Charging of calcite(100) surface by contact with mineral particles studied by Kelvin Probe Force Microscopy
Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und Habilitationsschriften › Diplomarbeit
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Abstract
Kontaktaufladung ist ein wichtiger Prozess im Rahmen der industriell eingesetzten Triboelektrostatischen Separation (TS) in der Mineralaufbereitung. Bei der TS kommt es während des Kontaktes zwischen zwei Partikeln zu einem Ladungsübertrag, welcher eine jeweilige positive oder negative Oberflächennettoladung erzeugt. Dieser Aufladungsprozess ist grundsätzlich bekannt, wird allerdings noch nicht im Detail verstanden. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird der kleinste Teilprozess, die Kontaktelektrifizierung durch ein einzelnes Partikel, untersucht. Als Modellsystem wurde das Aufladeverhalten einer Kalzit(100) Oberfläche durch Kontakt mit einem mineralischen Partikel untersucht. Für diese Untersuchung kam eine Kombination der Rastersondenmikroskopie (AFM) und der Kelvinsondenrasterkraftmikroskopie (KPFM) zum Einsatz. Es wurde eine auf AFM basierende Technik entwickelt, mit der es möglich ist, mit einem einzelnen, wenige 10 µm großen, mineralischen Partikel mit definierter Kraft und Geschwindigkeit auf einer Oberfläche zu reiben. Die Experimente mit einem, auf einen AFM-Cantilever geklebten, Partikel wurden mit zwei unterschiedlichen Kräften sowie bei drei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt. Die Aufladung wurde durch Messen der lokalen Kontakt-Potential-Differenz (CPD) mittels KPFM aufgezeichnet. Die Oberflächenanalyse geschah mit einer leitfähigen AFM Spitze. Außerdem wurden mit dieser Kraft-Abstandskurven aufgenommen, um die auftretenden elektrostatischen Kräfte quantifizieren zu können. Die analysierte Fläche (50 x 50 µm2) war signifikant größer als die geriebene Fläche (20 x 20 µm2). Dies erlaubt, den möglichen Einfluss des Reibens auf den, die geriebene Fläche umgebenden Bereich zu untersuchen. Die Änderung des CPD-Signals hängt vom Material des reibenden Partikels ab. Reiben mit Kalzit führt zu einer Abnahme der CPD, wohingegen Reiben mit Quartz die CPD der Kalzit(100)-Oberfläche erhöht. Des Weiteren wurde eine exponentielle Abnahme der eingebrachten Ladung mit der Zeit festgestellt, welche sich gut über die gemessene CPD verfolgen lässt. Eine Analyse der Kraft-Abstandskurven ergab maximal auftretende elektrostatische Kräfte von ~45 pN zwischen der AFM Sonde und den am stärksten geladenen Flächen. Alle durchgeführten Experimente zeigen die Anwendbarkeit von der dafür entwickelten Technik, um die Aufladungen infolge des Reibprozesses in der Triboelektrostatischen Separation zu untersuchen.
Details
Titel in Übersetzung | Untersuchungen der Aufladung einer Kalzit(100)-Oberfläche durch Kontakt mit mineralischen Partikeln mittels Kelvinsondenrasterkraftmikroskopie |
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Originalsprache | Englisch |
Qualifikation | Dipl.-Ing. |
Betreuer/-in / Berater/-in |
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Datum der Bewilligung | 26 Juni 2015 |
Status | Veröffentlicht - 2015 |