The main objective of this research was to recover copper and cobalt from slags coming from copper processing on the Copperbelt province of Zambia. Pyrometallurgical processing of copper sulphide concentrate generates huge tonnes of slag wastes. Slag is basically made up of metal oxides and silicates and is less dense than matte, this makes it to float and is separated from matte by skimming. However, the separation is not 100 % efficient. This results in valuable elements such as copper and cobalt being lost to the slag and may require to be recovered. Copper in slag may exist in metallic (Cu), oxide (CuO and Cu2O) and sulphide (Cu2S and Cu5FeS4) forms whilst much of cobalt in the slag exists as an oxide because of the high oxygen potential during conventional copper smelting operations. Copperbelt slags contain about 1.2 wt. % copper and 0.6 wt. % cobalt whereas the slag that was worked on had average grades of 0.997 wt. % for copper and 0.258 wt. % in the case of cobalt. The idea of reprocessing slag dumps is important from both economical and sustainable perspectives, it is also in line with circular economy principles. To find the optimum operating conditions, a series of tests were carried out during sulphidisation and roasting in which the temperature was gradually increased by 50 °C ranging from 1050 °C to 1150 °C in the case of sulphidisation with varying calcium sulphide (CaS) addition of 5 %, 10 %, 15 % and 20 % of the total weight of the slag. This was followed by roasting with a temperature increase of 50 °C ranging from 550 °C to 650 °C. The use of waste gypsum for sulphidisation is advantageous because it is a recycled waste product that comes from the cobalt leach plant. Based on thermodynamic considerations and the optimized parameters, 50 g of slag was first sulphidised in an electric furnace with CaS ratio of 15 wt. %. In essence, sulphidisation which was conducted at a temperature of 1150 °C for two hours was meant to convert the slag into matte. The matte was then converted to sulphates by roasting at a temperature of 650 °C for three hours followed by leaching of the now acid soluble material using dilute sulphuric acid (H2SO4). Copper and cobalt were captured in solution form. The leach residue was subjected to atomic absorption spectroscopy (AAS) for the analysis of the levels of metal content retained in the residue. Scanning electron microscopy (SEM) was used to study the microstructure and the mineralogy of the three selected samples namely; the as received slag, the sulphidised slag and the leach residue. / Huvudsyftet med denna forskning var att återvinna koppar och kobolt från slagg från kopparbearbetning i Copperbelt-provinsen i Zambia. Pyrometallurgisk bearbetning av kopparsulfidkoncentrat genererar enorma maugder slaggavfall. Slagg består i grunden av metalloxider och silikater och är mindre tät än matte, vilket gör att den flyter och separeras från matt genom skumning. Separationen är dock inte 100 % effektiv. Detta resulterar i att värdefulla element som koppar och kobolt går förlorade till slaggen och kan behöva återvinnas. Koppar i slagg kan förekomma i metallisk (Cu), oxid (CuO och Cu2O) och sulfid (Cu2S och Cu5FeS4) medan mycket av kobolt i slaggen finns som en oxid på grund av den höga syrepotentialen under konventionella kopparsmältningsoperationer. Copperbelt-slagg innehåller ungefär 1,2 viktprocent koppar och 0,6 viktprocent kobolt medan slaggen som bearbetades hade medelhalter på 0,997 viktprocent för koppar och 0,258 viktprocent i fallet med kobolt. Tanken med att upparbeta slaggdeponier är viktig ur både ekonomiskt och hållbart perspektiv, det ligger också i linje med cirkulär ekonomi principer. För att hitta de optimala driftsförhållandena genomfördes en serie tester under sulfidisering och rostning där temperaturen gradvis ökades med 50 °C från 1050 °C till 1150 °C vid sulfidisering med varierande kalciumsulfid (CaS) tillsats av 5 %, 10 %, 15 % och 20 % av slaggens totala vikt. Detta följdes av rostning med en temperaturökning på 50 °C från 550 °C till 650 °C. Användningen av avfallsgips för sulfidisering är fördelaktig eftersom det är en återvunnen restprodukt som kommer från koboltlakverket. Baserat på termodynamiska överväganden och de optimerade parametrarna sulfidiserades 50 g slagg först i en elektrisk ugn med ett CaS-förhållande på 15 viktprocent. I huvudsak var sulfidisering som utfördes vid en temperatur av 1150 °C under två timmar avsedd att omvandla slaggen till skärsten. Skärsten omvandlades sedan till sulfater genom rostning vid en temperatur av 650 °C i tre timmar följt av urlakning av det nu surlösliga materialet med användning av utspädd svavelsyra (H2SO4). Koppar och kobolt fångades upp i lösningsform. Lakningsåterstoden utsattes för atomabsorptionsspektroskopi (AAS) för analys av nivåerna av metallinnehåll kvar i återstoden. Svepelektronmikroskopi (SEM) användes för att studera mikrostrukturen och mineralogin för de tre utvalda proverna, nämligen; den mottagna slaggen, den sulfidiserade slaggen och lakresten.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-307121 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Mseteka, Lloyd Masuzyo |
| Publisher | KTH, Materialvetenskap |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2022:004 |
Page generated in 0.0026 seconds