Agglomeration

Einfluss auf die Partikelgröße in Schüttgütern

In der mechanischen Verfahrenstechnik bezeichnet die Agglomeration die Vergrößerung der Partikel bei einem Schüttgut. Wie das lateinische Wort „agglomerare“ (= zusammenfinden) beschreibt, werden kleinere Partikel oder gar Primärpartikel zu größeren zusammengeführt, um eine andere Korngrößenverteilung zu erreichen. Agglomeration ist verwandt mit der Granulation, Themenfelder, die sich überlappen und je nach Quelle nicht mit absoluter Trennschärfe definiert sind. Im Rahmen dieser Betrachtung nutzen wir den Begriff der Agglomeration wie zuvor dargelegt.

Eine Agglomeration kann für den weiteren Prozess oder das Endprodukt günstigere Eigenschaften bieten, etwa um die gewünschte Rieselfähigkeit oder die nötige Partikelgröße für einen anschließenden Prozess herzustellen Partikel könne gezielt oder als Begleiterscheinung in einem Prozess auf verschiedene Arten agglomeriert werden, durch thermische oder mechanische Verfahren. Beide Möglichkeiten haben für IBU-tec Relevanz.

Gründe für Agglomerationsprozesse

Durch eine gezielt herbeigeführte Agglomeration sollen Stoffeigenschaften verbessert werden, entweder für Eigenschaften in einem Endprodukt, oder um als vorgelagerten Prozessschritt nachgelagerte Prozesse zu vereinfachen oder erst zu ermöglichen. Nachfolgend einige Beispiele:

  • Verbesserung des Handlings von Pulvern
  • Erhöhung der Fließfähigkeit von Stoffen
  • Veränderung der Löslichkeit
  • Erleichterung der Dosierbarkeit
  • Erhöhung der Stabilität von Zwischen – und Endprodukten
  • Einstellung der Korngröße zur Verbesserung des Verhaltens in einem nachfolgenden Formgebungsprozess (z. B. Tablettierung oder Extrudation)
  • Agglomerate können zudem Spezifikationen aufweisen, welche diese als Endprodukte oder als Zwischenprodukte qualifizieren

Mechanische Agglomeration

In der mechanischen Agglomeration werden Ausgangsstoffe durch Pressen, Walzen oder Rührer agglomeriert, sodass Pellets, Tabletten o. ä. entstehen – was dem thermischen Prozess sowohl vor- als auch nachgelagert stattfinden kann. Bindemittel unterstützen die Agglomeration in einigen Fällen. So können agglomerierte Pellets etwa als Aufgabematerial für den thermischen Prozess im Drehrohrofen nötig sein, um letztendlich gewünschte Produkteigenschaften zu erreichen oder den Staubaustrag zu minimieren und die Ausbeute zu optimieren.

Agglomeration in thermischen Prozessen

Eine Agglomeration in thermischen Prozessen, zum Beispiel in Drehrohröfen kann auch durch ein Sintern stattfinden, selbst wenn die Schmelztemperatur während der thermischen Behandlung nicht erreicht wird. Eine derartige Agglomeration kann gezielt herbeigeführt werden und Teil des Prozessdesigns sein. Sie kann jedoch auch als Nebenerscheinung auftreten. Besonders letzteres gilt es oft durch vorsichtige Prozessführung und Versuche beim Scale-up zu verhindern. Wenn die kritischen Schmelz- oder Sintertemperaturen jedoch nicht verhindert werden können, da sie für die thermische Behandlung des Materials nötig sind, muss die Agglomeration durch physische Gestaltung der Prozessführung unterbrochen oder gemindert werden.

Chemische Agglomeration

Wenn auch ohne direkte Bedeutung für Prozesse in unserer thermischen Verfahrenstechnik, muss auch die chemische Agglomeration Erwähnung finden, in der Stoffe durch chemische Reaktion agglomeriert werden. Eine Möglichkeit ist etwa die Beigabe von Katalysatoren oder Bindemitteln mit Auswirkung auf die Partikeloberflächen.

Agglomeration bei IBU-tec

Bei IBU-tec bereiten wir die Edukte für den thermischen Prozess oft mechanisch vor, z. B. als Agglomeration in Eirich Intensivmischern verschiedener Größen. Auch im thermischen Prozess selbst finden bei uns Agglomerationen statt: in Drehrohröfen unterschiedlicher Bauweise, um etwa bestimmte Partikelgrößenverteilung einzustellen. Ein weiteres Beispiel ist das Erreichen definierter Schüttdichten oder Stampfdichten bei Isolierwerkstoffen oder Kathodenmaterialien für Batterien. Hier ist oft eine bestimmte Materialmenge pro Volumeneinheit nötig, die durch entsprechende Partikelgrößenverteilungen erreicht werden kann. Stoffsysteme, in denen wir bei IBU-tec Agglomerationserfahrung haben, sind unter anderem: Silica, Aluminiumoxide für verschiedene Anwendungen, Batteriewerkstoffe oder Baustoffe.

Wirtschaftliche Bedeutung der Agglomeration

Agglomerate sind Partikel zusammenhaftender Primärpartikel, die zusammen über das Schüttgut verteilt die Korngrößen und ihre Verteilung ausmachen. Größere Agglomerate sind oft stabiler, was thermische oder physische Umwelteinflüsse betrifft. Wirtschaftliche Bedeutung hat die Agglomeration vor allem in Industrien, die Schüttgüter verarbeiten, etwa in der chemischen und Pharmaindustrie sowie in der Lebensmittelverarbeitung und im Erzaufbereitung.