Evaluation of the mechanisms of CO2-optimised chlorination reactions during the multi-metal recovery from precipitation residues of the zinc industry

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

In der Zinkindustrie fallen jährlich Millionen von Tonnen an Eisenfällungsrückständen, vorwiegend Jarosit, an. Ungeachtet damit einhergehender ökologischer Aspekte und der potenziell möglichen Nutzung als Sekundärrohstoff, wird das Material fortwährend deponiert. Im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte wird an der Montanuniversität Leoben ein innovativer Ansatz für eine wirtschaftlich realisierbare und CO2-optimierte Multi-Metall- Rückgewinnung aus den Fällungsrückständen Jarosit und Goethit mittels selektiver Chlorierungsextraktionen verfolgt. In der vorliegenden Arbeit wurden die zugrundeliegenden Reaktionsmechanismen des Verfahrenskonzeptes eingehend evaluiert. Dies erfolgte durch die Entwicklung eines umfassenden Simulationsalgorithmus in der Programmiersprache Python. Gestützt durch die Berechnungssoftware FactSage Equilib, ermöglicht dieser ein tiefgehendes Verständnis der thermochemischen Aspekte von Chlorierungsreaktionen. Der Algorithmus bietet nicht nur die simultane Iteration relevanter Reaktionsparameter wie Temperatur, Druck oder Stöchiometrie, sondern bewerkstelligt auch eine limitationsfreie Wahl der in FactSage verfügbaren Reaktanten. Weiters sind Aussagen über die Einflüsse von verschiedenen Chlorierungsagenten, Atmosphären und Nebenbestandteilen möglich. Basierend auf den Ergebnissen von zehntausenden verschiedenen simulierten Szenarien wurde festgestellt, dass die kohlenstofffreie Extraktion der Wertmetalle Indium, Silber, Zink und Blei aus einem kalzinierten Jarositmaterial über die Gasphase bereits bei moderaten Temperaturen und geringer Chlorzugabe möglich ist, während Eisen im festen Rückstand verbleibt. Da reale Prozesse von weiteren Faktoren beeinflusst werden, die sich nicht ohne weiteres auf Basis der Thermodynamik simulieren lassen, wurde eine kinetische Studie von vier kleinmaßstäblichen Chlorierungskampagnen durchgeführt, um Reaktionsmechanismen näher zu identifizieren. Die Realisierung einer automatisierten Auswertung eines Satzes von DSC-Messungen bei unterschiedlichen Heizraten erfolgte durch die Entwicklung eines weiteren Python-Algorithmus. Dieser ermöglichte die Bestimmung der Abfolge von chemischen Schritten der Chlorierung von Ag2O, In2O3 und ZnO mit AlCl3.6H2O, MgCl2.6H2O bzw. FeCl3.6H2O und die Berechnung der Aktivierungsenergien relevanter Reaktionen gemäß der Kissinger-Methode. Die Flexibilität der entwickelten algorithmischen Auswertemethode birgt das Potential für die automatisierte Untersuchung der Reaktionskinetik in weiteren relevanten Forschungsfeldern.

Details

Titel in ÜbersetzungEvaluierung der Mechanismen von CO2-optimierten Chlorierungsreaktionen bei der Multimetallrückgewinnung aus Fällungsrückständen der Zinkindustrie
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2021