On some Particle Interactions being of Relevance in Processing Solid Materials

摘要

In processing fine and finest solid materials, there often exists the problem to control the particle interactions, and this with the aim either to promote an agglomeration of the particles or to prevent it largely. Examples for the first-mentioned aim are the flocculation in solid-liquid separation, the selective hetero-coagulation in flotation and the generation or activation, resp., of bonding forces in pelleting and briquetting. Compared with this, in solid-solid separation (concentration operations) a non-selective flocculation of particles should be avoided (e.g. in magnetic, gravity or electrostatic separation); and even in classification any agglomeration (flocculation) should be excluded. In this context the paper deals with the particle interactions which can be attributed to the characteristics of the structure and properties of water and thus are relevant to processing of solid materials. In air-dried particle systems, adsorbed layer bondings appear between contacting hydrophilic panicles when their water adsorption layers overlap. Due to the strong interaction between hydrophilic (polar) solid surfaces and adsorbed water molecules, the occurence of these bondings can already be expected at low relative humidities, i.e. below the range where capillary condensation takes place. Present results from model calculations as well as from some experimental investigations reveal that the adsorbed layer bondings are much stronger than the Van-der-Waals forces between particles being free of adsorbed layers so that their removal is of importance for the dispersions of air-dried particle systems.%Bei der Aufbereitung feiner und feinster Feststoffe besteht für die Prozeßführung vielfach auch die Aufgabe, die Teilchenwechselwirkungen zu steuern, und zwar mit dem Ziel, entweder eine Agglomeration der Teilchen dadurch zu begünstigen oder aber diese weitestgehend zu verhindern. Beispiele für das erstgenannte Ziel sind die Flockung bei Fest/Flüssig-Trennungen, die selektive Heterokoagulation bei der Flotation und das Hervorbringen bzw. Aktivieren der Bindekräfte beim Pelletieren oder Brikettieren. Bei Phasentrennungen fest/fest ist demgegenüber eine unselektive Teilchenagglomeration zu vermeiden (z. B. bei der Magnetscheidung, Dichte- oder Elektrosortierung); und bei Klassierprozessen ist sogar jegliche Agglomeration möglichst auszuschließen. Im Beitrag wird in diesem Zusammenhang auf Partikelwechselwirkungen eingegangen, die auf Besonderheiten der Struktur und Eigenschaften des Wassers zurückzuführen und somit für die Auf -bereitungstechnik von besonderer Bedeutung sind. Adsorptionsschicht-Bindungen treten bei Vorliegen hydrophiler Oberflächeneigenschaften in lufttrockenen Systemen dann auf, wenn sich beim Partikelkontakt die Wasseradsorptionsschichten überlappen. Aufgrund der starken Wechselwirkungen zwischen derartigen Oberflächen und den Wassermolekülen ist mit dem Auftreten dieser Bindungen schon bei relativ geringen relativen Luftfeuchtigkeiten zu rechnen, d. h. unterhalb des Bereiches der Kapillarkondensation. Vorliegende Ergebnisse von Modellrechnungen sowie weniger experimenteller Untersuchungen deuten daraufhin, daß diese Adsorptionsschicht-Bindungen wesentlich stärker als die Van-der-Waals-Kräfte zwischen adsorptionschichtfreien Teilchen sind, so daß ihre Beseitigung für das Dispergieren lufttrockener Teilchensysteme eine ausschlaggebende Rolle spielt.