Partikelhärte

Die Partikelhärte beschreibt den Widerstand eines einzelnen Partikels gegen mechanische Beanspruchungen wie Eindrücken, Kratzen, Brechen und Zermahlen. Dazu zählen Eindrücken, Kratzen, Brechen und Zermahlen. Die Partikelhärte ist eine materialspezifische Eigenschaft. Sie steht in engem Zusammenhang mit der Kristallstruktur, den Bindungsverhältnissen, der Porosität und einer möglichen Bindemittelmatrix.

In der Werkstoffkunde wird die Härte klassischerweise an kompakten Festkörpern bestimmt. Übliche Verfahren sind Eindringprüfungen wie die Vickers-, Brinell- oder Knoop-Härteprüfung sowie Kratzhärteprüfungen nach der Mohs-Skala. Diese Methoden setzen einen kontinuierlichen Werkstoff voraus. Überträgt man das Härtekonzept hingegen auf einzelne Partikel, ist vor allem die mikro- oder nanomechanische Härte relevant. Sie kann mithilfe instrumentierter Eindringprüfungen oder AFM-basierter Messverfahren erfasst werden.

In der Schüttgut- und Verfahrenstechnik wird Partikelhärte dagegen häufig funktional definiert. Harte Partikel widerstehen Zerkleinerung und Abrieb. Weiche oder spröde Partikel brechen dagegen bereits bei geringen Scher- oder Schlagbelastungen. Dies hat unmittelbare Auswirkungen auf die Kornzerstörung in Mischern, Förderern und Mühlen. Ebenso wirkt sich die Partikelhärte auf die Staubentwicklung sowie auf Veränderungen der Partikelgrößenverteilung während der Prozessführung aus.

Von besonderer technischer Bedeutung ist die Unterscheidung zwischen der Härte der Partikelsubstanz und der mechanischen Stabilität von Agglomeraten. Poröse oder sprühgetrocknete Agglomerate können beispielsweise aus mechanisch harten Primärpartikeln bestehen. Als Agglomerat sind sie jedoch insgesamt weich und leicht zerfallend. Daher muss zwischen Kristall-, Partikel- und Agglomerathärte unterschieden werden. Diese Hierarchieebenen sollten bei der Auslegung von Misch-, Förder- und Zerkleinerungsprozessen getrennt betrachtet werden.