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HydraSmec

erstellt von huenken zuletzt verändert: 05.01.2011 14:53



Projekt:
HydraSmec
Verstehen von Prozessen an der heißen Smectit-Wasser-Grenzfläche zur Verbesserung industrieller Bentonitanwendungen
Laufzeit:
01.08.2008 bis 31.07.2011
Koordinator:
Prof. Dr. H. Stanjek

RWTH Aachen, Lehr- und Forschungsgebiet Ton- und Grenzflächenmineralogie
Wüllnerstr. 2
52065 Aachen
Projektpartner:
Stephan Schmidt KG, Dornburg-Langendernbach

LMU München, Department für Geo- und Umweltwissenschaften, Sektion Kristallographie

S & B Industrial Minerals GmbH, Marl

Forschungsinstitut für Anorganische Werkstoffe - Glas/Keramik - GmbH (FGK) Höhr-Grenzhausen

Institut für Gießereitechnik GmbH (IGT), Düsseldorf

Programm:
Sonderprogramm GEOTECHNOLOGIEN
Themenschwerpunkt: Mineraloberflächen: Von atomaren Prozessen zur Geotechnik

Ziele:
Jedes Jahr werden Smectite, die Hauptminerale in Bentoniten, in der Größenordnung mehrerer Millionen Tonnen in verschiedensten industriellen Gebieten eingesetzt, z. B. als Beimischung zu Formsanden in der Gießereiindustrie. Die Potentiale dieses geotechnischen Materials werden jedoch noch nicht ganz ausgeschöpft. Die Automobilindustrie benötigt z. B. Gussteile von immer größerer Komplexität bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion. Dies erfordert ein Maßschneidern der Formsand-Mixturen mit verbesserten Oberflächeneigenschaften. Das daraus resultierende Problem hat mit den bindenden Eigenschaften von Bentonit zu tun, die während des Gussprozesses teilweise verloren gehen. Die Smectite verlieren sowohl Wassermoleküle als auch Hydroxylgruppen, die zu strukturellen Veränderungen führen. Was man hierbei im Detail nicht versteht, ist die Beobachtung, dass die Veränderungen im Labor teilweise reversibel sind, nicht jedoch auf der Zeitskala, auf der Formsande im Kreislauf aufgefrischt werden.

Weitere, wichtige Märkte für Bentonite sind ihr Einsatz als adsorbierendes wie als auch abdichtendes Material. Dehydratisierte Zwischenschichtkationen (re)adsorbieren Wassermoleküle, Wasser kann aber auch in den interpartikulären Porenraum aufgenommen werden. Praktische Erfahrungen zeigen dabei, dass industriell getrocknete Bentonite signifikant geringere Aufnahmekapazitäten und verzögerte Aufnahmeraten haben als die gleichen Materialien, die im Labor auf gleiche Wassergehalte getrocknet wurden. Trotz ihrer Bedeutung ist erstaunlich wenig über die Mechanismen bekannt, die für verringerte Wasseraufnahmekapazität, Quellungsverhalten und Kinetik der Rehydratation verantwortlich sind.

Beiden Problembereichen gemeinsam ist die Wechselwirkung von Wasserdampf auf die Oberfläche von Smectiten, von der zumindest qualitativ bekannt ist, dass dadurch der Grad der Hydrophobizität zunimmt. Diese wiederum wird beeinflusst von den Zwischenschichtkationen. Die Zielsetzung für dieses Projekt ist deshalb, die zugrunde liegenden Mechanismen auf atomarer Skala aufzuklären.

In drei Teilprojekten werden die Rolle der Hydratationsdynamik von Smectiten für Gießereianwendungen, nanoskalige Untersuchungen der De- und Rehydratationskinetik von Smectiten sowie der Einfluss von Wasserdampf auf die Oberflächeneigenschaften von Smectiten untersucht.

Das Vorhaben zielt darauf ab, smectithaltige Rohstoffe in der gesamten Aufbereitungs- und Verwertungskette vom natürlichen Rohstoff bis hin zur Produktanwendung in ihren Eigenschaften zu charakterisieren und zu analysieren. Umfassende Rohstoffproben werden durch die Industriepartner S & B GmbH und Stephan Schmidt KG in verschiedenen Prozessstufen produziert und bereitgestellt. In interdisziplinärer Zusammenarbeit von Mineralogen und Gießereiingenieuren werden Veränderungen der Stoffeigenschaften in Abhängigkeit des Aufbereitungsgrades und der Prozessparameter untersucht, um Kriterien für die optimierte Rohstoffauswahl und Aufbereitungstechnik ableiten zu können.