Eigenschaften und Ausbeuteeinfluss von NaCl/KCl-basierten Schmelzsalzen
des Al-Recyclings
Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen
zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Ingenieurwissenschaften
genehmigte Dissertation vorgelegt von Diplom Ingenieur
Abyl Sydykov
aus Kasarman, Kirgisistan
Berichter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Karl Bernhard Friedrich Professor Dr.-Ing. Wolfgang Schneider
Tag der mündlichen Prüfung: 26.März 2004
D 82 (Diss. RWTH Aachen)
Shaker Verlag Aachen 2004 Schriftenreihe des IME
Band 11
Abyl Sydykov
Eigenschaften und Ausbeuteeinfluss von
NaCl/KCl-basierten Schmelzsalzen des Al-Recyclings
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Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2004
Copyright Shaker Verlag 2004
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Printed in Germany.
ISBN 3-8322-3146-3 ISSN 1610-0727
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Ⱥɬɚ-ɷɧɟɦɟ Meinen Eltern
Danksagung
Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am IME Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen.
Herrn Professor Dr.-Ing. Bernd Friedrich, dem Institutsleiter, danke ich für die mir gegebene Möglichkeit zur Anfertigung dieser Arbeit und für seine umfangreiche fachliche und menschliche Unterstützung während der gesamten Zeit.
Herrn Professor Dr.-Ing. Wolfgang Schneider danke ich für die freundliche Übernahme des Koreferats.
Herrn Dr. Alexander Arnold danke ich für die zahlreichen Gespräche und Diskussionen.
Vielen Dank:
dem Deutschen Akademischen Austauschdienst DAAD und der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke"
e.V. für die finanzielle Unterstützung meiner Arbeit,
den Firmen Metallhüttenwerk Bruch GmbH (Dortmund), Konzelmann GmbH Metallschmelzwerke (Hannover) und Aluminiumschmelzwerk Oettinger (Weißenhorn) für die Bereitstellung der Versuchsmaterialien und die Projektpartnerschaft.
Herrn Eugen Milke, meinem Bürokollegen danke ich für die zahlreiche Gespräche, Diskussionen und freundliche Hilfsbereitschaft.
Danken möchte ich der Hallenmannschaft Herrn Leo Klinkenberg, Herrn Leuchter und Amir Kamouschkoo für die Unterstützung bei den Schmelzversuchen. Ich möchte Herrn Eschweiler sowie der Werkstatt unter Leitung von Herrn Kamp für die Aufbauarbeiten der Versuchsanlagen, dem Laborteam für die Analyse zahlreicher Proben danken. Ich bedanke mich bei allen meinen Kollegen, die mich bei der sprachlichen Korrektur unterstützt haben.
Ich danke den Studenten Frau Galyna Laptyeva für die Unterstützung bei der Dichte- und Oberflächenmessung und Herrn William Kane und Herrn David Ganem - bei den Schmelzversuchen.
Mein besonderer Dank gilt an Herrn Dieter Leimbach für seine stetige Hilfe im alltäglichen Leben während meines Aufenthaltes in Deutschland.
Meinen lieben Eltern möchte ich besonders Danken, ohne sie wäre meine Arbeit nicht möglich.
Herzlich möchte ich bei meiner Familie bedanken, besonders bei meiner Frau Graciela und meiner Tochter Nuria, die mich mit viel Geduld und Verständnis unterstützt haben.
Inhalt
I Inhalt
Extended abstract...III Summary...III Density measurement ...III Surface tension measurement ... V Updating the ternary system NaCl-KCl-CaF2... VI Study of the coalescence of aluminium droplets under salt flux ... VIII Melting tests in laboratory scale ... XIV Melting in a laboratory rotary drum furnace... XVII Alteration of salt slag during aluminium scrap melting... XX
1 Einleitung ...21
2 Recycling von Aluminiumschrott...22
2.1 Sekundäre Aluminiumvorstoffe...22
2.2 Aufbereitung von sekundären Aluminiumvorstoffen ...23
2.3 Schmelzprozesse/-öfen für Aluminiumschrott ...24
2.4 Salzbadschmelzen und Salzschlackenaufbereitung...27
3 Schmelzausbeute ...29
3.1 Einflussfaktoren auf die Schmelzausbeute ...29
3.2 Forschungsbedarf...32
4 Eigenschaften der Phasen beim Salzbadschmelzen...33
4.1 Die Aluminiumschmelze ...33
4.2 Die Salzschmelze ...34
4.3 Oxidschicht ...41
4.4 Resümee Forschungsbedarf ...41
5 Phasenwechselwirkungen im Salzbadprozess ...42
5.1 Wechselwirkung Aluminium-Schmelzsalz ...42
5.2 Wechselwirkung Aluminium-Oxidschicht ...45
5.3 Wechselwirkung Aluminium-Ofenatmosphäre ...47
5.4 Wechselwirkung Schmelzsalz-Oxidschicht...48
5.5 Wechselwirkung Schmelzsalz-Ofenatmosphäre...49
5.6 Wechselwirkung Oxidschicht-Aluminium-Schmelzsalz ...50
5.7 Koaleszenzverhalten von Aluminium unter Salz...55
5.8 Forschungsbedarf...60
Inhalt
II
6 Eigene Messungen der Dichte und Oberflächenspannung ...62
6.1 Dichtebestimmung...62
6.2 Oberflächenspannung ...66
7 Aktualisierung des Systems CaF2-NaCl-KCl ...69
7.1 Thermochemische Betrachtung des ternären Systems ...69
7.2 Experimentelle Bestimmung der Löslichkeit von CaF2 im Schmelzsalz ...70
8 Einflussfaktoren auf die Koaleszenz einzelner Aluminiumtropfen ...72
8.1 Mess- und Bewertungsmethode ...72
8.2 Fehlerbetrachtung ...74
8.3 Versuchsergebnisse und Diskussion...76
8.4 Dissoziation von Fluoriden im Schmelzsalz...83
8.5 Zusammenfassung Koaleszenzuntersuchungen ...85
9 Schmelzversuche im Labormaßstab...87
9.1 Schmelzen von Aluminium-Spanschrott im Tiegelofen...87
9.2 Einfluss der Salzfeuchtigkeit auf die Schmelzausbeute...91
10 Schmelzversuche im Technikum-Drehtrommelofen ...96
10.1 Ziel der Versuche und experimentelle Methodik...96
10.2 Schmelzen von Schredderschrott...98
10.3 Schmelzen von Al-Schlackengröbe ...101
10.4 Schmelzen von Spanschrott ...104
10.5 Veränderung von Schmelzsalz beim Salzbadschmelzen ...109
11 Zusammenfassung ...113
12 Schrifttum...115
13 Anhang ...126
