Distribution of gallium, germanium, indium and tin between lead bullion and slag

Thumbnail Image

Files

master_Yliaho_Simon_2016.pdf (7.3 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2016-03-08

Department

Major/Subject

Processering av material

Mcode

MT3002

Degree programme

MTE - Materiaalitekniikan koulutusohjelma

Language

en

Pages

95+55

Series

Abstract

This work examines the distribution of the trace elements gallium, germanium, indium and tin at lead smelting conditions. First part of the work is a literature overview and the latter part is an experimental part where a laboratory work on the distribution of the trace elements between lead and slag is presented. The work is concentrating on modern direct smelting technologies, because these are the promising technologies for the future. The experimental work was performed at 1150 °C (1423 K). The aim of the work is to research how the elements distribute when the oxygen partial pressure is changed. Oxygen partial pressures used in the experiments (10-7-10-12 atm) are around the same values that are used in industrial processes. The experimental method employed consists of three main stages: equilibration at high temperature, fast quenching and EPMA-analyses. The EPMA-analyses were implemented by the Geological survey of Finland (GTK). A pseudo-wollastonite crucible was used to hold the lead and slag. The conclusions were that gallium dissolves in the slag, germanium has the oxidation state Ge2+ during reducing conditions and Ge+ during oxidating conditions, indium has the oxidation state In2+ and tin has the oxidation state close to Sn2+. The distribution coefficients were 0.01-0.8 for gallium, 0.1-8 for germanium, 0.003-11 for indium and 0.002-4 for tin. The concentrations were close to the detection limits but it was possible to make conclusions from the results.

I det här diplomarbetet undersöks fördelningen av spårämnena gallium, germanium, indium och tenn under blysmältningsförhållanden. Första delen av det här arbetet består av en litteraturöversikt och den andra delen av en experimentell del, där det gjordes ett laboratoriearbete på fördelningen av spårämnen mellan bly och slagg. Det här arbetet tar i beaktande moderna blysmältningsmetoder eftersom de är de mest lovande metoderna för framtiden. Det experimentella arbetet blev gjort i en temperatur på 1150 °C (1423 K). Målet med det här arbetet är att undersöka hur spårämnena fördelar sig mellan det smälta blyet och den smälta slaggen. De partialtryck som syret har i dessa experiment är liknande de som används i industriella processer. Den använda experimentella metoden består av tre skeden: jämvikt vid hög temperatur, släckning och EPMA-analys. EPMA-analyserna blev gjorda vid Geologiska forskningscentralen (GTK). Det användes en smältdegel av pseudo-wollastonit för att hålla blyet och slaggen under experimenten. Slutledningen i arbetet var att gallium löser sig i slaggen, germanium har oxidationstalet +2 under reducerande förhållanden och +1 under oxiderande förhållanden, indium har oxidationstalet +2 och tenn har ett oxidationstal nära +2. Fördelningskoefficienterna mellan bly och slagg blev 0.01-0.8 för gallium, 0.1-8 för germanium, 0.003-11 för indium och 0.002-4 för tenn. Koncentrationerna var nära gränsen för observation, men det var möjligt att göra slutsatser utgående från resultatena.

Tämä diplomityö tarkastelee hivenaineiden gallium, germanium, indium ja tina jakautumista lyijysulatuksen olosuhteissa. Työn ensimmäinen osuus koostuu kirjallisuuskatsauksesta ja toinen osuus kokeellisesta osuudesta, jossa esitetään tehty laboratoriotyö hivenaineiden jakautumisesta lyijyn ja kuonan välillä. Tämä työ keskittyy moderneihin lyijyn suoravalmistusprosesseihin, koska ne ovat tulevaiduusen lupaavat teknologiat. Kokeet suoritettiin lämpötilassa 1150 °C (1423 K). Työn tavoite on tutkia kuinka alkuaineet jakautuvat hapen osapainetta muutettaessa. Tässä työssä käytössä olevat hapen osapaineet (10-7-10-12 atm) ovat samankaltaisia kuin teollisuudessa käytössä olevat. Kokeellinen menetelmä koostuu kolmesta vaiheesta: tasapainotus, nopea sammutus ja EPMA-analyysi. Näytteiden EPMA-analyysit toteutti Geologinen tutkimuskeskus (GTK). Lyijy ja kuona olivat pseudo-wollastoniittiupokkaassa kokeiden aikana. Tuloksissa päädyttiin siihen, että gallium liukenee kuonaan, germaniumilla on hapetusaste Ge2+ pelkistävissä olosuhteissa ja Ge+ hapettavissa olosuhteissa, indiumilla on hapetusaste In2+ ja tinalla on hapetusaste Sn2+. Jakautusmiskertoimet olivat 0.01-0.8 galliumille, 0.1-8 germaniumille, 0.003-11 indiumille ja 0.002-4 tinalle. Vaikka pitoisuudet olivat lähellä havainnointirajoja, tuloksista oli mahdollista tehdä edellä mainitut johtopäätökset.

Description

Supervisor

Taskinen, Pekka

Thesis advisor

Avarmaa, Katri

Keywords

lead smelting, gallium, germanium, indium, tin, distribution

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201603291547

Collections

[dipl] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM