Prosessiparametrien vaikutus alkuainejakaumiin kuparin Peirce-Smith -konvertointiprosessin aikana
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Author
Date
2016-11-22
Department
Major/Subject
Materiaalien prosessointi
Mcode
MT3002
Degree programme
MTE - Materiaalitekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
89+23
Series
Abstract
Konvertointiprosessi on kuparin valmistuksessa alkuaineiden jakautumisen kannalta yksi kriittisimmistä prosessivaiheista. Rikastelaatujen heiketessä erilaisia epäpuhtaus- ja hivenaineita esiintyy kuparin valmistus¬prosesseissa kasvavissa määrin. Tämän vuoksi kuparin tuottajat tarvitsevat tietoa alkuaineiden jakautumiseen vaikuttavista tekijöistä ja prosessiparametreista. Tässä diplomityössä tutkittiin alkuainejakaumia Peirce-Smith -tyyppisessä konvertteriuunissa, joten tarkastelu keskittyi kuonasta, kivifaasista, blisterikuparista ja kaasufaasista muodostuviin systeemeihin prosessivaiheesta riippuen. Tarkasteltavia alkuaineita jakaumien puolesta olivat kupari, nikkeli, koboltti, sinkki, lyijy, arseeni, vismutti sekä antimoni. Antimonin ja vismutin pitoisuudet olivat lähes poikkeuksetta kemiallisen analyysin havaintorajan alapuolella, joten näiden alkuaineiden jakautumista ei pystytty arvioimaan työn kokeellisessa osuudessa. Kuonapuhallus¬vaiheen osalta keskityttiin tutkimaan nykyistä fluksauskäytäntöä, pohjakuonien vaikutusta prosessiin sekä alkuainejakaumia kuonapuhallusvaiheen aikana. Rikkaaksi¬puhallusvaiheen osalta tutkittiin loppupisteen määritystä SO2-mittauksen avulla sekä alkuainejakaumien esitystä SO2-mittauksen funktiona. Nykyisen fluksauskäytännön analyysissä selvisi, että silikahiekkaa tulisi panostaa nykyistä vähemmän etenkin kuonapuhalluksen viimeiseen puhallusvaiheeseen, jotta kuparihäviöt eivät kasvaisi silikakyllästyksen ja tästä seuraavan kuonan viskositeetin kasvun myötä. Pohjakuonien panostuksen todettiin lisäävän kuparin, nikkelin, lyijyn ja sinkin jakautumista kuonafaasiin sekä magnetiitin massaosuutta kuonassa ensimmäisessä kuonapuhallusvaiheessa. Lisäksi pohjakuona¬panostus rikastaa kivifaasia runsaasti, jolloin jopa metallista kuparia esiintyy prosessissa ennen rikkaaksipuhallusta. Rikkaaksipuhalluksen loppupisteen määrityksessä tulee ottaa huomioon SO2-pitoisuuden lisäksi mittauksen viive sekä huuvan paine-ero, jota ei nykyisessä konvertterimallissa ole huomioitu. Paine-eron kasvun tulisi kasvattaa vuotoilman määrää ja täten laimentaa prosessikaasujen SO2-pitoisuutta, mutta regressioyhtälössä huomattiin päinvastainen vaikutus. Rikkaaksipuhalluksen alkuaine¬jakaumien esityksestä SO2-mittauksen funktiona esitettiin suunta-antavat funktiot.Copper converting is one of the most critical process phases in copper production with respect to the distribution of many minor elements. The declining concentrate grades cause these elements to be present in ever increasing quantities. Thus it is essential for copper producers to understand the factors and process parameters that affect the distribution behaviour of these elements. In this thesis the distributions of many elements are studied in a Peirce-Smith copper converting furnace, and thus the investigation is limited systems that are composed of slag, copper matte, blister copper and gas phases depending on the process phase. The elements of interest in this thesis are copper, nickel, cobalt, zinc, lead, arsenic, bismuth and antimony. However, due to very low concentrations of bismuth and antimony, they were not detected in chemical analysis and their distributions were not analysed in the experimental section. In the slag blowing phase of the process the present fluxing practice, effect of bottom slag charge on the process and element distributions during the process phase were analysed. In the copper blowing phase of the process offgas SO2-measurements were analysed in order to more accurately determine the end point of the process. Moreover, element distributions were presented as a function of SO2-measurements and thus, the end point of the process phase. Analysis of the present fluxing practice revealed that silica flux should be added in smaller quantities especially to the last blowing phase of slag blowing, in order to avoid excess copper losses due to silica saturation and the resulting increased slag viscosity. Charging of bottom slags to the converter had multiple effects on the process: the distribution of copper, nickel, lead and zinc increased considerably in the first slag blow when bottom slags were charged, and the mass fraction of magnetite increased as well. Moreover, bottom slag charge enriches the matte phase too far during the first slag blow, enabling the occurrence of metallic copper before copper blowing phase of the process. In order to correctly determine the end-point of copper blow with SO2-measurements, both delay in the measurements and the pressure difference between converter hood and atmosphere should be taken into account. Pressure difference should increase the leakage of atmospheric air into the offgases, but according to regression analysis the effect is opposite. Approximate functions for presenting the element distributions as a function of SO2 measurements were also presented.Description
Supervisor
Taskinen, PekkaThesis advisor
Naakka, VilleSukhomlinov, Dmitry
Keywords
kuparin konvertointi, pohjakuonapanostus, rautasilikasuhde, alkuainejakaumat, loppupisteen määritys
