Die magnetische und die elektrostatische Separation gehören zu den sog. Trockenen Aufbereitungsverfahren. Diese Verfahren bieten gegenüber den 'klassischen' Verfahren, deren Anwendung in der flüssigen Phase erfolgt (Trennen durch Lösen und Kristallisieren bzw. durch Flotieren), unübersehbare Vorteile: - geringer Energieverbrauch, da die Trocknung des Produktes entfällt - niedrige Korrosionsrate, geringer lnstandhaltungsaufwand - geringer Personalaufwand - Vereinfachung der Technologie. Es ist offensichtlich, dass diese Vorteile einhergehen mit Kostenreduktion und Entlastung der Umwelt. Dadurch können folgende für den Umweltschutz relevante Effekte erreicht werden: - die drastische Verringerung bzw. Vermeidung von Laugenabstoß in die Vorfluter - die Verringerung der C02-Emissionen durch Energieeinsparung und Schonung der Rohstoffressourcen. Zwei Technikumsversuchsstände - einen für Magnettrennung und einen zweiten für elektrostatische Trennung - wurden aufgebaut; der Versuchsstand für die magnetische Separation wurde 2008 in Betrieb genommen, die Anlage für die elektrostatische Separation (ESTA) ging 2009 in Betrieb. Der Aufbau der ESTA erfolgte in der Technikumshalle, teilweise unter Nutzung vorhandener Ausrüstung und Versorgungseinrichtungen. Dieser Versuchsstand wurde 2010 erweitert um eine Wirbelschichtanlage zur Konditionierung des Probematerials vor der eigentlichen elektrostatischen Separation. Die Magnetseparation wurde sowohl für Steinsalz zur Herstellung von Streusalz als auch zur Tonabtrennung bei Kalirohsalzen untersucht, um die nachfolgenden Flotationsstufen mit einem reduzierten Tonanteil effektiver zu machen bzw. eine separate Ton-/Anhydritflotation zu ersetzen. Sowohl für die Steinsalzaufbereitung als auch für die Kalisalzverarbeitung wurden Beispiele aufgezeigt, wie mit Hilfe der Magnetseparation ein Process Design gestaltet werden kann. Versuche zur Tonabtrennung mittels Magnetseparation bei einem polymineralischen Kalirohsalz, das einen wesentlich höheren Anteil an Tonmineralen und Anhydrit enthält, führten zu dem Ergebnis, dass der Aufwand für dieses Kalirohsalz immens hoch ist und keine marktüblichen Produkte liefert. Ein Patent mit dem Titel 'Verfahren zur Verarbeitung tonhaltiger polymineralischer Kalirohsalze' unter Einbeziehung der Magnetseparation wurde am 13.10.2007 angemeldet. Die elektrostatische Separation wurde für ein künstliches NaCl-KCI-Gemisch und verschiedene Kalirohsalze (einfachere und kompliziertere Zusammensetzung) in zwei Korngrößenfraktionen durchgeführt. Verschiedene Konditionierungsmittel wurden getestet und bewertet. Aufgrund der vielen Einflussgrößen auf die elektrostatische Separation (stoffliche und apparatetechnische Einflüsse sowie Umgebungsbedingungen) konnten nicht alle notwendigen Versuche und Tests durchgeführt werden, so dass eine Weiterführung der Untersuchungen bei K-UTEC erfolgt. Usw.
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung und Bewertung eines technischen Verfahrens zur einfachen und umweltschonenden Abtrennung von Bioprodukten, wie z. B. technisch hergestellten Enzymen, direkt aus feststoffhaltigen Medien über an magnetische Mikropartikel gebundene Affinitätsliganden und Magnetseparatoren. Weiteres Ziel des Vorhabens war zudem eine direkte biokatalytische Um-setzung von schwerlöslichen Substraten bzw. von Substraten in Suspensionen und viskosen Medien durch den Einsatz von an magnetischen Mikropartikeln immobilisierten Enzymen und geeigneter Magnettrenntechnologie. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Anhand verschiedener Modellsysteme, wie z. B. immobilisierter Penicillinacylase als industriell intensiv genutztes Enzym oder magnetischen Mikropartikeln mit IMA (immobilised metal affinity) Liganden zur Aufreinigung His-getaggter Proteine, sollte die Leistungsfähigkeit dieses im industriellen Maßstab völlig neuen Verfahrens demonstriert werden. Hierbei erfolgten in der Anfangsphase Screeningversuche zur Auswahl geeigneter magnetischer Trägerpartikel und Funktionalisierungsmechanismen. Die Charakterisierung der Partikel umfasste die Partikelgrößenverteilung, mechanische und chemische Stabilität, magnetische Eigenschaften sowie insbesondere die Bindungskapazitäten und Selektivitäten. Parallel zur Partikelcharakterisierung erfolgte die Konstruktion und Fermentation getaggter Proteine sowie die Konstruktion und Fertigung eines Labor-HochgradientenMagnetseparators. Ausgehend von den im Labormaßstab an den Partikeln gewonnenen Daten wurde das Verfahren mit Hilfe des Simulationsprogramms SuperPro Designer programmiert und für verschiedene Rahmenbedingungen durchgerechnet. Eine Markt-studie und eine Bewertung der Ergebnisse der Experimente und Simulationen erfolgte in Zusammenarbeit mit der DECHEMA. In den späteren Projektphasen standen Fragen des Scale-ups der Partikelproduktion und die Demonstration des Verfahrens im Pilotmaßstab im Vordergrund. Fazit: Im Rahmen des Projekts wurden große Fortschritte auf dem Weg zur technischen Umsetzung der Verfahren der Proteinreinigung bzw. Biokatalyse mit Hilfe von Magnetbeads erreicht. Der realisierte Maßstab der Pilotanlage zur Proteinreinigung liegt mit dem Einsatz von 100 g Magnetbeads pro Zyklus und bearbeiteten Suspensionsvolumen bis über 15 l um mehr als eine Größenordnung über sämtlichen bisher in der Literatur beschriebenen Anwendungen von Magnetbeads in der Biotechnologie. Zudem wurde in der Pilotanlage ein Automatisierungsgrad erreicht, der dem industrieller Prozesse entspricht und damit sämtliche daraus resultierende Herausforderungen vorwegnimmt. Ausgehend von einem Biofeedstock, wie z. B. einem ungeklärten Zellhomogenisat, liefert die Pilotanlage einen feststofffreien und zu ca. 70-95 % reinen Produktstrom. Die experimentellen Ergebnisse sowie theoretische Überlegungen zeigen, dass sich das Verfahren der primäre
Nach der Beanspruchung beim Strahlprozess liegen noch 62-75 Prozent der Einweg-Strahlmittel in einer fuer den offenen Korrosionsschutz geeigneten Koernung (0,25-2 mm) und Kornstruktur vor. Als Fremdbestandteile treten je nach Art der behandelten Oberflaeche und des Untergrundes, von dem die Aufnahme erfolgt, eine grosse Palette unterschiedlicher Fremdbestandteile auf. Zum Recycling der fuer den nochmaligen Einsatz geeigneten Kornfraktion wurde die Prinziploesung eines neuartigen Verfahrens an Hand von Laborversuchen abgeleitet. Zur Abtrennung der schaedlichen Verunreinigungen in der Koernung 0,25-2 mm erwies sich eine zweistufige Magnetscheidung als am geeignetsten. In der 1. Stufe werden eisenreiche Fremdbestandteile (Verbunde Beschichtungsmaterialien mit Rost) mit Schwachfeldscheidung entfernt. In der 2. Stufe erfolgt die Trennung der schwachmagnetischen Strahlmittel durch Starkfeld-Permanentmagnetscheidung von den unmagnetischen Fremdstoffen (nichtmetallische Bestandteile der Bauwerke, des Bodens, der Anstriche). Die Recyclatausbeute betraegt 60...70 Prozent. Die Aufbereitung des Feinkorns kleiner 0,25 mm mit dem gleichen Ziel scheidet aus. Fuer eine unmittelbar an der Anfallstelle einsetzbare mobile Anlage mit einem Durchsatz von 2-3 t/h belaufen sich die nvestitionskosten auf ca. 400 TDM (ohne Fahrzeug bzw. Container). Nach einer Kostenabschaetzung ist damit gegenuber der bisher ueberwiegend praktizierten Deponierung ein wirtschaftlicher Vorteil gegeben, wenn mit einer Anlage mehr als 2.000 t/a Strahlschutt aufbereitet werden.
Durch Einsatz des magnetohydrostatischen bzw. des magnetohydrodynamischen Prinzips in Salzloesungen soll eine Demonstrationsanlage entwickelt, gebaut und erprobt werden und auf die Sortierung von Kunststoffen angewendet werden. Durch dieses Prinzip ist auch eine Trennung bei Dichten kleiner 1 g/cm3 moeglich.
Der Stand der Technik soll weiterentwickelt werden mit dem Ziel der Fortschreibung der TA-Luft oder der Verwendung fuer Rechtsverordnungen im Rahmen des BImSchG. Im Zuge der Bemuehungen um eine Entschwefelung von Steinkohle sollen Untersuchungen angestrebt werden, den Schwefelanteil von Kraftwerkskohle, der in Form von Pyrit vorliegt, durch eine Magnetscheidung abzutrennen.
In der medizinischen und molekularbiologischen Grundlagenforschung werden oberflächenmodifizierte magnetische Partikel bereits zur selektiven Substanzabtrennung eingesetzt. Ziel des beantragten Projektes ist es, das Anwendungspotential der Abtrennung via magnetischer Partikel auch für großtechnische Anwendungen nutzbar zu machen. Hierbei zu lösende Aufgaben sind: Verfügbarmachung kostengünstiger magnet. Pulver, Oberflächenmodifizierung zwecks Ankopplung an abzutrennende Partikel, Konstruktion einer Apparatur welche es ermöglicht, kontinuierlich abzutrennen sowie Tests in Pilotanwendungen. Etablierte physikalische Trennverfahren wie z.B. Destillation sind mit einem hohen Energieaufwand verbunden (z.B. Abtrennung von Schwermetallkationen aus Ölen). Die Abtrennung mittels Anbindung an magnetische Partikel und Separierung über magnetische Filter könnte, sofern realisierbar, die Kosten herkömmlicher Trennverfahren drastisch reduzieren.
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