4 Material und Umwelt
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- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (91)
- 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien (81)
- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (75)
- 4.5 Kunst- und Kulturgutanalyse (66)
- 4.0 Abteilungsleitung und andere (44)
- 6 Materialchemie (30)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (27)
- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (16)
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X-ray fluorescence analysis, due to its non-destructive nature and ist suitability to work with historic objects in situ, quickly became one of the most important methods for the evaluation of iron-gall ink. The main advantage of this qualitative and semi-quantitative method is that it makes it easy to differentiate between inks, based on the assumption that the differences result from the manufacture of the ink.
This work explores the question whether the ink ‘fingerprint’ results strictly from the elemental composition of the basic ink ingredients even if it is stored in vessels made of metals or metal alloys. In addition, we tested and compared the performance of three different XRF spectrometers.
We prepared various lab-grade inks according to historical ink recipes and measured the metal content of the ink deposited on sized cotton Linters paper with three types of XRF spectrometers: a simple hand-held device with an interaction spot of 4 mm and two devices equipped with poly-capillary Xray optics for line scanning and imaging. Since the exact elemental mass composition of the non-aged ink samples was known, we were able to evaluate the accuracy of the research procedure. Lab-grade inks were then aged in the metal jars imitating inkwells. The aging of the inks in the metal containers resulted in the significant change of the primary inks fingerprint as opposed to that of the control inks stored in glass containers. This effect was independently confirmed by the measurements conducted with every instrument we used. We will present a brief comparison of the results 43 achieved when using different spectrometers and a possible hypothesis explaining the processes that occurred.
The XPS information depth of approximately 10 nm is in the same size range as the outer membrane of the gram-negative bacteria, which makes XPS a suitable tool for determining the elemental composition of the bacterial surface and monitor changes caused by outer stress like dehydration or exposure to antimicrobials. However, bacteria are inherently in a hydrated state, and therefore only compatible to ultra-high vacuum after extensive sample preparation, which may degrade the sample constituents. This issue is addressed by the development of near-ambient pressure (NAP)-XPS, which enables bacteria and biofilms to be characterised in their native wet state. Artificial biofilms, bacteria and biofilms of Escherichia coli have been characterised with the laboratory NAP-XPS instrument EnviroESCA from SPECS GmbH, at pressures ranging from high vacuum to 12 mbar, and in both humid and dry environment. By studying biological samples in their native wet state, new insight about composition and transport of drugs through cell membranes and the extracellular polymeric substance (EPS) of biofilms can be obtained. In this contribution, the latest progress on biofilm characterisation by NAP-XPS will be presented, and measurement capabilities and limitations will be discussed.
Die Klinkerphasenbildung durch Sinterung in Drehrohröfen bei der Herstellung von Portlandzementklinker (PZK) ist gründlich erforscht und optimiert. Im Hinblick auf mög-liche ökonomische und ökologische Vorteile befassen sich aktuelle Forschungsvorha-ben darüber hinaus mit der Herstellung von Klinkermineralen aus Stahlwerksschla-cken, die eine vergleichbare chemische Zusammensetzung aufweisen.
Neuste Untersuchungen zeigen, dass nach der reduzierenden Behandlung schmelz-flüssiger Linz-Donawitz-(LD)-Schlacken und Abscheidung des gebildeten metallischen Eisens eine mineralische Schlacke entsteht, die unabhängig von ihren Abkühlbedin-gungen ca. 50–60 Gew.% des wichtigsten Klinkerminerals Alit (C3S) enthält und eine hohe hydraulische Reaktivität aufweist.
Die Stabilität des Alits auch nach langsamer Abkühlung deutet auf eine Stabilisierung des Minerals durch Nebenelemente aus den LD-Schlacken hin. Ein sinkender Anteil an LD-Schlacke durch Zusatz synthetischer Schlackemischung, die sich hinsichtlich ihrer Hauptkomponenten wie eine ausreduzierte LD-Schlacke zusammensetzt, führt zu einem Rückgang des Alitgehaltes und dem Zerfall der Schlacke beim Erstarren.
Optimierung eines pyrometallurgischen Tantal- und Niob- Recyclingprozesses mithilfe von On-Line LIBS
(2018)
Die Entwicklung von Hochleistungselektronik zu immer kleineren Bauformen ohne Leistungseinbußen ist ohne den Einsatz von Technologiemetallen wie Niob und Tantal heute praktisch nicht mehr realisierbar. Besonders in technischen Geräten wie Smartphones und Tablets sind Tantal- und Niobkondensatoren aufgrund ihrer hohen Leistungsdichten bereits unverzichtbar geworden. Für die nachhaltige Produktion von Elektronik stellt jedoch vor allem das Tantalerz Coltan als sogenanntes „conflict mineral” ein großes Problem dar.
Um den Wirtschaftsstandort Europa unabhängiger von Primärrohstoffimporten aus Krisenregionen zu machen, ist die Entwicklung von effizienten Recyclingverfahren heute wichtiger denn je. An der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) findet daher zurzeit die Optimierung eines pyrometallurgischen Industrieprozesses zur Niob- und Tantalrückgewinnung statt, welchem hauptsächlich niedrigkonzentrierte metallurgische Rückstände aus der Tantal- und Niob- bzw. der Zinngewinnung als Einsatzstoffe dienen.
Zu diesem Zweck werden im kleintechnischen Lichtbogenofen der BAM (480 kVA, max. Materialdurchsatz ca. 150 kg/h) Versuche mit einem neuen innovativen Messgerät durchgeführt, welches eine On-Line Analyse von Hochtemperaturprozessen ermöglicht. Der eingesetzte Prototyp nutzt das Verfahren der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS), um die chemische Zusammensetzung der Schlackephase noch im Schmelzbad und während eines Schlackeabgusses zu bestimmen. Nach einer Kalibrierung auf das vorliegende Stoffsystem ermöglicht dieser On-Line-LIBS Prototyp der BAM daher eine in-situ Bestimmung der Elementverteilung in der Schmelze. Die hier gewonnenen Daten sollen helfen, die aktuelle Prozessführung zu verbessern und die Tantal- und Niobausbeute noch weiter zu erhöhen.
Tantalum and niobium are essential for the development of electronics towards a more and more compact design, but without reducing their performance today. Especially in smart phones and tablets, tantalum and niobium capacitors with high charge densities have already become almost indispensable. However, tantalum as a critical raw material is still a problem for the sustainable production of electronics. Due to this fact, the existence of efficient recycling processes especially in Europe is becoming even more important nowadays.
The Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) is currently working on the optimisation of an existing pyrometallurgical tantalum recycling process. Optimisation of this industrial process is carried out in a small-scale electric arc furnace (480 kVA, capacity approx. 150 kg/h) at BAM using a new and innovative equipment for on-line analysis of high temperature processes.
The aim of this project is to identify the best timing for an optimum slag tapping, when the slag is lower than minimum targeted tantalum concentration. Hence, LIBS (Laser induced breakdown spectroscopy) is used to identify the chemical composition of the slag layer and during slag tapping. The on-line-LIBS prototype of BAM enables an in-situ measurement of the element distribution in the melt after calibration on the slag system.
First results of this joint research project will be presented including on-line-LIBS-measurements and thermodynamic and kinetic aspects of the process.