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HVG-DGG Forschung

 
Publication Nr GFOR13853
Author Tomandl, G.
 
Title
Messung des Schwefelgehaltes in Zinnschmelzen und im Schutzgas mit keramischen Festelelektrolytsonden im Produktionsprozess der Floatglasherstellung -AiF-Forschungsvorhaben Nr. 13853 B
 
Keywords
 
Journal
Publication Year 2006
Volume
ISS
Page 33
 
Abstract
Von August 2003 bis September 2005 wurde am Institut für keramische Werkstoffe der TU Bergakademie Freiberg das AiF-Forschungsvorhaben mit dem Thema „Messung des Schwefelgehaltes in Zinnschmelzen und im Schutzgas mit keramischen Festelelektrolytsonden im Produktionsprozess der Floatglasherstellung“ (Nr. 13853 BR) bearbeitet. Das Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung von galvanischen Zellen zur kontinuierlichen Messung des Schwefelgehaltes in der Zinnschmelze und im Schutzgas des Floatglasprozesses. Die Grundlage für potentiometrische Messungen sind Schwefelkonzentrationsketten mit ionenleitenden Festelektrolyten und Schwefel sensitiven Hilfselektroden. Nach experimentellen Untersuchungen einer Vielzahl der in der Literatur beschriebenen, galvanischen Schwefelzellen zeigten sich die entscheidenden Nachteile in größeren Abweichungen von den berechneten Gleichgewichtszellspannungen, in einer stetigen Drift der Zellspannung und in einer je nach Arbeitstemperatur relativ langen Ansprechzeit. Diese Nachteile verhinderten bisher eine technische Anwendung der galvanischen Schwefelzelle. Wesentliche Verbesserungen wurden an der Schwefelkonzentrationskette mit dem fluoridischen Festelektrolyten (LaF3)0.95(SrF2)0.05 und sulfidischen Hilfselektroden auf der Basis von Strontiumsulfid erreicht. Erstens wurden die Dicke und die Qualität der sulfidischen Hilfselektroden hinsichtlich einer hohen Fehlstruktur durch eine In-situ-Sulfidierung des fluoridischen Festelektrolyten eingestellt und zweitens wurden hochbewegliche Lithiumkationen durch die Zugabe von Lithiumfluorid in die Hilfselektroden und den Festelektrolyten zur Beschleunigung der Elektrodenreaktionen eingeführt. Das durch eine In-situ-Sulfidierung erzeugte Lanthanstrontiumsulfid in der Zusammensetzung La0.876Sr0.124S1.438 bildet die sulfidische Hilfselektrode auf dem Fluoridionenleiter (LaF3)0.95(SrF2)0.05, der zusätzlich fünf Massengehalte SrS in % enthielt. Reversible Zellspannungen konnten mit diesen sulfidischen Hilfselektroden in einer mit Zinnsulfid (SnS) gesättigten Zinnschmelze mit dem Fluoridionenleiter (LaF3)0.95(SrF2)0.05 als Festelektrolyt über 400 °C mit einem Silber-Silbersulfid-Referenzsystem erhalten werden. Die Ansprechzeit dieser Schwefelzelle kann allerdings je nach Arbeitstemperatur immer noch einige Stunden betragen. Außerdem verfügt der Fluoridionenleiter nicht über eine ausreichende mechanische Stabilität für eine technische Anwendung. Zur potentiometrischen Messung des Schwefelgehaltes in H2-N2-Schutzgasen wurden Festelektrolyte mit der Zusammensetzung (LaF3)0.95(SrF2)0.05, die drei Massengehalte SrS und zehn Massengehalte LiF in % enthielten, verwendet. Die galvanischen Schwefelzellen reagierten in den H2S-H2-N2-Gasen innerhalb von Sekunden auf Änderungen des Schwefelpartialdruckes bei Arbeitstemperaturen oberhalb von 400 °C. Dieser Typ von galvanischer Schwefelzelle ist für einen technischen Einsatz in H2-N2-Schutzgasen geeignet. Je nach den H2S-H2-Partialdruckverhältnissen und der Arbeitstemperatur kann allerdings eine Kalibrierung der galvanischen Schwefelzelle aufgrund einer höheren Elektronenleitfähigkeit in den sulfidischen Hilfselektroden notwendig werden. Für den industriellen Einsatz der galvanischen Schwefelzellen im Schutzgas und besonders in der Zinnschmelze des Floatglasprozesses ist es erforderlich, dass die sulfidischen Hilfselektroden durch einen Sauerstoffabsorber wirksam geschützt werden. Der noch zu entwickelnde Sauerstoffabsorber sollte unmittelbar in die Messkammer der galvanischen Schwefelzelle integriert werden, um spezifisch nur den Sauerstoff, aber keinen Schwefel zu absorbieren. Zur spezifischen Absorption von Sauerstoff an geeigneten Materialien sind hinsichtlich der Bildung von Oxidsulfiden weitere Untersuchungen erforderlich. Das Ziel des Vorhabens wurde teilweise erreicht. Die Forschungsarbeiten wurden durchgeführt mit der freundlichen Unterstützung der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF), Köln, (AiF-Nr. 13853 BR) und der Hüttentechnischen Vereinigung der Deutschen Glasindustrie (HVG), Offenbach/Main. Finanziert wurde das Projekt mit Mitteln des Bundesministers für Wirtschaft und Technologie, Berlin. Wir danken allen genannten Institutionen. Laufzeit: Forschungsstelle: Institut für keramische Werkstoffe der TU Freiberg, Freiberg
 
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Students 30 €
 
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