Plant concepts - Impurity management in copper smelting

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Sarwar, Golam
dc.contributor.advisor Lampi, Marko
dc.contributor.author Parkkali, Mika
dc.date.accessioned 2016-09-22T08:54:48Z
dc.date.available 2016-09-22T08:54:48Z
dc.date.issued 2016-08-23
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/22151
dc.description.abstract Copper smelting will confront challenges in impurity control in the future as copper ores and concentrates are becoming dirtier and poorer in copper. Many reserves are unused at present because impurity levels are too high for current pyrometallurgical processes. Most of the world’s copper, approximately 80 percent, is produced by smelting. However, smelting processes have shortcomings in the removal of certain impurities and this may lead to severe risks and disadvantages without adaptation and better impurity management. The most problematic impurities in smelting processes are considered to be arsenic, antimony and bismuth. These impurities are passed into copper matte, slag, off-gases and flue dusts. A significant proportion goes to flue dusts and slag, which are often recycled back to the furnace. This results in a slow increase in increased concentration and enrichment in the process, where they eventually end up in the copper anode. These impurities are difficult to remove from anodes, since when copper is dissolved from the anode in electrorefining processes, the impurities also dissolve into the electrolyte. Both dissolved and insoluble impurities cause challenges for electrorefining operations, since some dissolved impurities may also transfer to the cathode unless they are removed continuously. Correspondingly, some of the unwanted insoluble slimes form floatable slimes, which may be accidentally transported onto the surface of the cathode and therefore cause poor quality. The simplest way to avoid this problem is to remove the dusts or slags from the process; however, due to the high concentrations of copper this is not be economically feasible. Additionally, flue dusts and slags are considered hazardous for the environment and organisms due to their instability and solubility in surface and ground waters. Therefore, new treatment pro-cesses are needed so that most of the copper can be recovered. This work studies the feasibility of utilizing hydrometallurgical processes in copper smelting operations. The study focuses on dust leaching, which is a good alternative route for reducing these impurities to sustainable levels. It was concluded that the most beneficial route is flue dust treatment. This was chosen be-cause the dust flows are significantly smaller than slag streams, resulting in lower investment and operating costs. The study focused on leaching tests for Flash smelting furnace (FSF) and Pierce-Smith converter (PSC) electrostatic precipitator dusts. Water leaching proved to be effective only for FSF dusts and PSC dusts did not give a good leaching yield. Chloride leach-ing resulted in the best leaching yields of approx. 85 % (FSF) and 94 % (PSC). On the basis of these results, this study suggests two-stage leaching for FSF dusts and one-stage leaching for PSC dusts, followed by sulphide precipitation and neutralization. The process presented resulted in 87 % (FSF and PSC) and 95 % (PSC) copper recovery, depending on whether both dusts were utilized. Arsenic and antimony extraction were 80-90 % and bismuth extraction was lower, at approx. 60 % in both cases. Unfortunately, the impact on the whole smelting circuit could not be assessed. Annual operational costs for the dust treatment were estimated to be 6.2 M€ (FSF+PSC) and 2.7 M€ (PSC). en
dc.description.abstract Kuparin valmistuksessa tulevaisuuden haasteisiin lukeutuvat yhä likaisemmat ja kuparista köyhemmät esiintymät. Useita esiintymiä ei pystytä hyödyntämään pyrometallurgisesti sulatusmenetelmin juuri niiden suuren epäpuhtauspitoisuuden vuoksi. Kuparia valmistetaan suurimmaksi osaksi pyrometallurgisesti, noin 80 prosenttia koko maailman kuparituotannosta. Sulatusprosesseissa on kuitenkin rajoitteita tiettyjen epäpuhtauksien hallinnassa, jotka tulevat aiheuttamaan ongelmia tulevaisuudessa, mikäli niiden hallintaan ei löydetä kestäviä ratkaisuja ympäristön ja taloudellisuuden kannalta. Näihin epäpuhtauksiin lukeutuvat mm. arseeni, antimoni, vismutti, jotka rikastuvat sulaton kierrätysvirroissa. Näihin kierrätysvirtoihin lukeutuvat sulaton pölyt ja kuonat, joista niiden korkean kuparipitoisuuden ja suuren määrän vuoksi halutaan kuitenkin kupari talteen. Kierrättämällä näitä virtoja kokonaisuudessa takaisin epäpuhtaustasot nousevat myös kuparianodeissa. Tämä ongelma korostuu suuria epäpuhtaustasoja sisältäviä rikasteita käytettäessä. Edellä mainitut epäpuhtaudet aiheuttavat ongelmia kupari anodien jatkokäsittelyssä, joissa niiden elektrolyyttiin liukoisten muotojen kulkeutuminen katodeihin on estettävä ja anodeista liukenemattomat muodot eroteltava arvometalleista kennon pohjalle laskeutuvasta sakasta. Perinteisesti sulatustoimintaa ja hydrometallurgisia prosesseja on tutkittu erillään. Tässä työssä pyritään arvioimaan hydrometallurgisten prosessien hyödyntämistä sulaton toimintojen yhteydessä. Työssä keskitytään pölyjen liuotusmenetelmien tarkasteluun, sekä arvioidaan lyhyesti myös muita mahdollisuuksia. Työssä arveltiin kannattavimmaksi epäpuhtauksien poistamiseksi pölyjen käsittelyn. Kierrättämisen arveltiin olevan kaikkein kannattavinta, sillä käsiteltävät kierrätysmäärät ja kuparipi-toisuudet olivat huomattavasti pienemmät, kuin kuonissa, jolloin tämän arvioitiin olevan taloudellisesti edullisempi vaihtoehto. Tarkasteltavaksi kohteeksi valittiin liekkisulatusuunin- ja Pierce-Smith konvertterien sähkösuodattimien pölyt, niiden suurimpien epäpuhtauspitoisuuksien ja suhteellisen pienen kierrätysmäärän vuoksi. Työssä esitetyllä kaksivaiheisella liuotusprosessilla, jossa kupari saostettiin ensin, epäpuhtauksista saatiin poistettua 80 - 90 % arseenista ja antimonista ja noin 60 % vismutista. Kuparin talteenotto prosessissa oli noin 87 - 95 % riippuen siitä, hyödynnettiinkö molempia pölyjä. Vaikutuksia sulaton kokonaiskierron epäpuhtauspitoisuuksiin ei pystytty arvioimaan. Koko prosessin käynnissäpidon arvioitiin maksavan noin 6,2 miljoonaa euroa vuodessa, pois lukien työvoimakustannukset ja pumppauksista ja sekoituksista aiheutuvat energiakustannukset. Pelkästään konvertteripölyä käsiteltäessä vastaavat vuosittaiset kustannukset olivat noin 2,7 miljoonaa euroa. fi
dc.format.extent 72+53
dc.language.iso en en
dc.title Plant concepts - Impurity management in copper smelting en
dc.title Epäpuhtauksien hallinta kuparisulatoissa fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword flue dust en
dc.subject.keyword leaching en
dc.subject.keyword precipitation en
dc.subject.keyword copper smelter en
dc.subject.keyword impurity management en
dc.subject.keyword minor elements en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201609224160
dc.programme.major Prosessit ja tuotteet fi
dc.programme.mcode KE3003 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Oinas, Pekka
dc.programme KEM - Kemian tekniikan 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