Learning Centre

The effect of mineralogy, sulphur, and reducing gases on the reducibility of saprolitic nickel ores

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Kekkonen, Marko, D.Sc(Tech), Aalto University, Finland
dc.contributor.author Bunjaku, Ali
dc.date.accessioned 2013-02-01T09:30:06Z
dc.date.available 2013-02-01T09:30:06Z
dc.date.issued 2013
dc.identifier.isbn 978-952-60-4994-6 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-4993-9 (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/123456789/7718
dc.description.abstract The economically important nickel ores can be divided into two types: sulphide and laterite ores. Because of the recent decline in sulphide nickel reserves, laterites are becoming an increasingly important source of nickel. The challenge facing the production of nickel from laterites is the energy consumption, as the process requires significantly more energy than the one involving sulphides. The high energy consumption and greenhouse gas footprints for laterite ores will be critical sustainability issues affecting the future of the nickel laterite industry. One commonly used processing method for nickel extraction via the pyrometallurgical treatment of laterite ores involves smelting to ferronickel in a rotary kiln-electric furnace process. The reduction roasting of laterite ore in a rotary kiln has a significant impact on the final ferronickel production; the higher the degree of the necessary pre-reduction of the calcine, the greater the energy saving during the smelting in the electric furnace. Better knowledge of nickel-bearing minerals in saprolite ores and their behaviour at high temperatures is important for developing the pre-reduction process in the rotary kiln. The aim of the thesis reported here was to examine: (i) the thermal behaviour of different saprolite ores in order to determine the microstructures and phases that formed as a result of dehydroxylation and to detect the phases where nickel is predominantly abundant after dehydroxylation; (ii) the reducibility of the ores, in order to explore the relationship between the mineralogy of the ore, the phases formed, and the reducibility, as well as to define the optimal reducing conditions for the ores; (iii) the effect of sulphur on the formation of high-temperature phases during heat treatment and further on the reducibility of saprolite ores. The results reveal that during heat treatment, three endothermic peaks at 100, 250, and 600°C, caused by the removal of free water, thermal dissociation of goethite, and dehydroxylation reactions were observed. Followed by an exothermic process at ~820°C, which is evidently associated with the crystallisation of new phases. The formation of new phases (talc-like, amorphous, olivine, and pyroxene) appears to depend on the type of minerals in the initial ore and the phases formed during heating were observed to affect the reducibility of the ores. The type of reducing gas also appears to have an impact on the reduction behaviour and metallisation of the components in saprolitic ores. Considering the results from reduction experiments, ~750°C appears to be the optimal reduction temperature for the ores, CO reducing gas is recommended in order to achieve high nickel metallisation, and finally, the addition of sulphur has a great effect on the reducibility of the ore and thus the formation of metallic particles. en
dc.description.abstract Nikkeliä voidaan valmistaa joko lateriittisesta tai sulfidisesta malmista. Sulfidisten nikkelimalmiesiintymien köyhtyessä on kiinnostus kasvanut yhä enemmän lateriittisia nikkelimalmeja kohtaan. Nikkelin valmistus lateriittisista malmeista vaatii huomattavasti enemmän energiaa kuin valmistus sulfideista. Lateriittien hyödyntäminen onkin toistaiseksi ollut vähäistä, koska ei ole vielä kehitetty menetelmiä, joilla voitaisiin valmistaa taloudellisesti, energiatehokkaasti ja ympäristöystävällisesti riittävän korkealaatuista tuotetta. Nykyiset, lateriittia käyttävät pyroprosessit perustuvat raaka-aineen kuivatukseen, esikuumennukseen ja esipelkistykseen rumpu-uunissa sekä sähköuuni-pelkistykseen. Rumpu-uunissa suoritettavalla esipelkistyksellä on tärkeä merkitys sähköuunin energiankulutuksen kannalta; mitä parempi pelkistysaste rumpu-uunissa saavutetaan, sitä vähemmän energiaa tarvitaan sähköuunissa. Tutkimalla saproliittisten nikkelimalmien käyttäytymistä korkeissa lämpötiloissa, saadaan tärkeää tietoa niiden pelkistymiseen vaikuttavista tekijöistä. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli tutkia: (i) lateriittisten nikkelimalmien käyttäytymistä korkeassa lämpötilassa; (ii) lateriittien pelkistymistä määrittämällä malmien mineralogian, kuumennuksen aikana muodostuvien faasien ja pelkistymisen välisiä suhteita ja selvittää lateriittisten nikkelimalmien optimaaliset pelkistysolosuhteet; sekä (iii) rikin vaikutusta lateriittisten nikkelimalmien kuumennuksessa muodostuviin faaseihin sekä pelkistymiseen. Tulokset osoittivat, että lateriittiset nikkelimalmit ovat heterogeenisiä ja kuumennuksen seurauksena niiden vapaa vesi poistuu noin 100°C:ssa, götiitin OH-ryhmä vapautuu 250°C:ssa ja kidevesi haihtuu noin 600°C:ssa. Uusien faasien muodostuminen eksotermisena reaktiona tapahtuu noin 820°C:ssa. Lisäksi havaittiin, että uusien faasien (talkki, kiteytymätön, oliviini ja pyroksiini) muodostuminen riippuu lateriittisen nikkelimalmin mineralogiasta ja että nämä muodostuneet faasit vaikuttavat edullisesti/epäedullisesti lateriittien pelkistymiseen. Myös pelkistimen valinnalla näytti olevan vaikutusta komponenttien metallisoitumiseen. Optimaalisen pelkistyslämpötilan todettiin olevan ~750oC. Lisäksi CO:n käyttö pelkistimenä johti nikkelin parempaan pelkistymiseen, myös rikillä näytti olevan parantava vaikutus nikkelin pelkistymiseen. fi
dc.format.extent 61 + app. 68
dc.format.mimetype application/pdf
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 18/2013
dc.relation.haspart [Publication 1]: Bunjaku, A., Kekkonen, M. and Holappa, L. (2010). Phenomena in thermal treatment of lateritic nickel ores up to 1300°C, The Twelfth International Ferroalloys Congress Proceedings (ed: A. Vartiainen), pp. 641-652 (Outotec Oyj: Helsinki, Finland).
dc.relation.haspart [Publication 2]: Bunjaku, A., Kekkonen, M., Taskinen, P. and Holappa, L. (2011). Thermal behaviour of hydrous nickel-magnesium silicates when heating up to 750°C, Min. Process. Extract. Metall. (Trans. Inst. Min. Metall. C), 120(3), 139-146.
dc.relation.haspart [Publication 3]: Bunjaku, A., Kekkonen, M. and Taskinen, P. (2012). Effect of mineralogy on reducibility of calcined nickel saprolite ore by hydrogen, Min. Process. Extract. Metall. (Trans. Inst. Min. Metall. C), 120(1), 16-22.
dc.relation.haspart [Publication 4]: Bunjaku, A., Kekkonen, M., Pietilä, K. and Taskinen, P. (2012a). Effect of mineralogy and reducing agent on reduction of saprolitic nickel ores, Min. Process. Extract. Metall. (Trans. Inst. Min. Metall. C), 121(3), 156-165.
dc.relation.haspart [Publication 5]: Bunjaku, A., Kekkonen, M., Pekkarinen, S. and Taskinen, P. (2012b). Effect of sulphur addition on the roasting reduction of saprolitic nickel ores in CO/CO2 gas mixture, Min. Process. Extract. Metall. (Trans. Inst. Min. Metall. C). The paper was accepted for publication on 31.08.2012.  
dc.subject.other Geoinformatics en
dc.subject.other Metallurgy en
dc.title The effect of mineralogy, sulphur, and reducing gases on the reducibility of saprolitic nickel ores en
dc.title Mineralogian, rikin ja pelkistyskaasujen vaikutus saproliittisten nikkelimalmien pelkistymiseen fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Chemical Technology en
dc.contributor.department Materiaalitekniikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Materials Science and Engineering en
dc.subject.keyword nickel laterite en
dc.subject.keyword nickel ores en
dc.subject.keyword mineralogy en
dc.subject.keyword dehydration en
dc.subject.keyword reduction en
dc.subject.keyword saprolite ores en
dc.subject.keyword lateriittinen nikkelimalmi fi
dc.subject.keyword nikkelimalmi fi
dc.subject.keyword mineralogia fi
dc.subject.keyword dehydraatio fi
dc.subject.keyword pelkistys fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-4994-6
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Taskinen, Pekka, Prof., Aalto University, Finland
dc.opn Fabritius, Timo, Prof., University of Oulu, Finland
dc.contributor.lab Metallurgical thermodynamics and modelling en
dc.rev Eric, Rauf Hürman, Prof., University of the Witwatersrand, South Africa
dc.rev Tangstad, Merete, Prof., Norwegian University of Science and Technology, Norway
dc.date.defence 2013-02-01
local.aalto.digifolder Aalto_66901
local.aalto.digiauth ask


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