Mineral phases in untreated and conditioned electric arc furnace slags and their solubility

Titel in Übersetzung: Mineralphasen in unbehandelten und konditionierten Elektroofenschlacken und ihre Löslichkeit

Thomas Sammer

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Stahlwerksschlacken sind unvermeidbare Nebenprodukte bei der Stahlherstellung und werden derzeit teilweise auf Deponien entsorgt. Aufgrund ihrer vorteilhaften mechanischen Eigenschaften haben Stahlwerksschlacken jedoch das Potenzial primäre Baurohstoffe, wie z.B. Schotter oder andere Gesteinskörnungen, zu ersetzen. Ihre Verwendung wäre ein richtiger Schritt in Richtung einer vollständigen Kreislaufwirtschaft. In dieser Arbeit wurde die mineralogische Zusammensetzung sowie die mineralchemische Zusammensetzung von 20 Elektrolichtbogenofenschlacken mittels Auflichtmikroskopie, Röntgendiffraktometrie und Elektronenmikrosondenanalyse untersucht. Zusätzlich wurde der Einfluss der thermischen und chemischen Konditionierung von 4 Proben auf die mineralogische Zusammensetzung sowie das Auslaugverhalten der umweltkritischen Elemente Cr, V, Mo und F untersucht, da eine erhöhte Auslaugung dieser Elemente häufig die Verwendung von Stahlwerksschlacke einschränkt. Zur Charakterisierung des Auslaugverhaltens der Schlackenproben wurden sowohl pH-abhängige Auslaugversuche als auch hydro-geochemische Modellierungen durchgeführt. Die wichtigsten Mineralphasen, die in den Schlackenproben identifiziert wurden, waren die Oxide Wüstit (FeO), Spinell-Mischkristalle ((Fe,Mg,Mn,Ca)(Fe,Mn,Al,Cr)2O4) und Brownmillerit (Ca2(Al,Fe)2O5) sowie die Silikate Gehlenit (Ca2Al(AlSiO7)), Larnit (Ca2SiO4) und Olivin-Mischkristalle ((Ca,Mg,Mn,Fe)2SiO4). In den konditionierten Proben wurde eine Zunahme der Mg-haltigen Mineralphasen beobachtet. Larnit wird durch Monticellit (Ca(Mg,Fe)SiO4) und Wüstit durch einen Magnesiowüstit-Mischkristall ((Fe,Mg)O) ersetzt. Die Röntgenbeugung identifizierte zusätzlich die Mg-Silikate Bredigit (Ca7Mg(SiO4)4) und Merwinit (Ca3MgSi2O8). Mineralchemische Untersuchungen mit der Elektronenmikrosonde bestätigen Spinell-Mischkristalle und Wüstit als die wichtigsten Cr-führenden Phasen. Vanadium wurde in geringen Mengen in Wüstit, Spinell-Mischkristallen und auch in Larnit nachgewiesen. Fluor scheint teilweise in Wüstit und Spinell-Mischkristallen aufzutreten. In welche Phasen F aber auch Mo tatsächlich eingebaut werden, konnte mit den angewandten Methoden nicht endgültig beantwortet werden. Für Cr und mit geringen Abstrichen auch für V und F zeigte das beobachtete Auslaugverhalten keine lineare Korrelation mit der gemessenen Gesamtkonzentration dieser Elemente in den Schlackenproben. Molybdän hingegen zeigt eindeutig höhere ausgelaugte Konzentrationen in den Proben mit höheren Gesamtgehalten. Nach der Konditionierung zeigten alle Proben eine Reduktion der ausgelaugten Mengen der umweltkritischen Elemente.
Titel in ÜbersetzungMineralphasen in unbehandelten und konditionierten Elektroofenschlacken und ihre Löslichkeit
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Raith, Johann, Mitbetreuer (intern)
  • Vollprecht, Daniel, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung25 Juni 2021
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2021

Bibliographische Notiz

gesperrt bis null

Schlagwörter

  • Mineralogie
  • Metallurgie
  • EAF Schlacke
  • Mineralphasen in EAF Schlacken
  • thermochemische Konditionierung
  • Auslaugverhalten
  • hydro-geochemische Modellierungen

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