Phosphorrückgewinnung aus LD - Schlacke mittels oxalsaurem Leaching

Mariella Krassnegger

Phosphorrückgewinnung aus LD - Schlacke mittels oxalsaurem Leaching

Translated title of the contribution: Phosphorus Recovery from LD slag by Oxalic Acid Leaching

Mariella Krassnegger

Chair of Process Technology and Industrial Environmental Protection (500)

Research output: Thesis › Master's Thesis

Abstract

This work studies the use of oxalic acid leaching for recovering phosphorus from LD slag as struvite (MgNH4PO4.6H2O). In Austria, the recycling of LD slag is currently limited due to legal requirements, meaning that large quantities of this by-product of crude steel production are landfilled or temporarily stored. LD slag contains significant amounts of phosphorus, which is classified as a critical raw material at the European level. First, the mineralogical phase distribution of phosphorus in LD slags and the state of the art are presented. Based on this background, leaching experiments are carried out with 3 mol l-1 oxalic acid dihydrate at 80 °C to selectively dissolve the phosphorus - containing C2S - C3P - solid solution. The time - resolved leaching test shows that under suitable conditions, the extracted fraction of PO43- is 93,3 % after 30 minutes. At the same time, iron is inevitably transferred into solution, mainly in the form of soluble iron (III) oxalate complexes. Through the following photochemical precipitation of the leachate under UV radiation, the dissolved iron is selectively precipitated as insoluble iron (II) oxalate dihydrate (FeC2O4.2H2O). 95,4 % of the dissolved phosphate remains in the photorecipitation filtrate, while only 2,1 % of the total iron is not recovered. The low - iron, phosphate - rich leachate is the solution for further phosphorus recovery as struvite by increasing the pH to the alkaline range. The results in the formation of a crystalline precipitate that exhibits a characteristic coffin - like shape under the microscope. In addition, the molybdenum blue reaction confirms the presence of phosphate in the precipitate. Oxalic acid - based leaching followed by photochemical precipitation can effectively separate phosphorus and iron. Struvite precipitation constitutes the final process step and demonstrates the suitability of this approach for recovering phosphorus in terms of producing a potentially marketable fertilizer product.

Translated title of the contribution	Phosphorus Recovery from LD slag by Oxalic Acid Leaching
Original language	German
Awarding Institution	Montanuniversität
Supervisors/Advisors	Weiß, Christian, Supervisor (internal)
Award date	26 Jun 2026
Publication status	Published - 2026

Bibliographical note

embargoed until 11-05-2031

UN SDGs

This output contributes to the following UN Sustainable Development Goals (SDGs)

SDG 2 Zero Hunger

Keywords

LD-slag
oxalic acid
leaching
recovering phosphorus

Cite this

@mastersthesis{451547f6213d41e7a0d2aab1b491adda,

title = "Phosphorr{\"u}ckgewinnung aus LD - Schlacke mittels oxalsaurem Leaching",

abstract = "Die Arbeit untersucht die Phosphorr{\"u}ckgewinnung aus LD -Schlacke mittels oxalsaurem Leaching in Form von Struvit (MgNH4PO4.6H2O). In {\"O}sterreich ist die stoffliche Verwertung von LD - Schlacke aufgrund rechtlicher Vorgaben derzeit eingeschr{\"a}nkt m{\"o}glich, sodass gro{\ss}e Mengen dieses Nebenproduktes der Rohstahlherstellung deponiert oder zwischengelagert werden. LD - Schlacken enthalten relevante Mengen an Phosphor, der auf europ{\"a}ischer Ebene als kritischer Rohstoff eingestuft ist. Zun{\"a}chst werden die mineralogische Phasenverteilung von Phosphor in LD - Schlacken sowie der Stand der Technik dargestellt. Vor diesem Hintergrund werden die Leaching - Versuche mit 3 mol l-1 Oxals{\"a}ure-Dihydrat bei 80 °C durchgef{\"u}hrt, um die phosphorhaltige C2S - C3P - Mischphase m{\"o}glichst selektiv zu l{\"o}sen. Der zeitaufgel{\"o}ste Leaching-Versuch zeigt, dass unter geeigneten Bedingungen nach 30 Minuten der PO43- -Extraktionsgrad 93,3 \% betr{\"a}gt. Zugleich wird unvermeidbar auch Eisen anteilig in L{\"o}sung {\"u}berf{\"u}hrt, das {\"u}berwiegend als l{\"o}sliche Eisen (III) Oxalat Komplexe vorliegt. Durch die nachgeschaltete photochemische F{\"a}llung des Leachates unter UV - Strahlung wird das gel{\"o}ste Eisen gezielt als schwerl{\"o}sliches Eisen (II) Oxalat Dihydrat (FeC2O4.2H2O) abgeschieden. 95,4 \% des gel{\"o}sten Phosphats verbleiben im Photof{\"a}llungsfiltrat, w{\"a}hrend lediglich 2,1 \% des Gesamteisens nicht r{\"u}ckgewonnen werden. Das eisenarme, phosphatreiche Leachate ist die Ausgangsl{\"o}sung f{\"u}r die anschlie{\ss}ende Phosphorr{\"u}ckgewinnung in Form von Struvit durch pH - Wert Anhebung in den alkalischen Bereich. Dabei f{\"a}llt kristalliner Niederschlag aus, der unter dem Mikroskop den charakteristischen sarg{\"a}hnlichen Habitus zeigt. Deutlich best{\"a}tigt die Molybd{\"a}nblau - Reaktion das Vorhandensein von Phosphat im Niederschlag. Das Oxals{\"a}ure - basierte Leaching mit nachgeschalteter photochemischer F{\"a}llung erm{\"o}glicht die effektive Trennung von Phosphor und Eisen. Die Struvitf{\"a}llung stellt den abschlie{\ss}enden Prozessschritt dar und zeigt die Eignung dieses Ansatzes zur Phosphorr{\"u}ckgewinnung hinsichtlich der Gewinnung eines potenziellen marktf{\"a}higen Produkts als D{\"u}ngemittel.",

keywords = "LD-Schlacke, Oxals{\"a}ure, Leaching, Phosphorr{\"u}ckgewinnung, LD-slag, oxalic acid, leaching, recovering phosphorus",

author = "Mariella Krassnegger",

note = "gesperrt bis 11-05-2031",

year = "2026",

language = "Deutsch",

school = "Montanuniversit{\"a}t Leoben (000)",

}

TY - THES

T1 - Phosphorrückgewinnung aus LD - Schlacke mittels oxalsaurem Leaching

AU - Krassnegger, Mariella

N1 - gesperrt bis 11-05-2031

PY - 2026

Y1 - 2026

N2 - Die Arbeit untersucht die Phosphorrückgewinnung aus LD -Schlacke mittels oxalsaurem Leaching in Form von Struvit (MgNH4PO4.6H2O). In Österreich ist die stoffliche Verwertung von LD - Schlacke aufgrund rechtlicher Vorgaben derzeit eingeschränkt möglich, sodass große Mengen dieses Nebenproduktes der Rohstahlherstellung deponiert oder zwischengelagert werden. LD - Schlacken enthalten relevante Mengen an Phosphor, der auf europäischer Ebene als kritischer Rohstoff eingestuft ist. Zunächst werden die mineralogische Phasenverteilung von Phosphor in LD - Schlacken sowie der Stand der Technik dargestellt. Vor diesem Hintergrund werden die Leaching - Versuche mit 3 mol l-1 Oxalsäure-Dihydrat bei 80 °C durchgeführt, um die phosphorhaltige C2S - C3P - Mischphase möglichst selektiv zu lösen. Der zeitaufgelöste Leaching-Versuch zeigt, dass unter geeigneten Bedingungen nach 30 Minuten der PO43- -Extraktionsgrad 93,3 % beträgt. Zugleich wird unvermeidbar auch Eisen anteilig in Lösung überführt, das überwiegend als lösliche Eisen (III) Oxalat Komplexe vorliegt. Durch die nachgeschaltete photochemische Fällung des Leachates unter UV - Strahlung wird das gelöste Eisen gezielt als schwerlösliches Eisen (II) Oxalat Dihydrat (FeC2O4.2H2O) abgeschieden. 95,4 % des gelösten Phosphats verbleiben im Photofällungsfiltrat, während lediglich 2,1 % des Gesamteisens nicht rückgewonnen werden. Das eisenarme, phosphatreiche Leachate ist die Ausgangslösung für die anschließende Phosphorrückgewinnung in Form von Struvit durch pH - Wert Anhebung in den alkalischen Bereich. Dabei fällt kristalliner Niederschlag aus, der unter dem Mikroskop den charakteristischen sargähnlichen Habitus zeigt. Deutlich bestätigt die Molybdänblau - Reaktion das Vorhandensein von Phosphat im Niederschlag. Das Oxalsäure - basierte Leaching mit nachgeschalteter photochemischer Fällung ermöglicht die effektive Trennung von Phosphor und Eisen. Die Struvitfällung stellt den abschließenden Prozessschritt dar und zeigt die Eignung dieses Ansatzes zur Phosphorrückgewinnung hinsichtlich der Gewinnung eines potenziellen marktfähigen Produkts als Düngemittel.

AB - Die Arbeit untersucht die Phosphorrückgewinnung aus LD -Schlacke mittels oxalsaurem Leaching in Form von Struvit (MgNH4PO4.6H2O). In Österreich ist die stoffliche Verwertung von LD - Schlacke aufgrund rechtlicher Vorgaben derzeit eingeschränkt möglich, sodass große Mengen dieses Nebenproduktes der Rohstahlherstellung deponiert oder zwischengelagert werden. LD - Schlacken enthalten relevante Mengen an Phosphor, der auf europäischer Ebene als kritischer Rohstoff eingestuft ist. Zunächst werden die mineralogische Phasenverteilung von Phosphor in LD - Schlacken sowie der Stand der Technik dargestellt. Vor diesem Hintergrund werden die Leaching - Versuche mit 3 mol l-1 Oxalsäure-Dihydrat bei 80 °C durchgeführt, um die phosphorhaltige C2S - C3P - Mischphase möglichst selektiv zu lösen. Der zeitaufgelöste Leaching-Versuch zeigt, dass unter geeigneten Bedingungen nach 30 Minuten der PO43- -Extraktionsgrad 93,3 % beträgt. Zugleich wird unvermeidbar auch Eisen anteilig in Lösung überführt, das überwiegend als lösliche Eisen (III) Oxalat Komplexe vorliegt. Durch die nachgeschaltete photochemische Fällung des Leachates unter UV - Strahlung wird das gelöste Eisen gezielt als schwerlösliches Eisen (II) Oxalat Dihydrat (FeC2O4.2H2O) abgeschieden. 95,4 % des gelösten Phosphats verbleiben im Photofällungsfiltrat, während lediglich 2,1 % des Gesamteisens nicht rückgewonnen werden. Das eisenarme, phosphatreiche Leachate ist die Ausgangslösung für die anschließende Phosphorrückgewinnung in Form von Struvit durch pH - Wert Anhebung in den alkalischen Bereich. Dabei fällt kristalliner Niederschlag aus, der unter dem Mikroskop den charakteristischen sargähnlichen Habitus zeigt. Deutlich bestätigt die Molybdänblau - Reaktion das Vorhandensein von Phosphat im Niederschlag. Das Oxalsäure - basierte Leaching mit nachgeschalteter photochemischer Fällung ermöglicht die effektive Trennung von Phosphor und Eisen. Die Struvitfällung stellt den abschließenden Prozessschritt dar und zeigt die Eignung dieses Ansatzes zur Phosphorrückgewinnung hinsichtlich der Gewinnung eines potenziellen marktfähigen Produkts als Düngemittel.

KW - LD-Schlacke

KW - Oxalsäure

KW - Leaching

KW - Phosphorrückgewinnung

KW - LD-slag

KW - oxalic acid

KW - leaching

KW - recovering phosphorus

M3 - Masterarbeit

ER -