De senaste åren har Boliden Rönnskär haft problem med beläggningsbildande i anodugnen. Initiala undersökningar har visat på höga nickelhalter, då nickelhalterna förutspås öka de närmaste åren är det av stor vikt att lösa problematiken med anodugnsbeläggningen. Avsikten med detta projekt, är med anledning av detta, att bilda en djupgående förståelse kring beläggningen och dess uppkomst. Detta med huvudsyfte att förhindra bildandet av beläggningen, alternativt finna en metod för att avlägsna redan befintlig beläggning. För att uppnå målet genomfördes en grundlig karakterisering av beläggningsprover, följt av kartläggning av driftanalyser, karakterisering av driftprov, termodynamiska beräkningar samt försök i labbskala. Karakteriseringen av beläggningsproverna visade att beläggningen till största del bestod av nickel- järnspineller, men även nickelinnehållande silikatfaser så som nickelinnehållande olivin hittades vid karakteriseringen. Beläggningen innehöll dessutom, viss del kopparoxid samt inneslutningar av metallisk koppar. Karakteriseringen visade vidare på en viss inlösning av anodugnsteglet i beläggningen, samt att flyttemperaturen för de flesta prov var förhållandevis hög (>1400°C). Kartläggningen av driftanalyser visade på att ökande nickelhalter i blisterkopparen till viss del kunde sammankopplas med en ökning i beläggningsbildandet. Liknande faser som de i beläggningen hittades vid karakteriseringen av driftprover på tunnslagg, vilka var en silikatfas, en spinellfas, en fas med kopparoxid samt inneslutningar av metalliskkoppar. De termodynamiska beräkningarna visade att spinell- och olivinfaser är termodynamiskt stabila vid jämnvikt under normala driftstemperaturer (1200°C-1250°C) i anodugnen och en syreaktivitet på ~10-7. Beräkningarna visade även att det är termodynamiskt möjligt att med hjälp av tillsatser som soda och kiseldioxid lösa upp redan bildad beläggning. Resultaten av labbförsöket visade att förhållandena i ugnen varit för reducerande, troligen på grund av användandet av grafitdeglar, vilket medfört att metalloxiderna reducerats ned till metallisk fas. Tegelbitarna som lagts ned i degeln tillsammans med beläggning och tillsatser var dock relativt intakt i samtliga försök, vilket tyder på att tillsatserna inte bör utgöra någon större risk med hänsyn till slitage på teglet i anodugnen vid ett första försök. Troligt är att beläggningen i anodugnen uppstår genom att tunnslagg från konvertern följer med blisterkopparen till anodugnen och bidrar till beläggningsbildandet. Detta då spinellfasen återfanns även vid karakteriseringen av tunnslaggen. Problemet med beläggningen bör därför kunna minimeras genom att minska mängden tunnslagg som följer med till anodugnen. De termodynamiska beräkningarna visade även att det är möjligt att med hjälp av tillsatser lösa upp redan bildad beläggning. Det är rekommenderat att göra om labbförsöken med ett annat degelmaterial samt kortare tid i ugnen. / During the last few years, Boliden Rönnskär has experienced problems regarding buildup in the anode furnace. Initial examinations of the buildup has shown a high nickel content, since the nickel levels are expected to increase in the nearest future it is of great importance to address the issue of the buildup. The purpose of this project is to gain in-depth knowledge of the buildup and its origin, with the main aim of prevent its development, alternatively find a method to eliminate already existing buildup. To achieve the aim of the project a thorough characterization of buildup samples was performed, followed by mapping of operational analyzes, characterization of operational samples, thermodynamic calculations and experiments in lab scale. The characterization of the buildup samples showed that the buildup mostly consists of a nickel-iron spinel together with nickel containing silicates like nickel containing olivine. The buildup also consisted of some copper oxide and inclusions of metallic copper. The characterization further indicated that the lining of the furnace to some extent redeems in the buildup. The flow temperature for most samples was relatively high (>1400°C). The mapping of the operational analyzes indicated that higher nickel content in the blister copper could to some extent be linked to an increase of buildup in the anode furnace. Similar phases as in the buildup was found in the characterization of the operational samples of slag from the copper-making blow, which were a silicate phase, a spinel phase, copper oxide and metallic copper. The thermodynamic calculations showed that spinel- and olivine phases are thermodynamically stable at equilibrium and normal operational temperatures in the anode furnace (1200°C-1250°C) and an oxygen activity of ~10-7. The calculations further showed that it is thermodynamically possible to dissolve existing buildup through additives like washing soda and silica. The results from the lab scale experiments revealed that the environment in the furnace was too reductive, likely due to the usage of graphite crucible; resulting in the metal oxides reducing to the metallic phase. A part of an anode furnace brick was placed in the crucible together with the buildup; this brick remained relatively intact through the experiment, which indicates that the additives should not pose a major risk regarding the wear on the anode furnace lining during a first attempt. It is likely that the buildup in the anode furnace is formed due to slag from the converter accompanying the blister copper to the anode furnace, and thereby contributing to the formation of the buildup. This conclusion was drawn since the same phases were found in both the slag and the buildup. Therefore, the problems with the buildup could be minimized by reducing the amount of slag that accompanies the blister copper to the anode furnace. Furthermore, the thermodynamic calculations showed that it is possible to dissolve existing buildup through additives. However, it is recommended to repeat the lab experiments with shorter time in the furnace or with the use of a different crucible material.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:ltu-83148 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Johansson, Sofia |
| Publisher | Luleå tekniska universitet, Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0026 seconds