TY - THES

T1 - Untersuchung verschiedener Flotationsabgänge in Hinblick auf die Verwendung als Rohstoff für alkali-aktivierte Bindemittel

AU - Simon, Oliver

N1 - nicht gesperrt

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Die bei flotativer Trennung anfallenden Abfallstoffe sind zum einen wegen potentiell gefährlicher Inhaltstoffe wie z.B. Sulfiden und zum anderen wegen ihrer großen Menge für Umwelt und Prozessbetreiber problematisch. Eine Deponierung dieser Abfälle innerhalb von Rückhaltestrukturen, sowie die Gefahr der Entstehung saurer Bergwässer machen ein komplexes Abfallstoffmanagement notwendig. Die Möglichkeit diese Stoffe, bestenfalls gewinnbringend, verwerten zu können bleibt weitgehend ungenützt. Diese Arbeit untersucht alternative Verwertungsmöglichkeiten von Flotationsrückständen aus der Eisen- und Kupferverarbeitung durch Methoden der Alkali-Aktivierung. Für eine Verwendung von Flotationsabgängen als Rohstoff für alkali-aktivierte Bindemittel spielt das Lösungsverhalten, insbesondere von Aluminium, Silizium und Calcium, eine essentielle Rolle. Für drei Flotationsabgänge und Metakaolin wurde das Lösungsverhalten in 5 und 10 N Natronlauge in Abhängigkeit der Versuchsdauer von 4 bis 72 Stunden bei 40°C untersucht. Die Löslichkeit von Metakaolin in 10 N Natronlauge nach 24 Stunden stimmt mit den Ergebnissen von Panagiotopoulou [1] überein. Über 75 % der enthaltenen Aluminium- und Siliziumoxide wurden gelöst. Der Anstieg der gelösten Mengen dieser Oxide bei höherer Laugenkonzentration (von 5 auf 10 N) konnte ebenso bestätigt werden. Die Flotationsabgänge zeigten vergleichsweise niedrige Löslichkeit. Nach 24 Stunden in 10 N Natronlauge waren sowohl aus dem Flotationsabgang des Kupfer-Nickelerzbergbau als auch aus dem Kupfer-Zinkerzbergbau weniger als 5 % der untersuchten Oxide Al2O3, SiO2 und CaO in Lösung. Aus Flotationsrückstanden des Eisenerzbergbaus ließ sich, verglichen mit den anderen untersuchten Flotationsabgängen, der größte Anteil an Oxiden lösen: über 20 % Al2O3 und jeweils über 10 % SiO2 und CaO in 10 N Natronlauge. Die errechneten Si:Al Molverhältnisse der Flotationsrückstände variierten zwischen 1,7 und 8,0. Flotationsabgänge des Eisenerzbergbaus und des Kupfer-Zinkerzbergbaus wurden als Rohstoffe für alkali-aktivierte Bindemittel verwendet. Das Probematerial wurde mit unterschiedlichen Aktivierungslösungen, bestehend aus Natronlauge, Wasserglas und deionisiertem Wasser, gemischt. Aus diesem Gemenge wurden zylindrische Probenkörper hergestellt. Der Bestimmung der Kaltdruckfestigkeit ging eine Wärmebehandlung bei 60 °C voraus. Mit den Flotationsabgängen aus dem Kupfer-Zinkerzbergbau konnte eine Festigkeit von 3,5 MPa nach 7 Tagen erreicht werden. Flotationsabgängen des Eisenerzbergbaus erreichten durch Zugabe von Aktivierungslösung nur geringe Festigkeit (< 2 MPa). Die Zugabe von Quarzsand erhöhte die Festigkeit nicht. Durch Zugabe von 10 % Metakaolin wurde eine Festigkeit von 48 MPa nach 28 Tagen erreicht. Ursprung dieser Festigkeiten kann sowohl in Wasserglasbindung durch das zugesetzte Wasserglas als auch in der Ausbildung von CSH-Phasen liegen. Die Art der Bindung wurde nicht untersucht. Die erreichten Festigkeiten beider Materialien würde eine Verwertung als Pumpversatz für das Verfüllen von Hohlräumen im Untertagebergbau zulassen. Um den tatsächlichen Einsatz für eine derartige Anwendung zu bestätigen sind jedoch weiterführende Versuche unter einsatznäheren Temperaturbedingungen sowie die Bestimmung weiterer Parameter wie z.B.: der Wasserbeständigkeit, Dauerhaftigkeit und Auslaugbarkeit notwendig.

AB - Die bei flotativer Trennung anfallenden Abfallstoffe sind zum einen wegen potentiell gefährlicher Inhaltstoffe wie z.B. Sulfiden und zum anderen wegen ihrer großen Menge für Umwelt und Prozessbetreiber problematisch. Eine Deponierung dieser Abfälle innerhalb von Rückhaltestrukturen, sowie die Gefahr der Entstehung saurer Bergwässer machen ein komplexes Abfallstoffmanagement notwendig. Die Möglichkeit diese Stoffe, bestenfalls gewinnbringend, verwerten zu können bleibt weitgehend ungenützt. Diese Arbeit untersucht alternative Verwertungsmöglichkeiten von Flotationsrückständen aus der Eisen- und Kupferverarbeitung durch Methoden der Alkali-Aktivierung. Für eine Verwendung von Flotationsabgängen als Rohstoff für alkali-aktivierte Bindemittel spielt das Lösungsverhalten, insbesondere von Aluminium, Silizium und Calcium, eine essentielle Rolle. Für drei Flotationsabgänge und Metakaolin wurde das Lösungsverhalten in 5 und 10 N Natronlauge in Abhängigkeit der Versuchsdauer von 4 bis 72 Stunden bei 40°C untersucht. Die Löslichkeit von Metakaolin in 10 N Natronlauge nach 24 Stunden stimmt mit den Ergebnissen von Panagiotopoulou [1] überein. Über 75 % der enthaltenen Aluminium- und Siliziumoxide wurden gelöst. Der Anstieg der gelösten Mengen dieser Oxide bei höherer Laugenkonzentration (von 5 auf 10 N) konnte ebenso bestätigt werden. Die Flotationsabgänge zeigten vergleichsweise niedrige Löslichkeit. Nach 24 Stunden in 10 N Natronlauge waren sowohl aus dem Flotationsabgang des Kupfer-Nickelerzbergbau als auch aus dem Kupfer-Zinkerzbergbau weniger als 5 % der untersuchten Oxide Al2O3, SiO2 und CaO in Lösung. Aus Flotationsrückstanden des Eisenerzbergbaus ließ sich, verglichen mit den anderen untersuchten Flotationsabgängen, der größte Anteil an Oxiden lösen: über 20 % Al2O3 und jeweils über 10 % SiO2 und CaO in 10 N Natronlauge. Die errechneten Si:Al Molverhältnisse der Flotationsrückstände variierten zwischen 1,7 und 8,0. Flotationsabgänge des Eisenerzbergbaus und des Kupfer-Zinkerzbergbaus wurden als Rohstoffe für alkali-aktivierte Bindemittel verwendet. Das Probematerial wurde mit unterschiedlichen Aktivierungslösungen, bestehend aus Natronlauge, Wasserglas und deionisiertem Wasser, gemischt. Aus diesem Gemenge wurden zylindrische Probenkörper hergestellt. Der Bestimmung der Kaltdruckfestigkeit ging eine Wärmebehandlung bei 60 °C voraus. Mit den Flotationsabgängen aus dem Kupfer-Zinkerzbergbau konnte eine Festigkeit von 3,5 MPa nach 7 Tagen erreicht werden. Flotationsabgängen des Eisenerzbergbaus erreichten durch Zugabe von Aktivierungslösung nur geringe Festigkeit (< 2 MPa). Die Zugabe von Quarzsand erhöhte die Festigkeit nicht. Durch Zugabe von 10 % Metakaolin wurde eine Festigkeit von 48 MPa nach 28 Tagen erreicht. Ursprung dieser Festigkeiten kann sowohl in Wasserglasbindung durch das zugesetzte Wasserglas als auch in der Ausbildung von CSH-Phasen liegen. Die Art der Bindung wurde nicht untersucht. Die erreichten Festigkeiten beider Materialien würde eine Verwertung als Pumpversatz für das Verfüllen von Hohlräumen im Untertagebergbau zulassen. Um den tatsächlichen Einsatz für eine derartige Anwendung zu bestätigen sind jedoch weiterführende Versuche unter einsatznäheren Temperaturbedingungen sowie die Bestimmung weiterer Parameter wie z.B.: der Wasserbeständigkeit, Dauerhaftigkeit und Auslaugbarkeit notwendig.

KW - Geopolymere

KW - Bindemittel

KW - alkali aktiviert

KW - AAM

KW - Flotationsabgänge

KW - Löslichkeit

KW - Metakaolin

KW - Bergbau

KW - Flotationsberge

KW - Geopolymer

KW - binders

KW - alcali activated

KW - AAM

KW - flotation

KW - tailings

KW - dissolution

KW - metakaolin

KW - mining

M3 - Masterarbeit

ER -