Recycling of chromium-containing residues from the stainless steel industry with a focus on the reduction kinetics

Titel in Übersetzung: Recycling von chromhaltigen Wertmetallen aus der Edelstahlindustrie mit besonderer Berücksichtigung der Reaktionskinetik

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Während der Edelstahlherstellung fallen neben dem Hauptprodukt auch sogenannte Nebenprodukte wie Schlacken, Stäube, Zunder und Ähnliches an. Diese Materialien weisen üblicherweise erhöhte Schwermetallkonzentrationen auf, weshalb sie aus heutiger Sicht zumeist einer Deponierung zugeführt werden. Während so einerseits Deponieflächen verbraucht werden, erfordert beispielsweise der Straßenbau den Abbau von natürlichen Rohstoffen, obwohl für denselben Zweck eben solche Reststoffe verwendet werden könnten. Die meisten Edelstahllegierungen beinhalten Chrom, dass aufgrund seines unedlen Charakters in weiterer Folge – in zumeist überwiegend oxidischer Form – auch in allen Nebenprodukten der Edelstahlproduktion zu finden ist. Die österreichische Gesetzgebung hat in der Recycling Baustoffverordnung für Stahlwerksschlacken eine maximale Chromkonzentration von 0,25 % definiert, was auch für Schlacken aus dem Edelstahlbereich als oberstes Limit für eine Verwertung anzusehen ist. Unbehandelt überschreiten die Materialien aus dem Edelstahlbereich diese Konzentration, weshalb vor der Verwertung ein Aufbereitungsschritt erforderlich ist. Aufbereitungskonzepte können grundsätzlich in pyrometallurgische-, hydrometallurgische- und mechanische Verfahren eingeteilt werden. Im Rahmen der Dissertation hat sich die karbothermische Schmelzbehandlung als vielversprechendstes Aufarbeitungsverfahren erwiesen, da hierbei nahezu alle Wertmetalle in Form einer Ferrolegierung rückgewinnbar sind und nur geringe Schwermetallkonzentrationen in der oxidischen Restphase verbleiben. Um hohe Rückgewinnungsraten zu erreichen ist neben einer hohen Temperatur – thermodynamischen Berechnungen zufolge etwa 1.600 °C – auch auf eine hohe Oxidaktivität, niedrige Viskosität sowie eine optimierte Liquidustemperatur zu achten. Um den Temperatureinfluss auf die notwendige Behandlungsdauer zu beschreiben, wurden in einem Induktionsofen kinetische Untersuchungen durchgeführt. Da ursprünglich keine genaue Kontrolle der Prozesstemperatur möglich war, musste neben der Möglichkeit zur kontinuierlichen Temperaturmessung auch eine Temperaturregelung entwickelt werden. Die Auswertung der kinetischen Untersuchungen führte zur Bestimmung eines kinetischen Modells, das die Berechnung der notwendigen Behandlungsdauer bei einer gegebenen Temperatur und Chromoxidkonzentration ermöglicht. Abschließend wurden Versuche in einem eigens konstruierten Lichtbogenofen durchgeführt, um die Ergebnisse aus dem Induktionsofen zu überprüfen. Allerdings erwies sich die Implementierung einer genauen Temperatursteuerung als schwierig. Zwar führten die Versuche im Elektrolichtbogenofen zu ähnlichen Konzentrationsverlaufen für Chromoxid in der Schlacke wie im Induktionsofen, allerdings war ein exakter Vergleich der Reaktionskinetik aufgrund der nicht genau bekannten Temperaturverhältnisse nicht möglich.
Titel in ÜbersetzungRecycling von chromhaltigen Wertmetallen aus der Edelstahlindustrie mit besonderer Berücksichtigung der Reaktionskinetik
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Antrekowitsch, Jürgen, Beurteiler A (intern)
  • Lehner, Markus, Beurteiler B (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2019

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 20-03-2024

Schlagwörter

  • Recycling
  • Rückgewinnung
  • Schlacken
  • Stäube
  • Edelstahlindustrie
  • Kinetik
  • Reduktionskinetik
  • Karbothermisch

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