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Probenzerkleinerung

Die Auswirkungen des Metallabriebs von Mahlwerkzeugen

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Versuchsreihe zur Bestimmung des Metallabriebs

Für die Untersuchung möglicher Metallrückstände durch Abrieb wurden zwei Proben ausgewählt, Kalkstein und Mais. Die Kalkprobe wurde in vier unterschiedlichen Geräten zerkleinert (Backenbrecher BB 50 und BB 100, Planeten-Kugelmühle PM 100 und PM 100 CM, Schwingmühle MM 400 und Scheiben-Schwingmühle RS 200), wobei Mahlwerkzeuge aus verschiedenen Werkstoffen eingesetzt wurden. Mais wurde in verschiedenen Schneid-/Rotormühlen zerkleinert (Schneidmühle SM 300, Ultra-Zentrifugalmühle ZM 200, Messermühlen Grindomix GM 200 undGM 300), ebenfalls mit Schneidwerkzeugen aus unterschiedlichen Werkstoffen.

Die Kalksteinprobe wurde nach dem Säureaufschluss mittels ICP-OES auf die Elemente Co, Cr, Ni, W und Zr untersucht. Eisen wurde ebenfalls untersucht, da Fe aber im hohen Prozentbereich in Kalk vorkommt, kann die Kontamination durch den Abrieb der Mahlwerkzeuge nur eine Vermutung bleiben. Auf gleiche Weise wurde das Vorkommen von Cr, Fe, Mn, Ni und Ti in der Maisprobe untersucht.

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Um eine Blindprobe für die zu untersuchenden Elemente zu erhalten, wurde der Kalkstein in der Planeten-Kugelmühle PM 100 in einem Mahlbecher aus Zirkonoxid mit entsprechenden Mahlkugeln kontaminationsneutral zerkleinert. Der Kalkstein wurde außerdem mit einer Mahlgarnitur aus Wolframcarbid in der PM 100 vermahlen, um eine Blindprobe für das Zirkonium herzustellen. Für Mais wurde die Blindprobe in einer Ultra-Zentrifugalmühle ZM 200 mit Titanrotor und Titan-Niob beschichteter Kassette erstellt. Anschließend wurden die Proben mit Mahlwerkzeugen aus anderen Werkstoffen zerkleinert und die vorab ermittelten Blindwerte wurden von den Ergebnissen der nachfolgenden Elementanalyse abgezogen. Auf diese Weise konnte die Kontamination durch Mahlwerkzeuge eindeutig bestimmt werden. Man kann sich den Schritt der Blindwertbestimmung sparen, wenn man über entsprechendes Referenzmaterial mit bekannten Elementgehalten verfügt. Diese sind jedoch in der Regel sehr teuer und auch nicht für alle Probenmaterialien erhältlich.

Ergebnisse

In Tabelle 2 sind die Ergebnisse für die Kontamination der Kalkprobe durch Abrieb der Mahlwerkzeuge in unterschiedlichen Mühlen erfasst. Bei einem Großteil der Ergebnisse in der Tabelle lässt sich keine signifikante Kontamination durch Mahlwerkzeuge erkennen.

Eine sehr geringe Konzentration von Wolfram und Kobalt findet sich beim Einsatz von Backenbrecher, Scheiben-Schwingmühle und Planeten-Kugelmühle PM 100 mit Mahlwerkzeugen aus Wolframcarbid. Der Wolfram- bzw. Kobaltgehalt ist deutlich geringer, wenn die Probe in einer Planeten-Kugelmühle PM 100 CM vermahlen wurde. Diese Mühle hat ein geringeres Drehzahlverhältnis Mahlbecher zu Sonnenrad als die PM 100, was zu einer schonenderen Zerkleinerung mit weniger Abrieb führt.

Wie zu erwarten, findet sich Kontamination durch Chrom, Nickel und vor allem Eisen, wenn man stahlhaltige Mahlwerkzeuge benutzt. Daher sollte man für die Zerkleinerung von Proben, die auf Metallspuren untersucht werden, andere Werkstoffe verwenden.

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