Corrosion mechanisms of the heat recovery boiler of copper flash smelting

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Taskinen, Pekka, Prof. Emeritus, Aalto University, Department of Chemical and Metallurgical Engineering, Finland
dc.contributor.author Viitala, Hanna
dc.date.accessioned 2020-02-01T10:01:04Z
dc.date.available 2020-02-01T10:01:04Z
dc.date.issued 2020
dc.identifier.isbn 978-952-60-8930-0 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-8929-4 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/42843
dc.description.abstract The flash smelting process is used widely around the world to extract primary copper. Smelting of sulphidic copper ores produces flue dust containing SO2-rich exhaust gas, causing corrosion problems in the gas cleaning equipment of the process, especially in the heat recovery boiler. The aim of this thesis was to understand the corrosion mechanisms of the boiler steels and to determine what kind of steel would provide the best corrosion protection. Especially the flue dust causes corrosion problems due to formation of dust accretions on the boiler walls. Within these presence heavy metal chlorides results in formation of molten salt deposits causing rapid corrosion. In order to understand the corrosion behaviour of the boiler steels, conditions of the heat recovery boiler were simulated in laboratory. Corrosion reactions of carbon steel and three high alloy steels (AISI 304, AISI 316 and Sanicro 28) were studied, focusing on corrosion protection properties of chromium, molybdenum and nickel alloying. In addition, thermogravimetric measurements of oxidation behaviour of a stainless steel (TP347H) with two different grain sizes were studied to determine the effect of grain size on the quality and formation of the steel's protective oxide scale. Melting of the dust accretions was identified as the initiator of series of corrosion reactions between the steels and the environment inside the heat recovery boiler. To verify the possibility of formation of molten salt deposits, phase diagrams of few of the possible chloride systems present in the dust accretions were studied experimentally by equilibration-quenching, scanning electron microscopy and energy-dispersive spectrometry in order to evaluate the melting behaviour of these chlorides. Different binaries of the CuCl-CuCl2-ZnCl2-PbCl2-FeCl3-FeCl2-system were optimized using the CALPHAD-method. In this thesis, a description of the sequence of corrosion reactions is given between steel and the chemical environment of the heat recovery boiler. Understanding the corrosion mechanism of the boiler should help to improve its lifetime by selection of suitable steels or by adjusting the operational parameters. Thus, the effectiveness of copper production can be improved. en
dc.description.abstract Liekkisulatus on yleisimpiä maailmanlaajuisessa käytössä olevia kuparintuotantomenetelmiä. Sulfidisten kuparimalmien sulatus tuottaa suuria määriä lentopölyä ja runsaasti rikkidioksidia sisältävää poistokaasua, joka aiheuttaa korroosio-ongelmia liekkisulatusprosessin kaasunpuhdistuslaitteistossa, erityisesti lämmöntalteenottokattilassa. Tämän työn tarkoituksena on selvittää lämmöntalteenottokattilan korroosiomekanismi sekä määrittää minkälainen teräs soveltuu parhaiten kattilan materiaaliksi. Poistokaasun sisältämä lentopöly aiheuttaa erityisesti korroosio-ongelmia, sillä se muodostaa raskasmetallisuoloja sisältäviä kerrostumia kattilan teräspinnoille. Näissä pölykerrostumissa esiintyvät kloridit laskevat pölyn sulamispistettä siten, että kattilan teräpinnoille muodostuu paikoittain suolasulia, joiden alla oleva teräs syöpyy nopeasti. Lämmöntalteenottokattilan terästen korroosiomekanismin ymmärtämiseksi, kattilan olosuhteita simuloitiin laboratorio-olosuhteissa. Hiiliteräs ja kolme erilaista ruostumatonta terästä (AISI 304, AISI 316 ja Sanicro 28) valittiin näytemateriaaleiksi, sillä kromi-, molybdeeni- ja nikkeliseostuksen välisiä eroja haluttiin tutkia teräksen korroosionkeston kannalta. Myös teräksen (TP347H) raekoon vaikutusta sen pinnalle muodostuvan, suojaavan oksidikerroksen muodostumiseen ja ominaisuuksiin tutkittiin termogravimetrian avulla. Pölykerrostumien sulamisen todettiin olevan pääasiallinen korroosiovaurion mahdollistava tekijä. Suolasulien muodostumisen mahdollisuuden todistamiseksi, joidenkin pölyssä todennäköisesti esiintyvien kloridisysteemien faasitasapainoja mitattiin tasapainotus- sammutus-menetelmällä. Erinäisiä CuCl-CuCl2-ZnCl2-PbCl2-FeCl3-FeCl2-systeemin binäärisiä faasitasapainoja optimoitiin CALPHAD-tekniikalla. Tässä väitöskirjassa kuvataan kuparin liekkisulatusprossin lämmöntalteenottokattilan korroosiomekanismi. Kattilan terästen ja sen olosuhteiden välisten vuorovaikutusten ymmärtäminen mahdollistaa olosuhteisiin nähden parhaan teräksen valinnan tai mahdollisuuden vaikuttaa kattilassa vallitseviin olosuhteisiin korroosion keston kannalta optimaalisella tavalla. Näin kuparin tuotannon tehokkuutta voidaan parantaa. fi
dc.format.extent 78 + app. 78
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 16/2020
dc.relation.haspart [Publication 1]: Viitala, Hanna; Galfi, Istvan; Taskinen, Pekka. Initial oxidation behaviour of niobium stabilized TP347H austenitic stainless steel – Effect of grain size and temperature, Materials and Corrosion, 66 (2015), 851-862. DOI: 10.1002/maco.201407948
dc.relation.haspart [Publication 2]: Viitala, Hanna; Taskinen, Pekka. Hot Corrosion Mechanism of Steels Exposed to Heavy Metal Chlorides and Sulphates in SO2 Environment, Oxidation of Metals, 86 (2016), 239-262. DOI: 10.1007/s11085-016-9634-z
dc.relation.haspart [Publication 3]: Viitala, Hanna; Taskinen, Pekka. Influence of nickel alloying on hot corrosion of stainless steels in SO2-environment, Materials Science and Technology, 33 (2017), 49-64. DOI:10.1080/02670836.2016.1159371
dc.relation.haspart [Publication 4]: Viitala, Hanna; Taskinen, Pekka; Lindberg, Daniel. Experimental determination and thermodynamic optimization of the CuCl-ZnCl2, ZnCl2-FeCl3, CuCl-FeCl3, CuCl-CuCl2, FeCl2-FeCl3, FeCl2-CuCl2 and CuCl-PbCl2 phase equilibria, Calphad Computer Coupling of phase Diagrams and Thermochemistry, 67, 2019. Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202001021392. DOI: 10.1016/j.calphad.2019.101667
dc.subject.other Chemistry en
dc.subject.other Metallurgy en
dc.title Corrosion mechanisms of the heat recovery boiler of copper flash smelting en
dc.title Terästen korroosiomekanismien määrittäminen kuparin liekkisulatusprosessin lämmöntalteenottokattilan olosuhteissa fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Chemical Technology en
dc.contributor.department Kemian tekniikan ja metallurgian laitos fi
dc.contributor.department Department of Chemical and Metallurgical Engineering en
dc.subject.keyword corrosion en
dc.subject.keyword molten salts en
dc.subject.keyword copper flash smelting en
dc.subject.keyword heat recovery boiler en
dc.subject.keyword korroosio fi
dc.subject.keyword suolasulat fi
dc.subject.keyword kuparin liekkisulatus fi
dc.subject.keyword lämmöntalteenottokattila fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-8930-0
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Lindberg, Daniel, Prof., Aalto University, Department of Chemical and Metallurgical Engineering, Finland
dc.opn Norling, Rikard, Dr., Swerea - Swedish Research, Sweden
dc.contributor.lab Thermodynamics of Metallurgical Processes en
dc.rev Backman, Rainer, Prof., Umeå University, Sweden
dc.rev Liske, Jesper, Prof., Chalmers University of Technology, Sweden
dc.date.defence 2020-02-07
local.aalto.acrisexportstatus checked 2020-03-16_1758
local.aalto.formfolder 2020_01_31_klo_12_02
local.aalto.archive yes


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse