Development of a calibration free high-temperature electrical conductivity measurement for $CaF_{2}$ melts and slag systems

• Calibration-free electrical conductivity measurement for $CaF_{2}$ slags

Borowski, Nikolaus Peter Kurt; Friedrich, Bernd (Thesis advisor); Reuter, Markus Andreas (Thesis advisor)

Düren : Shaker Verlag (2023)
Buch, Doktorarbeit

In: Schriftenreihe des IME 82
Seite(n)/Artikel-Nr.: XV, 165 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2022

Kurzfassung

Die elektrische Leitfähigkeit ist eine thermophysikalische Eigenschaft, die den Stromverbrauch elektrometallurgischer Schmelz- und Raffinationsprozesse stark beeinflusst. Derzeit ist weltweit keine Messtechnik verfügbar, um die elektrische Leitfähigkeit von CaF2 und seine Schlackensysteme bis zu hohen Temperaturen (~1.750 °C) präzise zu messen. Ziel dieser Arbeit ist es daher, eine Messtechnik zu entwickeln, die kalibrierungsfrei, mit höchster Genauigkeit stabile Messergebnisse über ein breites Leitfähigkeitsspektrum bis hin zu hohen Temperaturen von ~1.750°C ermöglicht. Die hier entwickelte Technologie kombiniert bekannte Best-Practice-Beispiele, z.B. Zelldesign, Messmethode und Messverfahren (Elektrochemische Impedanzspektroskopie) mit einem innovativen Datenauswertungsverfahren basierend auf Simulation der Messung und Fitting von Ersatzschaltbilder zu einer neuen Messtechnologie. Um die Robustheit, Eichfreiheit und Genauigkeit nachzuweisen sowie den Gesamtmessfehler der entwickelten Technologie zu bestimmen, wird diese in wässrigen KCl und NaCl Lösungen bei Raumtemperatur, geschmolzenem KCl und NaCl sowie in geschmolzenem CaF2 evaluiert. Die Technologie wird dabei über einen weiten Temperaturbereich von 16 °C bis 1.720 °C sowie über einen elektrischen Leitfähigkeitsbereich von 1,356 mS/cm bis ~7 S/cm getestet. Abschließend werden die Limitationen der Technologie ermittelt und ein Ausblick auf weitere Optimierungsmöglichkeiten gegeben.

Einrichtungen

• Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]
• Lehrstuhl für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling und Institut für Metallhüttenkunde und Elektrometallurgie [522610]