Phosphorus behaviour during carbo-thermal reduction of iron-, chromium-, and manganese-rich slags

Titel in Übersetzung: Phosphorverhalten während der carbo-thermischer Reduktion von eisen-, chrom- und manganreichen Schlacken

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

297 Downloads (Pure)

Abstract

Trotz der andauernden Covid-19 Pandemie wurden 2020 auf globaler Ebene mit 1878 Mt produziertem Rohstahl ein erneuter historischer Höchstwert erzielt. Dabei entfielen 73.2% auf die konventionelle Hochofen/Konverter Route. Während des Frischens im Konverter werden unerwünschte Begleitelementen wie Schwefel, Phosphor und Silizium aus dem Roheisen entfernt. Außerdem werden beträchtliche Mengen an wertvollen Metallen wie Eisen, Chrom und Mangan oxidiert und ebenso in eine Calcium-Silikat-Schlacke, der sogenannten LD-Schlacke, eingebunden. Die erheblichen Mengen an jährlich produziertem Rohstahl, mit einer Schlackenrate von 100 – 150 kg pro Tonne im Konverter, zeigt eindrucksvoll das enorme Potential an wiederverwertbaren Schlackenkomponenten auf. Die anfallenden Mengen an LD-Schlacke sollten im Zuge einer effizienten Kreislaufwirtschaft einer entsprechenden Behandlung zugeführt werden, um die darin oxidisch gebundenen Wertmetalle wieder verfügbar zu machen. Eine Möglichkeit zur Wertmetallrückgewinnung von LD-Schlacke wäre der Weg über einen pyrometallurgischen Prozessschritt mittels carbo-thermischer Reduktion. Dabei stellt die Affinität zwischen hochreaktivem gasförmigem Phosphor und reduzierten Metallen unter Bildung unerwünschter Phosphide die größte Herausforderung dar, da sie die Möglichkeit der Wiederverwertung einschränken. Neben dem Eisenanteil in der LD-Schlacke spielen für den Bildungsmechanismus von Phosphiden während der carbo-thermischen Behandlung auch Metalle wie Chrom und Mangan eine wesentliche Rolle. Um die Phosphidbildung in Abhängigkeit unterschiedlicher Metallkonzentrationen von Eisen, Chrom oder Mangan in LD-Schlacke besser zu verstehen, werden in dieser Arbeit Ergebnisse aus Reduktionsversuchen dargelegt. Schlacken derartiger Zusammensetzung sind nicht verfügbar. Deshalb wurden als Ausgangsmaterial in einem MgO-Tiegel Proben phosphorreicher Calcium-Silikat-Schlacke mit einer Basizität von B2 = 1.4 synthetisch hergestellt. Dazu dienen insgesamt sechs Proben von jeweils niedriger (4 m.-%) und hoher Konzentration (17 m.-%) von Eisen, Chrom oder Mangan. Anschließend wurden die Schlacken mithilfe von Kohlenstoffpulver in einem MgO-Tiegel bei 1873 K unter Inertgas carbo-thermisch reduziert. Die Ergebnisse unterstreichen die Komplexität der carbo-thermischen Behandlung von Schlacke. Alle Proben mit geringen Gehalten von Eisen, Chrom oder Mangan konnten nicht reduziert werden. Bei jenen Proben mit hoher Konzentration ist das unterschiedliche Verhalten von Eisen, Chrom und Mangan erkennbar. Damit wurde für weiterführende Untersuchungen die Basis zur Versuchsoptimierung gelegt. Letztlich sollen Schlackenmischungen für die carbo-thermische Behandlung identifiziert werden, die den Austrag von gasförmigem Phosphor maximieren, um gleichzeitig ein möglichst phosphorfreies Metallprodukt rückzugewinnen.
Titel in ÜbersetzungPhosphorverhalten während der carbo-thermischer Reduktion von eisen-, chrom- und manganreichen Schlacken
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Doschek-Held, Klaus, Mitbetreuer (intern)
  • Raupenstrauch, Harald, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung1 Juli 2022
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2022

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Phosphor
  • Phosphidbildung
  • carbo-thermische Reduktion
  • Konverter-Schlacke
  • Metallrückgewinnung
  • Schlackenbehandlung
  • Kreislaufwirtschaft
  • Pyrometallurgie

Dieses zitieren