dc.contributor.author
Gentzmann, Marie Christin
dc.date.accessioned
2023-02-03T12:15:14Z
dc.date.available
2023-02-03T12:15:14Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/37721
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-37436
dc.description.abstract
In the last two decades metallurgical industrial residues have become the focus of extensive research regarding circular economy concepts and sustainable sourcing of raw materials in the European Union. Those residues can be enriched in high-value technology metals, making them potential secondary resources. The technology metal Scandium (Sc) is one of those high-value elements and was found to be significantly enriched in a variety of different metallurgical residues worldwide. Even though several residues have been described to contain elevated Sc levels, a comprehensive overview and assessment of potential secondary Sc resources in Europe does not exist.
When it comes to Sc, one of the most widely considered secondary sources are bauxite residues (BR). These BRs accumulate when bauxites are treated in the Bayer process where alumina is extracted from the bauxite ore. Some of those BRs, also widely known as red muds, were found to be enriched in Sc. Even though these enrichments were already discovered in the early 90’s, the Sc association and distribution as well as the link between the Sc occurrence in bauxite and BR remain unclear. This thesis therefore provides a first assessment of different metallurgical industrial residues in Europe and beyond and evaluates their potential as secondary Sc resources. It then strongly focuses on one selected residue of high potential, the BR, and delivers detailed insights into geochemical and mineralogical properties of the Sc occurrence in these materials.
Metallurgical residues originating from the production of alumina, titanium dioxide, nickel, tin, steel, fertilizer, and Al-Sc alloys were investigated in terms of their Sc mass fractions and their general mineralogy and chemistry. Data on annual accumulation and quantities in stockpiles was collected to calculate the theoretical amounts of Sc evident in those residues. The monetary value of the contained Sc was compared to the contained value of other rare earth elements.
The detailed investigation of the Sc association and distribution in different BRs was performed with wet chemical and mineralogical methods, including microtextural and structural analysis. The recoverability of the Sc was studied by leaching and subsequent mineralogical analyses whilst the major factors that influence the leaching process were studied by “Design of experiments”, a methodology of applied statistics. Furthermore, the overall link between the Sc association in bauxite and its respective BR was studied by comparison of BRs of different geological backgrounds.
The liquid acid waste originating from Titanium dioxide production and BRs were identified to be the most promising secondary resources for Sc in Europe. The Sc recovery from BR will most likely be implemented alongside other recovery schemes that enable the reutilization of larger amounts of the BR. BRs derived from lateritic bauxites showed to be less
Abstract
ii
prone to Sc enrichment than those derived from karstic bauxites. Furthermore, the atmospheric conditions during bauxitization can influence the distribution of Sc between different minerals causing the Sc to be either incorporated into easily leachable or hardly leachable phases during Bayer processing and subsequent acid leaching. BR derived from karstic bauxites formed under partly reducing conditions were found to have a higher fraction of easily leachable Sc than karstic bauxites formed under predominantly oxidizing conditions. Lateritic bauxites in turn, tend to have even lower fractions of easily leachable Sc.
It can be summarized that the distribution and recoverability of Sc from BRs is linked to the original bauxite ore and plays an important role for the assessment of a BR as a secondary Sc resource. As BR represents one of the two most promising secondary resources for Sc in Europe these relationships are essential, when considering the establishment of a Sc supply chain in Europe.
en
dc.description.abstract
In den vergangenen zwei Jahrzehnten sind metallurgische Industrierückstände in den Mittelpunkt umfangreicher Forschungsarbeiten gerückt. Dabei stehen Ansätze für die Integration der Kreislaufwirtschaft und die nachhaltige Beschaffung von Rohstoffen in der Europäischen Union insbesondere im Fokus. Industrierückstände, die mit hochwertigen Technologiemetallen angereichert sein können, sind daher potenzielle Sekundärressourcen. Das Technologiemetall Scandium (Sc) ist eines dieser hochwertigen Elemente, welches Untersuchungen zufolge weltweit in einer Vielzahl verschiedener metallurgischer Rückstände deutlich angereichert ist. Obwohl erhöhte Sc-Gehalte in der Literatur bereits für mehrere Rückstände beschrieben wurden, gibt es keinen umfassenden Überblick und keine Bewertung der möglichen sekundären Sc-Ressourcen in Europa.
Zu den am häufigsten untersuchten sekundären Sc-Quellen gehören Rotschlämme (RS). Diese Rückstände fallen beim Bayer-Prozess an, bei dem Aluminiumoxid aus dem Bauxiterz gewonnen wird. Einige dieser RS können Untersuchungen zufolge mit Sc angereichert sein. Obwohl diese Anreicherungen bereits in den frühen 90er Jahren entdeckt wurden, sind die Sc-Assoziation und -Verteilung sowie der Zusammenhang zwischen dem Sc-Vorkommen im Bauxit und im RS noch weitgehend ungeklärt. In dieser Arbeit wird daher zunächst eine Bewertung verschiedener metallurgischer Industrierückstände in Europa und darüber hinaus vorgenommen und ihr Potenzial als sekundäre Sc-Ressourcen evaluiert. In einem zweiten Schritt werden die geochemischen und mineralogischen Eigenschaften des Sc in dem ausgewählten Rückstand – Rotschlamm – bestimmt.
Metallurgische Rückstände, die bei der Herstellung von Aluminiumoxid, Titandioxid, Nickel, Zinn, Stahl, Düngemitteln und Al-Sc Legierungen anfallen, wurden auf ihre Sc-Massenanteile und ihre allgemeine Mineralogie und Chemie hin untersucht. Es wurden Daten über die jährliche Sc-Anhäufung und die in Halden vorhandene Sc-Menge gesammelt, um die theoretischen Sc-Mengen zu berechnen, die in diesen Rückständen enthalten sind. Der monetäre Wert des enthaltenen Sc wurde mit dem Wert anderer Seltenerdelemente verglichen.
Die detaillierte Untersuchung der Sc-Assoziation und -Verteilung in verschiedenen RS wurde mit nasschemischen und mineralogischen Methoden durchgeführt, die sowohl mikrotexturelle und strukturanalytische Untersuchungen beinhalteten. Die Rückgewinnung des Sc wurde durch Auslaugung und darauffolgende Phasenanalyse untersucht. Die Faktoren, die den Auslaugungsprozess maßgeblich beeinflussen, wurden mittels "Design of experiments", einer Methode der angewandten Statistik, herausgearbeitet. Darüber hinaus wurde der übergeordnete Zusammenhang zwischen der Sc-Assoziation im RS und seinem
Kurzfassung
iv
jeweiligen Ausgangsgestein durch den Vergleich von RS und Bauxiten verschiedenen geologischen Ursprungs erforscht.
Flüssige, saure Abfälle aus der Titandioxidproduktion sowie RS konnten als die vielversprechendsten Sekundärressourcen für Sc in Europa identifiziert werden. Die Sc-Rückgewinnung aus RS kann allerdings höchstwahrscheinlich nur in Kombination mit anderen Rückgewinnungstechnologien realisiert werden, welche die Wiederverwertung größerer Mengen RS ermöglichen. Die aus lateritischen Bauxiten gewonnenen RS weisen eine geringere Sc-Anreicherung auf als die aus Karstbauxiten gewonnenen RS. Darüber hinaus beeinflussen die physikochemischen Umgebungsbedingungen während der Bauxitisierung die Verteilung von Sc zwischen den verschiedenen Mineralphasen. Dies führt dazu, dass das Sc während des Bayer-Prozesses und der anschließenden Laugung entweder in leicht oder in schwer auslaugbare Phasen eingebaut wird. Die aus Karstbauxiten resultierenden RS, die unter teilweise reduzierenden Bedingungen entstanden sind, weisen einen höheren Anteil an leicht auslaugbarem Sc auf als RS aus Karstbauxiten, die unter vorwiegend oxidierenden Bedingungen entstanden sind. Lateritische Bauxite wiederum weisen tendenziell noch geringere Anteile an leicht auslaugbarem Sc auf.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verteilung und Rückgewinnung von Sc aus RS in engem Zusammenhang mit dem ursprünglichen Bauxiterz stehen. Dieses spielt eine wichtige Rolle bei der Bewertung von RS als sekundäre Sc-Ressource. Da RS eine der beiden möglichen sekundären Sc-Ressourcen in Europa ist, sind diese Zusammenhänge für die Etablierung einer Sc-Lieferkette in Europa von wesentlicher Bedeutung.
de
dc.format.extent
xiv, 152 Seiten
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Bauxite residue
en
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::550 Geowissenschaften, Geologie::550 Geowissenschaften
dc.title
Scandium in Bauxite Residues and other metallurgical by-products
dc.contributor.gender
female
dc.contributor.firstReferee
Stephan-Scherb, Christiane
dc.contributor.furtherReferee
Gorbushina, Anna
dc.contributor.furtherReferee
Hecht, Lutz
dc.date.accepted
2022-12-12
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-refubium-37721-1
dc.title.translated
Scandium in Rotschlämmen und anderen metallurgischen Nebenprodukten
ger
refubium.affiliation
Geowissenschaften
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access