Das Dreistoffsystem Al₂O₃-CaO-SiO₂ – ein Vergleich von berechneten und gemessenen Daten

Summary

In the area of slags phase diagrams, such as ternary systems provide support in pyrometallurgical processes. Low viscosities and liquidus temperatures in addition addition to high reactivities are often required for an economic production. In ternary systems refractory metal components are problematic due to the availability of thermodynamic data of their oxides is barely or incomplete. At pyrometallurgical recycling processes of Al₂O₃-rich raw materials, the suitable choice of additional charged slag formers like lime is of special interest for decreasing the melting point and the whole energy consumption. Therefore, the application of a hot stage microscope is discussed based on investigated mixtures within the well-known ternary system with the components Al₂O₃, SiO₂ and CaO. Ternary systems, calculated with the software FactSage, represent the reference values for evaluation the measured data. The results of the melting tests show a possible suitability of the hot stage microscope to determine the liquidus area in the three-component system under the consideration of some important facts. On the one hand, an offset of the measured values, obtained by the sample preparation, can be prevented by using isopropanol instead of distilled water. On the other hand, calcareous materials will chemically attack sample carriers made of Alsint. The usage of a platinum basis can solve this problem.

Zusammenfassung

Phasendiagramme, im Speziellen ternäre Systeme, bieten im Bereich der Schlacken oftmals Unterstützung hinsichtlich der richtigen Ofenfahrweise. Meist sind geringe Viskositäten und Liquidustemperaturen sowie hohe Reaktivitäten Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Produktionsbetrieb. Problematisch erweisen sich refraktärmetallhaltige Komponenten in Dreistoffsystemen, da deren Oxide kaum oder unvollständig in Datenbanken für Berechnungen hinterlegt sind. Besonderes Interesse geht hierbei von der Schmelzmetallurgie im Bereich des Recyclings aus, denn durch geeignete Wahl der zuchargierten Schlackenbildner kann der Schmelzpunkt eines Al₂O₃-reichen Rohstoffes drastisch erniedrigt werden. Aus diesem Grund wird anhand von Versuchen diskutiert, in wie weit mittels Erhitzungsmikroskop die Liquidusfläche eines Systems mit den Randkomponenten Al₂O₃, CaO sowie SiO₂ abzubilden ist. Zur Evaluierung der Messergebnisse dienen mittels FactSage berechnete ternäre Systeme als Referenzwerte. Die Auswertungen zeigen eine mögliche Eignung des Erhitzungsmikroskops, wobei einige wesentliche Punkte zu beachten sind. Zum einen treten bei der Probenvorbereitung von kalkreichen Materialien durch die Verwendung von destilliertem Wasser Messwertverschiebungen auf, welche anhand von Isopropanol verhindert werden können. Zum anderen wird das standardmäßig eingesetzte Probenträgermaterial aus Alsint bei höheren Temperaturen chemisch angegriffen, weshalb die Verwendung von Platinunterlagen geeigneter erscheint.