Key determinants for reactivity of biochars in copper slag cleaning
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering |
Master's thesis
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Language
en
Pages
136
Series
Abstract
The metallurgical industry plays a significant role in carbon emissions. Despite the relatively low emissions from copper production itself, the increasing demand for copper necessitates finding alternative reductants to further reduce the carbon footprint. One promising approach is to replace metallurgical coke in copper slag cleaning processes with biomass-based charcoal, known as biochar. Although the role of slag cleaning reductants is relatively small, exploring options like biochar is still important to further minimize the carbon footprint. Although research on biochar is limited, it has been shown to be highly reactive compared to metallurgical coke, which poses challenges for equipment design when substituting coke with biochar. The aim of this thesis was to investigate the key determinants of biochar reactivity. The experimental results of the thesis indicated that volatile matter exhibited the strongest correlation with the characterized properties of biochar.This is due to the reduction of volatile matter during the thermochemical conversion of biomass to biochar. Higher temperatures and the chemical composition of biomass influence the fraction of organized carbon formed during pyrolysis. Organized carbon structures are less reactive than less ordered carbon structures. Reduction tests in an induction furnace confirmed the high reactivity of biochars, as reported in the literature. Potential solutions for reducing biochar reactivity include briquetting the biochar, increasing pyrolysis temperatures beyond 1200 °C, or mixing biochar with metallurgical coke to create a suitable reductant mix for copper slag cleaning applications. However, further research is required.Metallurginen teollisuus vaikuttaa merkittävästi hiilidioksidipäästöihin. Vaikka kupa- rintuotannon päästöt ovat suhteellisen alhaiset, kuparin kasvava kysyntä edellyttää vaihtoehtoisten pelkistimien löytämistä hiilijalanjäljen pienentämiseksi. Yksi lupaava lähestymistapa on korvata metallurginen koksikupari kuonanpuhdistusprosesseissa biomassapohjaisella hiilellä, joka tunnetaan biohiilenä. Vaikka kuonanpuhdistuspel- kistimien rooli on suhteellisen pieni, vaihtoehtojen, kuten biohiilen, tutkiminen on silti tärkeää hiilijalanjäljen minimoimiseksi. Vaikka tutkimus biohiilestä on rajallista, sen on osoitettu olevan erittäin reaktiivista verrattuna metallurgiseen koksiin, mikä aiheuttaa haasteita laitesuunnittelussa, kun koksi korvataan biohiilellä. Tämän tutkielman tavoitteena oli tutkia biohiilen reaktii- visuuden keskeisiä tekijöitä. Tutkielman kokeelliset tulokset osoittivat, että haihtuvat aineet korreloivat voimak- kaimmin biohiilen ominaisuuksien kanssa. Tämä johtuu haihtuvien aineiden vähene- misestä biomassan termokemiallisen muuntamisen aikana biohiileksi. Korkeammat lämpötilat ja biomassan kemiallinen koostumus vaikuttavat pyrolyysin aikana muodostuvan järjestäytyneen hiilen osuuteen. Järjestäytyneet hiilirakenteet ovat vähemmän reaktiivisia kuin vähemmän järjestäytyneet hiilirakenteet. Pelkistyskokeet induktiouunissa vahvistivat biohiilien korkean reaktiivisuuden, kuten kirjallisuudessa on raportoitu. Mahdollisia ratkaisuja biohiilen reaktiivisuuden vähentämiseksi ovat biohiilen briketöinti, pyrolyysilämpötilojen nostaminen yli 1200 °C:een tai biohiilen sekoittaminen metallurgisen koksiin sopivan pelkistinseoksen luomiseksi kuparikuonan puhdistussovelluksiin. Lisätutkimuksia kuitenkin tarvitaan.Description
Supervisor
Lindberg, DanielThesis advisor
Klemettinen, LassiLindgren, Mari