Hydrometallurgical removal of zinc from stainless steel flue dusts

Abstract

Stainless steel flue dusts are problematic to the steel industry because of their chemi-cal composition that makes direct recycling and landfilling impossible. Pyrometallur-gical and hydrometallurgical processes have been tested in dust treatment. At the moment, most of the processes that have reached commercialization have been py-rometallurgical. Still, it is thought that hydrometallurgy could offer solutions espe-cially in small scale on-site treatment as it is less energy intensive and requires a smaller investment than pyrometallurgical processes.

In the theoretical part of this work, the problematic related to flue dusts is considered and some of the tested treatment processes are described. One chapter in this part deals with relevant hydrometallurgical principles and outlines the most recent re-search in the field of sulfuric acid leaching.

The experimental part of the work introduces a multi-phase process that was tested for removing zinc from five different stainless steel dust samples (CRK, VKU1, VKU2, AOD1 and AOD2). The process consisted of three phases: water washing, leaching with 0,5 M sulfuric acid and leaching with alternatively 2 M or 6 M sulfuric acid.

Results from the experiments lead to conclude that a multi-phase leaching process might not offer the desired benefits in zinc removal. Highest zinc removal rates were observed when the second leaching step was carried out in 2 M acid; CRK 62%, VKU1 58 %, VKU2 50 %, AOD1 61 % and AOD2 59 %).

The leaching of alloying elements Cr, Ni and Mo was also monitored during the pro-cess. Cr and Ni were found to be less soluble than Mo, which was leached already in the first step of the process chain. Additionally, the water washing step on the other hand was found to be efficient in removing chlorides from the dusts.

Tuotantoprosessin aikana syntyvät lentopölyt aiheuttavat ongelmia terästeollisuudel-le. Niiden suora kierrätys tai läjitys kaatopaikalle on kemiallisen koostumuksen takia mahdotonta. Sekä pyro – että hydrometallurgisia menetelmiä on tutkittu pölyjen käsittelemisessä, mutta täysin tyydyttävää prosessia ei ole vielä tällä hetkellä olemas-sa. Enemmistö kaupallistetuista käsittelyprosesseista on perustunut pyrometallurgi-siin menetelmiin. Hydrometallurgisten prossien on kuitenkin ajateltu tarjoavan uusia mahdollisuuksia etenkin pienien pölymäärien käsittelyssä.

Työn teoreettisessa osassa käsitellään lentopölyihin liittyviä ongelmia ja esitellään joitakin tärkeimpiä käsittely menetelmiä. Hydrometallurgian teoriaa, ja viimeisintä rikkihappoliuotukseen liittyvää tutkimustietoa käsitellään omissa luvuissaan.

Työn kokeellisessa osassa esitellään työn aikana testattu monivaiheinen liuotuspro-sessi, jonka tarkoituksena oli sinkin liuottaminen viidestä eri pölynäytteestä (CRK, VKU1, VKU2, AOD1 and AOD2). Testattu prosessi koostui kolmesta vaiheesta: vesi-pesu, liuotus 0,5 M rikkihapolla, ja liuotus vaihtoehtoisesti 2 M tai 6 M rikkihapolla.

Kokeista saatujen tulosten perusteella monivaiheinen liuotusprosessi ei näytä tuovan erityistä lisäarvoa sinkin liuottamiseen. Sinkki liukeni pölyistä parhaiten 2 M rikki-hapossa, jollin sato prosentit olivat seuraavat: CRK 62 %, VKU1 58 %, VKU2 50 %, AOD1 61 % and AOD2 59 %.

Tutkimuksessa tarkasteltiin myös kromin, nikkelin ja molybdeenin liukenemista pro-sessin aikana. Kromin ja nikkelin havaittiin olevan vaikeammin liuotettavissa kuin molybdeenin, joka liukeni jo prosessin ensimmäisessä vaiheessa. Työssä havaittiin myös, että vesipesu on tehokas tapa kloridien poistamiseen pölyistä.