Reactive leaching of recovery boiler fly ash

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Tiirikainen, Petteri
dc.contributor.author Frigård, Antti
dc.date.accessioned 2016-05-26T07:23:08Z
dc.date.available 2016-05-26T07:23:08Z
dc.date.issued 2016-05-17
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/20526
dc.description.abstract This thesis studied a new CaO leaching method for chloride and potassium removal from recovery boiler fly ash. The concept of this method is to use calcium oxide (or calcium hydroxide) as an additive in the leaching stage in order to ease the subsequent solid-liquid separation. CaO leaching has several benefits over traditional leaching process which uses sulphuric acid as an additive: CaO does not include sulphur that would affect the mills sulphur sodium balance, CaO is readily available in the mill site as reburned lime and CaO leaching also produces NaOH into the chloride and potassium rich purge stream. It is suggested that this NaOH may be utilized outside of the chemical recovery cycle, for example in the bleaching stage or in the waste water treatment plant. In the literature section of the work, the kraft chemical recovery processes and harmful effects of the chloride and potassium were examined. Also the existing chloride and potassium removal methods were reviewed. From the literature studies and experiences on existing chloride removal installations it was concluded that the efficiency of an ash leaching process depends mainly on ash composition, thermodynamics of the system and the efficiency of solid-liquid separation of the resulting ash slurry. One of the most important factors complicating the solid-liquid separation is the carbonate content of the fly ash. In order to test the CaO leaching in different conditions, four different ash samples and their sedimentation was tested in laboratory. Effects of dosing and thermodynamics were tested with Chemsheet simulations. CaO leaching was also tested in a mill site with a pilot scale test setup and a decanter centrifuge. Results obtained from experiments indicate that adding CaO during the leaching improves solid-liquid separation and is thus a good option for treating fly ash fractions with elevated carbonate contents. For the ash samples with carbonate mass fractions of 7.2 to 9.8% the best reburned lime dosages were in the range of 10 to 15% (mass fractions of ash). When converted to molar equivalents the best ratio of CaO to CO3 was in the range of 1-1.5. Sample ashes with 0.48% and 16.2% carbonate contents benefited from smaller reburned lime dosages. The separation efficiency in pilot tests improved with reburned lime addition and CaO leaching resulted in better removal efficiencies for chloride and potassium but lower recovery efficiencies for sodium and sulphates. Part of the lower sodium recovery is expected since fraction of the sodium is removed in the liquid phase as NaOH. However, it is suggested that Cl and K rich liquid fraction containing NaOH may be utilized outside of the chemical recovery cycle. Removal and recovery efficiency results contain some uncertainty since the separation in CaO leaching was so intense that some sedimentation was observed already in the mixing tank. It is thus possible that the feed stream composition did not equal the exact composition of the mixing tank slurry. en
dc.description.abstract Tässä työssä tutkittiin uutta CaO-uuttomenetelmää kloorin ja kaliumin poistamiseksi soodakattilan lentotuhkasta. Menetelmässä kalsiumoksidia (tai kalsiumhydroksidia) lisätään uuttovaiheessa helpottamaan kiinteän ja nesteen erottumista uuttoa seuraavassa erotusvaiheessa. Menetelmän etuina perinteiseen rikkihappoavusteiseen uuttoon verrattuna on muun muassa, että lisäaineena käytetty kalkki ei merkittävästi vaikuta tehtaan rikki-natriumtaseeseen. Kalsiumoksidia on myös saatavilla tehtaan kalkkikierrosta ja CaO-uutossa syntynyttä natriumhydroksidia voidaan mahdollisesti käyttää korvaamaan ostolipeää esimerkiksi sellun valkaisussa tai jätevedenkäsittelyssä. Työn kirjallisuusosiossa käydään läpi sulfaattikeiton kemikaalien talteenottoprosessit sekä kloorin ja kaliumin haitalliset vaikutukset kemikaalikierrossa. Työssä esitellään myös lyhyesti merkittävimmät olemassa olevat kloorin ja kaliumin poistomenetelmät. Kirjallisuusselvityksen ja aikaisempien kokemusten perusteella voidaan todeta kloorinpoiston uuttoprosessin tehokkuuden riippuvan pääasiassa tuhkan koostumuksesta, systeemin termodynamiikasta ja kiinteä-neste-erotuksen tehokkuudesta. Yksi tärkeimmistä erotusta vaikeuttavista tekijöistä on tuhkan karbonaattipitoisuus. Käytännön kokemusten perusteella erotustulos heikkenee kun karbonaatin massaosuus tuhkassa ylittää 5 %. Työn kokeellisessa osiossa CaO-uuton vaikutusta erottumistehokkuuteen testattiin laboratoriossa neljällä eri karbonaattipitoisuuden tuhkanäytteellä. Kalsiumoksidin lähteenä käytettiin poltettua meesaa tehtaan kalkkikierrosta. CaO-uuttoa testattiin myös tehdasoloissa väliaikaisella koelaittestolla ja dekantoivalla sentrifugilla. Lisäksi annostelun ja termodynamiikan vaikutuksia tutkittiin Chemsheet-simulaatioiden avulla. Testitulokset osoittavat, että kalsiumoksidin lisääminen tuhkauuton aikana parantaa kiinteä-neste-erotusta ja on tämän vuoksi hyvä vaihtoehto korkeampien karbonaattipitoisuuksien tuhkien käsittelemiseksi. Tuhkille, joiden karbonaattipitoisuus oli 7,2-9,8 %, parhaat poltetun kalkin annokset olivat 10-15 % tuhkan massasta. Moolivastaavuuksiksi muutettaessa parhaat tulokset saatiin kun CaO/CO3 -suhde oli 1-1,5. Tuhkanäytteillä, joiden karbonaattipitoisuudet olivat 0,48 ja 16,2 %, parhaat erottumistulokset saatiin pienemmillä kalkkiannoksilla. Pilottitesteissä poltetun meesan lisääminen paransi uuttoseoksen erottumista sekä kloorin ja kaliumin poistotehokkuuksia, mutta heikensi natriumin ja sulfaattien talteenottoa. Hieman heikompi natriumin talteenottotehokkuus oli odotettavissa, sillä menetelmässä osa natriumista poistuu nestemäisen rejektin mukana natriumhydroksidina. On kuitenkin mahdollista, että tätä nestemäistä osuutta voitaisiin hyödyntää kemikaalien talteenottokierron ulkopuolella. Koeajotestien talteenotto- ja poistotehokkuustuloksissa on jonkin verran epävarmuutta, sillä CaO-uutossa erottuminen oli niin tehokasta, että uuttoseos alkoi sedimentoitua jo sekoitusastiassa. Tämän takia on mahdollista, että syöttövirran koostumus ei täysin vastannut sentrifugille johdettua syöttövirtaa. fi
dc.format.extent 77 + 5
dc.language.iso en en
dc.title Reactive leaching of recovery boiler fly ash en
dc.title Reaktiivinen uuttomenetelmä soodakattilan lentotuhkan käsittelemiseksi fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword chloride en
dc.subject.keyword removal en
dc.subject.keyword ESP en
dc.subject.keyword ash en
dc.subject.keyword CaO en
dc.subject.keyword leaching en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201605262232
dc.programme.major Biojalostamot fi
dc.programme.mcode KM3001 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Dahl, Olli
dc.programme BTT - Biotuotetekniikan koulutusohjelma fi
dc.location PK fi


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account