Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft die Erfindung ein Reinigungsmittel für Mahlgarnituren von Kugelmühlen sowie ein Verfahren zur Reinigung der Mahlgarnituren.
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Kugelmühlen eignen sich zur Grob-, Fein- und Feinstzerkleinerung oder Homogenisierung von Mahlgut. Im Mahlraum der Kugelmühle, meist in Form eines Mahlbechers, wird das Mahlgut durch Mahlkörper zertrümmert und somit zerkleinert. Hierzu werden Mahlgut und Mahlkörper bewegt, so dass es zu Stößen zwischen Mahlgut und Mahlkörpern kommt. Mahlgutpartikel, die sich zwischen den Kugeln befinden werden hierbei durch Schlagbeanspruchung verkleinert.
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Als Mahlkörper werden Kugeln oder Zylinder aus einem harten Material, beispielsweise aus Zirkoniumoxid, Stahl, Wolframcarbid oder Achat verwendet. Durch die Zerkleinerung des Mahlgutes werden die Oberflächen der Mahlkörper wie auch die Wandungen des Mahlraums von Stäuben des Mahlguts kontaminiert. Um eine Kreuzkontaminierung verschiedener Mahlgüter zu verhindern, müssen Mahlkörper und Mahlraum zwischen den Mahlvorgängen gründlich gereinigt werden.
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Inbesondere bei Mahlkörpern mit rauer Oberfläche können die Stäube jedoch stark an der Mahlkörperoberfläche haften, so dass eine Reinigung meist nicht alleine durch Anlösen der Kontaminationen erfolgen kann, sondern abrasive Verfahren zum Einsatz kommen. Die Reinigung von Mahlkörpern und Mahlbechern erfolgt dabei in der Regel mit einer wässrigen Suspension, welche Sandpartikel enthält. Die Suspension wird hierbei in den Mahlbecher gegeben. Nachfolgend wird die Kugelmühle wie bei einem Mahlvorgang betrieben. Hierbei werden die Kontaminationen auf der Oberfläche der Mahlkörper sowie der Wandungen des Mahlbechers mechanisch entfernt. Nachteilig ist jedoch, dass entsprechende Reinigungsprozesse fehleranfällig und schwer zu reproduzieren sind. So können falsche Mengen an Sand und/oder Sand mit einer ungeeigneten Körnung eingesetzt werden. Wird beispielsweise Sand mit einer zu kleinen Körnung verwendet, ist der mechanische Reinigungseffekt zu klein und es erfolgt keine vollständige Reinigung der Mahlkörper. Bei einer zu groben Körnung und/oder zu großen Mengen an Sand kann es wiederum zu einer Abrasion der Mahlkörper kommen. Die entsprechend aufgerauten Oberflächen sind korrosionsanfällig. So kann es beispielsweise beim Trocknungsprozess nach der Reinigung zu Korrosionen an Mahlkörpern und/oder dem Mahlbecher kommen, was die Lebensdauer dieser Komponenten nachteilig beeinflusst. Abhängig vom verwendeten Sand kann dieser auch oxidative Bestandteile als Verunreinigungen aufweisen, was ebenfalls zu Korrosionseffekten führen kann.
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Da Sand als Naturprodukt zudem in der Regel keine genormte Körnungs- bzw. Partikelgrößen aufweist, können diese nachteiligen Effekte nur schwer oder gar nicht vermieden werden können. Auch eine Reproduzierbarkeit des Reinigungsverfahren ist somit nicht gegeben. Ein weiterer Nachteil des bekannten Reinigungsverfahrens mit Sand liegt darin, dass sich grobe Sandpartikel bei der Reinigung kleiner Mahlkörper mit den Mahlkörpern vermischen und anschließend kaum oder nur sehr schlecht von den Mahlkörpern getrennt werden können. Zudem kann die Reinigungswirkung durch eine falsche Menge an zugegebenen Reinigungsmitteln vermindert werden.
Aufgabe der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Reinigungsmittel für Kugelmühlen bereitzustellen, mit welchem eine effektive, materialschonende sowie reproduzierbare Reinigung erfolgt. Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Reinigung von Kugelmühlen sowie eines Sets umfassend eine Kugelmühle sowie ein darauf abgestimmtes Reinigungsmittel.
Beschreibung
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Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung betrifft ein Reinigungsmittel zur Reinigung von Kugelmühlen, insbesondere zur Reinigung von Mahlkörpern und/oder Mahlbecher. Das Reinigungsmittel umfasst eine Dispersion von anorganischen Partikeln in einem flüssigen, vorzugsweise wässrigen Dispersionsmedium.
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Die anorganischen Partikel fungieren im Reinigungsmittel als Schleifpartikel, mit welchen die Verunreinigungen auf der Oberfläche von Mahlkörpern und/oder Mahlbecher mechanisch entfernt werden können. Somit stellen die anorganischen Partikel bzw. die disperse Phase des Reinigungsmittels mechanische Reinigungskomponente dar.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die zur Reinigung verwendeten anorganischen Partikel eine hohe Härte aufweisen. Vorzugsweise weisen die anorganischen Partikel eine Moshärte von zumindest 5, vorzugsweise zumindest 7 und besonders bevorzugt zumindest 8,5 auf.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die anorganischen Partikel ein Metalloxid, ein Silikat, ein Nitrid und/oder ein Carbid. Eine Ausführung sieht vor, dass die anorganischen Partikel eine Nichtoxidkeramik und/oder eine Keramik enthalten. Nichtoxidkeramiken umfassen insbesondere Carbide oder Nitride wie beispielsweise Bornitrid, Silizumnitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid, Wolframcarbid.
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Keramische Materialien und Materialien aus einer Nichtoxidkeramiken zeichnen sich durch einen geringen Abrieb aus.
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Insbesondere enthalten die anorganischen Partikel Aluminiumoxid (Al2O3), Steatit, Porzellan, Zirkoniumdioxid (ZrO2), Siliziumnitrid (Si3N4), Siliziumcarbid (SiC), Wolframcarbid (WC), Bornitrid (BN), Aluminiumnitrid (AIN), Aluminosilikate, pyrogene Kieselsäure und/oder Achat.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthalten die Mahlkörper Al2O3, insbesondere in Form von Korund. Vorzugsweise werden als Mahlkörper Korundpartikel verwendet. Unter Korundpartikeln werden im Sinne der Erfindung Partikel verstanden, die als Hauptbestandteil Al2O3 enthalten. Vorzugsweise enthalten die Korundpartikel zumindest 90 Gew.-% Al2O3, besonders bevorzug mehr als 95 Gew.-% Al2O3 oder sogar mehr als 98 Gew.-% Al2O3. Neben Al2O3 können die Korundpartikel weitere Bestandteile, insbesondere Na2O, Fe2O3 und/oder Cr2O3 enthalten. Diese Nebenbestandteile können insbesondere in Form von unvermeidlichen Verunreinigungen der Ausgangsstoffe zur Herstellung der Korundpartikel enthalten sein.
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Durch die Verwendung von anorganischen Partikeln mit hohen Moshärten kann eine besonders gründliche mechanische Reinigung erzielt werden, so dass sich entsprechende Ausführungsformen insbesondere bei hartnäckigen Verunreinigungen als vorteilhaft herausgestellt haben.
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Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die anorganischen Partikeln eine Moshärte von weniger als 5 oder sogar weniger als 4 aufweisen. Entsprechende Reiniger wirken weniger abrasiv und sind daher insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Mahlkugeln weniger festsitzende Verunreinigungen aufweisen oder gegenüber Abrasion empfindlich sind. Vorzugsweise weisen die anorganischen Partikel in dieser Ausführungsform eine Moshärte im Bereich von 3 bis 5 auf. Hierbei können die anorganischen Partikel beispielsweise gemahlenes Bims, auch als Bimsmehl bezeichnet, Calciumcarbonat und/oder Kaolin enthalten.
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Anders als beispielsweise Sand weisen die im Reinigungsmittel enthaltenen anorganischen Partikel eine definierte Partikelgröße und/oder Partikelgrößenverteilung auf. So liegt die mittlere Partikelgrößenverteilung d50 bevorzugt im Bereich von 50 bis 100 µm, insbesondere im Bereich von 65 bis 90 µm. Die Partikelgröße und/oder die Partikelgrößenverteilung der anorganischen Partikel kann hierbei abhängig von der Partikelgröße der Mahlkörper eingestellt werden. Somit kann insbesondere die Partikelgröße der anorganischen Partikel so gewählt werden, dass eine möglichst effektive mechanische Reinigung der Oberflächen erfolgt und die anorganischen Partikel gleichzeitig nach der erfolgten Reinigung leicht von den Mahlkörpern getrennt werden können. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Partikelgröße der anorganischen Partikel so an die Größer der Mahlkörper angepasst wird, dass diese klein genug sind, um die Oberfläche der Mahlkörper möglichst dicht und somit vollständig zu besetzen. Eine Ausführungsform sieht vor, dass für die mittlere Partikelgröße der anorganischen Partikel dAnorg und die Partikelgröße der Mahlkörper dMahl gilt:
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Gemäß einer Ausführungsform weisen die anorganischen Partikel eine Partikelgrößenverteilung auf mit d10 im Bereich von 25 bis 52 µm, d50 im Bereich von 65 bis 90 µm und/oder d90 im Bereich von 105 bis 150 µm. Vorzugsweise weisen die anorganischen Partikel eine sphärische Form oder zumindest weitgehend sphärische Form auf. Gemäß einer Ausführungsform sind die anorganischen Partikel kugelförmig. Dies ermöglicht eine gleichmäßige mechanische Reinigung.
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Der Gesamtgehalt an anorganischen Partikeln im Reinigungsmittel beträgt 20 bis 70 Gew.-%, bevorzugt 40 bis 60 Gew.-%.
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Das Reinigungsmittel umfasst neben den anorganischen Partikeln ein flüssiges, vorzugsweise polares, besonders bevorzugt wassermischbares oder wasserhaltiges Dispersionsmedium, in dem die anorganischen Partikel dispergiert sind. Das Dispersionsmedium wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auch als Dispergiermittel bezeichnet. Unter einem polaren Dispersionsmedium wird insbesondere ein Dispersionsmedium verstanden, deren Bestandteile polare Gruppen wie Hydroxylgruppen aufweisen und vorzugsweise mit Wasser mischbar sind oder Wasser enthalten. Insbesondere ist das Dispersionsmedium ein wässriges Dispersionsmedium. Hierbei wird unter einem wässrigen Dispersionsmedium im Sinne der Erfindung ein Dispersionsmedium verstanden, das zumindest 50 Gew.-%, bevorzugt zumindest 80 Gew.-% Wasser enthält. Alternativ oder zusätzlich kann das Dispersionsmedium weitere flüssige Komponenten aufweisen, wobei diese vorzugsweise mit Wasser mischbar sind. Insbesondere kann das Dispersionsmedium Polyalkohole, insbesondere Polyglykole, enthalten. Hierdurch können beispielsweise die rheologischen Eigenschaften des Dispersionsmediums eingestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das wässrige Dispersionsmedium ein wasserlösliches Polymer. Das wasserlösliche Polymer kann im wässrigen Dispersionsmedium gelöst sein oder als wassermischbare, flüssige Komponente des Dispersionsmediums vorliegen. Hierbei haben sich insbesondere Polyethylenglykole, ganz besonders Polyethylenglykole mit einer mittleren molaren Masse im Bereich von 200 bis 600 g/mol als vorteilhaft herausgestellt. Bei diesen kann es sich insbesondere um Polyethylenglykole mit einer mittleren Molmasse von höchstens 400 g/mol wie beispielsweise Polyethylenglykol 400 (CAS-Nummer 25322-68-3) handeln. Das Reinigungsmittel kann auch Mischungen verschiedener wasserlöslicher Polymere, insbesondere verschiedener Polyethylenglykole enthalten. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Reinigungsmittel 0,2 bis 1 Gew.-% eines wasserlöslichen Polymers, insbesondere eines Polyethylenglykols.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Dispersionsmedium größere Anteile an Polyethylenglykolen enthält oder sogar aus ihnen besteht. Hierbei hat sich insbesondere die Verwendung von flüssigen Polyethlyenglykolen mit relativ niedrigen Viskositäten als vorteilhaft herausgestellt. Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Dispersionsmedium ein Polyethylenglykol mit einer Viskosität bei 20°C von höchstens 150 mPas enthält oder aus einem entsprechenden Polyethylenglykol besteht. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass das Dispersionsmedium ein Polyethylenglykol mit einer mittleren Molmasse < 400 g/mol, vorzugsweise < 300 g/mol enthält. Insbesondere Polyethylenglykole mit einer mittleren Molmasse < 300 g/mol, bevorzugt PEG 200, können hierbei ohne weitere Lösungsmittel als Dispersionsmedium bzw. Dispergiermittel verwendet werden. So können Polyethylenglykole mit sehr niedrigen Molmassen wie PEG 200 ohne Zugabe von Wasser als Dispersionsmedium verwendet werden. Gemäß eine Ausführungsform enthält das Dispersionsmedium bzw Dispergiermittel daher kein Wasser bzw. ist das Dispersionsmedium bzw Dispergiermittel wasserfrei.
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Der Anteil des Dispersionsmediums im Reinigungsmittel beträgt vorzugsweise 30 bis 80 Gew.-%, insbesondere 40 bis 60 Gew.-%. Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Gesamtwassergehalt im Reinigungsmittel 30 bis 80 Gew.-%, insbesondere mehr als 40 Gew.-% beträgt.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält das Dispersionsmedium polare organische Lösungsmittel, wie beispielsweise Alkohole, bevorzugt niedermolekulare Alkohole mit höchstens 5 Kohlenstoffatomen, insbesondere Ethanol, Propanol oder iso-Propanol. Insbesondere werden diese in einem wässrigen Dispersionsmedium verwendet. Durch die Verwendung der oben beschriebenen organischen Lösungsmittel als zusätzliche Komponenten können beispielsweise physikalische Eigenschaften wie Oberflächenspannung oder Siedepunkt des Dispersionsmediums beeinflusst werden. Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Dispersionsmedium einen Siedepunkt von zumindest 90°C, vorzugsweise zumindest 100°C aufweist. Da sich das Reinigungsmittel bzw. das Dispersionsmedium während des Reinigungsvorgangs durch Reibungsprozesse erwärmen kann, sind hohe Siedepunkte des Dispersionsmediums vorteilhaft, da sie eine lange Reinigungsdauer ermöglichen. Jedoch ist es auch möglich, Dispersionsmedien bzw. einzelne Komponenten des Dispersionsmediums mit geringeren Siedepunkten zu verwenden, sofern die Zeitdauer eines Reinigungsvorgangs entsprechend begrenzt wird und/oder mehrere Reinigungszyklen mit Pausenintervallen zur Abkühlung des Dispersionsmediums durchgeführt werden.
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Das Reinigungsmittel enthält Substanzen, die eine chemische Reinigungswirkung aufweisen. Diese Substanzen können als Flüssigkeit vorliegen und Teil des Dispersionsmediums sein oder als Feststoffe im Dispersionsmedium gelöst oder dispergiert sein. Die Reinigungswirkung des Reinigungsmittels beruht somit neben einer mechanischen Reinigung durch die anorganischen Partikel auch auf chemischen Reinigungsprozessen, indem die zu entfernende Substanz oder die entfernenden Substanzen auf der Oberfläche der Mahlkörper und/oder des Mahlbechers durch Komponenten des Reinigungsmittels im Dispersionsmedium gelöst und/oder dispergiert werden. Hierbei erfolgt die chemische Reinigungswirkung insbesondere durch die wässrige bzw. flüssige Phase des Reinigungsmittels.
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Das Reinigungsmittel umfasst zumindest eine pH-aktive Substanz. Unter einer pH-aktiven Substanz wird im Sinne der Erfindung eine Substanz bzw. Verbindung verstanden, welche den pH-Wert der dispergierenden, insbesondere wässrigen oder wasserhaltigen Phase des Reinigungsmittels durch Säure- und/oder Basereaktionen beeinflusst. Hierbei kann es sich bei der pH-aktiven Substanz sowohl um Säuren als auch um Basen handeln. Vorzugsweise enthält das Reinigungsmittel als pH-aktive Substanz zumindest eine mehrprotonige Säure oder mehrprotonige Base. Hierdurch weist das Reinigungsmittel eine Pufferwirkung auf, so dass der pH-Wert durch die aus- bzw. angelösten Verunreinigung nicht oder nicht so stark beeinflusst wird. Dies kann sich wiederum vorteilhaft auf die Reinigungswirkung auswirken.
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Das Reinigungsmittel bzw. die dispergierende, vorzugsweise wässrige Phase des Reinigungsmittels weist gemäß einer Ausführungsform einen pH-Wert von ≤ 6 auf. Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass der pH-Wert der dispergierenden Phase, vorzugsweise der wässrigen Phase ≥ 8 beträgt. In diesen Ausführungsformen ist die dispergierende Phase des Reinigungsmittels somit entweder sauer oder alkalisch. Durch Wahl und Konzentration der pH-aktiven Substanz kann beispielsweise der pH-Wert der dispergierenden, vorzugsweise wässrigen Phase des Reinigungsmittels so eingestellt werden, dass die Löslichkeit und/oder Dispergierbarkeit der von der Oberfläche der Mahlkörper und/oder des Mahlbechers zu entfernenden Substanz bzw. der zu entfernenden Substanzen im Dispersionsmedium erhöht wird. Alternativ oder zusätzlich liegt der pH-Wert der dispergierenden, vorzugsweise wässrigen Phase im Bereich von 3 bis 10, bevorzugt 4 bis 9.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält das Reinigungsmittel als pH-aktive Substanz zumindest eine Säure. In dieser Ausführungsform weist das Reinigungsmittel bevorzugt einen pH-Wert von ≤ 6, bevorzugt im Bereich von 3 bis 6, besonders bevorzugt im Bereich von 3,5 bis 5,8 auf. Insbesondere ist der pH-Wert des Reinigungsmittels ≥ 4. Somit können säureinduzierte Korrosionsreaktionen an den Materialien der Mahlkörper und/oder Mahlbecher vermieden werden.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält das Reinigungsmittel als pH-aktive Substanz zumindest eine anorganische Säure, beispielsweise Salzsäure oder Ammoniumchlorid. Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass als zumindest eine pH-aktive Substanz eine organische Säure bzw. eine Carbonsäure verwendet wird. Säuren mit einem pks-Wert im Bereich von 2,5 bis 5, bevorzugt von 2,5 bis 4, haben sich als besonders vorteilhaft herausgestellt. Reinigungsmittel mit Gehalten an Carbonsäuren im Bereich von 0,1 bis 0,5 Gew.-% haben sich als besonders vorteilhaft herausgestellt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält das Reinigungsmittel als pH-aktive Substanz eine mehrprotonige, organische Säure, insbesondere eine dreiprotonige Säure. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn für die jeweiligen pks-Werte gilt: 1,9 ≤ pks1 ≤ 4; 4 ≤ pks2 ≤ 6 und/oder 6 ≤ pks3 ≤ 10.Es kann vermutet werden, dass insbesondere Säuren mit den oben beschriebenen pks-Werten eine puffernde Wirkung aufweisen und somit den pH-Wert des Reinigungsmittels über die Dauer des Reinigungsvorgangs stabilisieren können. Durch eine Pufferung des pH-Werts wird sichergestellt, dass das Reinigungsmittel über die gesamte Reinigungsdauer einen konstanten oder weitgehend konstanten pH-Wert aufweist, auch wenn während des Reinigungsvorgangs Verbindungen bzw. Substanzen in Lösung gebracht werden, welche saure oder basische Eigenschaften aufweisen. So können beispielsweise die von der Oberfläche der Mahlkörper und/oder des Mahlbechers zu entfernenden Substanzen sauer oder basisch sein und somit nach der Ablösung von den Oberflächen den pH-Wert des Reinigungsmittels beeinflussen. Die Verwendung einer entsprechenden, puffernden Säure wirkt dem jedoch entgegen. Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Reinigungsmittel als pH-aktive Substanz eine mehrprotonige, organische Säure enthält und deren Konzentration im Bereich von 0,005 bis 0,05 mol/l, bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 0,03 mol/ l liegt.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Reinigungsmittel zusätzlich zur pH-aktiven Substanz einen pH-Puffer umfassend eine Säure und deren Salz als korrespondierende Base enthält. Vorzugsweise entspricht die Säure des Puffers der pH-aktiven Komponente des Reinigungsmittels. Zusätzlich enthält das Reinigungsmittel zusätzlich zur Säure deren Salz, so dass die Säure nicht nur die pH-aktive Komponente darstellt, sondern auch Teil des Puffersystems ist. Insbesondere enthält das Reinigungsmittel als pH-aktive Komponente Zitronensäure und/oder ein Zitrat, so dass die dispergierte Phase des Reinigungsmittels ein Zitratpuffer umfasst. Alternativ oder zusätzlich kann das Reinigungsmittel auch einen Puffer zusätzlich zur pH-aktiven Komponente enthalten. So kann im Reinigungsmittel beispielsweise als pH-aktive Komponente Zitronensäure und zusätzlich ein Phosphatpuffer enthalten sein.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Zubereitung neben einer Säure als pH-aktive Substanz Komponenten enthält, die zur Anhebung des pH-Werts und/oder dessen Stabilisierung führen kann. So kann die Zubereitung beispielsweise Tenside mit basischen Gruppen oder Korrosionsinhibitoren enthalten, die zu einer Anhebung des pH-Wertes führen. Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Zubereitung neben einer Säure als pH-aktive Substanz das Salz eines Diphosphats, vorzugsweise ein Dialkalihydrogendiphosphat, besonders bevorzugt Dinatriumhydrogendiphosphat enthält. Bevorzugt beträgt der Gehalt an Disphosphat in der Zubereitung 0,3 bis 1,1 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,7 bis 1 Gew.-%.
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Alternativ oder zusätzlich enthält die enthält die Zubereitung gemäß einer Ausführungsform zur Einstellung des pH-Wertes neben einer Säure zumindest ein amphoteres Oxid, bevorzugt Al2O3. Das amphotere Oxid kann hierbei in Form der anorganischen Partikel in der Zubereitung enthalten sein. Alternativ oder zusätzlich kann das amphotere Oxid gemäß einer weiteren Ausführungsform als pulverförmige, dispergierte oder gelöster Komponente zusätzlich zu den anorganischen, abrasiv wirkenden Partikeln in der Zubereitung enthalten sein. Es hat sich hierbei als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn das amphotere Oxid eine hohe Oberfläche aufweise, beispielsweise bei bestimmten γ-Al2O3-Phasen oder bei der Verwendung von Nanopartikeln.
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Durch Protonenbindung an das amphotere Oxid wird die Säure teilweise neutralisiert, so dass es zu einer pH-Erhöhung kommt. Dieser Effekt kann durch die Verwendung von komplexierenden Säuren wie beispielsweise Zitronensäure und/oder bei Zugabe von Komplexbildnern noch verstärkt werden.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass als pH-aktive Komponente zumindest eine organische Säure mit höchstens 6 Kohlenstoffatomen verwendet wird. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich um eine einprotonige Carbonsäure wie beispielsweise Essigsäure oder Ameisensäure.
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Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Hydroxycarbonsäuren wie beispielsweise Zitronensäure oder Milchsäure herausgestellt. Neben ihrer guten Umweltverträglichkeit und geringen Toxizität weisen Reinigungsmittel mit den entsprechenden Säuren eine besonders gute Reinigungswirkung auf. Es kann vermutet werden, dass diese Säuren nicht nur als pH-aktive Substanzen fungieren, sondern darüber hinaus durch Komplexbildung, beispielsweise durch Komplexierung von mehrwertigen Metallionen, die Löslichkeit bzw. Dispergierbarkeit der zu entfernenden Substanz bzw. der zu entfernenden Substanzen erhöhen können. Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung von komplexbildenden Carbonsäuren kann das Reinigungsmittel weitere Komplexbildner, insbesondere zur Bildung von Komplexen mit mehrwertigen Metallionen enthalten.
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Gemäß einer alternativen Variante der Erfindung enthält das Reinigungsmittel als pH-aktive Substanz eine Base. Bei dieser Variante weist das Reinigungsmittel vorzugsweise einen pH-Wert von ≥ 7, besonders bevorzugt einen pH-Wert im Bereich von 8 bis 10, oder im Bereich von 8 bis 9 auf. Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Reinigungsmittel als pH-aktive Substanz Aminoalkohole, insbesondere Triethanolamin oder ein gelöstes Ammoniumsalz, vorzugsweise Ammoniumhydroxid enthält.
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Neben zumindest einer pH-aktiven Substanz enthält das Reinigungsmittel zumindest ein Tensid. Das Tensid bewirkt zum einen die Verringerung der Oberflächenspannung des Dispersionsmediums. Zudem können durch das Tensid auch unpolare Verbindungen, insbesondere auch organische Substanzen, die nur eine geringe oder sogar keine Wasserlöslichkeit aufweisen, in das Dispersionsmedium überführt und so von der Oberfläche der Mahlkörper und/oder des Mahlbechers entfernt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält das Reinigungsmittel zumindest ein nichtionisches Tensid, bevorzugt zumindest ein nichtionisches Tensid ausgewählt aus der Gruppe mit den Elementen: Polyalkylenglkolether, Fettalkoholpropoxylate, Alkylglucoside, Alkylpolyglucoside, Oktylphenolethoxylate, Nonylphenolethoxylate, Ethylenoxid-Propylenoxid-Blockcopolymere, Ethylendiamin- Ethylenoxid-Propylenoxid-Blockpolymere. Gemäß einer Ausführungsform enthält das Reinigungsmittel zumindest einen langkettigen, alkoxylierten Alkohol. Hierbei kann es sich insbesondere um ein Oligomer oder Polymer mit Oxiran-Monomereinheiten und/oder 2-Propoylheptylether-Monomereinheiten handeln. Entsprechende Tenside sind beispielsweise unter dem Namen Dusazin 901 bei der Firma Ehserchemie erhältlich.
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Das Reinigungsmittel kann auch eine Mischung verschiedener Tenside enthalten. Bevorzugt enthält das Reinigungsmittel ein nichtschäumendes bzw. schaumarmes Tensid. Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Reinigungsmittel ein Betain-Tensid, ein Zuckertensid und/oder ein Amphotensid als schaumarmes Tensid umfasst. Unter einem schaumarmen Tensid wird im Sinne der Erfindung insbesondere ein Tensid verstanden, das einen niedrigen Trübungspunkt aufweist. Besonders bevorzugt sind alle im Reinigungsmittel enthaltenen Tenside nichtschäumende bzw. schaumarme Tenside. Nichtionische Tenside haben sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da diese zu einer nur geringen Schaumbildung neigen und somit zu den nichtschäumenden bzw. schaumarmen Tensiden gehören.
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Alternativ oder zusätzlich zu nichtionischen Tensiden kann das Reinigungsmittel auch anionische und/oder kationische Tenside enthalten. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Reinigungsmittel höchstens 1 Gew.-% oder sogar weniger als 1 Gew.-% Tensid. Durch die Begrenzung des Tensidgehaltes können unerwünschte Effekte auf den Reinigungsprozess vermieden werden. Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Reiniger 0,01 bis 0,5 Gew.-% Tensid enthält.
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Bei der Verwendung von Tensiden, die zur Schaumbildung neigen, kann durch die Schaumbildung während des Reinigungsvorgangs ein Druckaufbau im Mahlbecher erfolgen. Dies kann doch Zugabe eines Entschäumer bzw. Schaumverhinderers vermieden werden. Unter einem Entschäumer und einem Schaumverhinderer werden insbesondere Verbindungen bzw. Substanzen verstanden, welche durch Senkung der Oberflächenspannung eine Schaumbildung unterdrücken oder zur Auflösung des Schaums beitragen. Insbesondere enthält das Reinigungsmittel als Entschäumer wasserlösliche Monoglyceride, Diglyceride, Triglyceride, Alkohole, Silikonöle mit Kieselsäurepartikeln und/oder Phosphatsäureester. Gemäß einer Ausführungsform enthält das Reinigungsmittel als Entschäumer einen niedermolekularen Alkohol, insbesondere einen Alkohol mit weniger als 5 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt Isopropanol. Die zugegebenen Entschäumer bzw. Schaumverhinderer können im Dispersionsmedium gelöst oder dispergiert sein. Gemäß einer Ausführungsform enthält das Reinigungsmittel 0,001 bis 0,6 Gew.-% Entschäumer.
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Das Reinigungsmittel kann insbesondere als verbrauchsfertige Einzeldosis vorliegen. Unter einer verbrauchsfertigen Dosis wird insbesondere verstanden, dass der Anwender die Dosis nicht weiter prozessieren muss. So ist die Zugabe weiterer Komponenten wie beispielsweise Wasser nicht notwendig. Vorzugsweise ist das Volumen der Einmaldosis auf das jeweilige Volumen des zu reinigenden Mahlsystems aus Mahlbecher und Mahlkörpern angepasst. Eine Abmessung des Volumens durch den Anwender ist daher nicht notwendig. Die Bereitstellung von verbrauchsfertigen Einmaldosen verringert daher die Wahrscheinlichkeit von Anwendungsfehlern und ermöglicht eine gute Reproduzierbarkeit des Reinigungsvorgangs. Bei der Einzeldosis kann neben dem Volumen auch die Zusammensetzung des Reinigungsmittels, insbesondere die Partikelgröße der enthaltenen anorganischen Partikel an die Eigenschaften des zu reinigenden Mahlsystems aus Mahlkörpern und Mahlbecher angepasst werden. Somit kann sichergestellt werden, dass der Anwender die optimale Zusammensetzung und das optimale Volumen an Reinigungsmittel für das jeweilige Mahlsystem verwendet. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft daher ein System aus einer Kugelmühle mit dem erfindungsmäßigen Reinigungsmittel, insbesondere in Form von zumindest einer Einzeldosis.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reinigung einer Kugelmühle mit Mahlkörpern und zumindest einem Mahlbecher mit zumindest den folgenden Verfahrensschritten a) bis d).
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In Schritt a) wird das erfindungsgemäße Reinigungsmittel, insbesondere in Form einer Einzeldosis, bereitgestellt und in dem nachfolgenden Schritt b) in den Mahlbecher mit Mahlkörpern der zu reinigenden Kugelmühle gefüllt. Der Mahlbecher wird in Schritt c) verschlossen und die Kugelmühle wird gemäß einem Reinigungsprotokoll mit einer vorgegebenen Umdrehungszahl für eine vorgegebene Reinigungsdauer t betätigt. Die Umdrehungszahl während des Reinigungsvorgangs wird dabei abhängig vom Volumen sowie Anzahl und Größe der zu reinigenden Mahlkörper eingestellt. Die Reinigungsdauer t richtet sich nach dem Grad und der Art der zu beseitigenden Verschmutzung. Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Reinigungsvorgang mit einer Umdrehungszahl durchgeführt wird, die zumindest der Hälfte der maximal zugelassenen Umdrehungszahl der zu reinigenden Vorrichtung oder sogar der maximal zugelassenen Umdrehungszahl entspricht und/oder dass der Reinigungsvorgang eine Reinigungsdauer tReinigung von 1 bis 5 Minuten aufweist.
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Der Schritt c) kann für eine Reinigungsdauer t ununterbrochen durchgeführt werden. Alternativ kann die Reinigungsdauer t durch Pausen in mehrere Reinigungszyklen umfassend jeweils eine Reinigungsdauer tReinigung und eine Pausendauer tPause unterteilt werden. Vorzugsweise werden Mahlbecher und Mahlkörper in den Pausen nicht bewegt. In diesen Ausführungsformen können die Pausen beispielsweise zur Abkühlung des Reinigungsmittels und/oder zur Einwirkung der chemisch aktiven Reinigungskomponenten dienen.
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Wenn der Reinigungsvorgang in Schritt c) abgeschlossen ist, wird der Mahlbecher aus der Kugelmühle entnommen und geöffnet. Das Reinigungsmittel mit den darin gelösten oder dispergierten Verunreinigungen wird aus dem Mahlbecher entfernt und von den Mahlkörpern abgetrennt. Die Abtrennung kann insbesondere durch mechanische Trennverfahren wie Sedimentation oder Filtration erfolgen. Eine Ausführungsform sieht dabei vor, dass hierbei ein Filter eingesetzt wird, dessen Porengröße eine Abtrennung der Mahlkörper sowohl vom Dispersionsmedium des Reinigungsmittels als auch von den Reinigungspartikeln ermöglicht.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Nachfolgend wird die Erfindung näher anhand der Figuren 1 bis 7 und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- zeigt eine fotografische Aufnahme von mit Silizium kontaminierten Mahlkörpern nach der Reinigung mit einem Sand-Wasser Gemisch im Vergleich zu mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsmittel gereinigten Mahlkörpern,
- Fig. 2
- eine fotografische Aufnahme von ZrO2-Mahlkörpern, die mit Textilfarbe kontaminiert wurden,
- Fig. 3
- eine fotografische Aufnahme der in Fig. 2 gezeigten Mahlkörper nach der Reinigung mit einem Sand-Wasser-Gemisch bzw. nach der Reinigung mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsmittel,
- Fig. 4
- eine fotografische Aufnahme eines Mahlbechers nach dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren und
- Fig. 5
- eine fotografische Aufnahme von Mahlkugeln, die mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsmittel gereinigt wurden.
- Fig. 6
- eine fotografische Aufnahme eines Mahlbechers mit Oberflächenkorrosion und
- Fig. 7
- eine fotografische Aufnahme von Mahlkugeln, die mit einem Sand-wasser-Gemisch gereinigt wurden.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel umfasst das Reinigungsmittel die folgenden Bestandteile:
| Korund | 40 bis 60 Gew.-% |
| destilliertes Wasser | 40 bis 60 Gew.-% |
| Zitronensäure | 0,2 bis 0,5 Gew.-% |
| Dusazin 901 | 0,01 bis 0,03 Gew.-% |
| 2-Methyl-1-propanol | 0,005 bis 0,01 Gew.-% |
| Polyethylenglykol 400 | 0,25 bis 0,7 Gew.-% |
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In diesem Ausführungsbeispiel enthält das Reinigungsmittel als anorganische Partikel Korundpartikel mit einer einem Al2O3-Gehalt von mehr als 99 Gew.-% und folgender Partikelgrößenverteilung: d10: 28,5 bis 49,4 µm, d50: 70,6 bis 86,8 µm, d90: 114 bis 146 µm. Entsprechende Korundpartikel sind beispielsweise unter der Bezeichnung Edelkorund F220 (CAS-Nummer 344-28-1) erhältlich. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält das Dispersionsmedium als Hauptbestandteil destilliertes oder vollentsalzenes Wasser, es handelt sich also um ein wässriges Dispersionsmedium bzw. um eine wässrige dispergierende Phase. Im Dispersionsmedium ist als pH-aktive Verbindung Zitronensäure gelöst, der pH-Wert der wässrigen Phase beträgt 5,5. Im Ausführungsbeispiel wird der pH-Wert des Reinigungsmittels bzw. der wässrigen Phase durch die Konzentration der Zitronensäure in der wässrigen Phase sowie die basischen Eigenschaften es enthaltenen Korunds beeinflusst. Die Verwendung von Zitronensäure als pH-aktive Komponente ist unter mehreren Gesichtspunkten besonders vorteilhaft. So weist die Zitronensäure als mehrprotonige, schwache Säure eine puffernde Wirkung auf und kann somit zur Stabilisierung des pH-Wertes über die gesamte Reinigungsdauer beitragen. Zusätzlich kann die Zitronensäure mehrwertige Metallionen wie beispielsweise Calciumionen komplexieren und fungiert somit auch als Komplexbildner.
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Als Tensid enthält das Reinigungsmittel in diesem Ausführungsbeispiel Dusazin 901, das beispielsweise bei der Firma Ehserchemie erhältlich ist. Hierbei handelt es sich um ein nichtionisches Tensid mit geringer Schaumbildung, d.h. um ein schaumarmes Tensid.
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Als zusätzliche Komponente ist Polyethylenglykol 400 (CAS-Nummer 25322-68-3) im Reinigungsmittel enthalten. Polyethylenglykol wird hierbei als Rheologieadditiv zur Einstellung der Viskosität der wässrigen Phase sowie auf Grund seiner hygroskopischen Eigenschaften verwendet. Vorzugsweise wird das Reinigungsmittel als gebrauchsfähige Einzeldosis bereitgestellt. Hierbei ist das Volumen der jeweiligen Einzeldosis auf das Volumen des zu reinigenden Mahlbechers abgestimmt. Für einen Mahlbecher mit einem Volumen von 500 ml weist die Einzeldosis dabei ein Gesamtvolumen im Bereich von 200 bis 250 ml auf.
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Fig. 1 zeigt eine fotografische Aufnahme von Mahlkugeln, die mit elementarem Silizium kontaminiert wurden und entweder mit einem Sand-Wasser-Gemisch (Bezugszeichen 1) oder dem erfindungsgemäßen Reinigungsmittel (Bezugszeichen 2) gereinigt wurden. Zur Reinigung wurde dabei jeweils das gleiche Volumen an Sand-Wasser-gemisch bzw. an Reinigungsmittel in den Mahlbecher mit den Mahlkugeln gegeben. Der Mahlbecher wurde geschlossen, in die Kugelmühle eingespannt und für 5 Minuten mit 1100 Umdrehungen/Minute in der Kugelmühle bewegt. Anschließend wurde das Sand-Wasser-Gemisch bzw. das Reinigungsmittel aus dem Mahlbecher entfernt und von den Mahlkugeln abgetrennt. Aus Fig. 1 wird deutlich, dass die Mahlkugeln 1, welche konventionell, d.h. mit einem Sand-Wasser-Gemisch gereinigt wurden, auf ihrer Oberfläche immer noch elementares Silizium aufweisen. Dies ist als dunkle Verfärbung zu erkennen. Im Unterschied dazu sind die mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsmittel gereinigten Mahlkugeln 2 weiß, was auf eine Beseitigung der Siliziumablagerungen von der Oberfläche schließen lässt.
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Fig. 2 zeigt Mahlkugeln aus Zirkoniumdioxid, welche für 24 h mit einer Textilfarbe kontaminiert wurden. Anschließend wurde ein Teil dieser Mahlkugeln als weiteres Ausführungsbeispiel mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsmittel versetzt. Mahlkugeln und Reinigungsmittel wurden im Mahlbecher der Kugelmühle für 5 Minuten bei 650 Umdrehungen/Minute bewegt und anschließend wurden die Mahlkugeln vom Reinigungsmittel getrennt. Der andere Teil der in Fig. 2 gezeigten Mahlkugeln wurde als Vergleichsbeispiel mit einem Sand-Wasser-Gemisch im Mahlbecher versetzt und in der Kugelmühle für eine Stunde bei 650 Umdrehungen/Minute bewegt. Nach dem Reinigungsvorgang wurden die Mahlkugeln vom Sand-Wasser-Gemisch separiert.
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Die Kugeln des Ausführungsbeispiels sowie des Vergleichsbeispiels werden in Fig. 3 gezeigt. Während die Mahlkugeln des Vergleichsbeispiels 4 trotz deutlich längerer Reinigungsdauer noch deutlich sichtbare Reste an Textilfarbe auf der Oberfläche aufweisen, sind bei den mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsmittel gereinigten Mahlkugeln 3 optisch keine Spuren der Textilfarbe zu erkennen.
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Aus den Fig. 1 bis 3 wird deutlich, dass mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsmittel bzw. dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren sowohl anorganische als auch organische Kontaminationen der Mahlkugeln entfernt werden können. Zudem werden bei Reinigungsvorgängen mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsmittel das Material der Mahlkörper sowie des Mahlbechers nicht angegriffen. Insbesondere findet keine Korrosion statt.
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Dies kann auch anhand der Fig. 4 und 5 gezeigt werden. Fig. 4 zeigt hierbei einen Mahlbecher und Fig. 5 Mahlkugeln einer Kugelmühle nach einem erfindungsgemäßen Reinigungsvorgang. Sowohl Mahlbecher als auch Mahlkugeln zeigen hierbei keine erkennbaren Korrosionsspuren. Im Unterschied dazu sind an Mahlbechern, die mit einem Sand-Wasser-Gemisch gereinigt wurden, deutliche Anzeichen von Oberflächenkorrosion erkennbar. Dies wird anhand der Fig. 6 und 7 deutlich. Fig. 6 zeigt einen Mahlbecher, welcher für eine Stunde mit einem Sand-Wasser-Gemisch gereinigt wurde. Sowohl am Mahlbecher als auch an dessen Deckel sind deutlich sichtbare Korrosionsspüren vorhanden. Fig. 7 zeigt Mahlkugeln, welche in dem in Fig. 6 gezeigten Mahlbecher mit einem Sand-Wasser-Gemisch gereinigt wurden. Die Oberfläche dieser Mahlkugeln ist hierbei durch die Sandkörner aufgeraut worden und weist ebenfalls Korrosionsspuren auf.