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TU Berlin

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Numerische Untersuchung des Aufschlusses kritischer Rohstoffe in Form von Engineered Artificial Minerals (EnAMs) aus maßgeschneidert erstarrten Schlackephasen durch DEM-basierte Zerkleinerung

Angewandte Forschungsmethoden, bestehend aus parallelisierter domänenzerlegter DEM (a) und Einzelpartikel- und Bulk-Partikel-Kalibrierungsaufbauten (b)
Lupe

DFG-Projekt im Rahmen des SPP 2315

Unter Mineralien, Metallen und natürlichen Materialien werden die wirtschaftlich wichtigsten Rohstoffe mit hohem Versorgungsrisiko als kritische Rohstoffe bezeichnet. Kritische Rohstoffe sind für das Funktionieren und die Integrität einer Vielzahl von Industriezweigen von wesentlicher Bedeutung. Dies erfordert für sie einerseits einen diversifizierten und unbeschränkten Zugang zu den globalen Märkten. Zum anderen kann eine gesicherte Verfügbarkeit aber auch dadurch erreicht werden, dass ihr Verbrauch reduziert, sie wiederverwendet und recycelt werden, aber auch neue Quellen für sie gefunden werden. Eine mögliche neue Quelle für kritische Rohstoffe sind erstarrte Schlacken aus pyrometallurgischen Prozessen. In diesen Systemen gilt das Interesse normalerweise der Hauptmetallphase. Alle anderen Materialien werden in die Schlackenphase getrieben, die damit Träger einer Vielzahl wertvoller Elemente wird. Wenn sich die Schlacke verfestigt, können Kristalle entstehen, die sich als Engineered Artificial Minerals (EnAMs) bezeichnen lassen und in denen die wertvollen Elemente angereichert sind. Um die EnAMs weiter zu verarbeiten, müssen sie durch Zerkleinerung aufgeschlossen und getrennt werden. Das übergeordnete Ziel der vorgeschlagenen Forschungsarbeit besteht darin, mithilfe der DEM (Discrete Element Method) zur Vorhersage des EnAM-Aufschlusses aus Schlacken beizutragen. Dies erfordert, dass beides, Zerkleinerung im Sinne einer Größenreduzierung und eines Aufschlusses modelliert werden. Um den Aufschluss effizient in die DEM einzubinden, wird die Particle Replacement Method (PRM) verwendet. Da noch nicht vollständig klar ist, ob zufälliger oder nicht-zufälliger Bruch der dominierende Bruchmodus von Schlacken mit EnAMs ist, wird die Hypothese, dass der Aufschluss hauptsächlich durch zufälligen Bruch getrieben ist, im Rahmen der ersten Förderperiode des SPP 2315 verfolgt. Zufälliger Bruch wird dabei in dem Sinne verstanden, dass Bruch nicht texturabhängig ist - die Abhängigkeit von der Zusammensetzung wird jedoch berücksichtigt. Im Rahmen der zweiten Förderperiode wird der DEMModellierungsrahmen auch um nicht-zufälligen texturabhängigen Bruch erweitert, sofern sich dies als relevant herausstellt. Während der ersten Förderperiode des SPP 2315 wird ein Modellierungsrahmen geschaffen, der verschiedene Belastungsbedingungen von statisch bis dynamisch abdeckt. Der Modellierungsrahmen wird auf mindestens ein EnAM-haltiges Schlackensystem kalibriert, wie es im SPP 2315 berücksichtigt wird. Durch Anwendung auf Zerkleinerungsgeräte im Labormaßstab und ein Benchmarking mit experimentellen Daten, bzgl. Größenverteilungen und Aufschlussgraden wird sichergestellt, dass die DEM auch auf komplexe Schlackensysteme angewendet werden kann, die EnAMs enthalten. Dies ermöglicht es, die Vorhersagefähigkeiten der DEM zu nutzen, um als zweiten Schritt die optimale Verschaltung von Zerkleinerungsprozessen für den EnAM-Aufschluss aus Schlacken zu analysieren.

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