Zerkleinern
Zerkleinern
Das Zerkleinern ist eine der vier Prozesshauptgruppen der Mechanischen Verfahrenstechnik und beschreibt die Verschiebung der Partikelgrößenverteilung in einen feineren Größenbereich. Man beschreibt es auch als die Aufteilung eines Feststoffes in kleinere Teile durch Überwindung der Bindungskräfte im Innern des Stoffes (an den Bruchflächen) unter der Wirkung mechanischer Kräfte, wobei durch Aufhebung der Kohäsion auf einzelnen Flächen eine Oberflächenvergrößerung erzielt wird. Das verfahrenstechnische Ziel der Zerkleinerung hängt von den nachfolgenden Verfahrensstufen, d. h. der Weiterverarbeitung des zerkleinerten Gutes, oder vom Verwendungszweck der Zerkleinerungsprodukte ab. Zerkleinern dient der Vorbereitung anschließender Trennvorgänge oder chemischer Prozesse sowie der Herstellung handelsüblicher Kornspektren ab. Durch die Zerkleinerung können bestimmte Eigenschaften der Feststoffe, wie Schüttdichte, Fließfähigkeit, Mischbarkeit, Benetzungsfähigkeit, Filtrierbarkeit, Reaktionsverhalten und andere, beeinflusst werden. Das Ergebnis der Zerkleinerung hängt vom verwendeten Maschinentyp und vom Bruchverhalten der Feststoffe ab. Beim Zerkleinern soll die Korngröße nicht nur verringert werden, sondern es sollen möglichst einheitliche Korngrößen und Kornformen erzeugt werden, die das Gut für die weitere Verarbeitung oder Verwendung geeignet machen, oder es soll der Feststoff so weit aufgeschlossen werden, daß alle Mineralkomponenten frei nebeneinander vorliegen und in einem anschließenden Vorgang angereichert werden können. Industrielle Anwendungen liegen beispielsweise in der mineralischen Aufbereitung (Rohstoffgewinnung), der Abfallverwertung, der Lebensmittelherstellung und der keramischen Industrie.
Der Begriff Zerkleinern zielt zumeist auf Feststoffe ab. Je nach Korngröße und Härte der Materialien unterscheidet man Grobbrechen, Feinbrechen und Schroten bei Korngrößen des Ausgangsmaterials von 50 mm bis 0,5 mm und Feinmahlen, Feinstmahlen und Kolloidmahlen bei Korngrößen von 500 Mikrometer bis unter 5 Mikrometer. Die Benennung der Ergebnisse der Zerkleinerung reicht von Brocken über Schotter, Split, Grieß, Mehl, Puder bis zu kolloidaler Feinheit.
Es werden folgende Zerkleinerungsarten (bzw. Beanspruchungsarten) unterschieden:
- Druckzerkleinerung: Material wird zwischen zwei Werkzeugflächen zerdrückt
- Schlagzerkleinerung: Material liegt auf einer Werkzeugfläche auf und wird durch Schlag mit einem zweiten beweglichen Werkzeug zertrümmert
- Reibzerkleinerung: Material wird durch zwei sich gegensätzlich bewegende Werkzeugflächen beansprucht
- Schneidzerkleinerung: Material wird mittels zwei Schneiden in zwei Teile geschnitten
- Prallzerkleinerung: Material wird gegen eine Wand geworfen, prallt gegen ein bewegtes Werkzeug oder zwei Partikel stoßen gegeneinander
Produkte erfordern unterschiedliche Verfahren
In Zerkleinerungsmaschinen (Brechern und Mühlen) werden die Feststoffe unterschiedlichen Beanspruchungsarten ausgesetzt. Es ist grundsätzlich zwischen der Gutbeanspruchung zwischen zwei Festkörperflächen und der Beanspruchung an einer Festkörperfläche zu unterscheiden. Häufig unterliegt das Gut kombinierten Beanspruchungen. Harte und spröde Stoffe werden am wirkungsvollsten durch Druck und Schlag, elastische und zähe Güter durch Prall und Schneiden sowie weiche Materialien durch Reibung, Prall und Schneiden zerkleinert. Backen-, Kreisel-, und Walzenbrecher oder Kollergänge arbeiten z. B. mit Druck bzw. Druck und Reibung. Kugel-, Rohr- und Schwingmühlen verwirklichen Schlag- und Reibwirkung. In Hammer- und Stiftmühlen wirken Schlag- und Scherbeanspruchung, Reibung herrscht in Scheibenmühlen vor. Danach kann für ein Gut eine gewisse Vorauswahl getroffen werden; die konkrete Maschinenauswahl und -einstellung muß dann experimentell erfolgen.
