Pretreatment methods for combined residue : Drying and calcination of combined residue on a pilot scale

Abstract

Tässä työssä käsitellään sinkkiprosessissa syntyvän rautasakan kuivaus- ja kalsinointi-ilmiöitä. Työssä kuvataan kuivaus- ja kalsinointipilotin koejärjestelyt sekä testeistä saadut tulokset. Työn teoriaosassa käsitellään lyhyesti Boliden Kokkolan sinkkiprosessi ja siitä syntyvän rautasakan (yhteisjätteen) muodostuminen. Työn kokeellisessa osassa koostumuksen muutoksia kuivauksen ja kalsinoinnin seurauksena tutkittiin massa-, kosteus- ja elementtianalyysien avulla. Tulevaisuudessa värimetallituotannolle tavoitteena on jätemäärän vähentäminen ja arvometallien parempi talteenotto. Tässä työssä on katsottu kokeellisesti menetelmiä, jotka edesauttavat energiatehokkaampaa jatkoprosessointia ja metallien talteensaantia.

Kuivausjärjestelyllä pyrittiin saavuttamaan jätteissä alle 10 % kosteuspitoisuus. Kuivauslämpötilan vaihtelulla oli vain vähäinen vaikutus lopulliseen kosteuspitoisuuteen, ja koska lämpötilan nousu lisää elementtirikin höyrynpainetta ja pitoisuutta poistokaasuissa, kuivauslämpötilan tulisi pysyä alle 100 °C, mieluiten 80 °C:ssa. Kalsinoinnin seurauksena haitalliset aineet, kuten kloori, fluori ja elohopea, haihtuvat ja poistuvat poistokaasuissa, kun taas raskasmetallitjäävät kiinteään aineeseen. Massataselaskelmien mukaan pilottimittakaavassa suoritettujen kokeiden tulokset ovat hyvin linjassa aiempienselvitysten kanssa.

Pilottimittakaavassa tehdyt testiajot tarjosivat arvokasta tietoa prosessin jatkokehittämiseen. Koska kiinteiden aineiden kulkeutuminen poistokaasuputkistoon kalsinoinnin aikana on enemmän tai vähemmän väistämätöntä, pölynpoistojärjestelmä tulisi suunnitella jatkuvaa prosessia varten.

In this thesis work drying and calcination of iron residues from the zinc process was carried out in a pilot scale. The purpose of this thesis work was to describe the drying and calcination pilot scale experimental setup and to present the results. In the theoretical part of the thesis the formation of combined residue at Boliden Kokkola, combined residue and jarosite decomposition and the concepts of drying and calcination are reviewed. In the experimental part, changes in the composition of residues due to drying and calcination was studied with the help of mass balances, moisture content, and elemental analyzes. For future non-ferrous metal production, it is important to produce less waste and increase yields of valuable metals. In this thesis work pretreatment methods have been studied that enables more energy efficient post processing and metals recovery.

The goal of the drying setup was to achieve a moisture content of less than 10 % in the residues. Variations in the drying temperature had only a small effect on the final moisture content and since an increase in temperature increases the sulfur vapor pressure and content in the off-gases, the drying temperature should remain below 100 °C, preferably at 80 °C. Due to calcination, harmful substances such as chlorine, fluorine, and mercury evaporate and are removed in the off-gases, whereas heavy metal substances remained in the solid substance. In accordance with the mass balance calculations carried out, the results obtained from the pilot scale setup aligned well with both the experimental data from prior test works and knowledge.

The test runs conducted in a pilot scale provided valuable information for further development of a full-scale process. Since the passage of solids into the off-gas pipeline during calcination is more or less inevitable, a dust removal system should be designed for continuous operation.