SER-lähtöisten hivenaineiden termodynaamiset ominaisuudet kuparin sulatusprosesseissa

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Nykyisin primääri- ja sekundäärikuparisulattoja hyödynnetään kierrätyslaitoksina erilaisille jätteille, kuten Sähkö- ja Elektroniikkaromu (SER) -pohjaiselle kuparille ja teolliselle värimetallijätteelle. Tämän seurauksena erilaisia arvokkaita ja harvinaisia metalleja, joista useat ovat epätyypillisiä primäärisissä raaka-aineissa, päätyy kasvavissa määrin kuparituotannon prosessikiertoihin. Näiden SER-hivenainemetallien termodynaamisia aineominaisuuksia ei tyypillisesti tunneta kovin tarkasti tai ollenkaan kuparin sulatusprosessien olosuhteissa. Tässä väitöskirjassa tutkittiin kokeellisesti arvometallien (Ag, Au, Pd and Pt) ja huipputeknisten metallien (Ga, Ge, In and Sn) tasapainojakaumia primäärisen ja sekundäärisen kuparisulatuksen sekä konvertoinnin olosuhteissa. Kokeet toteutettiin pitkälle kehitetyllä tasapainotus – sammutustekniikalla, jota seurasi suorat faasikoostumusanalyysit elektronimikrosondilla (EPMA) ja laserablaatioon induktiivisesti kytketyllä plasma-massaspektrometrillä (LA-ICP-MS). Tämä oli ensimmäinen hivenainetutkimus kuparikivi/metalli-kuona systeemeissä, jossa hyödynnettiin kyseisiä kokeellisia ja analyyttisiä tekniikoita. Erityisesti viimeksi mainitun analyysitekniikan käyttö oli merkittävä edistysaskel, joka mahdollisti hivenainemittauksia jopa alle 1 ppbw pitoisuuksilla metallurgisista kuonista. Merkittävin tarkasteltu termodynaaminen suure oli jakaumakerroin, L = m% metallia kivessä tai kuparissa / m% metallia kuonassa, joka kuvaa kunkin hivenainemetallin käyttäytymistä sulatuksen olosuhteissa. Tutkimus toteutettiin monitieteellisenä ja sen tulokset on suunnattu usealle eri tieteen ja teollisuuden alalle. Tuloksissa on esitetty, kuinka prosessiolosuhteet (erityisesti pO2), kyllästysfaasi ja kuonakoostumus vaikuttavat hivenainemetallien käyttäytymiseen. Lisäksi työssä on tarkasteltu kuonien kemiaa ja kuparimenetyksiä kuoniin. Arvometallien tulokset osoittivat kuinka Au, Pd ja Pt on mahdollista saada talteen kuparikiveen (L (m/s) > 10^2) ja metalliin (L (Cu/s) > 10^4) kaikissa prosessiolosuhteissa, ja jopa huomattavasti tehokkaammin kuin metallurgisessa kirjallisuudessa on aiemmin esitetty. Huipputeknisten metallien Ga ja Ge tulokset tutkituissa kupari-kuona systeemeissä ovat ainutlaatuisia ja ensimmäiset julkaisut kirjallisuudessa. Jakaumatulokset metalleille Ag, Sn ja In olivat samoilla suuruusluokilla kirjallisuudessa esitettyjen kanssa. Työssä määritetyt termodynaamiset aineominaisuudet auttavat teollisuutta kehittämään prosesseja, parantamaan resurssitehokkuutta ja metallien talteen saanteja. Prosessien ja metallien käyttäytymisen luotettavan simuloinnin ja mallinnuksen aikaansaamiseksi määritetyt tulokset tulisi saattaa osaksi laskennallisten ohjelmien termodynaamisia tietopankkeja.
Julkaisun otsikon käännösSER-lähtöisten hivenaineiden termodynaamiset ominaisuudet kuparin sulatusprosesseissa
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Jokilaakso, Ari, Vastuuprofessori
  • Taskinen, Pekka, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-8605-7
Sähköinen ISBN978-952-60-8606-4
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • arvometallit
  • huipputekniset metallit
  • sekundääri kupari
  • jakaumakerroin
  • kierrätys

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'SER-lähtöisten hivenaineiden termodynaamiset ominaisuudet kuparin sulatusprosesseissa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä