Trennverfahren

Stofftrennung
r / In der Natur kommen keine reichen Stoffe (=Reinstoffe) vor, sondern nur Kombinationen von Reinstoffen, die wir Mischungen, Gemische oder Gemenge nennen.





Eine Mischung enthält mehrere Reinstoffe. Diese heißen Komponenten der Mischung. Manch Mischungen können mit dem Auge oder unter dem Lichtmikroskop als solche erkannt werden. Mischt man z.B. Reis und Erbsen, so erkennt man sofort die einzelnen Komponenten. Solche Mischungen werden heterogen genannt. Andererseits lassen sich die Komponenten in bestimmten Mischungen nicht erkennen. Man spricht in diesem Fall von einer homogenen Mischung.



Möchte man nun einen bestimmten Stoff aus einer Mischung gewinnen, so muss man ihn aus dem Rohstoffgemisch isolieren. Dazu werden die nicht gewünschten Komponenten (meist als Verunreinigungen bezeichnet) so weit als notwendig abgetrennt. 100%ig reine Stoffe gibt es nicht. Manchmal ist es auch sinnvoll, Rohstoffe, die aus vielen Komponenten bestehen, in Gruppen (Fraktionen) von Stoffen mit ähnlichen Eigenschaften aufzutrennen (z.B. Destillation von Erdöl). Anreicherung nennt man Trennverfahren, bei denen der Anteil der gewünschten Komponente erhöht wird (Bsp.: Anteil des Erzes in der Mischung wird von 40 auf z.B. 75% erhöht).










Die Trennung von Mischungen dient aber nicht nur der Gewinnung von Stoffen, sondern auch der Analyse von Mischungen, die in Naturstoffen vorkommen oder bei der Produktion von Stoffen mit Hilfe chemischer Vorgänge anfallen.



Die Wahl der Trennmethode hängt von der Menge der zu trennenden Stoffe, der Anzahl der Komponenten eines Gemisches, den Aggregatzuständen (=Phasen) der einzelnen Komponenten sowie vom Umstand ab, ob die Mischung homogen oder heterogen ist.



Bekannte Trennverfahren sind die Filtration, die Destillation die Extraktion, die Chromatographie sowie die Flotation.




Filtration


Dabei handelt es sich um die Trennung bestimmter heterogener Mischungen. Vor allem Feststoffe werden von einer Flüssigkeit oder einem Gas abgetrennt.







Destillation


Das Verfahren dient vor allem zum Auftrennen von Flüssigkeitsgemischen. Das Gemisch wird in einem Gefäß erhitzt, die Komponenten mit den niedrigeren Siedepunkten verdampfen leichte und werden anschließend kondensiert. Die Komponenten mit den höheren Siedpunkten verbleiben großteils im Gefäß.




Extraktion


Diese Methode setzt man zur Abtrennung bestimmter Komponenten aus einem festen oder flüssigen Gemisch ein. Dabei wird das zu trennende Gemisch mit einem Lösungsmittel behandelt, und dieses löst die gewünschten Stoffe aus der Mischung. Die Lösung wird abgetrennt und das Lösungsmittel danach eventuell verdampft (z.B. Gewinnung von Speiseöl aus Ölfrüchten).



Chromatographie


Zur Trennung kleiner Mengen von Gemischen eignet sich besonders die Chromatographie. Dabei wird die zu trennende Mischung in einen Flüssigkeits- oder Gasstrom gebracht, mit dem sie an einem Festtoff oder einer nicht mischbaren Flüssikgeit vorbeitransportiert wird. Dort werden die einzelnen Komponenten unterschiedlich stark festgehalten, sodass diese zeitlich versetzt mit dem Flüssigkeits- oder Gasstrom aus der Trenneinheit austreten. Spezielle Verfahren sind die Papierchromatographie (PC), die Dünnschichtchromatographie (DC), die Hochdruckdünnschicht-Chromatographie und die Gaschromatographie.



PC: Das Gemisch wird auf das Ende eines Papierstreifens aufgebracht. Dieser wird in ein Gefäß mit einer Flüssigkeit gestellt, die dann im Papierstreifen hochsteigt und die einzelnen Komponenten unterschiedlich weite Strecken mitnimmt.



DC: Die Funktion ist ähnlich der PC, nur dass statt einem Papierstreifen eine Platte oder Folie, die mit einem Feststoff beschichtet ist, eingesetzt wird.



GC: Die Mischung wird in einen Gasstrom eingebracht, der sie durch eine dünne gefüllt Säule trägt. Die einzelnen Komponenten werden von der Säulenfüllung unterschiedlich lang zurückgehalten, sodass die Komponenten zeitlich versetzt mit dem Gasstrom aus der Säule austreten.




Flotation


Mit Hilfe der Flotation trennt man Feststoffgemische auf Grund der unterschiedlichen Benetzbarkeit und Dichte der einzelnen Komponenten. Das zu trennende Gemisch wird zerkleinert und mit viel Wasser und Zusatzstoffen (Netzmittel, Schäumer) vermischt. Die Zusatzstoffe werden so gewählt, dass die eine Komponente von der Lösung benetzt wird, die andere aber nicht. Wird ein Feststoffteilchen von einer Flüssigkeit nicht benetzt, so versucht es aus der Flüssigkeit "herauszukommen". Dazu dienen ihm Schaumblasen, in denen es sich anreichert. Die nicht benetzten Teilchen des Gemenges sammeln sich daher im Schaum an, der durch Rühren und Einblasen von Luft erzeugt wird. Sie fließen mit dem Schaum aus dem Gefäß ab. die benetzten Teilchen dagegen sinken im Trenngefäß zu Boden. Eine wichtige Anwendung der Flotation ist beispielsweise die Trennung eines Metallerzes vom tauben Gestein.