Hielscher – Ultraschall-Technologie

Nassmahlen und Mikrofeinmahlen mit Ultraschall

Das Beschallen mit Ultraschall bietet sich als eine effektive Methode für das Nassmahlen und Mikrofeinmahlen von Partikeln an. Neben dem Dispergieren und Deagglomerieren ist das Nassmahlen eine wichtige Anwendung der Hielscher Ultraschallgeräte.

Besonders für die Herstellung von ultrafeinen Slurries weist Ultraschall zahlreiche Vorteile gegenüber den herkömmlichen Größenreduktionsinstallationen, wie den Kolloidmühlen (z. B. Ballmühlen, Perlmühlen), Scheibenmühlen, Torusmühlen, Strahlmühlen, Schermischern (Ultraturrax) oder Hochdruckhomogenisatoren auf. Mit Ultraschall ist es möglich, hochkonzentrierte und hochviskose Slurries zu beschallen – wodurch das Prozessvolumen verringert wird. Das Mahlen mittels Ultraschall ist besonders geeignet, um mikro- und nanoskalige Materialien, wie beispielsweise Keramik, Aluminium-Trihydrate, Bariumsulfate, Calciumcarbonat und Metalloxide, zu gewinnen. Die unten stehenden Bilder zeigen Mikroskopaufnahmen beim Mahlen von Aluminium-Trihydrat (von 150µm auf 10µm), Keramik (von 30µm auf 2µm) und Natriumcarbonat (von 70µm auf 3µm).

Mikroskopische Verlaufsbilder vom Mahlen von Aluminiumhydrat mittels Ultraschall
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Das beschallte Aluminium-Trihydrat wurde von Alcoa World Alumina LLC, Pittsburgh, PA, USA geliefert. Aluminium-Trihydrate AL(OH)3 ist auch als Aluminum Trihydroxid bekannt ATH Series, Bayer Hydrated Alumina, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, Hydragyllite oder Gibbsite. Es weist eine Mohshärte von 2,5 bis 3,5 auf.
Mikroskopische Verlaufsbilder mit Ultraschall vom Mahlen von Zahnkeramik
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Mikroskopische Verlaufsbilder vom Mahlen von Natriumcarbonat (Na2CO3) in Isopropanol
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Natriumcarbonat Na2CO3 ist auch als Waschsoda oder Ätznatron bekannt.
Mikroskopische Verlaufsbilder vom Mahlen von Magentapigmenten auf Ölbasis mittels Ultraschall
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Ultraschall-Durchflusszelle aus Edelstahl für das Beschallen von Flüssigkeiten.Die Hielscher Ultraschallgeräte sind sehr einfach in Betrieb zu nehmen und erweisen sich als sehr bedienerfreundlich. Es gibt nur zwei Teile, die mit dem zu mahlenden Material in Berührung kommen: Die Sonotrode aus Titan und die Durchflusszelle aus Edelstahl. Aufgrund des schnörkellosen Designs der Ultraschalldurchflusszelle können die Geräte schnell gereinigt werden. Da die Hielscher Ultraschallgeräte eine äußerst hohe Effizienz bei der Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie aufweisen, wird schon deshalb beim Mahlen mit Ultraschall generell weniger Energie benötigt als beim Mahlen mit konventionellen Mühlenanlagen.

Der Effekt, durch den die Partikel gemahlen werden, basiert auf intensiver Ultraschallkavitation. Werden Flüssigkeiten bei hohen Intensitäten beschallt, erzeugen die Schallwellen in der Flüssigkeit alternierende Hochdruck- (Kompression) und Niederdruckzyklen (Rarefaktion). Die Schnelligkeit beim Wechsel zwischen Hochdruck- und Niederdruckphasen wird von der Frequenz bestimmt. Während der Niederdruckzyklen bilden sich durch den hochintensiven Ultraschall kleine Blasen oder Hohlräume in der Flüssigkeit. Wenn die Blasen ein gewisses Volumen erreicht haben, bei dem sie keine weitere Energie absorbieren können, platzen sie während eines Hochdruckzyklus. Dieses Phänomen wird Kavitation bezeichnet. Die Implosion der Kavitationsblasen erfolgt in Mikroturbulenzen und Mikrojets von bis zu 1000km/h. Große Partikel bieten Angriffsfläche für Oberflächenerosion (durch den Kavitationskollaps in der umgebenden Flüssigkeit) oder für die Partikelgrößenreduktion (aufgrund der Spaltung durch die interpartikulären Kollisionen oder durch den Kollaps von Kavitationsblasen auf deren Oberfläche). Das führt zu einer starken Beschleunigung der Verteilung, des Stoffaustausches und der Festphasenreaktionen infolge der Kristallitgröße und des Strukturwechsels.

Ultraschallprozessoren und Durchflusszellen für das Dispergieren und für das Nassmahlen von Pulvern sind sowohl für das Labor als auch für die industrielle Produktion erhältlich. Die Industriesysteme können problemlos nachträglich in bestehende Anlagen installiert werden. Für die Forschung und für Versuche zu diesem Prozess ebenso wie für viele andere sonochemischen Prozesse empfehlen wir unsere Laborgeräte oder den UIP1000hd.

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