Characterization of Electric Arc Furnace Slags to Identify Possible Leaching Control Mechanisms and Conditioning Methods

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Die vorliegende Doktorarbeit beschreibt die Charakterisierung von Elektroofenschlacken (EOS) durch einen multimethodischen Ansatz in Kombination mit hydrogeochemischen und metallurgischen Modellen. Ziel dieser Arbeit war es, freisetzungsbestimmende Mechanismen für Cr, V, Mo und F in EOS zu identifizieren und daraus mögliche Konditionierungsmethoden abzuleiten, um somit die Umweltauswirkungen von EOS bei der Nutzung als Recycling-Baustoff zu minimieren. Die Ergebnisse werden anhand von drei Publikationen sowie ergänzenden Kapiteln beschrieben. Durch die Kombination von Röntgendiffraktometrie, Elektronenstrahlmikrosondenmessungen und Sekundärionenmassenspektrometrie (nur für Mo) konnten die mineralogischen Bindungsformen von Cr, V und (teilweise) Mo bestimmt werden. Chrom und V sind in Spinell, Wüstit und Olivin gebunden, außerdem wurde V in Larnit gefunden. Die Ergebnisse für Mo müssen noch validiert werden. Zusätzlich wurde die Oxidationszahl von Cr in gelaugten und nicht gelaugten EOS mittels Röntgen-Nahkanten-Absorptions-Spektroskopie ermittelt. In allen untersuchten Proben lag Cr in dreiwertiger und nicht in sechswertiger Form vor. Die Bindungsform von F in EOS konnte nicht aufgeklärt werden. Durch die Kombination von Eluationstests, v.a. pH-abhängigen Auslaugversuchen, mit geochemischen Berechnungen konnten für Cr und V mögliche freisetzungsbestimmende Mechanismen identifiziert werden. Es konnte gezeigt werden, dass eine Korrelation zwischen der chemischen Zusammen-setzung, d.h. dem FeO/SiO2-Verhältnis, und der mineralogischen Phasenzusammensetzung und verteilung, sowie in weiterer Folge den gelaugten Konzentrationen von Cr und V besteht. Daraufhin wurde das FeO/SiO2-Verhältnis in Schmelzversuchen in EOS mit erhöhter Cr- und V-Auslaugung gezielt gesenkt und somit die Mineralphasenzusammensetzung und verteilung optimiert und die Auslaugung minimiert. Als Basis für die durchgeführten Schmelzversuche dienten metallurgische Gleichgewichtsberechnungen. Neben EOS-Proben wurden auch natürliche Gesteinskörnungen, die im Straßenbau eingesetzt werden, im Hinblick auf die Verknüpfung von Mineralogie und Auslaugbarkeit untersucht. Auch hier zeigte sich, dass die Bindungsform des jeweiligen Schwermetalls ausschlaggebend für die eluierte Konzentration ist und freisetzungsbestimmende Mechanismen teilweise auf EOS übertragbar sind. Durch die vorliegende Arbeit wurde das Wissen über mögliche Zusammenhänge zwischen metallurgischen Parametern, der Mineralogie und der Auslaugbarkeit in EOS erweitert und darauf basierend die Auslaugung von V und Cr gezielt in Labor- und Technikumsversuchen minimiert. Diese Ergebnisse können bei der Evaluierung bestehender und geplanter gesetzlicher Regelungen zur Bewertung der Umweltauswirkungen von EOS herangezogen werden, um EOS in Zukunft zielgerichteter und ressourcenschonender verwenden zu können.

Details

Titel in ÜbersetzungCharakterisierung von Elektroofenschlacken zur Identifizierung möglicher freisetzungsbestimmender Mechanismen und Konditionierungsmethoden
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2020