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Analyse von Schlackenproben eines Biomasseofens – eine petrologische und mineralchemische Analyse

Brugger, Daniel (2019) Analyse von Schlackenproben eines Biomasseofens – eine petrologische und mineralchemische Analyse.
Masterarbeit, University of Vienna. Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
BetreuerIn: Abart, Rainer

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DOI: 10.25365/thesis.57897
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-10775.01983.889475-6

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Abstract in German

Die mineralchemische Untersuchung von Schlackenproben einer Wirbelschichtfeuerung, deren Materialquelle aus reinem Quarzsand und Holzresten mit Verunreinigungen besteht, ist das zentrale Thema dieser Arbeit. In der Wirbelschichtfeuerung wird Quarzsand als Wärmeübertragsmedium verwendet und neigt aus unbekannten Gründen zur Aggregation. Die dabei entstehende Verbackung stellt ein Problem für den Betrieb der Kesselanlage dar. Um dies vorzubeugen, sollen die Gründe für die Verschlackung erforscht werden. Die dabei formulierten Forschungsfragen beschäftigen sich mit der Bestimmung der mineralchemischen Zusammensetzung, sowie der Klärung der Herkunft und der Entstehung der Schlacken. Es wurden aus drei verschiedenen Bereichen des Kessels Handstücke der Schlackenproben entnommen und daraus 13 optische Dünnschliffe erstellt. Für den empirischen Teil dieser Arbeit wurden folgende Methoden verwendet. Die optische Mikroskopie dient zur Beobachtung der Proben. Röntgenfluoreszenz (XRF) und Pulver-Röntgendiffraktometrie (XRD) werden für quantitative, chemische Analysen angewendet. Rasterelektronenmikroskopie (REM) sowie Elektronenstrahlmikroanalyse (EMS) ermöglichen gezielte Beobachtungen im µm-Bereich sowie qualitative und chemische Analysen. Die Ergebnisse zeigen, dass es unter den vorhandenen Bedingungen von ca. 850°C zur Bildung von neuen Mineralphasen wie Wollastonit, Cristobalit, K2Ca4Si8O21 und einer SiO2-reichen Schmelze kommt. Die Holzreste und ihre Verunreinigungen sind verantwortlich für die Zufuhr von großen Mengen an K2O, Na2O, MgO und CaO sowie von geringen Mengen an FeO und MnO. Die K2O-angereicherte Schmelze bleibt an Mineralen haften beziehungsweise reagiert mit Mineralkörnern, wodurch es zu einem kaliumreichen Saum kommt. Aufgrund von ständiger Aufschmelzung und Agglomeration weiterer Minerale, kommt es im Zuge der Saumbildung zur Bildung von schlackenartigem Material.

Schlagwörter in Deutsch

Biomasseofen / Schlacke / Schlackenbildung

Abstract in English

The mineral chemical investigation of slags from a fluidized bed combustion, where the material mainly consists of quartz sand, wood residues and their fouling, is the central topic of this thesis. In this fluidized bed combustion quartz sand is used as a heat transfer medium and tends to agglomerate for unknown reasons. The formation of slags is a problem for the operation of the bed combustion system. The research question is to find out the chemical composition of the minerals, to clarify the origin of the chemical composition of the material itself and to explain the unknown reasons for the formation of the slags. 13 optical thin sections were made from hand pieces taken from three different areas of the combustion chamber. Methods such as optical microscopy for monitoring, X-ray fluorescence (XRF) and powder X-ray diffraction (XRD) for quantitative chemical analysis, as well as electron probe micro analysis (EPMA) and scanning electron microscopy (SEM) for qualitative chemical analysis were used for the empirical part of the master’s thesis. The results show that new mineral phases grow at the existing conditions (850°C), such as Wollastonite, Cristobalite, K2Ca4Si8O21 and a quartz-rich melt. The wood residues and their fouling are responsible for the supply of big amounts of K2O, Na2O, MgO and CaO, as well as small amounts of FeO and MnO. It is primarily K2O-enriched-melt that coats most minerals or reacts chemically with grains of garnet-minerals. Due to permanent fusion and agglomeration of further materials, slags originate because of this coating.

Item Type: Hochschulschrift (Masterarbeit)
Author: Brugger, Daniel
Title: Analyse von Schlackenproben eines Biomasseofens – eine petrologische und mineralchemische Analyse
Subtitle: eine petrologische und mineralchemische Analyse
Umfangsangabe: 92 Seiten : Diagramme
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Masterstudium Erdwissenschaften
Publication year: 2019
Language: ger ... Deutsch
Supervisor: Abart, Rainer
Assessor: Abart, Rainer
Classification: 38 Geowissenschaften > 38.30 Mineralogie
AC Number: AC15485774
Item ID: 57897
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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