TY - THES

T1 - Evaluierung unterschiedlicher Recyclingansätze für gebrauchte Feuerfeststeine aus der sekundären Kupferindustrie

AU - Premm, Wolfgang

N1 - gesperrt bis 24-05-2029

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - In der heutzutage üblichen pyrometallurgischen Prozessroute erfolgt die Gewinnung von Kupferstein in einem sogenannten Schwebeschmelzofen, welcher im darauffolgenden Schritt im Konverter zu Blisterkupfer verblasen und anschließend einer Feuerraffination im Drehtrommelofen oder Herdflammofen unterzogen wird. Bei Sekundärrohstoffen ist der Ablauf des Gewinnungsprozess ähnlich, mit dem grundlegenden Unterschied, dass statt eines Schwebeschmelzofens, unter reduzierenden Bedingungen betriebene Aggregate Einsatz finden. Für diese Hochtemperaturprozesse sind Feuerfestmaterialien unverzichtbar. In der Kupferindustrie finden hauptsächlich Magnesia-Chrom sowie Alumina-Chrom-Feuerfestmaterialien Anwendung. Während den ablaufenden Prozessen kommt es zu Intrusionen von der Schmelze in das Material sowie zu chemischen Reaktionen, wodurch die Zusammensetzung der Feuerfestprodukte verändert wird. Eine Rückgewinnung der feuerfesten Einsatzstoffe und der Wertmetalle ist über mechanische Aufbereitungsverfahren, Flotation, Verflüchtigung von Verunreinigungen sowie auch Laugungsverfahren möglich. Aufgrund der komplexen Zusammensetzung der Reststoffe sowie der geringen Qualität der Produkte kommen diese jedoch kaum zum Einsatz, weshalb sie zurzeit hauptsächlich auf Deponien landen. Bei den untersuchten Feuerfestausbrüchen handelt es sich um Magnesia-Chrom-Steine aus einem Schachtofen sowie Alumina-Chrom-Steine aus einem Konverter und einem Flammofen der sekundären Kupferindustrie. Nach einer umfassenden Charakterisierung wurden unterschiedliche Ansätze zur Rückgewinnung der Fraktionen Feuerfestmaterial und Wertmetall evaluiert. Dazu zählen Grobzerkleinerung mit anschließender Siebanalyse, die Bestimmung der magnetischen Eigenschaften sowie Laugungsversuche. Nach den Ergebnissen der Charakterisierung kommt es bei allen Proben an der Ofeninnenseite zu den größten Veränderungen im Material. Hier treten die höchsten Gehalte an Kupfer sowie an anderen intrudierten Metallen auf. Diese nehmen bis zur Kaltseite hin ab, wo keine merklichen Veränderungen im Stein erkennbar sind. Kupfer ist in den Materialien zum Großteil in oxidischer Form enthalten, aber es reagiert auch mit dem Feuerfestmaterial und bildet mit diesem verschiedene Mischverbindungen. Laut Siebanalyse würde sich ein grober Siebschnitt nach dem Brechen zur Abtrennung etwaiger anhaftender Metallstücke lohnen. Ebenso ist nach den Ergebnissen der Suszeptibilitätsanalyse die Abtrennung einer ferromagnetischen Fraktion möglich. Die Extraktionsraten für Kupfer sind bei den Laugungsversuchen bei Temperaturen von 90 °C, einem pH-Wert von 0,3, einer Laugungsdauer von 120 Minuten sowie einem Solid zu LiquidVerhältnis von 1:15 am höchsten. Um die hydrometallurgische Rückgewinnung zu optimieren, werden Verbesserungsvorschläge für den Aufbau sowie Ideen für weiterführende Untersuchungen diskutiert.

AB - In der heutzutage üblichen pyrometallurgischen Prozessroute erfolgt die Gewinnung von Kupferstein in einem sogenannten Schwebeschmelzofen, welcher im darauffolgenden Schritt im Konverter zu Blisterkupfer verblasen und anschließend einer Feuerraffination im Drehtrommelofen oder Herdflammofen unterzogen wird. Bei Sekundärrohstoffen ist der Ablauf des Gewinnungsprozess ähnlich, mit dem grundlegenden Unterschied, dass statt eines Schwebeschmelzofens, unter reduzierenden Bedingungen betriebene Aggregate Einsatz finden. Für diese Hochtemperaturprozesse sind Feuerfestmaterialien unverzichtbar. In der Kupferindustrie finden hauptsächlich Magnesia-Chrom sowie Alumina-Chrom-Feuerfestmaterialien Anwendung. Während den ablaufenden Prozessen kommt es zu Intrusionen von der Schmelze in das Material sowie zu chemischen Reaktionen, wodurch die Zusammensetzung der Feuerfestprodukte verändert wird. Eine Rückgewinnung der feuerfesten Einsatzstoffe und der Wertmetalle ist über mechanische Aufbereitungsverfahren, Flotation, Verflüchtigung von Verunreinigungen sowie auch Laugungsverfahren möglich. Aufgrund der komplexen Zusammensetzung der Reststoffe sowie der geringen Qualität der Produkte kommen diese jedoch kaum zum Einsatz, weshalb sie zurzeit hauptsächlich auf Deponien landen. Bei den untersuchten Feuerfestausbrüchen handelt es sich um Magnesia-Chrom-Steine aus einem Schachtofen sowie Alumina-Chrom-Steine aus einem Konverter und einem Flammofen der sekundären Kupferindustrie. Nach einer umfassenden Charakterisierung wurden unterschiedliche Ansätze zur Rückgewinnung der Fraktionen Feuerfestmaterial und Wertmetall evaluiert. Dazu zählen Grobzerkleinerung mit anschließender Siebanalyse, die Bestimmung der magnetischen Eigenschaften sowie Laugungsversuche. Nach den Ergebnissen der Charakterisierung kommt es bei allen Proben an der Ofeninnenseite zu den größten Veränderungen im Material. Hier treten die höchsten Gehalte an Kupfer sowie an anderen intrudierten Metallen auf. Diese nehmen bis zur Kaltseite hin ab, wo keine merklichen Veränderungen im Stein erkennbar sind. Kupfer ist in den Materialien zum Großteil in oxidischer Form enthalten, aber es reagiert auch mit dem Feuerfestmaterial und bildet mit diesem verschiedene Mischverbindungen. Laut Siebanalyse würde sich ein grober Siebschnitt nach dem Brechen zur Abtrennung etwaiger anhaftender Metallstücke lohnen. Ebenso ist nach den Ergebnissen der Suszeptibilitätsanalyse die Abtrennung einer ferromagnetischen Fraktion möglich. Die Extraktionsraten für Kupfer sind bei den Laugungsversuchen bei Temperaturen von 90 °C, einem pH-Wert von 0,3, einer Laugungsdauer von 120 Minuten sowie einem Solid zu LiquidVerhältnis von 1:15 am höchsten. Um die hydrometallurgische Rückgewinnung zu optimieren, werden Verbesserungsvorschläge für den Aufbau sowie Ideen für weiterführende Untersuchungen diskutiert.

KW - Recyclierbarkeit

KW - Feuerfestausbrüche

KW - sekundäre Kupferindustrie

KW - Recyclability

KW - Refractory

KW - Secondary copper industry

M3 - Masterarbeit

ER -