TY - THES

T1 - Chemisch-mineralogische Beschreibung von Gießpfannenschlacke der voestalpine Stahl Linz GmbH

AU - Feucht, Florian

N1 - gesperrt bis 23-11-2027

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Im Zuge dieser Arbeit werden 5 Gießpfannenschlackenproben, deren Ursprung in der dem Hochofen- und Konverterprozess nachfolgenden Sekundärmetallurgie liegt, einer chemisch-mineralogischen Begutachtung unterzogen. Nachdem es sich bei Gießpfannenschlacke um eine, aufgrund der Modifikationsumwandlung von ß-Dicalciumsilikat zu ¿-Dicalciumsilikat und der damit verbundenen Volumenzunahme, Zerfallsschlacke handelt, war ebenfalls die Auswirkung der Abkühldauer chargenrein verkippter Schlacke auf die Elution umweltrelevanter Elemente sowie der Möglichkeit eines verbesserten Schlackenhandlings von großem Interesse. Im Zuge dieser Konditionierungsversuche kam es zur Beprobung der Schlackentypen ¿Ultra Low Carbon¿ (ULC) und ¿Sauergas¿ (SG), welche flüssig verkippt beziehungsweise zugedeckt und zur langsamen Abkühlung abgestellt wurden. Des Weiteren wurde das Material der Gießpfannenschlacke in 3 Korngrößen mittels Siebanlage aufgetrennt, um die Möglichkeiten einer chemischen oder gar mineralogischen Sortierung mit einfachen industriellen Aufbereitungsschritten zu untersuchen. Durch eine Analyse mittels Röntgendiffraktometrie der Gießpfannenschlackenproben konnten die Phasen Dicalciumsilikat, Hydrogranat, Vertreter der Melilith-Gruppe, Mayenit, Periklas, Tricalciumaluminat und Quarz identifiziert werden. Der Phasenbestand konnte mit den Ergebnissen der Punktanalysen der Elektronenstrahlmikrosonde um Spinell, Wüstit, Brucit, Aluminiumhydroxid, Portlandit, Perowskit sowie um metallische Eisengranalien erweitert werden. Die unterschiedliche chemische Zusammensetzung der Konditionierungsproben hinsichtlich CaO und FeO (+ MnO, Cr2O3) spiegelt sich ebenfalls im Phasenbestand wider. So besteht die FeO-reichere und CaO-ärmere ULC-Schlacke vorwiegend aus Spinell und Wüstit, eingebettet in eine Matrix aus Mayenit und vereinzelt auftretenden Dicalciumsilikat-Körnern. Die CaO-reicher und FeO-ärmere Sauergas-Schlacke hingegen besteht großteils aus Tricalciumaluminat, Mayenit und diskret verteiltem Dicalciumsilikat. Zur Prüfung der Umweltverträglichkeit wurden alle Proben gemäß ÖNORM EN 12457-4:2003-01 in einem Liquid/Solid-Verhältnis von 1/10 mit Reinstwasser angesetzt und in einem Überkopfschüttler 24 h eluiert. Um ein besseres Verständnis über die Kontrollmechanismen der Elution zu erhalten, wurde ein pH Wert abhängiges Eluat angesetzt und dessen Ergebnisse anschließend mithilfe der Software LEACHXS hydrogeochemisch modelliert. Aufgrund der Ergebnisse der Modellierung, der Analyse mittels Elektronenstrahlmikrosonde und der detaillierten Literaturrecherche wurden die Phasen Spinell mit bis zu 52 Gew% und Wüstit mit bis zu 2,6 Gew% Cr2O3, als Hauptträgerphasen für Cr und somit auch als wichtige freisetzungsbestimmenden Phasen identifiziert. Für V konnte Dicalciumsilikat mit bis zu 0,62 Gew% V2O5 als wesentlicher, elutionsbestimmender Faktor benannt werden.

AB - Im Zuge dieser Arbeit werden 5 Gießpfannenschlackenproben, deren Ursprung in der dem Hochofen- und Konverterprozess nachfolgenden Sekundärmetallurgie liegt, einer chemisch-mineralogischen Begutachtung unterzogen. Nachdem es sich bei Gießpfannenschlacke um eine, aufgrund der Modifikationsumwandlung von ß-Dicalciumsilikat zu ¿-Dicalciumsilikat und der damit verbundenen Volumenzunahme, Zerfallsschlacke handelt, war ebenfalls die Auswirkung der Abkühldauer chargenrein verkippter Schlacke auf die Elution umweltrelevanter Elemente sowie der Möglichkeit eines verbesserten Schlackenhandlings von großem Interesse. Im Zuge dieser Konditionierungsversuche kam es zur Beprobung der Schlackentypen ¿Ultra Low Carbon¿ (ULC) und ¿Sauergas¿ (SG), welche flüssig verkippt beziehungsweise zugedeckt und zur langsamen Abkühlung abgestellt wurden. Des Weiteren wurde das Material der Gießpfannenschlacke in 3 Korngrößen mittels Siebanlage aufgetrennt, um die Möglichkeiten einer chemischen oder gar mineralogischen Sortierung mit einfachen industriellen Aufbereitungsschritten zu untersuchen. Durch eine Analyse mittels Röntgendiffraktometrie der Gießpfannenschlackenproben konnten die Phasen Dicalciumsilikat, Hydrogranat, Vertreter der Melilith-Gruppe, Mayenit, Periklas, Tricalciumaluminat und Quarz identifiziert werden. Der Phasenbestand konnte mit den Ergebnissen der Punktanalysen der Elektronenstrahlmikrosonde um Spinell, Wüstit, Brucit, Aluminiumhydroxid, Portlandit, Perowskit sowie um metallische Eisengranalien erweitert werden. Die unterschiedliche chemische Zusammensetzung der Konditionierungsproben hinsichtlich CaO und FeO (+ MnO, Cr2O3) spiegelt sich ebenfalls im Phasenbestand wider. So besteht die FeO-reichere und CaO-ärmere ULC-Schlacke vorwiegend aus Spinell und Wüstit, eingebettet in eine Matrix aus Mayenit und vereinzelt auftretenden Dicalciumsilikat-Körnern. Die CaO-reicher und FeO-ärmere Sauergas-Schlacke hingegen besteht großteils aus Tricalciumaluminat, Mayenit und diskret verteiltem Dicalciumsilikat. Zur Prüfung der Umweltverträglichkeit wurden alle Proben gemäß ÖNORM EN 12457-4:2003-01 in einem Liquid/Solid-Verhältnis von 1/10 mit Reinstwasser angesetzt und in einem Überkopfschüttler 24 h eluiert. Um ein besseres Verständnis über die Kontrollmechanismen der Elution zu erhalten, wurde ein pH Wert abhängiges Eluat angesetzt und dessen Ergebnisse anschließend mithilfe der Software LEACHXS hydrogeochemisch modelliert. Aufgrund der Ergebnisse der Modellierung, der Analyse mittels Elektronenstrahlmikrosonde und der detaillierten Literaturrecherche wurden die Phasen Spinell mit bis zu 52 Gew% und Wüstit mit bis zu 2,6 Gew% Cr2O3, als Hauptträgerphasen für Cr und somit auch als wichtige freisetzungsbestimmenden Phasen identifiziert. Für V konnte Dicalciumsilikat mit bis zu 0,62 Gew% V2O5 als wesentlicher, elutionsbestimmender Faktor benannt werden.

KW - Hochofen- und Konverterprozess

KW - Gießpfannenschlacke

KW - sekundärmetallurgische Schlacke

KW - RFA

KW - XRD

KW - Eluat

KW - morphologische Beschreibung

KW - Konditionierungsversuche

KW - EMPA

KW - hydrogeochemische Modellierung

KW - Blast furnace and basic oxygen furnace process route

KW - ladle slag

KW - secondary metallurgical slag

KW - XRF

KW - XRD

KW - EMPA

KW - leaching tests

KW - hydrogeochemical modelling Conditioning trials

M3 - Masterarbeit

ER -