Bei der Anschwemmfiltration submikroner Partikel kann es zur Redispergierung bereits abgeschiedener Partikel und somit zu deren Durchbruch ins Filtrat kommen. Ein weiteres Problem ist der exponentielle Druckanstieg im Laufe der Filtration, der vor allem bei höherviskosen Systemen einen großen Einfluss auf den Prozess ausübt. Es wurde die Anschwemmfiltration mit Cellulose als Filterhilfsmittel untersucht. Cellulosen eignen sich aufgrund der faserförmigen Struktur und der hohen spezifischen Oberfläche sehr gut als Filterhilfsmittel. Durch die richtige Zusammenstellung der Cellulosemischungen können die mechanischen Eigenschaften der gebildeten Filterkuchen wie Porosität, Permeabilität und Stabilität wesentlich beeinflusst werden. Für die Filtrationsversuche wird ein Modellsystem verwendet, bei dem die Suspensionsviskosität veränderlich ist. Dazu werden Polymer-Lösungen aus Polyvinylpolypyrrolidon (PVP) unterschiedlicher Konzentration als Modellflüssigkeit eingesetzt. Als Modellverunreinigung wird Titandioxid (Rutil) mit einer Partikelgröße zwischen 400 und 1.000 nm verwendet (Medianwert: 700 nm).
Die Versuche werden nach dem Prinzip der Anschwemmfiltration mit wachsender Schicht durchgeführt. Dazu wird zunächst eine dünne Celluloseschicht vorangeschwemmt (Precoat), um einen Partikeldurchbruch zu vermeiden. Während der gesamten Filtration wird der Lösung konstant weitere Cellulose zudosiert (Bodyfeed). Die Filtrationsversuche werden in einer neugebauten Anlage zur Anschwemmfiltration durchgeführt. Die Untersuchung der Kompressibilität der Filterkuchen erfolgt in einer CPF-Zelle. Mit Hilfe von Rasterkraftmikroskopie können die Partikel-Partikel-Wechselwirkungen zwischen Cellulosefaser und dem Material der Verunreinigung bestimmt werden.
In dem Projekt konnte gezeigt werden, dass die Abscheidung der Titandioxidpartikeln in dem Cellulosefilterkuchen in erster Linie eine Funktion der Partikel-Faser-Wechselwirkungen, der Strömungsgeschwindigkeit (und somit der Porosität) sowie der Partikelgröße ist. Der Durchbruch der Partikel ins Filtrat findet insbesondere aufgrund von Redispergierung bereits abgeschiedener Partikel statt. Dies geschieht als Folge der Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit in den Poren des Cellulosekuchens bei steigendem Druck, da die Porosität durch die Kompressibilität des Systems im Verlauf der Filtration stark abnimmt und damit auch die durchströmbare Fläche. Weiter konnte festgestellt werden, dass die anteilige Zugabe
von fibrillierten Cellulosefasern eine deutlich bessere Abscheidung bei nahezu unveränderten Druckverläufen zur Folge hat.
Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 06/12 bis 07/15 an der TU Bergakademie, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik (Agricolastraße 1, 09596 Freiberg, Tel.: 03731/392916) unter der Leitung von Prof. Dr. U. Peuker (Leiter der Forschungsstelle Prof. Dr. U. Peuker).
Das IGF-Vorhaben Nr. 17127 BR der Forschungsvereinigung Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.