Suitability and Characterization of Secondary Raw Materials for Carbonation

Titel in Übersetzung: Eignung und Charakterisierung von Sekundärrohstoffen für die Karbonatisierung

Giv Noori Khadjavi

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Die Karbonatisierung mineralischer Sekundärrohstoffe stellt einen innovativen Ansatz zur dauerhaften Speicherung von industriell erzeugtem CO2 nach den Prinzipien von CCUS (Carbon Capture Utilization and Storage) dar. Direkte Verfahren basieren auf der Extraktion von Ca- und Mg-Ionen und der simultan stattfindenden Reaktion mit CO2 in einem einzelnen Prozessschritt. Die Auswahl geeigneter Sekundärrohstoffe sowie potentielle Verwertungswege der erzeugten festen Output-Materialien stehen im Fokus dieser Arbeit. Im Rahmen des Projekts "GreenRef" wurde eine Reihe an in Österreich erzeugten Sekundärrohstoffen hinsichtlich ihrer Verfügbarkeit und Eignung für die direkte Karbonatisierung untersucht. Zu diesem Zweck wurden Proben potentiell geeigneter Müllverbrennungsaschen, Biomasseaschen, Papierreststoffverbrennungsaschen, Baurestmassen-Feinfraktion, Zement-Bypass-Stäube sowie Feuerfestausbruchmaterialien einer detaillierten chemischen und mineralogischen Charakterisierung unterzogen. Insbesondere basische Ausbruchmaterialien aus Feuerfestanwendungen stellen eine bislang kaum hinsichtlich ihrer Eignung für die Karbonatisierung erforschte Stoffgruppe dar. Die chemische Zusammensetzung wurde auf Basis von XRF-, ICP-MS- und TIC/TOC- Analysen bestimmt, während die Charakterisierung kristalliner und amorpher Bestandteile mittels XRD, REM sowie Untersuchungen mittels Polarisationsmikroskopie erfolgt ist. Die untersuchten Feuerfestausbruchmaterialien sind aufgrund hoher Gehalte an MgO (bis zu 82,6 %), welches hauptsächlich in der Form von Periklas (MgO) und Spinell (MgAl2O4) gebunden ist, für einen Einsatz in Karbonatisierungsprozessen geeignet. Ebenso vorteilhaft erweist sich die Zusammensetzung ausgewählter Papierreststoffverbrennungsaschen, welche bis zu 60,4 % an CaO enthalten, welches in der Form von Freikalk (CaO), Portlandit (Ca(OH)2) und Gehlenit (Ca2Al2SiO7) enthalten ist. Die Sekundärrohstoffe wurden in einem wässrigen Karbonatisierungsversuch in einem Autoklaven über 6 Stunden bei 180 °C und einem Druck von 20 bar mit reinem CO2 zur Reaktion gebracht. Anschließend wurden die festen Reaktionsprodukte einer detaillierten Charakterisierung unterzogen, mit dem Ziel der Bewertung des Karbonatisierungserfolges. Die experimentelle CO2-Aufnahme der Feuerfestausbruchmaterialien lag im Bereich zwischen 77,2 und 325,2 g CO2 pro kg an Inputmaterial. Die CO2-Aufnahme bei der Verwendung von Papierreststoffverbrennungsaschen lag bei maximal 174,3 g CO2 pro kg an Rohstoff, was mehr als 46 % des theoretischen Potentials entspricht. Für die erzeugten festen Outputmaterialien wurden potentielle Verwertungsmöglichkeiten als mineralische Kalk- und Magnesiumdünger sowie als Additive in der Zementherstellung identifiziert.
Titel in ÜbersetzungEignung und Charakterisierung von Sekundärrohstoffen für die Karbonatisierung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Sattler, Theresa, Mitbetreuer (intern)
  • Vollprecht, Daniel, Betreuer (extern)
  • Pomberger, Roland, Betreuer (intern)
  • Melcher, Frank, Mitbetreuer (intern)
Datum der Bewilligung30 Juni 2023
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2023

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 20-06-2028

Schlagwörter

  • Karbonatisierung
  • Carbon Capture Utilization and Storage
  • Mineralische Abfälle
  • Müllverbrennungsasche
  • Flugasche
  • Biomasseasche
  • Zement Bypass-Staub
  • Papierasche
  • Baurestmassen

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