TY - THES

T1 - Chemische und mineralogische Charakterisierung sekundärmetallurgischer Schlacken

AU - Klopf, Maximilian

N1 - gesperrt bis 01-10-2024

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Das durch die zunehmende Ressourcenverknappung und die damit einhergehende Verteuerung der Rohstoffe wird Recycling immer wichtiger. In den früher kaum als Rohstoff beachteten Schlacken der Stahl- und Hüttenwerke, aber auch anderer Industriezweige steckt großes Potential als zukünftige Rohstoffquelle. Ziel dieser Arbeit ist die chemische und mineralogische Charakterisierung von unterschiedlichen Schlacken der Voestalpine Stahl Donawitz. Die erhaltenen Daten sollen anschließend als Grundlage für nachfolgende Arbeiten zur Beurteilung der Recyclingfähigkeit des Schlackenmateriales herangezogen werden. Die Untersuchungen beschränkten sich auf die Schlackenfraktionen der Roheisenentschwefelung (REE), der Sekundärmetallurgie (CC) und der Recyclingfraktion (B-Fe). Das Hauptaugenmerk der Untersuchungen wurde auf den größten Teilstrom der CC-Fraktion, die Gießpfannenschlacken gelegt. Für die Untersuchung und Charakterisierung der Schlacken wurden Haldenproben gezogen, sowie 45 Proben direkt aus dem Pfannenofen geschöpft. Die Schlacken wurden anschließend mittels Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA), Pulverröntgendiffraktometrie (RDA) als auch auflicht- und rasterelektronenmikroskopisch analysiert. Die Auswertung der RDA-Spektren erfolgte sowohl qualitativ als auch quantitativ mittels Rietveldanalyse. Als erste Gruppe wurden Haldenschlackenproben der Fraktionen REE, CC und B-Fe untersucht. Es konnte auf keine Phasenvergesellschaftungssysteme geschlossen werden, da die Proben eine sehr große chemische Zusammensetzungsbandbreite haben. Die einzelnen Proben enthalten bis zu zehn unterschiedliche Phasen. Untypisch für Schlacken ist das vorhanden sein von Hydratphasen, welche sich aber durch die Haldenlagerung erklären lassen. Die zweite analysierte Schlackengruppe sind die Gießpfannenschlacken, welche flüssig aus dem Pfannenofen geschöpft wurden. Die 45 Proben konnten 12 Stahl-Werksmarken zugeordnet werden. Die Zusammensetzung der Schlackenanteile der Proben lag innerhalb des 4-Stoffsystems Al2O3-SiO2-MgO-CaO. Anhand der Analysen lassen sich die Schlacken in drei Gruppen unterschiedlicher Phasenvergesellschaftung einteilen. Gruppe 1: C2S-C3A-M-Pleochroit, Gruppe 2: C2S-C3MS2-M-Melilith, Gruppe 3: CMS-C3MS2-M-Melilith, Die chemische Zusammensetzung des Melilith variiert und liegt entweder näher beim der chemischen Zusammensetzung des Akermanit oder des Gehlenit.

AB - Das durch die zunehmende Ressourcenverknappung und die damit einhergehende Verteuerung der Rohstoffe wird Recycling immer wichtiger. In den früher kaum als Rohstoff beachteten Schlacken der Stahl- und Hüttenwerke, aber auch anderer Industriezweige steckt großes Potential als zukünftige Rohstoffquelle. Ziel dieser Arbeit ist die chemische und mineralogische Charakterisierung von unterschiedlichen Schlacken der Voestalpine Stahl Donawitz. Die erhaltenen Daten sollen anschließend als Grundlage für nachfolgende Arbeiten zur Beurteilung der Recyclingfähigkeit des Schlackenmateriales herangezogen werden. Die Untersuchungen beschränkten sich auf die Schlackenfraktionen der Roheisenentschwefelung (REE), der Sekundärmetallurgie (CC) und der Recyclingfraktion (B-Fe). Das Hauptaugenmerk der Untersuchungen wurde auf den größten Teilstrom der CC-Fraktion, die Gießpfannenschlacken gelegt. Für die Untersuchung und Charakterisierung der Schlacken wurden Haldenproben gezogen, sowie 45 Proben direkt aus dem Pfannenofen geschöpft. Die Schlacken wurden anschließend mittels Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA), Pulverröntgendiffraktometrie (RDA) als auch auflicht- und rasterelektronenmikroskopisch analysiert. Die Auswertung der RDA-Spektren erfolgte sowohl qualitativ als auch quantitativ mittels Rietveldanalyse. Als erste Gruppe wurden Haldenschlackenproben der Fraktionen REE, CC und B-Fe untersucht. Es konnte auf keine Phasenvergesellschaftungssysteme geschlossen werden, da die Proben eine sehr große chemische Zusammensetzungsbandbreite haben. Die einzelnen Proben enthalten bis zu zehn unterschiedliche Phasen. Untypisch für Schlacken ist das vorhanden sein von Hydratphasen, welche sich aber durch die Haldenlagerung erklären lassen. Die zweite analysierte Schlackengruppe sind die Gießpfannenschlacken, welche flüssig aus dem Pfannenofen geschöpft wurden. Die 45 Proben konnten 12 Stahl-Werksmarken zugeordnet werden. Die Zusammensetzung der Schlackenanteile der Proben lag innerhalb des 4-Stoffsystems Al2O3-SiO2-MgO-CaO. Anhand der Analysen lassen sich die Schlacken in drei Gruppen unterschiedlicher Phasenvergesellschaftung einteilen. Gruppe 1: C2S-C3A-M-Pleochroit, Gruppe 2: C2S-C3MS2-M-Melilith, Gruppe 3: CMS-C3MS2-M-Melilith, Die chemische Zusammensetzung des Melilith variiert und liegt entweder näher beim der chemischen Zusammensetzung des Akermanit oder des Gehlenit.

KW - Pfannenschlacken

KW - Mineralogie

KW - Röntgendiffraktometrie

KW - RDA

KW - ladle slag

KW - mineralogy

KW - X-ray diffraction

KW - XRD

M3 - Masterarbeit

ER -