TY - THES

T1 - Reaktionsmechanismen bei der simultanen Reduktion von FeO und ZnO

AU - Thiele, Kathrin

N1 - gesperrt bis null

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Mit dem zunehmenden Umweltbewusstsein innerhalb der Bevölkerung steigt die damit verbundene Forderung nach einer nachhaltigen Produktion in nahezu allen Bereichen. Daher sieht sich die Metallurgie verstärkt mit Forschungsarbeiten, die auf die Wiederverwertung anfallender Reststoffe abzielen, konfrontiert. Ein davon betroffener Bereich stellt die blei- und zinkproduzierende Industrie dar, deren Schlacken neben toxischen Stoffen auch hohe FeO-Gehalte aufweisen und nach wie vor deponiert werden. Die Wiedergewinnung von Zink, Blei und Eisen aus diesen Schlacken kann durch eine simultane Reduktion über einen reduzierenden Metallbadprozess erfolgen. Zur Abschätzung der erforderlichen Reduktionsdauer bei vorgegebenen Bedingungen dient ein zuvor erstelltes kinetisches Modell, das die simultane Reduktion von Zinkoxid (ZnO) und Eisenoxid (FeO) berücksichtigt. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Erstellung eines allgemein gültigen kinetischen Modells sowie der Übereinstimmung experimentell bestimmter Datenpunkte mit den vom Modell berechneten Werten. Des Weiteren werden die Auswirkungen des FeO-Gehalts und der Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit untersucht. Dazu fanden Versuche mit einer synthetischen Schlacke (Basizität B2 = 1) für drei verschiedene FeO-Anfangsgehalte (0, 5 und 10 Massen-%) bei 1400–1475 °C statt. Zudem folgt eine Validierung, ob das erstellte Modell selbst bei industriellen Schlacken mit FeO-Gehalten über 30 Massen-% die Konzentrationsverläufe ausreichend genau prognostiziert. Wie aus den Ergebnissen hervorgeht, steigt die Reaktionsgeschwindigkeit nicht nur mit zunehmender Temperatur, sondern auch mit einer höheren FeO-Ausgangskonzentration in der Schlacke an. In diesem Temperaturbereich wirkt das ausreduzierte Eisen als Reduktionsmittel für ZnO und fördert damit die metallothermische Reaktion. Dadurch kommt es vermehrt zur Verschlackung von Eisen, was sich in der anfänglichen Konzentrationszunahme von FeO widerspiegelt.

AB - Mit dem zunehmenden Umweltbewusstsein innerhalb der Bevölkerung steigt die damit verbundene Forderung nach einer nachhaltigen Produktion in nahezu allen Bereichen. Daher sieht sich die Metallurgie verstärkt mit Forschungsarbeiten, die auf die Wiederverwertung anfallender Reststoffe abzielen, konfrontiert. Ein davon betroffener Bereich stellt die blei- und zinkproduzierende Industrie dar, deren Schlacken neben toxischen Stoffen auch hohe FeO-Gehalte aufweisen und nach wie vor deponiert werden. Die Wiedergewinnung von Zink, Blei und Eisen aus diesen Schlacken kann durch eine simultane Reduktion über einen reduzierenden Metallbadprozess erfolgen. Zur Abschätzung der erforderlichen Reduktionsdauer bei vorgegebenen Bedingungen dient ein zuvor erstelltes kinetisches Modell, das die simultane Reduktion von Zinkoxid (ZnO) und Eisenoxid (FeO) berücksichtigt. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Erstellung eines allgemein gültigen kinetischen Modells sowie der Übereinstimmung experimentell bestimmter Datenpunkte mit den vom Modell berechneten Werten. Des Weiteren werden die Auswirkungen des FeO-Gehalts und der Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit untersucht. Dazu fanden Versuche mit einer synthetischen Schlacke (Basizität B2 = 1) für drei verschiedene FeO-Anfangsgehalte (0, 5 und 10 Massen-%) bei 1400–1475 °C statt. Zudem folgt eine Validierung, ob das erstellte Modell selbst bei industriellen Schlacken mit FeO-Gehalten über 30 Massen-% die Konzentrationsverläufe ausreichend genau prognostiziert. Wie aus den Ergebnissen hervorgeht, steigt die Reaktionsgeschwindigkeit nicht nur mit zunehmender Temperatur, sondern auch mit einer höheren FeO-Ausgangskonzentration in der Schlacke an. In diesem Temperaturbereich wirkt das ausreduzierte Eisen als Reduktionsmittel für ZnO und fördert damit die metallothermische Reaktion. Dadurch kommt es vermehrt zur Verschlackung von Eisen, was sich in der anfänglichen Konzentrationszunahme von FeO widerspiegelt.

KW - Kinetik

KW - Reduktion

KW - Fuming-Prozess

KW - Metallbadprozess

KW - Fitting-Algorithmus

KW - Kinetic

KW - Reaction mechanism

KW - Fuming-Process

KW - Metal bath process

KW - Fitting-Algorithm

M3 - Masterarbeit

ER -