Grundlagenuntersuchungen zur Entfernung von Blei aus Reststoffen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In der Industrie fallen Rückstände und Flugstäube an, die auch nach ihrer Verwertung in den Reststoffen noch hohe Bleigehalte aufweisen. Es ist bekannt, dass viele Bleiverbindungen, insbesondere Bleichlorid einen hohen Dampfdruck aufweisen, der eine Entfernung und Gewinnung des Bleis durch Verflüchtigung ermöglicht. In diesem Umfeld wurden die kinetischen Grundlagen der chlorierenden Verflüchtigung von Bleioxid mit Magnesiumchlorid bei Temperaturen zwischen 750 und 1000°C untersucht. Die Chlorierungsreaktion sollte schneller ablaufen als die Verflüchtigung von PbO und die Zersetzung von MgCl2. Daher wurde zunächst deren Zeitabhängigkeit aufgenommen und für PbO und MgCl2 die Aktivierungsenergien von 137,5 bzw. 40,5 kJ/Mol bestimmt. Im Anschluss daran wurde PbO durch Mischung mit MgCl2 im molaren Verhältnis von 1 chloriert und die Bleiverflüchtigung in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur in Gegenwart von Luft sowie unter konstantem Volumenstrom von Luft und Argon ermittelt. Es ergab sich für die Voraussetzung einer Reaktion 1. Ordnung ein linearer Anstieg der Umsätze mit der Zeit. Daraus und aus der Auswertung der berechneten Dampfdrucke von PbCl2 konnte eine Aktivierungsenergie von 73-75 kJ/Mol ermittelt werden. Dies deutet auf Diffusion der Reaktionspartner als geschwindigkeitsbestimmenden Schritt hin. Die Experimente unter Argon ordneten sich ebenso wie die mit Zumischung von Kohlenstoff in die Ergebnisse in Gegenwart von Luft ein. Dadurch kann geschlossen werden, dass die Reaktion entsprechend PbO+MgCl2=PbCl2+MgO und nicht über die Gasphase durch Zersetzung von MgCl2 zu MgO und Cl2 verläuft. Es handelt sich, zumindest zwischen 800 und 1000°C um eine Flüssig – Flüssig – Reaktion, da durch die Lösung von gebildetem PbCl2 in PbO auch bei 800°C eine Schmelze vorliegen dürfte. Die Chlorierungsreaktion läuft deutlich schneller als die Zersetzung von MgCl2 und die Verdampfung von PbO ab. Bei 1000°C werden für einen Umsatz von 90% etwa 360 s für die Chlorierung, 950 s für die Zersetzung von MgCl2 und 51920 s für die Verdampfung von PbO benötigt. Aus der analytischen Bestimmung der Rückstände ergab sich ferner ein molares Verhältnis von Cl/Pb in der Gasphase von etwas über 2. Daraus konnte geschlossen werden, dass etwa 10% des MgCl2 selbst verdampft. Die Ergebnisse der Versuche mit den Salzmischungen Emgesal Flux 0 (40% MgCl2, 30% NaCl, 25% KCl, 5% MgO) und Emgesal Flux 18 (34% MgCl2, 24% NaCl, 19% KCl, 18% CaF2, 5% MgO) der Harzer Dolomitwerke fügten sich ebenfalls in die Ergebnisse der Chlorierung mit reinem MgCl2 ein. Die Chlorierung eines Stahlwerksflugstaubs ergab durch Zusatz von MgCl2 eine bessere Bleientfernung als nur durch Erhitzen des Staubs. Da aber im Staub Blei schon überwiegend als PbCl2 vorliegt, war die Verflüchtigung nur um 1%-Punkt höher. Deutlicher höher, mit 10%-Punkten, war der Effekt bezüglich der Cd-Entfernung. Abschließend kann festgestellt werden, dass mit MgCl2 eine schnelle und effektive Entfernung von Blei aus Rückständen möglich ist, die dann ihre Verwertung anstelle einer Deponierung ermöglicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Fundamentals of Chlorination of Lead Oxide Using Magnesium Chloride. World of Metallurgy-Erzmetall 64 (2011) No. 4, pp. 205-209
Scharf,C., Ditze,A.
- Volatilisation of Lead by using Chlorination Agent Magnesium Chloride. In: Proceedings of EMC 2011, Düsseldorf, 26.6.-29.6.2011, ISBN 978- 3-940276-37-7, Vol. 2, pp. 505-518
Scharf,C., Lenzen,P., Ditze,A.
