Metallurgical Process Development for the Treatment of a Copper-Iron-Molybdenum Alloy

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Eisensilikatschlacke stellt ein wichtiges Nebenprodukt bei der Produktion von Primärkupfer dar. Das Material kann nach einem Reinigungsschritt, welcher üblicherweise in einem Elektroofen stattfindet, in der Bauindustrie oder anderen industriellen Sektoren eingesetzt werden. Strengere ökologische und rechtliche Verordnungen zielen jedoch auf eine Minimierung der verbleibenden Verunreinigungen ab, weshalb die anfallende Schlacke weiter gereinigt werden muss. Eine zweite Behandlung im Elektroofen mit gesteigertem Reduktionspotenzial führt zu einer Kupfer-Eisen-Molybdän-Legierung, welche auf Grund des erhöhten Refraktärmetallanteils nicht in die primäre Kupferproduktion rückgeführt werden kann. Aus diesem Grund muss eine geeignete Möglichkeit gefunden werden, um das verunreinigte Kupfer vom hochschmelzenden Molybdän zu trennen. Nach einer detaillierten Charakterisierung der neu anfallenden Cu-Fe-Mo-Legierung werden unterschiedliche Verarbeitungskonzepte präsentiert. Während hydrometallurgische Methoden in geringen energetischen Anforderungen resultieren, zielen pyrometallurgische Konzepte auf eine Trennung der Phasen in schmelzflüssigem Zustand ab. Da sämtliche Verfahren aus der Literatur keine zufriedenstellende Lösung liefern, muss ein neues Konzept entwickelt werden. Für die Aufarbeitung der Legierung qualifizieren sich sowohl eine hydro- als auch eine pyrometallurgische Methode. Der anfängliche Fokus liegt auf thermodynamischen Berechnungen, während Versuche im Labormaßstab auf eine kinetische Verifizierung abzielen. Da bei der primären Kupferproduktion eine große Menge an Schwefelsäure anfällt, liefert die selektive Laugung von metallischem Eisen und Molybdän einen vielversprechenden Ansatz. Molybdän zeigt jedoch keine bevorzugte Tendenz zur Lösung in der vorherrschenden Atmosphäre, weshalb die pyrometallurgische Methode ins Zentrum der Betrachtungen rückt. Thermodynamische Berechnungen von Stabilitätsdiagrammen zeigen, dass die selektive Oxidation von Eisen und Molybdän in einer CO/CO2-Atmosphäre möglich ist, während Kupfer und alle relevanten Verunreinigungen ihren metallischen Charakter behalten. Differenzialthermoanalytische Versuche im Labormaßstab bestätigen diese Beobachtung, weshalb die weitere technische Durchführbarkeit im Pilotmaßstab untersucht wird. Die vorliegende Arbeit präsentiert einen Leitfaden für die gezielte Aufarbeitung einer Kupfer-Eisen-Molybdän-Legierung. Bei Durchführung der empfohlenen Verfahrensschritte entstehen zwei werthaltige Produkte. Die metallische Kupferphase lässt sich in den primären Produktionsprozess rückführen, wohingegen sich die entstehende Ferromolybdänschlacke für einen Einsatz in der Eisen- und Stahlmetallurgie qualifizieren könnte. Während die technologische Durchführbarkeit der selektiven Oxidation bewiesen wird, liegt ein besonderer Fokus auf der Implementierung im industriellen Maßstab.

Details

Titel in ÜbersetzungMetallurgische Prozessentwicklung zur Aufarbeitung einer Kupfer-Eisen-Molybdän-Legierung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2017