einer Dosierrate von 1,55 m3/h zugegeben. Während der gesamten Zugabezeit wird die Dosierrate der Schwefelsäure bei Bedarf so korrigiert, dass während dieser Zeitdauer eine Alkalizahl von 7 eingehalten wird.117 m 3 of water are placed in a 150 m 3 precipitation tank with inclined base, MIG inclined blade agitation system and Ekato fluid shear turbine and 2.7 m 3 of water glass are added. The ratio of water glass to water is adjusted so that there is an alkali number of 7. Subsequently, the Heated template to 90 ° C. After reaching the temperature, water glass at a metering rate of 10.2 m 3 / h and sulfuric acid at a metering rate of 1.55 m 3 / h are metered in simultaneously with stirring over a period of 75 min. Thereafter, water glass at a metering rate of 18.8 m 3 / h and sulfuric acid at a metering rate of 1.55 m 3 / h are added simultaneously for a further 75 min with stirring at 90 ° C. If necessary, the dosing rate of the sulfuric acid is corrected during the entire time of addition so that an alkali number of 7 is maintained during this period.
Danach wird die Wasserglasdosierung abgeschaltet. Anschließend wird innerhalb von 15 min Schwefelsäure so zugegeben, dass sich danach ein pH-Wert von 8,5 einstellt. Bei diesem pH-Wert wird die Suspension für die Dauer von 30 min gerührt (= gealtert). Danach wird durch Zugabe von Schwefelsäure innerhalb von ca. 12 min der pH-Wert der Suspension auf 3,8 eingestellt. Während der Fällung, der Alterung und der Ansäuerung wird die Temperatur der Fällsuspension bei 90 °C gehalten.Thereafter, the Wasserglasdosierung is switched off. Sulfuric acid is then added over 15 minutes so that a pH value of 8.5 is reached. At this pH, the suspension is stirred for a period of 30 minutes (= aged). Thereafter, the pH of the suspension is adjusted to 3.8 by addition of sulfuric acid within about 12 min. During precipitation, aging and acidification, the temperature of the precipitation suspension is maintained at 90 ° C.
Die erhaltene Suspension wird mit einer Membranfilterpresse filtriert und der Filterkuchen mit entionisiertem Wasser gewaschen, bis im Waschwasser eine Leitfähigkeit von < 10 mS/cm festzustellen ist. Der Filterkuchen liegt dann mit einem Feststoffgehalt von < 25 % vor.The resulting suspension is filtered with a membrane filter press and the filter cake washed with deionized water until a conductivity of <10 mS / cm is observed in the wash water. The filter cake is then present with a solids content of <25%.
Die Trockung des Filterkuchen erfolgt in einem Spin-Flash-Trockner.The drying of the filter cake takes place in a spin-flash dryer.
Die Daten von Silica 1 sind in Tabelle 1 angegeben.The data of silica 1 are given in Table 1.
Aus Wasserglas (Dichte 1,348 kg/l, 27,0 Gew.-% SiO2, 8,05 Gew.-% Na2O) und 45 %-iger Schwefelsäure wird ein Silicagel (= Hydrogel) hergestellt.From water glass (density 1.348 kg / l, 27.0 wt .-% SiO 2 , 8.05 wt .-% Na 2 O) and 45% sulfuric acid, a silica gel (= hydrogel) is prepared.
Dazu werden 45 Gew.-%ige Schwefelsäure und Natronwasserglas intensiv so vermischt, dass sich ein Reaktandenverhältnis entsprechend einem Überschuß an Säure (0.25 N) und einer SiO2-Konzentration von 18.5 Gew.-% einstellt. Das dabei entstandene Hydrogel wird über Nacht (ca. 12 h) gelagert und dann auf eine Partikelgröße von ca. 1 cm gebrochen. Es wird mit entionisiertem Wasser bei 30 - 50 °C gewaschen, bis die Leitfähigkeit des Waschwassers unterhalb 5 mS/cm liegt.For this purpose, 45% strength by weight sulfuric acid and soda water glass are intensively mixed in such a way that a reactant ratio corresponding to an excess of acid (0.25 N) and an SiO 2 concentration of 18.5% by weight is established. The resulting hydrogel is stored overnight (about 12 h) and then broken to a particle size of about 1 cm. It is washed with deionized water at 30-50 ° C until the conductivity of the wash water is below 5 mS / cm.
Das wie oben beschrieben hergestellte Hydrogel wird unter Ammoniakzugabe bei pH 9 und 80 °C für 10 - 12 Stunden gealtert, und dann mit 45 Gew.-%iger Schwefelsäure auf pH 3 eingestellt. Das Hydrogel hat dann einen Feststoffgehalt von 34 - 35 %. Anschließend wird es auf einer Stiftmühle (Alpine Typ 160Z) auf eine Partikelgröße von ca. 150 µm grob vermahlen. Das Hydrogel hat eine Restfeuchte von 67 %.The hydrogel prepared as described above is aged with ammonia addition at pH 9 and 80 ° C for 10-12 hours, and then adjusted to pH 3 with 45 wt .-% sulfuric acid. The hydrogel then has a solids content of 34-35%. It is then coarsely ground on a pin mill (Alpine Type 160Z) to a particle size of approx. 150 μm. The hydrogel has a residual moisture of 67%.
Die Daten von Silica 2 sind in Tabelle 1 angegeben.The data of silica 2 are given in Table 1.
Silica 2 wird mittels Spinflash-Trockners (Anhydro A/S, APV, Typ SFD47, Tein = 350 °C, Taus = 130 °C) so getrocknet, dass es nach der Trocknung eine Endfeuchte von ca. 2 % aufweist.Silica 2 is by means of spin flash dryer (Anhydro A / S, APV, type SFD47, T a = 350 ° C, T out = 130 ° C) dried so that, after drying, it has a final moisture content of about 2%.
Die Daten von Silica 3a sind in Tabelle 1 angegeben.The data of silica 3a are given in Table 1.
Das wie oben beschrieben hergestellte Hydrogel wird bei ca. 80 °C weiter gewaschen, bis die Leitfähigkeit des Waschwassers unter 2 mS/cm liegt und im Umlufttrockenschrank (Fresenberger POH 1600.200) bei 160°C auf eine Restfeuchte von < 5% getrocknet. Um ein gleichmäßigeres Dosierverhalten und Mahlergebnis zu erzielen, wird das Xerogel auf eine Partikelgröße < 100 µm vorzerkleinert (Alpine AFG 200).The hydrogel prepared as described above is further washed at about 80 ° C until the conductivity of the wash water is below 2 mS / cm and dried in a convection oven (Fresenberger POH 1600.200) at 160 ° C to a residual moisture content of <5%. In order to achieve a more uniform dosing behavior and grinding result, the xerogel is pre-shredded to a particle size <100 μm (Alpine AFG 200).
Die Daten von Silica 3b sind in Tabelle 1 angegeben.The data of silica 3b are given in Table 1.
Das wie oben beschrieben hergestellte Hydrogel wird unter Ammoniakzugabe bei pH 9 und 80°C für 4 Stunden gealtert, dann mit 45 Gew.-%iger Schwefelsäure auf ca. pH 3 eingestellt und im Umlufttrockenschrank (Fresenberger POH 1600.200) bei 160°C auf eine Restfeuchte von < 5% getrocknet. Um ein gleichmäßigeres Dosierverhalten und Mahlergebnis zu erzielen, wird das Xerogel auf eine Partikelgröße < 100 µm vorzerkleinert (Alpine AFG 200).The hydrogel prepared as described above is aged with addition of ammonia at pH 9 and 80 ° C for 4 hours, then adjusted with 45 wt .-% sulfuric acid to about pH 3 and in a convection oven (Fresenberger POH 1600.200) at 160 ° C to a Residual moisture of <5% dried. In order to achieve a more uniform dosing behavior and grinding result, the xerogel is pre-shredded to a particle size <100 μm (Alpine AFG 200).
Die Daten von Silica 3c sind in Tabelle 1 angegeben.
Zur Vorbereitung der eigentlichen Vermahlung mit überhitztem Wasserdampf wird eine Fließbettgegenstrahlmühle gemäß
Der Mühle ist zur Abscheidung des Mahlgutes eine Filteranlage nachgeschaltet (nicht in
Nach Erreichen der gewünschten Aufheiztemperatur wird die Versorgung der Heizdüsen mit heißer Druckluft abgeschaltet und die Beaufschlagung der drei Mahldüsen mit überhitztem Wasserdampf (38 bar(abs), 330°C) gestartet.After reaching the desired heating temperature, the supply of the heating nozzles with hot compressed air is switched off and the admission of the three grinding nozzles with superheated steam (38 bar (abs), 330 ° C) started.
Zum Schutz des im Abscheidefilter eingesetzten Filtermittels sowie zur Einstellung eines bestimmten Restwassergehaltes des Mahlgutes von vorzugsweise 2 bis 6 %, wird Wasser in der Startphase und während der Vermahlung in den Mahlraum der Mühle über eine mit Druckluft betriebene Zweistoffdüse in Abhängigkeit von der Mühlenaustrittstemperatur eingedüst.To protect the filter medium used in the separating filter and for setting a certain residual water content of the ground material preferably from 2 to 6%, water is injected in the starting phase and during grinding in the grinding chamber of the mill via a two-fluid nozzle operated with compressed air in dependence on the mill outlet temperature.
Mit der Produktaufgabe wird begonnen, wenn die relevanten Prozessparameter (siehe Tabelle 2) konstant sind. Die Regelung der Aufgabemenge erfolgt in Abhängigkeit vom sich einstellenden Sichterstrom. Der Sichterstrom regelt die Aufgabemenge derart, dass ca. 70% des Nennstromes nicht überschritten werden können.The product task is started when the relevant process parameters (see Table 2) are constant. The regulation of the feed quantity is dependent on the self-adjusting stream. The classifier flow regulates the feed quantity such that approx. 70% of the nominal flow can not be exceeded.
Als Eintragsorgan (4) fungiert dabei ein drehzahlgeregeltes Zellenrad, welches das Aufgabegut aus einem Vorlagebehälter über eine als barometrischer Abschluss dienende Taktschleuse in die unter Überdruck stehende Mahlkammer dosiert.As an entry member (4) acts while a speed-controlled feeder, which doses the feed material from a storage container via serving as a barometric conclusion cycle lock in the standing under pressure Mahlkammer.
Die Zerkleinerung des Grobgutes erfolgt in den expandierenden Dampfstrahlen (Mahlgas). Gemeinsam mit dem entspannten Mahlgas steigen die Produktpartikel im Zentrum des Mühlenbehälters zum Sichtrad auf. Je nach eingestellter Sichterdrehzahl und Mahldampfmenge (siehe Tabelle 1) gelangen die Partikel, die eine ausreichende Feinheit aufweisen mit dem Mahldampf in den Feingutaustritt und von dort in das nachgeschaltete Abscheidesystem, während zu grobe Partikel zurück in die Mahlzone gelangen und einer nochmaligen Zerkleinerung unterworfen werden. Der Austrag des abgeschiedenen Feingutes aus dem Abscheidefilter in die nachfolgende Silierung und Abpackung geschieht mittels Zellenradschleuse.The crushing of the coarse material takes place in the expanding steam jets (grinding gas). Together with the expanded grinding gas, the product particles in the center of the mill container rise to the classifying wheel. Depending on the set speed of the sifter and the amount of grinding steam (see Table 1), the particles which have a sufficient fineness pass with the grinding steam into the fine-material outlet and from there into the downstream one Separation system, while too coarse particles go back into the grinding zone and subjected to a further crushing. The discharge of the separated fine material from the separation filter in the subsequent ensiling and packaging is done by means of rotary valve.
Der an den Mahldüsen herrschende Mahldruck des Mahlgases, bzw. die daraus resultierenden Mahlgasmenge in Verbindung mit der Drehzahl des dynamischen Schaufelradsichters bestimmen die Feinheit der Kornverteilungsfunktion sowie die Oberkorngrenze.The grinding pressure of the grinding gas prevailing at the grinding nozzles, or the resulting amount of grinding gas in conjunction with the speed of the dynamic Schaufelradsichters determine the fineness of the grain distribution function and the upper grain limit.
Die relevanten Prozeßparameter können Tabelle 2, die Produktparameter Tabelle 3 entnommen werden:
- 11
- Strahlmühlejet mill
- 22
- zylindrisches Gehäusecylindrical housing
- 33
- Mahlkammergrinding chamber
- 44
- MahlgutaufgabeMahlgutaufgabe
- 55
- Mahlstrahleinlassmilling jet
- 5a5a
- Heizdüsenheating nozzles
- 66
- Produktauslassproduct outlet
- 77
- Windsichterair classifier
- 88th
- Sichtradclassifying wheel
- 8a8a
- Sichterspaltclassifier
- 99
- Einlassöffnung oder EinlassdüseInlet opening or inlet nozzle
- 1010
- Mahlstrahlmilling jet
- 1111
- Heizquelleheating source
- 1212
- Heizquelleheating source
- 1313
- Zuführungsrohrfeed pipe
- 1414
- temperaturisolierender Manteltemperature-insulating jacket
- 1515
- Einlassinlet
- 1616
- Auslassoutlet
- 1717
- Zentrum der MahlkammerCenter of the grinding chamber
- 1818
- Reservoir- oder ErzeugungseinrichtungReservoir or generating device
- 1919
- Leitungseinrichtungenline devices
- 2020
- Austrittsstutzenoutlet connection
- 2121
- Sichtergehäuseclassifier
- 2222
- GehäuseoberteilHousing top
- 2323
- GehäuseunterteilHousing bottom
- 2424
- Umfangsflanschcircumferential flange
- 2525
- Umfangsflanschcircumferential flange
- 2626
- Gelenkjoint
- 2727
- Pfeilarrow
- 2828
- SichtraumgehäuseClassifying chamber housing
- 28a28a
- Tragarmecarrying arms
- 2929
- Austragkonusdischarge cone
- 3030
- Flanschflange
- 3131
- Flanschflange
- 3232
- Deckscheibecover disc
- 3333
- Deckscheibecover disc
- 3434
- Schaufelshovel
- 3535
- Sichtradwelleclassifying wheel shaft
- 35a35a
- Drehlagerpivot bearing
- 35b35b
- WellendurchführungShaft bushing
- 3636
- obere bearbeitete Plattenupper machined plates
- 3737
- untere bearbeitete Plattelower machined plate
- 3838
- Gehäuseendabschnitthousing end
- 3939
- ProduktaufgabestutzenProduct feeding connection
- 4040
- Drehachseaxis of rotation
- 4141
- Austrittskammerexit chamber
- 4242
- obere Deckplatteupper cover plate
- 4343
- abnehmbarer Deckelremovable lid
- 4444
- Tragarmecarrying arms
- 4545
- kegelförmiges Ringgehäuseconical ring housing
- 4646
- AnsaugfilterSuction
- 4747
- Lochplatteperforated plate
- 4848
- FeingutaustragrohrFeingutaustragrohr
- 4949
- Abweiskegeldeflection cone
- 5050
- SichtlufteintrittsspiraleAir inlet spiral
- 5151
- Grobgutaustragcoarse material
- 5252
- Flanschflange
- 5353
- Flanschflange
- 5454
- Dispersionszonedispersing zone
- 5555
- an der Innenkante bearbeitete (angefaste) Flansche und Auskleidungflanges and lining machined on the inside edge (beveled)
- 5656
- auswechselbares Schutzrohrreplaceable thermowell
- 5757
- auswechselbares Schutzrohrreplaceable thermowell
- 5858
- Feingutaustritt/-auslassFines outlet / outlet
- 5959
- Schaufelkranzblade ring
Claims (16)
- Amorphous pulverulent solids having a median particle size d50 (TEM) of < 1.5 µm and a d90 value (TEM) of < 1.8 µm and a d99 value (TEM) of < 2 µm and they are silica gels which additionally have a pore volume of 0.2 to 0.7 ml/g or in that they are silica gels which additionally have a pore volume of 0.8 to 1.5 ml/g or they are silica gels which additionally have a pore volume of 1.5 to 2.1 ml/g.
- Process for preparing amorphous solids according to Claim 1 by milling amorphous solids by means of a milling system (milling apparatus), preferably a milling system comprising a jet mill, particularly preferably a milling system comprising a fluidized-bed opposed jet mill or a dense-bed jet mill or a spiral jet mill, characterized in that the mill is operated in the milling phase with an operating medium selected from the group consisting of gas and/or vapour, preferably steam, and/or a gas containing steam, and in that the milling chamber is heated in a heat-up phase, i.e. before the actual operation with the operating medium, in such a way that the temperature in the milling chamber and/or at the mill exit is higher than the dew point of the vapour and/or operating medium.
- Process according to Claim 2, characterized in that the milling system or the mill is operated in the heat-up phase with hot gas and/or a gas mixture, preferably with hot air and/or combustion gases and/or inert gases and/or mixtures thereof.
- Process according to Claim 3, characterized in that the hot gas and/or gas mixture is passed into the milling chamber during the heat-up phase through inlets, preferably nozzles, which differ from those through which the operating medium is let down during the milling phase, and/or the hot gas and/or gas mixture is passed into the milling chamber during the heat-up phase through the inlets, preferably nozzles, through which the operating medium is also let down during the milling phase.
- Process according to one of Claims 2 to 4, characterized in that dry gas and/or a dry gas mixture, preferably dry air and/or combustion gas and/or inert gas and/or a mixture thereof is passed through the mill for cooling.
- Process according to one of Claims 2 to 5, characterized in that condensation of the steam on assemblies and/or components of the milling system or of the mill is prevented.
- Process according to one of Claims 2 to 6, characterized in that the temperature of the operating medium in the milling phase is in the range of 200 to 800°C and/or in that the pressure of the operating medium in the milling phase is in the range of 15 to 250 bar.
- Process according to one of Claims 2 to 7, characterized in that classification of the milled material is effected, preferably by means of an integrated and/or dynamic classifier, particularly preferably means by of an integrated dynamic paddle wheel classifier and/or air classifier.
- Process according to Claim 8, characterized in that a jet mill (1) comprising an integrated dynamic air classifier (7) is used, the speed of a classifying rotor or wheel (8) of the air classifier (7) and the internal amplification ratio V (= Di/DF) being chosen or set so that the circumferential speed of the operating medium (B) at a dip tube or outlet nozzle (20) coordinated with the classifying wheel reaches up to 0.8 times the sound velocity of the operating medium (B).
- Process according to either of Claims 8 and 9, characterized in that a milling system is used in which flushing of the gap between the classifying wheel and the classifier housing (classifier gap) and/or the shaft lead-through between the classifying wheel shaft and the classifier housing is possible and/or is carried out.
- Process according to any of Claims 8 to 10, characterized in that a jet mill (1) comprising an integrated dynamic air classifier (7) which contains a classifying wheel (8) and a classifying wheel shaft (35) and a classifying wheel housing (21), a classifier gap (8a) being formed between the classifying wheel (8) and the classifying wheel housing (21) and a shaft lead-through (35b) being formed between the classifying wheel shaft (35) and the classifier housing (21), is used, and in that flushing of classifier gap (8a) and/or shaft lead-through (35b) with compressed gases of low energy content is effected.
- Process according to any of Claims 8 to 11, characterized in that the amount of milling gas which enters the classifier is regulated so that the median particle size (TEM) d50 of the milled material obtained is less than 1.5 µm and/or the d90 value is < 2 µm and/or the d99 value is < 2 µm.
- Process according to any of Claims 2 to 12, characterized in that the amorphous solids are gels or particles containing aggregates and/or agglomerates, preferably amorphous solids containing or consisting of at least one metal and/or at least one metal oxide, particularly preferably amorphous oxides of metals of the 3rd and 4th main group of the Periodic Table of the Elements.
- Process according to any of Claims 2 to 13, characterized in that amorphous particles which have already been subjected to a drying step are milled or in that a filter cake of amorphous particles or a hydrogel is milled or simultaneously milled and dried.
- Use of the amorphous solids according to Claim 1 in coating systems.
- Coating material containing at least one amorphous solid according to Claim 1.
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