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Projekt
Beschleunigte Entdeckung künstlicher Minerale durch maschinengestützte Schlackenformulierung, -mischung und -prozessierung
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professorin Dr.-Ing. Sindy Fuhrmann; Professor Dr.-Ing. Lothar Wondraczek
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470469906
Das Forschungsprojekt ist die Weiterführung der ersten Förderphase des DFG SPP 2315 und betrifft die beschleunigte Entdeckung künstlicher Minerale aus Mischungen pyrometallurgischer Schlacken und Reststoffen (EnAMs). Es wird eine Hochdurchsatzmethode für die maschinengestützte Formulierung komplexer Schlacken erforscht, die die Fraktionierung und Konzentration von Schlüsselkomponenten durch mechanische Weiterverarbeitung ermöglichen soll. Dafür werden ein kombinatorisches Syntheseverfahren und multivariate Wärmebehandlung von Schlackemischungen verknüpft, wodurch eine Kapazität von >50 Schlackenproben pro Experiment bei Probenvolumina im 100 mm³ Maßstab erreicht wird. Es sollen semantische Daten generiert werden, deren Umfang ausreichend groß ist, um analytische Deskriptoren für die EnAM-Bildung zu entschlüsseln. Datenkurations- und iterative Darstellungskonzepte werden für die Breite des SPP 2315 entwickelt, um eine Verknüpfung zwischen chemischer Formulierung und Down-Stream-Deskriptoren zu ermöglichen. EnAMs beinhalten kristalline Phasen, in denen sich kritische Elemente anreichern. Sie werden aus Primärschlacken, Schlackenmischungen und weiteren Additiven, d.h. anderen Reststoffen wie z.B. Aschen, erzeugt. Dies wirft eine Reihe grundlegender Probleme auf, die Inhalt des vorliegenden Projektes sind. Schlacken sind chemisch komplexe Materialien. Die Beimischung weiterer Komponenten erhöht die Komplexität zusätzlich. Mischungsverhältnisse und Prozesse der thermischen Behandlung müssen in hohem Maße optimiert werden, um nützliche EnAM-Zustände für die Rückgewinnung eines bestimmten Elements zu erreichen, beispielsweise hinsichtlich erreichbarer Anreicherung, aber auch in Bezug auf die Mikrostruktur für die spätere mechanische Fraktionierung. Zusätzlich muss erforscht werden welche Parameter, bzw. unter welchen Abhängigkeiten und Grenzen (chemisch, prozesstechnisch) EnAMs mit den notwendigen physikalischen Eigenschaften (Mikrostruktur) gebildet werden (EnAM-Resilienz). Dies erfordert ein tiefes Verständnis der EnAM-Bildung auf der Grundlage konsistenter und ausreichend großer Datensätze. Geeignete Deskriptoren, die physikalische Eigenschaften mit der späteren Verarbeitbarkeit kombinieren werden benötigt. Experimentell anknüpfend und auf die Ergebnisse der ersten Förderphase aufbauend, werden mittels Hochdurchsatzsynthese ausreichend große Probenvolumina, sowie mittels thermischer Gradientenbehandlung Proben mit komplexen Gefügen erzeugt. Mit denen können repräsentative Datensätze in Hinblick auf mechanische Eigenschaften generiert werden. EnAMs werden aus Mischungen realer Schlacken, Rest- und Abfallstoffen erzeugt. Gemeinsam mit Partnern des SPP 2315 werden physikalische Korrelationen und Deskriptoren für Konzeption, Training und Validierung eines maschinengestützten Werkzeugs für die EnAM-Entdeckung abgeleitet und die gesamte EnAM Prozesskette experimentell demonstriert.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
