Improving reduction kinetics and cobalt recovery in nickel slag cleaning furnace conditions
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
CHEM3026
Language
en
Pages
84+39
Series
Abstract
The aim of this thesis was to investigate and find ways to improve kinetics and recovery of cobalt in electric arc furnace (EAF) conditions with different reducing agents. Furthermore, by improving kinetics and the recovery of cobalt the quality of the final products and the gained revenues can be enhanced. Moreover, the dependency on fossil fuels can be decreased by utilizing biochar instead of coke as a reducing agent. The experimental technique employed consisted of reduction experiments, quick quenching and EPMA analysis. In total, 19 experiments with FSF slag were conducted in 1400 °C temperature under inert argon gas atmosphere. The experiments were divided into 6 series based on the reductant and scrap usage. First series was executed without reductant, second and fourth series was executed with coke reductant, third and fifth series with biochar reductant and sixth series with coke/biochar reductant mixture. Fourth and fifth series included Co-rich scrap addition. Four different reduction times (7.5, 15, 30 and 60 min) were applied for mixture series. The reaction kinetics in reduction process seems to have been improved by biochar compared to coke. This was expected result because biochar has much higher reactivity compared to coke. From industrial perspective this could mean that shifting to biochar would shorten the reduction time in the EF. This would further require a time limit for reduction or adjusting the amount of reductant to lower levels, because not only Ni and Co are reduced faster but also Fe is reduced faster. Too high Fe concentration in metal phase would be problematic in the subsequent hydrometallurgical treatment. The results suggest that addition of Co-rich scrap to the FSF slag before reduction would enhance the reduction rate of all the metals in the FSF slag. It is fair to conclude that cobalt from the scrap addition can be efficiently recovered.Työn tarkoituksena oli tutkia ja löytää keinoja parantaa pelkistyksen kinetiikkaa ja koboltin talteen saantia nikkelikuonan puhdistusuunin olosuhteissa käyttäen eri pelkistimiä. Kinetiikkaa ja koboltin talteen saamista parantamalla lopputuotteiden laatua ja niistä saatavaa tuottoa voidaan kasvattaa. Lisäksi, käyttämällä biohiiltä pelkistimenä koksin sijaan riippuvuutta fossiilisista polttoaineista voidaan vähentää. Tutkimusmenetelmä koostui pelkistyskokeista, nopeasta sammutuksesta ja EPMA-analyysista. Kokeita tehtiin liekkisulatuskuonalla, 1400 °C lämpötilassa ja inertissä argon kaasuatmosfäärissä, kaikkiaan 19. Kokeet jaettiin kuuteen eri sarjaan pelkistimen ja romun lisäyksen mukaan. Ensimmäistä sarjaa ei pelkistetty laisinkaan, toisessa ja neljännessä sarjassa käytettiin koksia pelkistimenä, kolmannessa ja viidennessä sarjassa käytettiin biohiiltä pelkistimenä ja kuudennessa sarjassa käytettiin koksin ja biohiilen seosta pelkistimenä. Neljänteen ja viidenteen sarjaan lisättiin kobolttirikasta romua. Koesarjoissa käytettiin neljää eri pelkistysaikaa (7,5, 15, 30 ja 60 min). Biohiili vaikuttaisi parantavan pelkistysprosessin reaktiokinetiikkaa verrattuna koksiin. Tämä oli odotettu tulos biohiilen korkeamman reaktiivisuuden takia. Teollisuuden näkökulmasta tämä voisi tarkoittaa, että pelkistysaika kuonanpuhdistusuunissa voisi lyhentyä siirtymällä biohiilipelkistykseen. Toisaalta tämä tarkoittaa myös sitä, että pelkistysajan on pakko lyhentyä tai pelkistimen määrää on vähennettävä, koska nikkelin ja koboltin lisäksi myös raudan pelkistysaika nopeutuu. Liian korkea rautapitoisuus metallifaasissa olisi ongelmallinen hydrometallurgista jatkokäsittelyä ajatellen. Tulokset viittaavat myös siihen, että kobolttirikkaan romun lisääminen liekkisulatuskuonaan ennen pelkistyskokeita voisi tehostaa metallien pelkistymistä. Voidaan todeta, että koboltin talteen saanti romusta on tehokasta.Description
Supervisor
Jokilaakso, AriThesis advisor
Avarmaa, KatriMarjakoski, Miikka