Technische Universität Bergakademie Freiberg: Qucosa
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Simulation-based exergy evaluation of circular economy systems
Get PDFCircular Economy (CE) aims at improving the resource efficiency of our society and decoupling economic growth from resource use. However, entropy and residues are still generated in CE, and resources such as energy, raw materials and water are used throughout the CE processes. The methodology developed in this thesis aims at evaluating and communicating the resource efficiency and environmental impacts of CE systems. Firstly, a digital twin of the system is created using process simulation to obtain detailed mass and energy balances. Then, a set of indicators is obtained for the evaluation of the material recoveries, residues and emissions generated, resource use and environmental impacts (LCA). Exergy indicators such as exergy dissipation and cost are also obtained from the simulation using a dedicated tool developed and implemented within this thesis. This methodology has been applied in three case studies within metallurgy and CE to evaluate, optimize and communicate their resource efficiency and environmental impacts. These case studies are the evaluation of the copper value chain, the comparison between different zinc production routes and the industrial symbiosis between the copper, zinc and cement value chains
Zur Bedeutung ländlicher Spar- und Kreditgenossenschaften für die regionale Entwicklung in Russland seit dem Beginn der 2000er Jahre: Eine handlungsorientierte Analyse im Kontext des Finance & Development-Ansatzes und der endogenen Wachstumstheorie
Get PDFIn der Russischen Föderation haben sich nach 1990 wieder kreditgenossenschaftliche Strukturen herausgebildet. In der Arbeit wird speziell die Gruppe der Landwirtschaftlichen Verbraucherkreditgenossenschaften (LVKG) untersucht. Deren Zahl hatte sich speziell im Zeitraum nach dem Jahr 2000 kräftig entwickelt, wobei es im Zuge der globalen Finanz- und Wirtschaftskrise 2008/2009 eine Bereinigung und Konsolidierung gab, die im Grunde bis dato andauert. Die Tätigkeit der LVKG hat dabei gezeigt, dass diese eine Bedeutung für die regionale Entwicklung haben können, indem sie Lücken im regionalen Angebot von Finanzdienstleistungen schließen. Insbesondere die Kreditierung kleinerer landwirtschaftlicher Betriebe sowie anderer kleinerer Unternehmungen im ländlichen Raum hat positive Effekte im Hinblick auf die Landnutzung und die lokale Beschäftigung. Aber auch die Kreditierung für die Sanierung und den Bau von Immobilien für Wohnzwecke sowie generell für nicht-investive Zwecke (darunter auch für Bildung) hat eine Bedeutung im Hinblick auf die Steigerung der Lebensqualität und Verbesserung der beruflichen Perspektiven im ländlichen Raum Russlands. Für die Zukunft könnte eine Perspektive darin bestehen, die lokale Eingebundenheit der LVKG zu nutzen, um zusammen mit öffentlichen bzw. staatlichen Partnern gemeinsam an einer Verbesserung der unmittelbaren infrastrukturellen Bedingungen für unternehmerische Aktivitäten im ländlichen Raum Russlands zu arbeiten.:Abkürzungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Ausgangspunkt und Einleitung
1.1 Rückblick und Ausgangssituation
1.2 Motivation und Zielstellung
1.3 Konzeptionelle Einordnung
1.4 Gang der Untersuchung
2 Definitionen, Abgrenzung des Untersuchungsgegenstands und Leitbild
2.1 Begriffsabgrenzungen
2.2 Schwerpunkt der Analyse
2.3 Leitbild – Konfiguration hochentwickelter kreditgenossenschaftlicher Systeme in westlichen Industriestaaten: Das System der Volks- und Raiffeisenbanken in Deutschland
2.4 Ausgewählte Beispiele für Aktivitäten von Genossenschaftsbanken in Deutschland im Zusammenhang mit dem regionalen Angebot von Finanzdienstleistungen und dem Aspekt der regionalen Entwicklung
3 Der makroökonomische Rahmen – Phasen der wirtschaftlichen Entwicklung, regionale Entwicklung, Unternehmertum, Landwirtschaft und ökonomische Perspektive
3.1 Vorbetrachtung zu den neueren Phasen der wirtschaftlichen Entwicklung Russlands
3.2 Grundzüge der makroökonomischen Entwicklung speziell ab Ende der 1990er Jahre
3.3 Regionale Wachstumsunterschiede
3.4 Die Entwicklung des Unternehmertums seit dem Ende der Sowjetunion
3.5 Resultierender Möglichkeitsraum für die mittel- bis langfristige wirtschaftliche Entwicklung in der Russischen Föderation
3.6 Zur neueren Entwicklung speziell im Bereich der Landwirtschaft
3.7 Ausblick ausgehend von der gegenwärtigen Situation in 2021 – künftige Wirtschaftspolitik
4 Zum Zusammenhang zwischen finanzieller und wirtschaftlicher Entwicklung, dem Phänomen der Kreditrationierung und der Rolle von Kreditgenossenschaften
4.1 Der Finance & Development-Ansatz
4.2 Theorie der Kreditrationierung
4.3 Kreditgenossenschaften als alternative Institutionen zur Verringerung des Problems der Kreditrationierung
4.4 Formulierung von Hypothesen aus der problemgeleiteten Theorieverwendung, Zusammenfassung und weiterer Fortgang
5 Die Entwicklung des kreditgenossenschaftlichen Sektors in Russland und dessen Einfluss auf das Niveau der Kreditrationierung im ländlichen Raum
5.1 Zur Rolle des Bankensystems im Verlauf der bisherigen Transformation
5.2 Der Entwicklungsstand des russischen Finanzsystems im Vergleich zu anderen Transformationsländern Osteuropas
5.3 Rückblick und Stand der Entwicklung des kreditgenossenschaftlichen Sektors zum Ende des Betrachtungszeitraums
5.4 Herausgebildete Konfiguration des kreditgenossenschaftlichen Sektors im ländlichen Raum im Zeitraum der 2000er Jahre
5.5 Einfluss auf das Niveau der Kreditrationierung im ländlichen Raum
5.6 Zusammenfassung
6 Beitrag landwirtschaftlicher Verbraucherkreditgenossenschaften zur regionalen Entwicklung in Russland seit dem Beginn der 2000er Jahre
6.1 Dreidimensionale Zielausrichtung heutiger Regionalpolitik und die besondere Bedeutung endogen vorhandener Potenziale
6.2 Kreditgenossenschaften aus volkswirtschaftlicher Sicht – wirtschaftlich-strukturelle Wirkungen im Hinblick auf die regionale Entwicklung bzw. die regionale Wirtschaft / Regionalwirtschaft: Förderung lokalen Unternehmertums – spezifischer Beitrag
6.3 Zur Wechselwirkung zwischen finanzieller Entwicklung, regionaler Verfügbarkeit von Krediten und lokaler Wirtschaftsentwicklung: Der Regional-Credit-Availability-Ansatz als Ausgangsbasis für spätere strukturelle Empfehlungen
6.4 Implikation für die weitere Analyse der Wirkung der LVKG
6.5 Ergebnis von Studien zum Entwicklungsbeitrag des kreditgenossenschaftlichen Systems
6.6 Fallstudie zum Entwicklungsbeitrag in der Gegenwart: Das System ländlicher Verbraucherkreditgenossenschaften im Oblast Wologda
6.7 Zusammenfassung und kritische Würdigung
7 Konzeption für mögliche Schritte auf lokaler, regionaler und föderaler Ebene ausgehend von der Situation der LVKG im Oblast Wologda unter den gegenwärtigen Rahmenbedingungen
7.1 Umsetzungskonzeption in Orientierung am führungsorientiert-pragmatischen Ansatz von Ohno / Ohno (2012)
7.2 Mögliche weitere speziell an endogenen Potenzialen orientierte Maßnahmen und Aktivitäten als Teil von Interventionen in den regionalen Entwicklungsprozess
7.3 Abschließende Betrachtung und Perspektive – Die LVKG als feste Größe innerhalb der regionalen Governance und deren eigene weitere Entwicklung
8 Zusammenfassung und Ausblick
8.1 Überblick zum Ergebnis der Untersuchung
8.2 Ergebnis der Untersuchung im Einzelnen
8.3 Mögliche Übertragung des Untersuchungsergebnisses auf andere postsozialistische Schwellenländer – insbesondere der ehemaligen Sowjetunion bzw. GUS
8.4 Weiterer Forschungsbedarf in Bezug auf die stärkere Nutzung kreditgenossenschaftlicher Strukturen zur Unterstützung des Strukturwandels in der Russischen Föderation
Anhang
Literaturverzeichni
Customized ceramic granules for laser powder bed fusion of aluminum oxide
Get PDFDie Implementierung von Laser Powder Bed Fusion bei Aluminiumoxidkeramiken ist aufgrund einer geringen Temperaturwechselbeständigkeit, Bauteilverdichtung, Pulverfließfähigkeit und Lichtabsorption eine große Herausforderung. In dieser Arbeit wurden diese Prob-leme mit unterschiedlichen Ansätzen adressiert. Sprühgetrocknete Aluminiumoxid Granulate wurde zur Verbesserung der Laserabsorption (über 80 % Verbesserung) mit farbigen Nano-Oxidpartikeln dotiert. Es wurden verschiedene Partikelpackungstheorien und Pulverbehand-lungen getestet, um die Pulverbettdichte und damit die Dichte des endgültigen Bauteils (Dichten bis zu 98,6 %) zu erhöhen. Die Pulverqualität wurde durch Schütt und Rütteldichte, Feuchtigkeitsgehalt, Partikelgrößenverteilung, Hausner-Verhältnis, Lawinenwinkel und Oberflächenfraktal charakterisiert. Des Weiteren wurde der Zusatz geeigneter Stoffe zur Verringerung der Rissbildung durch thermische Spannungen getestet. Die In-situ-Bildung von Phasen mit geringer und negativer Wärmeausdehnung reduzierte die Rissbildung in den lasergefertigten Oxidkeramiken stark.:1 Introduction 1
1.1 Motivation 1
1.2 State of the art . 2
1.3 Aim of the project 2
2 Literature review 5
2.1 Additive manufacturing by laser powder bed fusion 5
2.1.1 Classification and process description 5
2.1.2 Advantages against other AM processes 9
2.1.3 Challenges of laser powder bed fusion 12
2.1.4 State of the art of laser powder bed fusion of aluminum oxide based ceramics 13
2.1.4.1 Powder bed preparation and impact on the process 13
2.1.4.2 Critical rating of the powder bed preparation techniques 17
2.1.4.3 Processing methods and properties 19
2.1.4.4 Part properties 26
2.2 Theoretical and experimental considerations for powder bed preparation 35
2.2.1 Spray granulation 35
2.2.2 Particle packing theories 39
2.3 Mechanisms for particle dispersing 41
2.3.1 DLVO-theory 41
2.3.2 Surface charge and electrical double layer 43
2.4 Conceptualization of new ideas for laser powder bed fusion of aluminum oxide 45
2.4.1 Densification, powder flowability and absorption issue 46
2.4.2 Reduction of crack formation 47
3 Doped spray-dried granules to solve densification and absorption issue in laser powder bed fusion of alumina 55
3.1 Dispersing of aluminum oxide, iron oxide and manganese oxide 55
3.1.1 Experimental 55
3.1.2 Particle characterization 57
3.1.3 Saturation amount evaluation of dispersant 59
3.1.4 Particle size distributions after dispersing 62
3.1.4.1 Particle size distributions of alumina powders 62
3.1.4.2 Particle size distribution of dopant 67
3.2 Packing density increase of spray-dried granules 76
3.2.1 Experimental 77
3.2.2 Influence of solid load and particle ratio on granules 83
3.2.3 Influence of dopant shape and multimodal distributions on granules 84
3.2.4 Evolution of pH-value during slurry preparation and slurry stability after mixing of all components 85
3.2.5 Influence of slurry viscosity on yield of granules 88
3.2.6 Addition of coarse alumina to spray-dried granules 89
3.2.7 Application of Andreasen model on mixtures of ceramic particles with spray-dried granules 94
3.2.8 Thermal pre-treatment of granules 98
3.2.9 Influence of surface tension of slurry on granule size and density 110
3.3 Investigation of laser manufactured parts 114
3.3.1 Experimental 115
3.3.2 Influence of different iron oxide dopants and multimodal particle distributions within granules 118
3.3.3 Influence of coarse alumina variation 121
3.3.4 Influence of thermal pre-treatment of powders 127
3.3.5 Grain structure of laser additive manufactured parts 135
3.3.6 Thermal expansion of laser processed parts 137
3.3.7 Influence of thermal pre-treatment and laser processing on manganese amount within granules and laser additive manufactured parts 138
4 Additives to reduce crack formation in selective laser melting and sintering of alumina 143
4.1 Experimental 144
4.2 Additives to reduce thermal stresses 150
4.2.1 Selective laser melting with mullite additives 150
4.2.2 Amorphous alumina formation by rare earth oxide doping 160
4.2.3 Formation of aluminum titanate by use of reduced titanium oxide 169
4.2.3.1 Dispersing of titanium oxide nanoparticles in water 170
4.2.3.2 Thermal treatment of Al2O3/TiO2 granules under argon/hydrogen atmosphere 172
4.2.3.3 Laser manufacturing of parts 178
4.2.4 In-situ formation of negative thermal expansion materials 187
4.2.4.1 Dispersing of zirconia and tungsten oxide nanoparticles 187
4.2.4.2 Influence of spray drying process parameters 191
4.2.4.3 Preparation of final powders for laser powder bed fusion 197
4.2.4.4 Laser manufacturing of layers and parts 200
4.3 Mechanical properties of laser processed parts 205
5 Flowability and inner structure of customized granules 209
5.1 Experimental 209
5.2 Comparison of flowability in terms of Hausner ratio, Avalanche angle and surface fractal measurements 211
5.2.1 Influence of coarse alumina AA18 variation 211
5.2.2 Influence of thermal pre-treatment of powders 213
5.2.3 Influence of dopant content within granules 216
5.2.4 Flowability of zirconia-tungsten oxide granules and alumina granules with mullite or rare earth oxide addition 219
5.2.5 Flowability of titanium oxide doped alumina powders 221
5.3 Cross sections of customized granules to image inner structure 224
6 Summary, conclusions and outlook 233
6.1 Summary and conclusions 233
6.2 Outlook 241
References 245
List of Figures 260
List of Tables 269The implementation of laser powder bed fusion of aluminum oxide ceramics is challenging due to a low thermal shock resistance, part densification, powder flowability and light absorptance. In this work, these challenges have been addressed by different approaches. Spray-dried alumina granules were doped with colored oxide nanoparticles to improve the laser absorption (improvement by over 80%). Different particle packing theories and powder treatments were tested to increase the powder bed density and therefore, the final part density (densities up to 98.6%). The powder quality was characterized by apparent and tapped density, moisture content, particle size distribution, Hausner ratio, avalanche angle and sur-face fractal. Furthermore, the addition of suitable was tested to reduce crack formation caused by thermal stresses. The in-situ formation of low and negative thermal expansion phases strongly reduced the crack formation in the laser manufactured oxide ceramic parts.:1 Introduction 1
1.1 Motivation 1
1.2 State of the art . 2
1.3 Aim of the project 2
2 Literature review 5
2.1 Additive manufacturing by laser powder bed fusion 5
2.1.1 Classification and process description 5
2.1.2 Advantages against other AM processes 9
2.1.3 Challenges of laser powder bed fusion 12
2.1.4 State of the art of laser powder bed fusion of aluminum oxide based ceramics 13
2.1.4.1 Powder bed preparation and impact on the process 13
2.1.4.2 Critical rating of the powder bed preparation techniques 17
2.1.4.3 Processing methods and properties 19
2.1.4.4 Part properties 26
2.2 Theoretical and experimental considerations for powder bed preparation 35
2.2.1 Spray granulation 35
2.2.2 Particle packing theories 39
2.3 Mechanisms for particle dispersing 41
2.3.1 DLVO-theory 41
2.3.2 Surface charge and electrical double layer 43
2.4 Conceptualization of new ideas for laser powder bed fusion of aluminum oxide 45
2.4.1 Densification, powder flowability and absorption issue 46
2.4.2 Reduction of crack formation 47
3 Doped spray-dried granules to solve densification and absorption issue in laser powder bed fusion of alumina 55
3.1 Dispersing of aluminum oxide, iron oxide and manganese oxide 55
3.1.1 Experimental 55
3.1.2 Particle characterization 57
3.1.3 Saturation amount evaluation of dispersant 59
3.1.4 Particle size distributions after dispersing 62
3.1.4.1 Particle size distributions of alumina powders 62
3.1.4.2 Particle size distribution of dopant 67
3.2 Packing density increase of spray-dried granules 76
3.2.1 Experimental 77
3.2.2 Influence of solid load and particle ratio on granules 83
3.2.3 Influence of dopant shape and multimodal distributions on granules 84
3.2.4 Evolution of pH-value during slurry preparation and slurry stability after mixing of all components 85
3.2.5 Influence of slurry viscosity on yield of granules 88
3.2.6 Addition of coarse alumina to spray-dried granules 89
3.2.7 Application of Andreasen model on mixtures of ceramic particles with spray-dried granules 94
3.2.8 Thermal pre-treatment of granules 98
3.2.9 Influence of surface tension of slurry on granule size and density 110
3.3 Investigation of laser manufactured parts 114
3.3.1 Experimental 115
3.3.2 Influence of different iron oxide dopants and multimodal particle distributions within granules 118
3.3.3 Influence of coarse alumina variation 121
3.3.4 Influence of thermal pre-treatment of powders 127
3.3.5 Grain structure of laser additive manufactured parts 135
3.3.6 Thermal expansion of laser processed parts 137
3.3.7 Influence of thermal pre-treatment and laser processing on manganese amount within granules and laser additive manufactured parts 138
4 Additives to reduce crack formation in selective laser melting and sintering of alumina 143
4.1 Experimental 144
4.2 Additives to reduce thermal stresses 150
4.2.1 Selective laser melting with mullite additives 150
4.2.2 Amorphous alumina formation by rare earth oxide doping 160
4.2.3 Formation of aluminum titanate by use of reduced titanium oxide 169
4.2.3.1 Dispersing of titanium oxide nanoparticles in water 170
4.2.3.2 Thermal treatment of Al2O3/TiO2 granules under argon/hydrogen atmosphere 172
4.2.3.3 Laser manufacturing of parts 178
4.2.4 In-situ formation of negative thermal expansion materials 187
4.2.4.1 Dispersing of zirconia and tungsten oxide nanoparticles 187
4.2.4.2 Influence of spray drying process parameters 191
4.2.4.3 Preparation of final powders for laser powder bed fusion 197
4.2.4.4 Laser manufacturing of layers and parts 200
4.3 Mechanical properties of laser processed parts 205
5 Flowability and inner structure of customized granules 209
5.1 Experimental 209
5.2 Comparison of flowability in terms of Hausner ratio, Avalanche angle and surface fractal measurements 211
5.2.1 Influence of coarse alumina AA18 variation 211
5.2.2 Influence of thermal pre-treatment of powders 213
5.2.3 Influence of dopant content within granules 216
5.2.4 Flowability of zirconia-tungsten oxide granules and alumina granules with mullite or rare earth oxide addition 219
5.2.5 Flowability of titanium oxide doped alumina powders 221
5.3 Cross sections of customized granules to image inner structure 224
6 Summary, conclusions and outlook 233
6.1 Summary and conclusions 233
6.2 Outlook 241
References 245
List of Figures 260
List of Tables 26
Abscheideeffizienz keramischer Tiefenfilter in einem Raumtemperatur-Modellsystem zur Charakterisierung der Aluminiumschmelzefiltration
Get PDFIn dieser Arbeit werden mit einem Raumtemperatur-Modellsystem die Wechselwirkungen und Überlagerungen der verschiedenen Einflussparameter auf die Partikelabscheidung in keramischen Tiefenfiltern dargestellt. Aussagen zum zeitlichen Beladungsverhalten, dem Einfluss der Strukturparameter und der Oberflächenrauheit der Filter auf die Abscheidung werden diskutiert. Außerdem wird die Abscheideeffizienz in Abhängigkeit der Eigenschaften der Verunreinigungen (Größe, Agglomeratzustand, Dichte), sowie dem Vorhandensein von Mikro- oder Nanogasblasen untersucht. Mit Hilfe der Computertomografie können die im Filter abgeschiedenen Verunreinigungen lokal abgebildet werden, was zum Verständnis der in schaumkeramischen Filtern ablaufenden Prozesse bei der Aluminium-Schmelzefiltration beiträgt. Ergebnisse einer dynamischen Bildanalyse lassen Rückschlüsse auf den Fraktionsabscheidegrad der Filter zu
Drone-based Integration of Hyperspectral Imaging and Magnetics for Mineral Exploration
Get PDFThe advent of unoccupied aerial systems (UAS) as disruptive technology has a lasting impact on remote sensing, geophysics and most geosciences. Small, lightweight, and low-cost UAS enable researchers and surveyors to acquire earth observation data in higher spatial and spectral resolution as compared to airborne and satellite data. UAS-based applications range from rapid topographic mapping using photogrammetric techniques to hyperspectral and geophysical measurements of surface and subsurface geology. UAS surveys contribute to identifying metal deposits, monitoring of mine sites and can reveal arising environmental issues associated with mining. Further, affordable UAS technology will boost exploration data availability and expertise in the global south.
This thesis investigates the application of UAS-based multi-sensor data for mineral exploration, in particular the integration of hyperspectral imagers, magnetometers and digital cameras (covering the visible red, green, blue light spectrum). UAS-based research is maturing, however the aforementioned methods are not unified effectively. RGB-based photogrammetry is used to investigate topography and surface texture. Image spectrometers measure mineral-specific surface signatures. Magnetometers detect geomagnetic field changes caused by magnetic minerals at surface and depth. The integration of such UAS sensor-based methods in this thesis augments exploration potential with non-invasive, high-resolution, safe, rapid and practical survey methods.
UAS-based surveying acquired, processed and integrated data from three distinct test sites. The sites are located in Finland (Fe-Ti-V at Otanmäki; apatite at Siilinjärvi) and Greenland (Ni-Cu-PGE at Qullissat, Disko Island) and were chosen as geologically diverse areas in subarctic to arctic environments. Restricted accessibility, unfavourable atmospheric conditions, dark rocks, debris and vegetation cover and low solar illumination were common features. While the topography in Finland was moderately flat, a steep landscape challenged the Greenland field work. These restraints meant that acquisitions varied from site to site and how data was integrated and interpreted is dependent on the commodity of interest.
Iron-based spectral absorption and magnetic mineral response were detected using hyperspectral and magnetic surveying in Otanmäki. Multi-sensor-based image feature detection and classification combined with magnetic forward modelling enabled seamless geologic mapping in Siilinjärvi. Detailed magnetic inversion and multispectral photogrammetry led to the construction of a comprehensive 3D model of magmatic exploration targets in Greenland. Ground truth at different intensity was employed to verify UAS-based data interpretations during all case studies.
Laboratory analysis was applied when deemed necessary to acquire geologic-mineralogic validation (e.g., X-ray diffraction and optical microscopy for mineral identification to establish lithologic domains, magnetic susceptibility measurements for subsurface modelling), for example for trace amounts of magnetite in carbonatite (Siilinjärvi) and native iron occurrence in basalt (Qullissat). Technical achievements were the integration of a multicopter-based prototype fluxgate-magnetometer data from different survey altitudes with ground truth, and a feasibility study with a high-speed multispectral image system for fixed-wing UAS.
The employed case studies transfer the experiences made towards general recommendations for UAS application-based multi-sensor integration. This thesis highlights the feasibility of UAS-based surveying at target scale (1–50 km2) and solidifies versatile survey approaches for multi-sensor integration.Ziel dieser Arbeit war es, das Potenzial einer Drohnen-basierten Mineralexploration mit Multisensor-Datenintegration unter Verwendung optisch-spektroskopischer und magnetischer Methoden zu untersuchen, um u. a. übertragbare Arbeitsabläufe zu erstellen.
Die untersuchte Literatur legt nahe, dass Drohnen-basierte Bildspektroskopie und magnetische Sensoren ein ausgereiftes technologisches Niveau erreichen und erhebliches Potenzial für die Anwendungsentwicklung bieten, aber es noch keine ausreichende Synergie von hyperspektralen und magnetischen Methoden gibt.
Diese Arbeit umfasste drei Fallstudien, bei denen die Drohnengestützte Vermessung von geologischen Zielen in subarktischen bis arktischen Regionen angewendet wurde.
Eine Kombination von Drohnen-Technologie mit RGB, Multi- und Hyperspektralkameras und Magnetometern ist vorteilhaft und schuf die Grundlage für eine integrierte Modellierung in den Fallstudien.
Die Untersuchungen wurden in einem Gelände mit flacher und zerklüfteter Topografie, verdeckten Zielen und unter oft schlechten Lichtverhältnissen durchgeführt. Unter diesen Bedingungen war es das Ziel, die Anwendbarkeit von Drohnen-basierten Multisensordaten in verschiedenen Explorationsumgebungen zu bewerten.
Hochauflösende Oberflächenbilder und Untergrundinformationen aus der Magnetik wurden fusioniert und gemeinsam interpretiert, dabei war eine selektive Gesteinsprobennahme und Analyse ein wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit und für die Validierung notwendig.
Für eine Eisenerzlagerstätte wurde eine einfache Ressourcenschätzung durchgeführt, indem Magnetik, bildspektroskopisch-basierte Indizes und 2D-Strukturinterpretation integriert wurden. Fotogrammetrische 3D-Modellierung, magnetisches forward-modelling und hyperspektrale Klassifizierungen wurden für eine Karbonatit-Intrusion angewendet, um einen kompletten Explorationsabschnitt zu erfassen. Eine Vektorinversion von magnetischen Daten von Disko Island, Grönland, wurden genutzt, um großräumige 3D-Modelle von undifferenzierten Erdrutschblöcken zu erstellen, sowie diese zu identifizieren und zu vermessen.
Die integrierte spektrale und magnetische Kartierung in komplexen Gebieten verbesserte die Erkennungsrate und räumliche Auflösung von Erkundungszielen und reduzierte Zeit, Aufwand und benötigtes Probenmaterial für eine komplexe Interpretation.
Der Prototyp einer Multispektralkamera, gebaut für eine Starrflügler-Drohne für die schnelle Vermessung, wurde entwickelt, erfolgreich getestet und zum Teil ausgewertet.
Die vorgelegte Arbeit zeigt die Vorteile und Potenziale von Multisensor-Drohnen als praktisches, leichtes, sicheres, schnelles und komfortabel einsetzbares geowissenschaftliches Werkzeug, um digitale Modelle für präzise Rohstofferkundung und geologische Kartierung zu erstellen
A Contribution to the Multidimensional and Correlative Tomographic Characterization of Micron–Sized Particle Systems
Get PDFThe present work was carried out within the framework of the priority programme SPP 2045. Technical ultra–fine particle systems (< 10μm) from highly specific separation processes are to be investigated here with regard to multi–dimensional property distributions. Tomographic measurement methods allow a comprehensive 3D description of particle–discrete data sets of statistically relevant size. The focus of the work is on X–ray tomographic analysis by means of micro-computed tomography (micro–CT), which, if necessary, is extended to several size scales by including further measurement methods (nano–CT) and supplemented by suitable elemental analysis (FIB–SEM + EBSD, EDX). Two preparation methods (wax, epoxy resin) for different particle preparations are described methodically, which have already been published in a case study or are the subject of current studies in the outlook of the work. Finally, a networked multiple use of the generated data within an online particle database is shown and its application is explained using three concrete examples.:1 Outline
2 Description of Particle Properties
2.1 Integral or Class–Based Description
2.2 Particle–Discrete Description
2.2.1 2D Description
2.2.2 Full 3D Description
2.3 Multidimensional Characterization on Basis of Particle–Discrete 3D Data
2.3.1 Motivation
2.3.2 Kernel Density Approach
2.3.3 Copula Approach
3 X–ray Tomography
3.1 Historical Context
3.2 X–ray Physics
3.2.1 X–ray Generation
3.2.2 Polychromatic Spectrum
3.2.3 Interaction with Matter
3.3 Tomographic Imaging
3.3.1 Motivation
3.3.2 Basic Idea
3.3.3 X–ray Microscopy Measurement Setup andWorkflow
3.3.4 Tomographic Reconstruction via Filtered Back Projection
3.3.5 Region of Interest Tomography
3.4 Relevant Artefacts Related to Particle Measurement
3.4.1 Temperature Drift
3.4.2 Penumbral Blurring and Shadow
3.4.3 Cone Beam
3.4.4 Out–of–Field
3.4.5 Center Shift
3.4.6 Sample Drift
3.4.7 Beam Hardening
3.4.8 Rings
3.4.9 Noise
3.4.10 Partial Volume
3.4.11 Summary
4 Practical Implementation
4.1 Particle Sample Requirements
4.1.1 Geometry
4.1.2 Dispersity and Homogeneity
4.2 Statistics
4.2.1 Single Particle Properties
4.2.2 Properties of a Limited Number of Particles (10 to several 100)
4.2.3 Particle Populations with Distributed Properties
4.3 2D Validation
4.4 Measurement
4.4.1 X–ray Microscope
4.4.2 Source Filter
4.4.3 Detector Binning
4.4.4 Cone Beam Artefact Compensation
4.4.5 Center Shift Correction
4.4.6 Dynamic Ring Removal
5 Image Analysis
5.1 Image Quality
5.1.1 Grey Value Histogram
5.1.2 Resolution
5.1.3 Signal–to–Noise Ratio
5.1.4 Contrast and Dynamic Range
5.1.5 Sharpness
5.1.6 Summary
5.2 Basic Image Processing Strategies
5.2.1 Threshold–Based Segmentation
5.2.2 Machine Learning Assisted Segmentation
6 Correlative Tomography
6.1 Scouting Approach
6.2 Multiscale Approach
6.3 Multidisciplinary Approach
7 Data Management
7.1 Data Quality
7.2 Data Availability
7.2.1 Tomographic Datasets
7.2.2 Particle Database
8 Outlook on Further Research Activities
9 Publications
9.1 Copyright Declaration
9.2 Overview
9.3 List of Publications
Paper A, Preparation techniques for micron–sized particulate samples in X–ray microtomography
Paper B, Self–constructed automated syringe for preparation of micron–sized particulate samples in X–ray microtomography
Paper C, Preparation strategy for statistically significant micrometer–sized particle systems suitable for correlative 3D imaging workflows on the example of X–ray microtomography
Paper D, Multi–scale tomographic analysis for micron–sized particulate samples
Paper E, PARROT: A pilot study on the open access provision of particle discrete tomographic datasets
10 Appendix
10.1 Application Example 1: Fracture Analysis
10.2 Application Example 2: 3D Contact Angle Measurement
10.3 Influence of the Source Filter
10.4 Influence of the X–rays on the Sample
10.5 Appropriate Filter Settings
10.6 Log File ParserDie vorliegende Arbeit ist im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 2045 entstanden. Technische Feinstpartikelsysteme (< 10μm) aus hochspezifischen Trennprozessen sollen hier hinsichtlich mehrdimensionaler Eigenschaftsverteilungen untersucht werden. Tomographische Messverfahren erlauben dabei eine vollständige 3D Beschreibung partikeldiskreter Datensätze statistisch relevanter Größe. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der röntgentomographischen Analyse mittels Mikro–Computertomographie (mikro–CT), die im Bedarfsfall unter Einbeziehung weiterer Messmethoden (nano–CT) auf mehrere Größenskalen erweitert und durch geeignete Elementanalytik (FIB–SEM + EBSD, EDX) ergänzt wird. Methodisch werden zwei Präparationsverfahren (Wachs, Epoxidharz) für unterschiedliche Partikelpräparate beschrieben, welche in einer Fallstudie bereits veröffentlicht bzw. im Ausblick der Arbeit Gegenstand aktueller Studien ist. Schließlich wird eine vernetzte Mehrfachnutzung der erzeugten Daten innerhalb einer online-Partikeldatenbank gezeigt und deren Anwendung an drei konkreten Beispielen erläutert.:1 Outline
2 Description of Particle Properties
2.1 Integral or Class–Based Description
2.2 Particle–Discrete Description
2.2.1 2D Description
2.2.2 Full 3D Description
2.3 Multidimensional Characterization on Basis of Particle–Discrete 3D Data
2.3.1 Motivation
2.3.2 Kernel Density Approach
2.3.3 Copula Approach
3 X–ray Tomography
3.1 Historical Context
3.2 X–ray Physics
3.2.1 X–ray Generation
3.2.2 Polychromatic Spectrum
3.2.3 Interaction with Matter
3.3 Tomographic Imaging
3.3.1 Motivation
3.3.2 Basic Idea
3.3.3 X–ray Microscopy Measurement Setup andWorkflow
3.3.4 Tomographic Reconstruction via Filtered Back Projection
3.3.5 Region of Interest Tomography
3.4 Relevant Artefacts Related to Particle Measurement
3.4.1 Temperature Drift
3.4.2 Penumbral Blurring and Shadow
3.4.3 Cone Beam
3.4.4 Out–of–Field
3.4.5 Center Shift
3.4.6 Sample Drift
3.4.7 Beam Hardening
3.4.8 Rings
3.4.9 Noise
3.4.10 Partial Volume
3.4.11 Summary
4 Practical Implementation
4.1 Particle Sample Requirements
4.1.1 Geometry
4.1.2 Dispersity and Homogeneity
4.2 Statistics
4.2.1 Single Particle Properties
4.2.2 Properties of a Limited Number of Particles (10 to several 100)
4.2.3 Particle Populations with Distributed Properties
4.3 2D Validation
4.4 Measurement
4.4.1 X–ray Microscope
4.4.2 Source Filter
4.4.3 Detector Binning
4.4.4 Cone Beam Artefact Compensation
4.4.5 Center Shift Correction
4.4.6 Dynamic Ring Removal
5 Image Analysis
5.1 Image Quality
5.1.1 Grey Value Histogram
5.1.2 Resolution
5.1.3 Signal–to–Noise Ratio
5.1.4 Contrast and Dynamic Range
5.1.5 Sharpness
5.1.6 Summary
5.2 Basic Image Processing Strategies
5.2.1 Threshold–Based Segmentation
5.2.2 Machine Learning Assisted Segmentation
6 Correlative Tomography
6.1 Scouting Approach
6.2 Multiscale Approach
6.3 Multidisciplinary Approach
7 Data Management
7.1 Data Quality
7.2 Data Availability
7.2.1 Tomographic Datasets
7.2.2 Particle Database
8 Outlook on Further Research Activities
9 Publications
9.1 Copyright Declaration
9.2 Overview
9.3 List of Publications
Paper A, Preparation techniques for micron–sized particulate samples in X–ray microtomography
Paper B, Self–constructed automated syringe for preparation of micron–sized particulate samples in X–ray microtomography
Paper C, Preparation strategy for statistically significant micrometer–sized particle systems suitable for correlative 3D imaging workflows on the example of X–ray microtomography
Paper D, Multi–scale tomographic analysis for micron–sized particulate samples
Paper E, PARROT: A pilot study on the open access provision of particle discrete tomographic datasets
10 Appendix
10.1 Application Example 1: Fracture Analysis
10.2 Application Example 2: 3D Contact Angle Measurement
10.3 Influence of the Source Filter
10.4 Influence of the X–rays on the Sample
10.5 Appropriate Filter Settings
10.6 Log File Parse
6-[(2-Hydroxy-5-methylanilino)methylidene]-4-nitrocyclohexa-2,4-dien-1-one
Get PDFThe title compound, C14H12N2O4, is nearly planar with a dihedral angle between the aromatic rings of 1.41 (8)°. The phenolic O atom is deprotonated and the N atom of the azomethine unit carries the proton, thereby forming an intramolecular N—H...O hydrogen bond. In the crystal, the molecules form inversion dimers via pairwise O—H...O hydrogen bonds
Entwicklung und Qualifizierung eines neuen Bohrsystems für die Tiefbohrtechnik auf der Basis des Elektro-Impuls-Verfahrens
Get PDFDie wirtschaftlich vorteilhafte Gestaltung von Geothermiesystemen ist für die Energiewende von zentraler Bedeutung. Das Elektro-Impuls-Verfahren (EIV) bietet ein großes Potential für eine signifikante Reduktion des wirtschaftlichen Risikos beim Abteufen einer Bohrung im Hartgestein für tiefe Geothermie, da es einerseits die Bohrgeschwindigkeit erhöhen sowie andererseits die Standzeit des „Meißels“ erheblich verlängern kann. Es nutzt die zerstörende Wirkung elektrischer Entladungen. Der Hauptvorteil ist, dass nahezu kein mechanischer Verschleiß vorliegt. Der Abbrand an den Elektrodenspitzen durch die elektrischen Impulse ist vernachlässigbar gering.
Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob und unter welchen Voraussetzungen das neuartige auf dem EIV basierende Bohrsystem in der Tiefbohrtechnik und im speziellen zum Abteufen tiefer Geothermiebohrung eingesetzt werden kann.
Die Untersuchung des Standes der Technik erbrachte, dass es bereits F&E-Projekte für den Einsatz des EIV in der Tiefbohrtechnik gibt. Keines der entwickelten Systeme konnte bisher zur Marktreife gebracht werden. Um diesen wichtigen Schritt mit dem in der Arbeit vorgestellten System zu gewährleisten, wurden alle normativen und regulativen Randbedingungen zusammengestellt, bewertet und auf deren Einhaltung in allen Entwicklungsschritten geachtet.
Die im Labor mit dem EIV-Bohrsystem durchgeführten Versuche wurden hinsichtlich spezifischer Energie und Bohrlochqualität ausgewertet und die Ergebnisse mit Werten aus der Praxis verglichen. Es zeigte sich, dass der benötigte Energiebedarf zum Lösen des Gesteins sowie die erreichte Bohrlochqualität vergleichbar mit herkömmlichen Bohrverfahren ist. Somit ist eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz in der Tiefbohrtechnik gegeben. Darüber hinaus wurde die Wirtschaftlichkeit an einer Beispielbohrung betrachtet. Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigte, dass durch die Erhöhung der Standzeit und der damit einhergehenden Reduzierung der nicht-produktiven Zeit eine Kostenersparnis von bis zu 30 % möglich ist.
Ein Feldversuch mit dem Laborprototyp in einer flachen Bohrung führte zu dem Ergebnis, dass es möglich ist, das EIV unter realen Bedingungen einzusetzen und einen Abtrag zu erzielen. Im Ergebnis des Praxisversuches und dessen Auswertung steht der Nachweis, dass die angestrebte Zielstellung erreicht wurde und das EIV wirtschaftlich eingesetzt werden kann.:Symbolverzeichnis VII
Abkürzungsverzeichnis X
Tabellenverzeichnis XI
Abbildungsverzeichnis XII
1 Einleitung 1
2 Das Elektro-Impuls-Verfahren 4
2.1 Grundprinzip 4
2.1.1 Hochspannungsentladung 4
2.1.2 Funktionsweise des Elektro-Impuls-Verfahrens 6
2.1.3 Erzeugung der Hochspannungsimpulse 10
2.2 Stand der Technik 11
2.2.1 EIV zur Gesteinszerkleinerung 11
2.2.2 EIV in der Tiefbohrtechnik 15
2.2.3 Hochspannungsentladungen in anderen Anwendungsgebieten 23
3 Entwicklung eines EIV-Bohrsystems 28
3.1 Konzept und Aufbau des EIV-Bohrsystems 28
3.1.1 Gehäuse 29
3.1.2 Elektrode 30
3.1.3 Impulsspannungsgenerator 32
3.1.4 Gleichrichter, Transformator und Generator 33
3.1.5 Getriebe 36
3.1.6 Dichtungssystem 43
3.1.7 Antrieb für den Generator 48
3.2 Anforderungen an die Komponenten des EIV-Bohrsystems 54
3.2.1 Normen 54
3.2.2 Aufbau eines konventionellen Bohrstranges 55
3.2.3 Mechanische und physikalische Eigenschaften der Bohrgarnitur 59
3.2.4 Geometrische Eigenschaften der Bohrgarnitur 61
3.3 Beanspruchungen der Komponenten des EIV-Bohrsystems 63
4 EIV – Laborversuche 70
4.1 Versuchsstand Grundlagenversuche 70
4.1.1 Aufbau des Versuchsstandes und Versuchsdurchführung 70
4.1.2 Ergebnisse der Grundlagenversuche 71
4.2 Versuchsstand Hochdruckversuche 73
4.2.1 Aufbau des Versuchsstandes und Versuchsdurchführung 73
4.2.2 Ergebnisse der Hochdruckversuche 74
4.3 Versuchsstand Bohrlochmaßstab 76
4.3.1 Aufbau des Versuchsstandes und Versuchsdurchführung 76
4.3.2 Ergebnisse der Versuche im Bohrlochmaßstab 78
5 In-Situ-Versuch 79
5.1 Versuchsvorbereitung 79
5.2 Bohrplatz 81
5.3 Versuchsdurchführung 85
5.4 Ergebnisse 86
6 Vergleich mit anderen Bohrverfahren 90
6.1 Spezifische Energie 90
6.1.1 Definition spezifische Energie 90
6.1.2 Beispiele für die spezifische Energie 95
6.1.3 Spezifische Energie des Elektro-Impuls-Verfahrens 96
6.2 Beurteilung der Bohrlochqualität 98
6.2.1 Definition der Bohrlochqualität 98
6.2.2 Kaliberlog 104
6.2.3 Werte aus der Praxis 106
6.3 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 110
7 Zusammenfassung 116
8 Literaturverzeichnis 120
Anlagen 13
Temperature extension of NaCl Pitzer coefficients and ∆RG°(NaCl)
Get PDFThe general temperature range for THEREDA is currently limited to 0 to about 110°C.
For the important electrolyte NaCl there are thermodynamic data available to 200°C and above. To cover this larger temperature range for the Pitzer coefficients, a refit of the temperature functions of Greenberg, J. P. and Møller, N. (Geochim. Cosmochim. Acta 53 (1989) 2503-2518) is presented. A corresponding function for the solubility constant of NaCl is deduced from IUPAC recommended data. The data set for NaCl, thus extended in its range of validity up to 200°C, is implemented in THEREDA
Alles auf Draht!: MEFORM 2022 : 17.03.-18.03.2022
Get PDFThemenschwerpunkte: Moderne Walzstraßenkonzeptionen für neue Umformtechnologien und TMB-Strategien zur Herstellung von Walzdraht, Rechnergestützte Kalibrierung und Stichplanauslegung, Neue Technologien und Anlagen zum Ziehen von Draht, Anlagen und Technologien zur Wärmebehandlung von Draht, Umformtechnologien für neue Drahtwerkstoffe und Legierungen für Hochleistungsanwendungen, Prozessüberwachung und Qualitätssicherung in Prozessen der Drahtherstellung und -weiterverarbeitung, Mathematische Beschreibung der Umformprozesse und des Werkstoffverhaltens bei der Drahterzeugung und Weiterverarbeitung von Draht zu Anwendungen mit hohem AnforderungsprofilConference topics: Modern rolling plant concepts for new forming technologies and thermo-mechanical treatment of rolled wires, Computer-aided roll-pass design and pass schedule development, New technologies and equipments for wire drawing, Systems and technologies for the heat treatment of wire forming technologies for new alloys and materials accounting for high-demand wire applications, Process monitoring and quality assurance in wire production and processing, Mathematical modelling of the deformation process and material behaviour during wire production, Post-processing of wire for high-demand applications, and Wire-based additive manufacturin