TY - THES

T1 - Untersuchung des Schmelzverhaltens von Schlacken beim pyrometallurgischen Tantalrecycling unter Berücksichtigung von Additiven

AU - Lasch, Tatjana

N1 - gesperrt bis 02-09-2024

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Tantal hat sich in den letzten Jahren zu einem bedeutenden Metall in verschiedenen industriellen Bereichen entwickelt. Das Refraktärmetall findet seine Hauptanwendungen in der Elektronik und Halbleitertechnik, kommt jedoch unter anderem auch in Kondensatoren und als Legierungselement vor. Der Abbau des Tantal-Erzes (Coltan) erfolgt überwiegend in Zentralafrika. Die Gewinnung dieser primären Ressource aus den konfliktbehafteten Ländern ist nicht vertretbar und daher zu unterbinden. Daher etablierten sich Zertifizierungssysteme, welche eine konfliktfreie Lieferkette sicherstellen. Aus Gründen einer garantierten Rohstoffversorgung und einer Minderung der Preisschwankungen ist eine alternative Versorgungsroute des Tantalmetalls vonnöten. In diesem Zusammenhang bietet das Recycling eine sekundäre Quelle dieses Refraktärmetalls. Diese Route birgt jedoch Herausforderungen, sei es in wirtschaftlicher als auch technologischer Hinsicht. In Laufenburg (Deutschland) gelingt es der Firma H.C. Starck einen Verfahrensprozess zu führen, der ein synthetisches Konzentrat (SynCon) herstellt, welches als sekundäre Tantalquelle dient. Im Rahmen dieser Masterarbeit ist es daher das Ziel, den SynCon-Herstellungsprozess durch eine Verbesserung der Schlacke-Metall-Trennung zu optimieren. Die Gewinnung des synthetischen Konzentrats erfolgt über den Einsatz von Zinnschlacken, Schlämmen und pulverförmigen Produktionsabfällen. Aus denen geht schlussendlich in drei thermischen Verfahrensschritten das SynCon hervor. Um die Ausbeute des Tantals zu erhöhen und die Energieeinsparung des Prozesses zu maximieren, wird das Schmelzverhalten von Schlacken unter Berücksichtigung verschiedener Additive untersucht. Zuerst ist eine Betrachtung des Einflusses der Zuschlagsstoffe anhand einer synthetisch hergestellten Schlacke sinnvoll, um diese später mit einer prozessnahen Schlacke zu vergleichen. Mit den in den Versuchen eingesetzten Additiven (CaF2, Na2O, K2O und LiO2) soll das Schmelzverhalten der Schlacke hinsichtlich Fließtemperatur verbessert werden. Die Untersuchung der Proben findet mittels Erhitzungsmikroskop und Schmelzversuchen statt. Die Ergebnisse dieser Experimente zeigen einen deutlichen Einfluss zumindest eines Zuschlagsstoffes. Dieses Additiv (LiO2) findet anschließend in den Schmelzversuchen Verwendung. In diesen Untersuchungen erfolgt der Vergleich dreier Schmelzen im Bezug auf das Absetzverhalten des Metalls. Zwei synthetisch hergestellte (eine mit Additiv) und eine aus einer speziellen Einsatzmischung bestehend. Es geht hervor, dass sich das Metall in jener Schmelze, welche Lithiumoxid enthält, am besten absetzt.

AB - Tantal hat sich in den letzten Jahren zu einem bedeutenden Metall in verschiedenen industriellen Bereichen entwickelt. Das Refraktärmetall findet seine Hauptanwendungen in der Elektronik und Halbleitertechnik, kommt jedoch unter anderem auch in Kondensatoren und als Legierungselement vor. Der Abbau des Tantal-Erzes (Coltan) erfolgt überwiegend in Zentralafrika. Die Gewinnung dieser primären Ressource aus den konfliktbehafteten Ländern ist nicht vertretbar und daher zu unterbinden. Daher etablierten sich Zertifizierungssysteme, welche eine konfliktfreie Lieferkette sicherstellen. Aus Gründen einer garantierten Rohstoffversorgung und einer Minderung der Preisschwankungen ist eine alternative Versorgungsroute des Tantalmetalls vonnöten. In diesem Zusammenhang bietet das Recycling eine sekundäre Quelle dieses Refraktärmetalls. Diese Route birgt jedoch Herausforderungen, sei es in wirtschaftlicher als auch technologischer Hinsicht. In Laufenburg (Deutschland) gelingt es der Firma H.C. Starck einen Verfahrensprozess zu führen, der ein synthetisches Konzentrat (SynCon) herstellt, welches als sekundäre Tantalquelle dient. Im Rahmen dieser Masterarbeit ist es daher das Ziel, den SynCon-Herstellungsprozess durch eine Verbesserung der Schlacke-Metall-Trennung zu optimieren. Die Gewinnung des synthetischen Konzentrats erfolgt über den Einsatz von Zinnschlacken, Schlämmen und pulverförmigen Produktionsabfällen. Aus denen geht schlussendlich in drei thermischen Verfahrensschritten das SynCon hervor. Um die Ausbeute des Tantals zu erhöhen und die Energieeinsparung des Prozesses zu maximieren, wird das Schmelzverhalten von Schlacken unter Berücksichtigung verschiedener Additive untersucht. Zuerst ist eine Betrachtung des Einflusses der Zuschlagsstoffe anhand einer synthetisch hergestellten Schlacke sinnvoll, um diese später mit einer prozessnahen Schlacke zu vergleichen. Mit den in den Versuchen eingesetzten Additiven (CaF2, Na2O, K2O und LiO2) soll das Schmelzverhalten der Schlacke hinsichtlich Fließtemperatur verbessert werden. Die Untersuchung der Proben findet mittels Erhitzungsmikroskop und Schmelzversuchen statt. Die Ergebnisse dieser Experimente zeigen einen deutlichen Einfluss zumindest eines Zuschlagsstoffes. Dieses Additiv (LiO2) findet anschließend in den Schmelzversuchen Verwendung. In diesen Untersuchungen erfolgt der Vergleich dreier Schmelzen im Bezug auf das Absetzverhalten des Metalls. Zwei synthetisch hergestellte (eine mit Additiv) und eine aus einer speziellen Einsatzmischung bestehend. Es geht hervor, dass sich das Metall in jener Schmelze, welche Lithiumoxid enthält, am besten absetzt.

KW - Tantal

KW - Recycling

KW - Schlacke

KW - Additiv

KW - Schmelzverhalten

KW - Tantalum

KW - recycling

KW - slag

KW - additiv

KW - smelting process

M3 - Masterarbeit

ER -