@article{BreitungFaesBakilDibrovaetal.2025, author = {Breitung-Faes, Sandra and Bakil, Natrah and Dibrova, Sofiia and Mucsi, G{\´a}bor}, title = {Optimizing coal gangue reactivity for geopolymer applications: a comprehensive study on high-energy grinding parameters}, series = {Powder Technology}, volume = {466}, journal = {Powder Technology}, issn = {0032-5910}, doi = {10.1016/j.powtec.2025.121441}, pages = {15}, year = {2025}, abstract = {The coal gangue (CG), a prominent industrial coal mining waste, for sustainable construction materials is a key focus of this research. We employed mechanical activation via a planetary ball mill to enhance coal gangue reactivity for geopolymer application. A systematic experimental design explored the influence of crucial rinding parameters: grinding media size dGM, rotational speed (rpm), and grinding time (tg). A primary objective was to optimize the specific grinding energy (Em), recognizing the substantial energy consumption associated with ball milling. The effectiveness of mechanical activation was rigorously evaluated by analysing changes in particle size distribution (PSD), stressing conditions (CF, SE and SI), phases analysis X-ray diffraction (XRD), morphological of powder by scanning electron microscopy (SEM), and chemical bonding by Fourier� transform infrared spectroscopy (FT-IR). Subsequently, the performance of the developed geopolymers was comprehensively assessed through visual observation, compressive strength measurements, and detailed analysis of reaction mechanisms. Our results demonstrate a significant improvement in geopolymer properties directly attributable to increased geometric specific surface area and reduced particle size of the mechanically activated coal gangue. This research elucidates a strong correlation between particle characteristics (size and geometric surface area), specific grinding energy Em and stressing intensity SI, and the overall mechanically activated coal gangue, ultimately its efficacy in geopolymer applications.}, language = {en} } @inproceedings{DibrovaBreitungFaes2025, author = {Dibrova, Sofiia and Breitung-Faes, Sandra}, title = {Adh{\"a}sions- und Koh{\"a}sionsverhalten von fluidisierter Lactose an variierenden Wandmaterialien}, series = {PROGRAMM 2025}, booktitle = {PROGRAMM 2025}, pages = {84}, year = {2025}, abstract = {Caking stellt ein h{\"a}ufig auftretendes Ph{\"a}nomen dar, das beim Umgang mit und Transport von feinen Pulvern in verschiedenen Industrien auftritt. Besonders betroffen sind die chemische, pharmazeutische, Lebensmittel- und Bauindustrie. Dieses Ph{\"a}nomen ist durch die Bildung von Klumpen und Ablagerungen gekennzeichnet, die den Produktionsprozess st{\"o}ren, zu Stillst{\"a}nden f{\"u}hren und die Qualit{\"a}t des Endprodukts negativ beeinflussen k{\"o}nnen [1]. Im Rahmen der hier vorgestellten Arbeiten wird das Cakingverhalten eines fluidisierten Modellpulvers untersucht. Hierf{\"u}r wurde ein eigens entwickelter Versuchsstand konzipiert, der es erm{\"o}glicht, das Verhalten des Pulvers in Abh{\"a}ngigkeit von verschiedenen Prozessparametern und Wandmaterialien praktisch zu analysieren. Ein besonderer Fokus der Studie liegt auf einer seit Jahren diskutierten [2] - [4], jedoch bislang nicht eindeutig beantworteten Frage: Hat die Wahl des Wandmaterials einen Einfluss auf das Cakingverhalten von Pulvern? In diesem Zusammenhang wurden insbesondere die Auswirkungen der Oberfl{\"a}chenenergie und der Oberfl{\"a}chenstruktur von Wandmaterialien untersucht. Die Versuchsbedingungen wurden gezielt so gew{\"a}hlt, dass der Einfluss des Wandmaterials unter trockenen Bedingungen bei Umgebungstemperatur beobachtet werden konnte und an reale Prozessbedingungen angepasst wurde. Quellen [1] U. Zafar, V. Vivacqua, G. Calvert, M. Ghadiri, und J. A. S. Cleaver, „A review of bulk powder caking", Powder Technology, Bd. 313, S. 389-401, Mai 2017, doi: 10.1016/j.powtec.2017.02.024. [2]: L. Ozmen und T. A. G. Langrish, „An Experimental Investigation of the Wall Deposition of Milk Powder in a Pilot-Scale Spray Dryer", Drying Technology, Bd. 21, Nr. 7, S. 1253-1272, Jan. 2003, doi: 10.1081/DRT-120023179. [3]: M. W. Woo, W. R. Wan Daud, S. M. Tasirin, und M. Z. M. Talib, „Effect of Wall Surface Properties at Different Drying Kinetics on the Deposition Problem in Spray Drying", Drying Technology, Bd. 26, Nr. 1, S. 15-26, Dez. 2007, doi: 10.1080/07373930701781033. [4]: P. Sundararajan et al., „Driving Spray Drying towards Better Yield: Tackling a Problem That Sticks Around", Pharmaceutics, Bd. 15, Nr. 8, S. 2137, Aug. 2023, doi: 10.3390/pharmaceutics15082137.}, language = {de} } @inproceedings{DibrovaAppoldtBreitungFaes2023, author = {Dibrova, Sofiia and Appoldt, Leon and Breitung-Faes, Sandra}, title = {Influence of additives on classification and transportation efficiency in fine powder handling}, series = {BOOK OF ABSTRACTS}, booktitle = {BOOK OF ABSTRACTS}, publisher = {VDI Verlag GmbH}, address = {D{\"u}sseldorf}, isbn = {978-3-18-990139-9}, issn = {0083-5560}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:92-opus4-42745}, pages = {778 - 785}, year = {2023}, abstract = {In this study, the effect of additives on very fine limestone powder was investigated for a fine limestone powder with regard to construction and pharmaceutical applications. Three different additives were considered in an attempt to reduce the tendency towards agglomeration and caking, which are occuring effect, reducing process efficiency and stability. The selection of these additives was based on their performance in previous studies on the limestone and lactose material systems during dry grinding [1] - [3]. Instead of grinding especially separation and transport processes were taken into account. To test the efficiency of the additives used, the sieving capacity of the powders, the separation behavior in a zig-zag air classifier as well as the flow behavior in a vibratory feeder were tested. Here, only the results of the sieve analysis for the additive heptanoic acid are described since heptanoic acid showed the most significant effect compared to the other additives. Additionally, the results of the dynamic image analysis, laser diffraction spectroscopy and the flowability measurements are provided and will be discussed. [1] P. Prziwara, S. Breitung-Faes, und A. Kwade, „Impact of grinding aids on dry grinding performance, bulk properties and surface energy", Advanced Powder Technology, Bd. 29, Nr. 2, S. 416-425, Feb. 2018, doi: 10.1016/j.apt.2017.11.029. [2] L. Miethke, P. Prziwara, J. H. Finke, und S. Breitung-Faes, „Opposing Effects of Additives in Dry Milling and Tableting of Organic Particles", Pharmaceutics, Bd. 13, Nr. 9, S. 1434, Sep. 2021, doi: 10.3390/pharmaceutics13091434. [3] P. Prziwara, L. D. Hamilton, S. Breitung-Faes, und A. Kwade, „Evaluation of the capturing of dry fine particles between grinding media by drop-weight tests", Powder Technology, Bd. 363, S. 326-336, M{\"a}rz 2020, doi: 10.1016/j.powtec.2020.01.012.}, language = {en} } @inproceedings{DibrovaBreitungFaes2025, author = {Dibrova, Sofiia and Breitung-Faes, Sandra}, title = {Modification of Powder Properties by Liquid Additives}, series = {BOOK OF ABSTRACTS}, booktitle = {BOOK OF ABSTRACTS}, publisher = {VDI Verlag GmbH}, address = {D{\"u}sseldorf}, isbn = {978-3-18-990143-6}, issn = {0083-5560}, pages = {179}, year = {2025}, abstract = {Additives are applied to dry, fine powders to achieve a wide range of objectives, including the reduction of energy consumption, refinement of particle size distributions, enhancement of product throughput or dosing behavior. These modifications often result in improvements in flowability, a reduction in agglomeration tendency, decreased frictional resistance, and the development of anti-stick properties. While numerous individual studies have investigated various additives across diverse processes, many results remain fragmented, and a comprehensive understanding of the mechanisms underlying the actions of different additives is still lacking. Consequently, the selection of suitable additives continues to rely predominantly on empirical knowledge. In this work, the addition of liquid additives from various substance classes to powders was investigated in greater detail. In particular, the effects of additive incorporation on the behavior of powders during interactions with other materials were examined—whether during the admixing of additives in different mixing systems or upon contact with various surfaces in the fluidized state, using a specially developed experimental setup. While simple geometries and varying process parameters can be tested in the experimental rig, practical testing of the additive products was also conducted in more complex systems. Simultaneously, other properties—e.g., changes in surface energy, dusting propensity, or agglomerate strength—were also studied. The results obtained aim to broaden the understanding of the effects of specific additive classes on products from different perspectives, thereby increasing the transparency and soundness of the additive selection process for diverse future applications.}, language = {en} } @article{DibrovaBreitungFaes2025, author = {Dibrova, Sofiia and Breitung-Faes, Sandra}, title = {How to prevent Caking? - Trockene, partikelbasierte Prozesse effizient gestalten}, series = {Vorlaufforschung 2023}, volume = {2023}, journal = {Vorlaufforschung 2023}, publisher = {Ohm}, address = {N{\"u}rnberg}, issn = {1867-4585}, pages = {43 - 53}, year = {2025}, abstract = {Caking ist ein h{\"a}ufig auftretendes Ph{\"a}nomen im Bereich des Transports und der Handhabung von feinen Pulvern. Charakteristisch f{\"u}r diesen Prozess ist das Entstehen von Agglomeraten und großen Klumpen, die an der Wandoberfl{\"a}che haften und die Produktionsprozesse in Bezug auf Effizienz und Produktqualit{\"a}t negativ beeintr{\"a}chtigen. Eine der kennzeichnenden Ursachen daf{\"u}r sind die Wechselwirkungen zwischen Partikeln sowie zwischen Partikeln und Wand. Im Rahmen dieses Projekts wurden einerseits die Einfl{\"u}sse von drei verschiedenen Additiven auf zwei Modellstoffe im Hinblick auf das Transport- und Trennverhalten untersucht. Andererseits wurden die ersten Schritte zur Entwicklung eines geeigneten Versuchsstandes unternommen, um die industrienahen Bedingungen des Partikel-Wand-Kontakts zu bewerten.}, language = {de} } @article{SofiiaBreitung2026, author = {Sofiia, Dibrova and Breitung, Sandra}, title = {Influence of Metal Wall Materials and Process Parameters on the Adhesion Behavior of Airborne Powder Particles}, series = {Powders}, volume = {5}, journal = {Powders}, number = {2}, publisher = {MDPI AG}, issn = {2674-0516}, doi = {10.3390/powders5020011}, pages = {22}, year = {2026}, abstract = {Caking and powder adhesion are widespread challenges in dry powder processes. The influence of process parameters such as humidity and temperature on the adhesion behavior of dry powders has been extensively studied in numerous studies. Besides that, the impact of other process characteristics, such as additional process parameters or wall materials, has received little attention so far. In addition, existing methods to characterize caking behavior do not account for powders in a fluidized state. To address phenomena based on process and material behavior, a test rig was specifically designed to investigate the adhesion of dry particles to different metal walls at varying speeds at a 90° angle, representing the main novelty of this study. The deposition area, deposition mass, and maximum deposition thickness were evaluated, and the correlations were discussed. The investigations revealed that at low velocities (<12 m/s) and for smooth surfaces (Sq < 0.3-0.4 µm), wall materials with a high ratio of dispersive to polar surface energy components (D/P: 13-15.8) exhibit minimal powder adhesion. The test rig has demonstrated its effectiveness as a straightforward method for measuring adhesion across various powder-wall material pairs and could serve as a valuable preliminary test for industrial applications.}, language = {en} } @inproceedings{DibrovaMathewBreitungFaes2024, author = {Dibrova, Sofiia and Mathew, Sahil and Breitung-Faes, Sandra}, title = {Charakterisierung des Cakingverhaltens von feinen Pulvern in fluidisierten Partikelsystemen}, volume = {2024}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:92-opus4-44993}, year = {2024}, abstract = {Caking ist ein h{\"a}ufig auftretendes Ph{\"a}nomen bei der Handhabung und dem Transport sehr feiner Pulver in verschiedenen Industriezweigen. Besonders oft tritt dieses Ph{\"a}nomen in den Bereichen der chemischen, pharmazeutischen, Lebensmittel- oder Bauindustrie auf. Charakteristisch f{\"u}r Caking ist die Bildung von st{\"o}renden Klumpen und Anhaftungen, welche zu Betriebsunterbrechungen, Stillst{\"a}nden und Qualit{\"a}tsabweichungen von Produkt f{\"u}hren k{\"o}nnen [1]. In Rahmen einer Vorlaufforschung wurde der Effekt von drei Additiven verschiedener Substanzklassen auf das Transport- und Trennverhalten von zwei Modellstoffen, Lactose und Kalkstein, untersucht. Der Wahl der Additive, Heptans{\"a}ure, Triethanolamin und Natriumstearylfumarat, basierte auf den vorherigen Untersuchungen [2] - [4], welche sich mit geeigneten Mahlhilfen f{\"u}r Zerkleinerungsprozessen befassten. Zur Untersuchung des Trennverhalten wurden Experimente in einem Siebturm sowie einem Zick-Zack-Windsichter durchgef{\"u}hrt. Die Untersuchung des Transportverhaltens erfolgte mit Hilfe von Vibrationsrinnen. Erg{\"a}nzend wurden Messungen der Partikel- und Agglomeratgr{\"o}ßen sowie die Bestimmung der Fließf{\"a}higkeit in einer Ringscherzelle durchgef{\"u}hrt. Die Ergebnisse zeigten, dass insbesondere die Zugabe von Heptans{\"a}ure zur Ver{\"a}nderung der Pulvereigenschaften f{\"u}hrte. Dabei lagen die beiden Modellstoffe in feinem Zustand vor und die Agglomeratenbildung wurde unterdr{\"u}ckt, w{\"a}hrend die Staubneigung von Pulvern deutlich zunahm. Die Zugabe von Triethanolamin f{\"u}hrte im Fall der Lactose zu einer deutlichen Abnahme der Anhaftungsneigung bei einer leichten Zunahme der mittleren Agglomeratgr{\"o}ße. Im Fall von Kalkstein wurde dieses Verhaten jedoch nicht mehr beobachtet. Die Zugabe von Natriumstearylfumarat f{\"u}hrte zu den geringsten Ver{\"a}nderungen im Verhalten der beiden Modelstoffe. Im Allgemeinen haben die Untersuchungen gezeigt, dass das Verhalten von sehr feinen Pulvern nicht direkt mit der Partikel- oder Agglomeratgr{\"o}ße in Verbindung gebracht werden kann. Durch die Untersuchung der Fließf{\"a}higkeit mit der Ringscherzelle kann das Pulververhalten bei den Transport- und Trennvorg{\"a}ngen ebenfalls nicht prognostiziert werden. Demgegen{\"u}ber haben gerade die Betriebsparameter und Oberfl{\"a}chengeometrien einen betr{\"a}chtlichen Einfluss auf das Pulververhalten.}, language = {de} } @inproceedings{DibrovaBreitung2026, author = {Dibrova, Sofiia and Breitung, Sandra}, title = {Anhaftungsverhalten trockener feiner Pulver in fluidisierten Systemen}, series = {Jahrestreffen der DECHEMA / VDI-Fachgruppen Mehrphasenstr{\"o}mungen, Agglomerations- und Sch{\"u}ttguttechnik, CFD ; 16-18. M{\"a}rz 2026 ; TU Dresden}, booktitle = {Jahrestreffen der DECHEMA / VDI-Fachgruppen Mehrphasenstr{\"o}mungen, Agglomerations- und Sch{\"u}ttguttechnik, CFD ; 16-18. M{\"a}rz 2026 ; TU Dresden}, address = {Dresden}, pages = {1}, year = {2026}, abstract = {Feine Pulver neigen stark zur Anhaftungs- und Klumpenbildung. Selbst bei streng kontrollierten Umgebungsbedingungen und minimalen mechanischen Belastungen tritt dieses Problem weiterhin auf. Besonders ausgepr{\"a}gt ist das Ph{\"a}nomen bei Partikeln kleiner als 100 μm, f{\"u}r die die Schwerkraft praktisch keine Rolle mehr spielt [1]. Wechselwirkungen zwischen Partikeln sowie zwischen Partikeln und Wandoberfl{\"a}chen f{\"u}hren zu Ablagerungen, die die Qualit{\"a}t und Sicherheit des Endprodukts beeintr{\"a}chtigen und im Zeitverlauf Produktionsausf{\"a}lle verursachen k{\"o}nnen [2 - 4]. Ein Beispiel f{\"u}r Caking in einem gasdurchstr{\"o}mten System zeigt Abb. 1 anhand einer Laborspiralstrahlm{\"u}hle. Im Projekt „Fluid-Cake" wird das Caking-Ph{\"a}nomen an fluidisierten Systemen untersucht. F{\"u}r die praktische und schnelle Untersuchung des Anhaftungsverhaltens unterschiedlicher Pulver wurde ein Pulverversuchsstand konstruiert, in dem verschiedene Produkte direkt getestet werden k{\"o}nnen. Der Versuchsstand bietet den Vorteil, dass unterschiedliche Einflussfaktoren - wie Pulver- und Partikeleigenschaften, Wahl der Prozessparameter und Wandmaterialien - gemeinsam bewertet werden k{\"o}nnen. W{\"a}hrend bisherige Untersuchungen die Abh{\"a}ngigkeit des Adh{\"a}sionsverhaltens von Wandmaterialien, Pulverbeladungen und gew{\"a}hlten Gasgeschwindigkeiten gezeigt haben, werden in aktuellen Studien zus{\"a}tzlich der Einfluss von Pulvereintreffwinkeln, Beschichtungs-stoffen und Reinigungsans{\"a}tzen sowie die Modifikation des Koh{\"a}sionsverhaltens durch den Einsatz fl{\"u}ssiger Additive untersucht. Parallel werden die Pulver- und Partikeleigenschaften charakterisiert und die relevanten Fluidisierungssysteme mittels CFD nachgebildet. Diese vielseitige Herangehensweise erm{\"o}glicht eine umfassende Analyse der Faktoren, die das Caking-Ph{\"a}nomen beeinflussen, und liefert praxisrelevante Empfehlungen f{\"u}r die Auswahl geeigneter Pulver und Prozessparameter bereits in der Planungsphase.}, language = {de} }