Novel methods for treatment of steelmaking slags
Iivonen, Aino (2019)
Diplomityö
2019
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019100431160
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019100431160
Tiivistelmä
The demand for iron and steel is constantly increasing as infrastructure and society is developing. In addition to their primary products, iron and steelmaking industries produce slags containing mainly CaO, FeO, MgO and Al2O3 which are still partly landfilled. The aim of this study was to find novel methods for treatment of steelmaking slags.
According to the literature survey, CaCO3 is the most researched calcium product developed from steel slags with the aid of ammonium salts as the agent. The most important variables to take into consideration are particle size, sufficient mixing and solid-to-liquid ratio. The target of the experimental work was to find treatment methods for blast furnace, desulfurization, basic oxygen furnace and ladle slag.
Alkali metal salts of low and high molecular weight organic acids were selected as examined products by their novelty, possible markets and environmental impact. Experiments were carried out in a batch reactor with online pH and temperature measurements. GC and + ICP-MS were the main analytical methods. Differences in treatment medium pH, molarity and temperature were studied.
Synthesis of each product was first successfully conducted using commercial reagents. Depending on the type of the slag, 34% to 97% conversion was reached. The yield varied greatly (31% … 84%) depending on the synthesis route even for a given slag.
The Thesis accomplished to prove the concept for four novel treatment methods for steel slags. The methods studied require further examination in commercial, analytical and process optimization point of views. Jatkuvasti kehittyvä yhteiskunta pitää raudan sekä teräksen tarpeen korkealla. Rauta- ja terästeollisuus tuottavat kuonia sivutuotteena ensisijaisten tuotteidensa lisäksi. Kuonat sisältävät pääasiassa kalsiumin, raudan, magnesiumin ja alumiinin oksideja. Mineraalirikkaita kuonia ei ole kokonaan hyötykäytetty vaan ne läjitetään. Tämän työn tarkoituksena oli löytää uusia keinoja hyödyntää kuonia.
Kalsiumkarbonaatti on eniten tutkittu teräksenvalmistuskuonista jalostettu kalsiumtuote, jota tyypillisesti valmistetaan eristämällä kalsium kuonasta ammoniumsuolan vesiliuoksella. Teräskuonien käsittelyssä tärkeimpiä parametrejä ovat riittävä sekoitus, partikkelikoko ja kiintoaineen suhde liuoksen määrään. Kokeellisessa osuudessa käsiteltiin masuuni-, mikseri-, emäshappimellotus- ja senkkakuonaa. Tavoitteena oli kokeellisesti tuottaa kaupallisia tuotteita, joiden valmistamista teräksenvalmistuskuonista ei ole tutkittu. Panosreaktorissa tuotettiin suuri- ja pienimolekyylisten orgaanisten happojen alkalimetallien suoloja. Kokeiden lämpötilaa ja pH:ta seurattiin jatkuvasti, kun taas GC:llä ja ICP-MS:llä tutkittiin kvantitatiivisesti näytteiden koostumuksia.
Jokainen tuote syntetisoitiin onnistuneesti kaupallisella reagentilla. Teräksenvalmistuskuonasta riippuen, reaktion konversio vaihteli 34%:n ja 97%:n välillä. Syntetisointimenetelmästä riippuen, saanto vaihteli 31%:sta 97%:in.
Tutkimus onnistui todistamaan neljä mahdollista menetelmää kaupallisten tuotteiden valmistamiseksi teräksenvalmistuskuonasta. Jokainen menetelmä on esiasteella, joten ne vaativat kehitystä prosessiolosuhteisiin ja analyyttisiin menetelmiin sekä laajaa kaupallista katsausta.
According to the literature survey, CaCO3 is the most researched calcium product developed from steel slags with the aid of ammonium salts as the agent. The most important variables to take into consideration are particle size, sufficient mixing and solid-to-liquid ratio. The target of the experimental work was to find treatment methods for blast furnace, desulfurization, basic oxygen furnace and ladle slag.
Alkali metal salts of low and high molecular weight organic acids were selected as examined products by their novelty, possible markets and environmental impact. Experiments were carried out in a batch reactor with online pH and temperature measurements. GC and + ICP-MS were the main analytical methods. Differences in treatment medium pH, molarity and temperature were studied.
Synthesis of each product was first successfully conducted using commercial reagents. Depending on the type of the slag, 34% to 97% conversion was reached. The yield varied greatly (31% … 84%) depending on the synthesis route even for a given slag.
The Thesis accomplished to prove the concept for four novel treatment methods for steel slags. The methods studied require further examination in commercial, analytical and process optimization point of views.
Kalsiumkarbonaatti on eniten tutkittu teräksenvalmistuskuonista jalostettu kalsiumtuote, jota tyypillisesti valmistetaan eristämällä kalsium kuonasta ammoniumsuolan vesiliuoksella. Teräskuonien käsittelyssä tärkeimpiä parametrejä ovat riittävä sekoitus, partikkelikoko ja kiintoaineen suhde liuoksen määrään. Kokeellisessa osuudessa käsiteltiin masuuni-, mikseri-, emäshappimellotus- ja senkkakuonaa. Tavoitteena oli kokeellisesti tuottaa kaupallisia tuotteita, joiden valmistamista teräksenvalmistuskuonista ei ole tutkittu. Panosreaktorissa tuotettiin suuri- ja pienimolekyylisten orgaanisten happojen alkalimetallien suoloja. Kokeiden lämpötilaa ja pH:ta seurattiin jatkuvasti, kun taas GC:llä ja ICP-MS:llä tutkittiin kvantitatiivisesti näytteiden koostumuksia.
Jokainen tuote syntetisoitiin onnistuneesti kaupallisella reagentilla. Teräksenvalmistuskuonasta riippuen, reaktion konversio vaihteli 34%:n ja 97%:n välillä. Syntetisointimenetelmästä riippuen, saanto vaihteli 31%:sta 97%:in.
Tutkimus onnistui todistamaan neljä mahdollista menetelmää kaupallisten tuotteiden valmistamiseksi teräksenvalmistuskuonasta. Jokainen menetelmä on esiasteella, joten ne vaativat kehitystä prosessiolosuhteisiin ja analyyttisiin menetelmiin sekä laajaa kaupallista katsausta.