13 resultados para Cobalt, Zinc
em Doria (National Library of Finland DSpace Services) - National Library of Finland, Finland
Resumo:
Tyss tutkittiin kahden silikapohjaisen erotusmateriaalin soveltuvuutta nikkelin ja koboltin poistoon sinkkisulfaattiliuoksista. Suurin osa kokeista tehtiin ioninvaihtimella, jonka funktionaalinen ryhm on iminodietikkahappo. Vertailuerotusmateriaalin toiminta perustui adsorptioon. Liuoksina kytettiin sek autenttista prosessiliuosta ett synteettist ZnSO4-liousta. Ioninvaihtimen kestvyyskokeissa selvisi, ett tutkittu ioninvaihdin kest hyvin sek 60 oC lmptilan ett happamia olosuhteita. Emksisiss liuoksissa silikarunko ei kest. Jo 0,1 M NaOH-liuos liuottaa merkittvsti hartsia vuorokauden aikana. Vaihtimen vetyionikapasiteetiksi saatiin titrauksella 2,3 mekv/g. Tasapainokokeilla saatiin selville, ett ioninvaihdin on selektiivinen nikkelille sinkin suhteen ja ett selektiivisyys kasvaa liuoksen pH:n laskiessa. Koboltille ioninvaihdin ei ole selektiivinen sinkin suhteen. Mikli sinkin pitoisuus on tuhansia kertoja nikkelin pitoisuutta suurempi, ei ioninvaihtimen Ni-selektiivisyys riit myskn nikkelille. Synteettisill ZnSO4-liuoksilla tehtyjen kolonnikokeiden perusteella havaittiin, ett tutkitulla ioninvaihtimella voidaan laimeista ZnSO4-liuoksista poistaa nikkeli selektiivisesti. Nikkelin eluointi onnistui helposti 1 M H2SO4:lla. Vertailukokeen perusteella oli ioninvaihtimen Ni/Zn-selektiivisyys referenssiadsorbentin Ni/Zn-selektiivisyytt pienempi. Ioninvaihtokolonnin mallintaminen ei onnistunut riittvn hyvin kuvaamaan ioninvaihtimessa tapahtuvaa samanaikaista ioninvaihtoa ja adsorptiota. Sen sijaan kun kolonnissa oli vertailumateriaalina kytetty adsorbentti, saatiin kolonnikokeiden tulokset mallilla hyvin ennustettua.
Resumo:
Diplomityn tarkoituksena oli tutkia ja kehitt menetelm arvometallien kuten kuparin, sinkin, koboltin ja nikkelin talteenottoon metallikloridiliuoksesta. Tavoitteena oli valita taloudellisin ja ympristystvllisin menetelm, jolla saadaan nm arvometallit myyntituotteiksi. Lisksi puhdistetun prosessiveden tuli tytt asetetut tavoitteet. Kirjallisuustyn perusteella laskettiin viidelle eri prosessivaihtoehdolle ainetaseet HSC Sim 6.0 ohjelmalla, joka on HSC Chemistry-pohjainen prosessien simulointi- ja mallinnusohjelma. Kaikissa vaihtoehdoissa oli ensimmisen prosessiosana kuparin, sinkin, koboltin ja nikkelin sulfidisaostus ja sakan pesu. Sulfidisaostusta seurasi vaihtoehtoisesti joko 1) hapetus hapella ja hydroksidisaostus, 2) hapetus vetyperoksidilla ja hydroksidisaostus, 3) pelkk hydroksidisaostus, 4) hapetus SO2/O2-kaasuseoksella ja hydroksidisaostus tai 5) karbonaattisaostus. Taselaskennan perusteella valittiin kokeelliseen osaan tutkittavat prosessivaihtoehdot, jotka olivat sulfidisaostus, hydroksidisaostus, SO2/O2- hapetus ja hydroksidisaostus sek karbonaattisaostus. Kokeissa arvometallit saatiin talteenotettua sulfidisaostuksella selektiivisimmin lmptilassa 55 C ja pH:ssa 4. Niss olosuhteissa reagenssin kulutus verrattaessa muihin tehtyihin sulfidisaostuksiin oli pienin. Sakka laskeutui ja suotautui hyvin. Loppusakan sisltmien metallien (kupari, sinkki ja koboltti) pitoisuudet olivat korkeimmat. Mys nikkelin mr oli suuri. Mangaani ja rauta saatiin talteenotettua selektiivisimmin karbonaattisaostuksella lmptilassa 65 C. Sakka sislsi eniten mangaania. Sakka laskeutui ja suotautui hyvin. Tll menetelmll puhdistetun prosessiveden laatu tytti asetetut tavoitteet.
Improving the competitiveness of electrolytic Zinc process by chemical reaction engineering approach
Resumo:
This doctoral thesis describes the development work performed on the leachand purification sections in the electrolytic zinc plant in Kokkola to increase the efficiency in these two stages, and thus the competitiveness of the plant. Since metallic zinc is a typical bulk product, the improvement of the competitiveness of a plant was mostly an issue of decreasing unit costs. The problems in the leaching were low recovery of valuable metals from raw materials, and that the available technology offered complicated and expensive processes to overcome this problem. In the purification, the main problem was consumption of zinc powder - up to four to six times the stoichiometric demand. This reduced the capacity of the plant as this zinc is re-circulated through the electrolysis, which is the absolute bottleneck in a zinc plant. Low selectivity gave low-grade and low-value precipitates for further processing to metallic copper, cadmium, cobalt and nickel. Knowledge of the underlying chemistry was poor and process interruptions causing losses of zinc production were frequent. Studies on leaching comprised the kinetics of ferrite leaching and jarosite precipitation, as well as the stability of jarosite in acidic plant solutions. A breakthrough came with the finding that jarosite could precipitate under conditions where ferrite would leach satisfactorily. Based on this discovery, a one-step process for the treatment of ferrite was developed. In the plant, the new process almost doubled the recovery of zinc from ferrite in the same equipment as the two-step jarosite process was operated in at that time. In a later expansion of the plant, investment savings were substantial compared to other technologies available. In the solution purification, the key finding was that Co, Ni, and Cu formed specific arsenides in the hot arsenic zinc dust step. This was utilized for the development of a three-step purification stage based on fluidized bed technology in all three steps, i.e. removal of Cu, Co and Cd. Both precipitation rates and selectivity increased, which strongly decreased the zinc powder consumption through a substantially suppressed hydrogen gas evolution. Better selectivity improved the value of the precipitates: cadmium, which caused environmental problems in the copper smelter, was reduced from 1-3% reported normally down to 0.05 %, and a cobalt cake with 15 % Co was easily produced in laboratory experiments in the cobalt removal. The zinc powder consumption in the plant for a solution containing Cu, Co, Ni and Cd (1000, 25, 30 and 350 mg/l, respectively), was around 1.8 g/l; i.e. only 1.4 times the stoichiometric demand or, about 60% saving in powder consumption. Two processes for direct leaching of the concentrate under atmospheric conditions were developed, one of which was implemented in the Kokkola zinc plant. Compared to the existing pressure leach technology, savings were obtained mostly in investment. The scientific basis for the most important processes and process improvements is given in the doctoral thesis. This includes mathematical modeling and thermodynamic evaluation of experimental results and hypotheses developed. Five of the processes developed in this research and development program were implemented in the plant and are still operated. Even though these processes were developed with the focus on the plant in Kokkola, they can also be implemented at low cost in most of the zinc plants globally, and have thus a great significance in the development of the electrolytic zinc process in general.
Resumo:
Diplomityss tutkittiin silikarunkoisen, pyridyyliryhmn sisltvn erotusmateriaalin kyky erottaa selektiivisesti kuparia, nikkeli, kobolttia ja kadmiumia sinkkisulfaattiliuoksista. Erotuskyky verrattiin kolonnikokein toiseen kaupalliseen polystyreenidivinyylibentseenirunkoiseen (PS-DVB) erotusmate-riaaliin, jonka funktionaalinen ryhm on samantyyppinen. Silikarunkoisen erotusmateriaalin happo-emsominaisuuksia selvitettiin titrauksin. Metallien sitoutumisen kinetiikkaa ja eluointia verrattiin PS-DVB-runkoisen erotus-materiaalin kirjallisuudessa esitettyihin tuloksiin. Lisksi mritettiin kummankin erotusmateriaalin partikkelikokojakaumat. Silikarunkoisen materiaalin havaittiin turpoavan noin 4 % muutettaessa se vapaastaemsmuodosta happomuotoon. Turpoaminen oli huomattavasti vhisemp kuin PS-DVB-runkoisella materiaalilla. Silikarunkoisen erotus-materiaalin titrauksen tuloksena voitiin todeta, ett se oli heikosti emksinen. Titrauskyr muistutti PS-DVB-runkoisen erotusmateriaalin titrauskyr, vaikka erotusmateriaalien protonoitumisalueet olivat hieman erilaiset. Tm johtuu siit, ett silikarunkoisen materiaalin funktionaaliset ryhmt poikkeavat rakenteeltaan hieman PS-DVB-runkoisesta materiaalista. Tasapainokokeet osoittivat, ett silikarunkoinen erotusmateriaali adsorboi tutkituista metalleista eniten kuparia ja nikkeli ja vhiten sinkki. Kaikkien tutkittujen metallien eluointi silikarunkoisesta erotusmateriaalista onnistui rikkihapolla toisin kuin PS-DVB-runkoisesta erotusmateriaalista, jonka regenerointiin tarvitaan rikkihappoa tai ammoniumhydroksidia riippuen siit, mit metalleja siihen on ladattu.
Resumo:
Tyss tutkittiin metalli- ja anionieppuhtauksien mytuuttautumista sinkin mukana di(2-etyyliheksyyli)fosforihappoalla (D2EHPA). Laboratoriokokeissa selvitettiin pH:n vaikutusta metallieppuhtauksien uuttautumiseen pH-alueella -O, l... 3 sek pesujen vaikutusta sinkill ladatun orgaanisen faasin metallipitoisuuksiin. Kokeita tehtiin sek synteettisill ett autenttisilla prosessiliuoksilla. Anionikokeissa tutkittiin raudan ja sinkin vaikutusta kloridin ja fluoridin uuttautumiseen. Synteettisill liuoksilla tehdyiss kokeissa tutkittiin kadmiumin, koboltin, nikkelin, kuparin sek antimonin uuttautumista sinkkisulfaattiliuoksesta. Kokeissa havaittiin D2EHPA:n uuttavan sinkki selvsti em. metalleja paremmin. Sinkki uuttautui sulfaattiliuoksesta lhes tydellisesti tasapaino-pH:n ollessa yli 2,3. Sinkin jlkeen muista metalleista uuttautui eniten kadmium ja jrjestyksess sitten kupari, koboltti ja nikkeli. Eppuhtausmetallien mytuuttautumista lisntyi uuton tasapaino-pH:n kasvaessa ja vheni sinkkilatauksen kasvaessa. Kahdella perkkisell pesuaskeleella, joissa ensimminen pesuliuos sislsi 5 g/L rikkihappoa ja toinen sek 15 g/L rikkihappoa ett 5 g/L sinkki saatiin kaikkien eppuhtausmetallien pitoisuudet jmn alle 3 mg/L. Antimonin uuttokokeissa huomattiin antimonin uuttautuvan tydellisesti D2EHPA:lla pH:sta riippumatta pH-alueella0...3. Prosessiliuoksilla tehdyiss kokeissa todettiin D2EHPA:n pystyvn tehokkaasti erottamaan sinkin magnesiumista zn,Mg 107 ja kadmiumista zn,cd 106. Havaittiin mys, ett mit suurempi sinkki- ja rautalataus orgaanisessa faasissa on sit vhemmn magnesiumia ja kadmiumia uuttautuu. Ensimmisess pesussa saatiin sek kadmiumin ett magnesiumin pitoisuudet putoamaan keskimrin 0,1 mg/L eli 30 alkuperisest pitoisuudesta. Toisella pesuaskeleella ei en ollut vaikutusta kadmiumin ja magnesiumin pitoisuuksiin orgaanisessa faasissa. Kokeissa havaittiin mys, ett D2EHPA:n latausasteen ylittess 0,7 alkaa sinkki-D2EHPA-kompleksit polymeroitua ja faasit eivt en selkeytyneet helposti. Anionikokeissa huomattiin, ettei D2EHPA uuttanut kloridi tai fluoridi sinkin tai raudan mukana. D2EHPA:n havaittiin mys itsessn sisltvn hieman kloridia.
Resumo:
Diplomityss on tutkittu kuparin, koboltin, nikkelin ja kadmiumin poistamista sinkkisulfaattiliuoksista kytten uusia silikarunkoisia kelatoivia erotusmateriaaleja. Vertailukohteena on kytetty perinteisi kaupallisia polymeerirunkoisia kelatoivia ioninvaihtohartseja. Laboratoriokokeissa selvitettiin erotusmateriaalien adsorptio- ja ioninvaihto-ominaisuuksia tasapaino- ja kolonnikokeilla. Silikarunkoisten erotusmateriaalien kemiallista kestvyytt tutkittiin olosuhteissa, jotka vastaavat prosessisyklin eri vaiheita. Metallien adsorptiomekanismien selvittmiseksi erotusmateriaaleille tehtiin happo-ems ja sulfaattititraukset. Tasapainokokeet osoittivat, ett silikarunkoisilla erotusmateriaaleilla saatiin kupari erotettua vkevist sinkkisulfaattiliuoksista polymeerirunkoisia kelatoivia ioninvaihtohartseja paremmin. Tutkituilla erotusmateriaaleilla ja ioninvaihtohartseilla ei havaittu merkittv selektiivisyytt koboltille, nikkelille tai kadmiumille sinkin ja kuparin lsn ollessa. Kolonnikokeilla yritettiin lyt paras esiksittely-lataus-eluointisykli kuparin talteenottoon vkevist sinkkisulfaattiliuoksista silikarunkoisilla erotusmateriaaleilla. Kolonnikokeissa esiksittely tehtiin laimealla NaOH:lla, jonka jlkeen petiin sytettiin hapanta sinkkisulfaattiliuosta. Eluointi onnistui hyvin laimealla rikkihapolla. Kolonnikokeiden tulokset osoittivat, ett kupari on mahdollista erottaa vkevist sinkkisulfaattiliuoksista. Silikarunkoisten erotusmateriaalien kemiallista kestvyytt tutkittaessa havaittiin materiaalien kestvn hyvin happoja ja 60 oC:en lmptilaa. Sit vastoin alkaalisissa olosuhteissa tapahtui silikan liukenemista. Tutkituilla erotusmateriaaleilla havaittiin kuparin sitoutumista sek ioninvaihtomekanismin avulla ett sitoutuneena neutraalina suolana.
Resumo:
Tyss selvitettiin kuparielektrolyysiss syntyvn sivutuotteen, arseenitrioksidin, soveltuvuutta The New Boliden Kokkola Zinc Oy:n sinkkitehtaan liuospuhdistuksen koboltinpoistovaiheeseen. Nykyn sinkkitehtaalla kytetn puhdasta arseenitrioksidia koboltinpoiston apuaineena. Tll hetkell kuparielektrolyysin arseenista valmistetaan puunsuoja-aineita. Lainsdnt muuttuu siten ett tulevaisuudessa kyseisten puunsuoja-aineiden kytt tullaan yh rajoittamaan. Kun puunsuoja-aineiden kulutus vhenee, tytyy syntyv arseeni varastoida jtealueelle ellei sille lydet muuta kytt. Arseenin varastointitarve ei lisnny jos kuparielektrolyysist saatava arseeni voidaan hydynt sinkkitehtaalla. Kuparielektrolyysiss syntyv arseenitrioksidi ei ole puhdasta. Tyss selvitettiin eppuh-tauksien vaikutusta sinkkitehtaan liuospuhdistuksen koboltinpoistovaiheeseen. Kokeiden olosuhteet pyrittiin yhdenmukaistamaan sinkkitehtaan koboltinpoistovaiheessa vallitsevia olosuhteita vastaaviksi. Kokeissa kytetyill arseeniliuosten eri eppuhtaustasoilla ei havaittu olevan selke eroa liuospuhdistuskyvyss. Koetulokset antavat viitteit siit, ett koboltinpoistoprosessi on oletettua epherkempi arseeniliuoksen eppuhtauksien vaikutuksille. Kirjallisuudesta haettiin arseenitrioksidin valmistukseen ja puhdistamiseen liittyv aineistoa. Valmistusmenetelmin tarkasteltiin valmistusta arseenimalmista ja kuparielektrolyytist ja puhdistusmenetelmin uudelleenkiteytyst, jdytys-sulatusprosessia ja ioninvaihtoa. Tyss puhdistettiin kuparielektrolyysin liuospuhdistuksessa syntyv arseenitrioksidia. Puhdistuslaitteistosta tehtiin alustava prosessisuunnitelma.
Resumo:
Tyss tutkittiin laboratorio-olosuhteissa germaniumin talteenottoa happamista hydrometallurgisista sulfaattiliuoksista kytten kaupallisia ioninvaihtohartseja. Germaniumin talteenottoa tutkittiin sek tasapaino- ett kolonnikokein syttliuoksista joiden pH oli alueella 0,83,0. Tutkituista hartseista parhaiten germanium voitiin erottaa kytten emsmuotoista N-metyyli-D-glukamiini-tyyppist ioninvaihtohartsia (esim. Rohm & Haasin IRA-743). Germaniumille mritettiin adsorptioisotermit tasapainokokein sek ems- ett happomuotoisilla hartseilla. Adsorptioisotermien perusteella parhaiten germa-niumia adsorboi emsmuotoinen IRA-743-hartsi kun liuoksen alku-pH oli tutkitun alueen korkein. Lmptilassa 25 C kapasiteetti oli 114 mg Ge/g. Tasapainokokein mritettiin emsmuotoisilla hartseilla germaniumin lisksi mys kuparia ja kobolttia sisltvill liuoksilla Ge:n jakaantumisvakiot sek erotustekijt Ge/Cu ja Ge/Co. Havaittiin, ett IRA-743:lla alku-pH:ssa 3,0 Ge:n jakaantumisvakiot sek erotustekijt Ge/Cu ja Ge/Co olivat selvsti suuremmat kuin muilla tutkituilla hartseilla. Arseenin, nikkelin, sinkin ja rauta(III):n adsorboitumista emsmuotoiseen IRA-743:een tutkittiin monimetallisella liuoksella syttliuoksen pH:n ollessa alueella 1,43,6. Kokeissa havaittiin, ett hartsi adsorboi hieman Ni:a ja Zn:a tasapaino-pH:n ollessa yli 5,5. Arseenia ei tutkitulla pH-alueella havaittu adsorboituvan. Lisksi huomattiin, ett rauta alkaa saostua pH:n ollessa hieman alle kolme. Kolonnikokeissa havaittiin, ett emsmuotoinen IRA-743-hartsi toimii hyvin germaniumin talteenotossa mys kolonnissa. Pelkstn germaniumia ja kobolttia sisltneell liuoksella hartsin dynaamiseksi kapasiteetiksi saatiin 54 mg Ge/g. Germaniumin eluointi IRA-743:sta onnistui parhaiten 0,5 M H2SO4:lla. Kolonnikokeita IRA-743:lla ajettiin mys monimetallisilla liuoksilla, mutta silloin havaittiin hartsin kapasiteetin pienenevn hartsin myrkyttymisen takia.
Resumo:
Tyss tutkittiin sinkin uutossa kytettvn di(2-etyyliheksyyli)fosforihappo (D2EHPA) -uuttoreagenssin faasikyttytymist ja miten laimentimen koostumus, lmptila ja orgaanisen faasin sinkkipitoisuus vaikuttavat faasitasapainoon. Laimentimen vaikutuksen havaittiin olevan pient, kun taas lmptilan nostaminen yli huoneenlmptilan levent faasidiagrammin yksifaasialuetta. Pienet orgaanisen faasin sinkkipitoisuudet eivt juuri vaikuta faasitasapainoon. Sinkin ja D2EHPA:n moolisuhteen ollessa vlill 0,10,2 kompleksin rakenne ilmeisesti muuttuu. Sinkkipitoisuuden kasvaessa yksifaasialue muodostuu pienemmill ammoniakkimrill. Suurilla orgaanisen faasin sinkkipitoisuuksilla ja ammoniakkimrill muodostuu orgaanisen faasin ja vesifaasin vlille kolmas nestefaasi. D2EHPA:n (40 p %) vesipitoisuuden ja viskositeetin pH riippuvuutta tutkittiin, kun laimentimena oli alifaattinen hiilivetyliuotin. Nostettaessa pH yli 3,5:n uuttoreagenssi alkoi muodostaa knteismisellej, jolloin orgaanisen faasin vesipitoisuus ja viskositeetti kasvoivat eksponentiaalisesti. Sinkin mukana uuttautuu eppuhtauksia kuten Al3+, Co2+, Cu2+, Na+, Ni2+, Cl- ja F-. Takaisinuuton kautta eppuhtaudet joutuvat talteenottoelektrolyysiin, jossa ne voivat vaikuttaa tuotteen laatuun ja laskea virtahytysuhdetta. Tarkoituksena oli tutkia vheneek eppuhtauksien mytuuttautuminen jollakin tietyll sinkin latausasteella. Fluoridin ja kuparin uuttautumisen havaittiin vhenevn vasta, kun sinkin pitoisuus orgaanisessa faasissa oli yli 20 g/L lmptilasta riippumatta. Fluoridi uuttautuu mahdollisesti alumiinikompleksina ja/tai fluorihappona. Koboltin ja nikkelin mytuuttautumisen havaittiin vhenevn, kun sinkin latausaste oli yli 10 g/L. Natrium ja kloridi eivt mytuuttautuneet.
Resumo:
Direct leaching is an alternative to conventional roast-leach-electrowin (RLE) zinc production method. The basic reaction of direct leach method is the oxidation of sphalerite concentrate in acidic liquid by ferric iron. The reaction mechanism and kinetics, mass transfer and current modifications of zinc concentrate direct leaching process are considered. Particular attention is paid to the oxidation-reduction cycle of iron and its role in direct leaching of zinc concentrate, since it can be one of the limiting factors of the leaching process under certain conditions. The oxidation-reduction cycle of iron was experimentally studied with goal of gaining new knowledge for developing the direct leaching of zinc concentrate. In order to obtain this aim, ferrous iron oxidation experiments were carried out. Affect of such parameters as temperature, pressure, sulfuric acid concentration, ferrous iron and copper concentrations was studied. Based on the experimental results, mathematical model of the ferrous iron oxidation rate was developed. According to results obtained during the study, the reaction rate orders for ferrous iron concentration, oxygen concentration and copper concentration are 0.777, 0.652 and 0.0951 respectively. Values predicted by model were in good concordance with the experimental results. The reliability of estimated parameters was evaluated by MCMC analysis which showed good parameters reliability.
Resumo:
Kelatoivat erotusmateriaalit ovat osoittautuneet lupaaviksi haitallisten metallien erottamiseksi vedest. Puhdistettava vesiliuos sislt vain harvoin pelkstn erotettavaksi tarkoitettuja metallikationeja, sill useimmiten mukana on erotusmateriaalien tehokkuutta heikentvi kationeja. Parantamalla erotusmateriaalin selektiivisyytt voitaisiin hiritsevien ionien vaikutusta vhent selvsti. Kandidaatintyn tavoitteena oli tutkia ioninleimaustekniikan avulla syntetisoitujen kelatoivien erotusmateriaalien selektiivisyytt nikkelille, koboltille, lyijylle ja sinkille. Kyttmll esimerkiksi nikkelitemplaattia materiaalin synteesivaiheessa materiaalin nikkeliselektiivisyys kasvaa verrattuna perinteiseen synteesitekniikkaan. Tss tyss tutkittiin erotusmateriaaleja, joissa oli kytetty nikkeli- tai lyijytemplaattia, vertaamalla niit ilman templaattia syntetisoituihin materiaaleihin. Lisksi erotustehokkuutta verrattiin kaupalliseen erotusmateriaaliin hiritsevien magnesium- ja kalsiumionien tapauksessa. Lyijyn havaittiin sitoutuvan tehokkaimmin kaikkiin syntetisoituihin materiaaleihin riippumatta nikkelitemplaatin kyttmisest. Kinetiikkakokeet osoittivat lyijyn sitoutumisnopeudenkin olevan vertailtavista metalleista suurin. Kaikki kokeet suoritettiin huoneenlmptilassa liuoksen pH-arvon ollessa 7,5. Nikkelitemplaatin kytt lissi materiaalin selektiivisyytt nikkelille verrattuna templaatittomaan muuten identtiseen materiaaliin. Kuitenkin materiaalien lyijyselektiivisyys oli huomattavasti nikkeliselektiivisyytt suurempi. Lyijytemplaatin kytt ei lisnnyt lyijyselektiivisyytt, mutta materiaalin nikkeliselektiivisyys parantui. Materiaaliin sitoutuneet nikkeli-, koboltti- ja sinkkipitoisuudet jivt huomattavasti vhisemmiksi verrattuna kaupalliseen materiaaliin. Magnesiumin ja kalsiumin tarttumista syntetisoituihin materiaaleihin tutkittiin mys ja tulosten mukaan IIPD2:een ja IIPD2-Methoxiin sitoutui erittin vhn magnesiumia ja kalsiumia verrattuna kaupalliseen materiaaliin, jonka kalsiumkapasiteetti oli erityisen suuri. Kyseiset materiaalit soveltuvat tulosten perusteella mys hiritsevi ioneja sisltvien liuosten puhdistamiseen. Nin ollen valittujen kahden materiaalin jatkotutkimuksella olisi mahdollista parantaa nikkelikapasiteettia ja -selektiivisyytt.
Resumo:
Waste combustion has gone from being a volume reducing discarding-method to an energy recovery process for unwanted material that cannot be reused or recycled. Different fractions of waste are used as fuel today, such as; municipal solid waste, refuse derived fuel, and solid recovered fuel. Furthermore, industrial waste, normally a mixture between commercial waste and building and demolition waste, is common, either as separate fuels or mixed with, for example, municipal solid waste. Compared to fossil or biomass fuels, waste mixtures are extremely heterogeneous, making it a complicated fuel. Differences in calorific values, ash content, moisture content, and changing levels of elements, such as Cl and alkali metals, are common in waste fuel. Moreover, waste contains much higher levels of troublesome trace elements, such as Zn, which is thought to accelerate a corrosion process. Varying fuel quality can be strenuous on the boiler system and may cause fouling and corrosion of heat exchanger surfaces. This thesis examines waste fuels and waste combustion from different angles, with the objective of giving a better understanding of waste as an important fuel in todays fuel economy. Several chemical characterisation campaigns of waste fuels over longer time periods (10-12 months) was used to determine the fossil content of Swedish waste fuels, to investigate possible seasonal variations, and to study the presence of Zn in waste. Data from the characterisation campaigns were used for thermodynamic equilibrium calculations to follow trends and determine the effect of changing concentrations of various elements. The thesis also includes a study of the thermal behaviour of Zn and a fullscale study of how the bed temperature affects the volatilisation of alkali metals and Zn from the fuel. As mixed waste fuel contains considerable amounts of fresh biomass, such as wood, food waste, paper etc. it would be wrong to classify it as a fossil fuel. When Sweden introduced waste combustion as a part of the European Union emission trading system in the beginning of 2013 there was a need for combustion plants to find a usable and reliable method to determine the fossil content. Four different methods were studied in full-scale of seven combustion plants; 14Canalysis of solid waste, 14C-analysis of flue gas, sorting analysis followed by calculations, and a patented balance method that is using a software program to calculate the fossil content based on parameters from the plant. The study showed that approximately one third of the coal in Swedish waste mixtures has fossil origins and presented the plants with information about the four different methods and their advantages and disadvantages. Characterisation campaigns also showed that industrial waste contain higher levels of trace elements, such as Zn. The content of Zn in Swedish waste fuels was determined to be approximately 800 mg kg-1 on average, based on 42 samples of solid waste from seven different plants with varying mixtures between municipal solid waste and industrial waste. A review study of the occurrence of Zn in fuels confirmed that the highest amounts of Zn are present in waste fuels rather than in fossil or biomass fuels. In tires, Zn is used as a vulcanizing agent and can reach concentration values of 9600-16800 mg kg-1. Waste Electrical and Electronic Equipment is the second Zn-richest fuel and even though on average Zn content is around 4000 mg kg-1, the values of over 19000 mg kg-1 were also reported. The increased amounts of Zn, 3000-4000 mg kg-1, are also found in municipal solid waste, sludge with over 2000 mg kg-1 on average (some exceptions up to 49000 mg kg-1), and other waste derived fuels (over 1000 mg kg-1). Zn is also found in fossil fuels. In coal, the average level of Zn is 100 mg kg-1, the higher amount of Zn was only reported for oil shale with values between 20-2680 mg kg-1. The content of Zn in biomass is basically determined by its natural occurrence and it is typically 10-100 mg kg-1. The thermal behaviour of Zn is of importance to understand the possible reactions taking place in the boiler. By using thermal analysis three common Zn-compounds were studied (ZnCl2, ZnSO4, and ZnO) and compared to phase diagrams produced with thermodynamic equilibrium calculations. The results of the study suggest that ZnCl2(s/l) cannot exist readily in the boiler due to its volatility at high temperatures and its conversion to ZnO in oxidising conditions. Also, ZnSO4 decomposes around 680C, while ZnO is relatively stable in the temperature range prevailing in the boiler. Furthermore, by exposing ZnO to HCl in a hot environment (240-330C) it was shown that chlorination of ZnO with HCl gas is possible. Waste fuel containing high levels of elements known to be corrosive, for example, Na and K in combination with Cl, and also significant amounts of trace elements, such as Zn, are demanding on the whole boiler system. A full-scale study of how the volatilisation of Na, K, and Zn is affected by the bed temperature in a fluidised bed boiler was performed parallel with a lab-scale study with the same conditions. The study showed that the fouling rate on deposit probes were decreased by 20 % when the bed temperature was decreased from 870C to below 720C. In addition, the lab-scale experiments clearly indicated that the amount of alkali metals and Zn volatilised depends on the reactor temperature.
