Chlorination and extraction of valuable metals from iron precipitation residues in the absence of carbon as a reducing agent

Titel in Übersetzung: Chlorierung und Extraktion von Wertmetallen aus Eisenfällungsrückständen ohne Kohlenstoff als Reduktionsmittel

Lukas Höber

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Um das langfristige Fortbestehen der Menschheit im Einklang mit den planetaren Grenzen zu gewährleisten, sind unter anderem Recyclingprozesse notwendig, welche unter geringstmöglichem Ausstoß von Treibhausgasen operieren. Im Zuge dieser Arbeit wurden selektive Chlorierungsreaktionen unter Nutzung von festen Metallchloriden für die Multimetallrückgewinnung aus Fällungsrückständen der Zink- und Nickelindustrie erforscht. Jarosit und Goethit, die beiden wichtigsten Eisenfällprodukte der hydrometallurgischen Zinkproduktion, fallen jährlich im Maßstab von Millionen Tonnen an. Mangels Verarbeitungsmöglichkeiten ist der häufigste Behandlungsweg die Inertisierung und Deponierung. Das neuartige Prozesskonzept basiert auf einer pyrometallurgischen Behandlung von Mischungen aus Reststoffen und Metallchloriden bei Temperaturen bis 1100 °C, ohne Beimischung von Kohlenstoff als Reduktionsmittel. Chlorverbindungen reagieren mit den enthaltenen Wertmetallen, die in Form von Wertmetallchloriden aufgrund geringer Siedetemperaturen verdampfen. Thermodynamische Berechnungen und Kleinversuche führten zur Identifikation von MgCl2∙6H2O, AlCl3∙6H2O und FeCl3∙6H2O als effektive Chlorierungsspezies. Die Verifizierung erfolgte in umfassenden Versuchskampagnen mit industriellem Jarosit und Goethit in unbehandelter sowie auch kalzinierter Form. Speziell mit den Chloriden MgCl2∙6H2O und FeCl3∙6H2O waren hohe Extraktionsraten für die betrachteten Wertmetalle In, Ag, Zn, Pb, Cu, Sn, Au und Bi erzielbar. Aus ökonomischen und ökologischen Gründen kann es sinnvoll sein, das notwendige Chlor über chlorhaltige industrielle Reststoffe bereitzustellen. In diesem Kontext erfolgte die Beschaffung, Charakterisierung und experimentelle Untersuchung der drei Reststoffe Eisenbeizrückstand, Magnesiumsalzschlacke und Aluminiumsalzschlacke. Neben dem Gehalt an elementarem Chlor konnten die Konzentrationen an chloraffinen Elementen wie Na und K als ausschlaggebend für die Eignung von Reststoffen als Chlorierungsmittel identifziert werden. Weitere Evaluierungen des Prozesskonzeptes beruhten auf Versuchskampagnen mit einem unbehandelten sowie einem kalzinierten Eisenfällrückstand der Nickelindustrie. Des Weiteren erfolgten Experimente mit Jarofix – einem Material, welches im Zuge des derzeitig dominierenden Verfahrens für die Verarbeitung von Jarosit mittels Inertisierung anfällt. Für die Verarbeitung der entstehenden Wertmetallchloride ist es im weiteren Verlauf notwendig, die entstehende chloridische Wertmetallfraktion aus dem Abgas zu separieren. Ein konzipierter Prototyp eines Kondensators ermöglicht die Kondensation der verdampften Metallchloride direkt nach Austritt aus dem Reaktionstiegel in einem kalten Inertgasstrom ohne Anhaften auf kühleren Oberflächen. Dieses Konzept bietet Potenzial für die Erforschung von Chlorierungsreaktionen hinsichtlich der tatsächlichen Zusammensetzung und strukturellen Eigenschaften der entstehenden Kondensate.
Titel in ÜbersetzungChlorierung und Extraktion von Wertmetallen aus Eisenfällungsrückständen ohne Kohlenstoff als Reduktionsmittel
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Schenk, Johannes, Mitbetreuer (intern)
  • Steinlechner, Stefan, Betreuer (intern)
  • Antrekowitsch, Jürgen, Beurteiler A (intern)
  • Lehner, Markus, Beurteiler B (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2022

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 05-05-2027

Schlagwörter

  • Eisenfällungsrückstände
  • Multimetallrückgewinnung
  • Chlorierung

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