Kinetics of WEEE scrap elements’ reactions in slag-matte system
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2018-08-28
Department
Major/Subject
Sustainable Metals Processing
Mcode
CHEM3026
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
124+10
Series
Abstract
The accumulating amount of waste electrical and electronic equipment (WEEE) and decreasing ore grades is pushing industries towards new and innovative methods of recycling WEEE in existing industrial processes for additional value. Waste printed circuit boards (WPCBs) contain large quantities of valuable metals such as copper and precious metals (PMs), which can be processed together with copper concentrates in a flash smelting furnace (FSF). This thesis theoretically and experimentally investigates the reaction kinetics and time dependent behavior of major, minor and trace metal elements of WPCBs in simulated copper FSF settler conditions. The effect of oxygen-sulfur partial pressures, element component activities and matte grade are investigated in both air and inert atmospheres as a function of time. Predominant PCB metals such as Cu, Fe, Ni, Sn, Pb and PMs are of focus. SEM/EDS analysis is used to obtain optical and compositional data at each time step. Optical and compositional analysis revealed that PCBs metallic elements concentrated in the matte phase as larger metallic areas or as smaller droplets. No metallic elements were found directly from the slag phase at later settling stages. PMs further concentrated in heterogeneous alloys of minor and major PCB metals. The kinetic and time dependent scope of this work supports the feeding of high quantities of PCB to the settler part of the furnace in terms of the metallic components. However, attention needs to be payed to the proper separation of matte and slag as matte may transport PCB metals to the slag phase. The effect of higher quantities of ceramic and plastic materials is preliminarily discussed. However, further research is required to understand PCBs’ oxidic components’ effect on slag properties as well as PCBs’ plastic components’ effect on oxygen availability in the shaft part of the FSF. In addition, metallic elements’ physical settling and extent of diffusion in matte in larger quantities should be studied.Lisääntyvä sähköelektroniikkaromun (SER) määrä, sekä köyhtyvät mineraalilaadut ovat ajaneet teollisuuden toimijoita löytämään uusia ja innovatiivisia ratkaisuja SER:n käytölle lisäarvon tuottajana jo olemassa olevissa prosesseissa. Piirikorttiromu sisältää suuria määriä kuparia ja arvometalleja, jotka voidaan prosessoida liekkisulatusuunissa (LSU) yhdessä kuparirikasteen kanssa. Tässä diplomityössä on tutkittu piirikorttiromun metallisten elementtien reaktiokinetiikkaa ja aikariippuvaa käyttäytymistä kupariliekkisulatusuunin alauunissa vallitsevissa olosuhteissa yhdessä kuparirikasteen kanssa. Hapen ja rikin osapaineitten, elementtien yhdisteiden aktiivisuuksien ja kivilaadun vaikutusta tutkitaan sekä ilmassa että inertissä ympäristössä ajan funktiona. Työ keskittyy keskeisimpiin piirikorttiromun metalleihin, kuten Cu, Fe, Ni, Sn, Pb ja arvometallit. SEM/EDS analyysiä käytetään optisen ja koostumustiedon löytämiseen eri aikapisteissä. Tulokset toivat ilmi, että piirikorttiromun metalliset elementit rikastuvat kivifaasiin suurina metallisina alueina tai pienempinä pisaroina. Metallisia elementtejä ei löytynyt suoraan kuonafaasista myöhemmissä aikapisteissä. Arvometallit rikastuivat piirikortin päämetalleista muodostuneisiin heterogeenisiin metalliseoksiin. Tämän diplomityön kineettiset ja aikariippuvaiset tulokset tukevat piirikorttiromun lisättyä määrää alauunissa metallisten komponenttien osalta. Tässä on kuitenkin huomioitava kiven ja kuonan huolellinen erottelu, sillä metallisia aineita saattaa kulkeutua kuonaan kiven mukana. Piirikorttiromun keraamisten ja muovisten aineitten suuremman määrän vaikutusta on tutkittu työssä alustavasti. Jatkotutkimusta kuitenkin vaaditaan selventämään piirikorttiromun oksidisten yhdisteiden vaikutus kuonaominaisuuksiin, sekä muovisten komponenttien vaikutus hapen saatavuuteen reaktiokuilussa. Myös metallisten aineitten fysikaalista laskeutumista ja diffuusiota kivessä suuremmissa määrissä on tutkittava lisää.Description
Supervisor
Jokilaakso, AriThesis advisor
Wan, XingbangMarjakoski, Miikka
Keywords
PCB, kinetics, flash smelting, WEEE