Jalometallien reaktiomekanismit kuparikivi-kuona systeemissä

The amount of WEEE generated annually is growing, and effective means of recycling are required, in order to sustainably handle the growing waste quantity. WEEE is not only considered waste, but also a secondary resource of materials, including precious metals. Electronic devices can contain precious metals more than their respective primary ores, which in many cases are depleting. Pyrometallurgical methods of WEEE recycling are advantageous, because the processes can accept many forms of scrap and there are existing facilities for WEEE smelting. Downside of pyrometallurgical recycling route is the environmental concern that arises from high level of energy consumption. In this thesis, the time-dependent behaviour of precious metals in copper matte-slag system in simulated copper flash smelting conditions is studied. In the literature survey, the distributions of precious metals in equilibration studies were investigated. In the experimental part, the behaviour of precious metals is studied in air and argon atmospheres. Precious metals selected for this work are gold, silver, platinum and palladium. Compositional data was acquired with SEM-EDS, EPMA and LA-ICP-MS. The analyses indicated that the precious metals favour the copper and iron-bearing phases over slag phase and that formation of precious metal droplets and migration to matte phase begin almost instantly, when the system reaches high temperature. Precious metals concentrated in the matte phase as large droplets or smaller cluster distributed in the matte. There was significant scatter in the results with 300 s and 20 min contact time in air and argon atmospheres, respectively. For future work, it is suggested that the contact times in the proximity of 300 s in air atmosphere and 20 min in argon atmosphere are studied in more detail. The scatter in the results suggest the existence of some rate-limiting factor. In addition, the chemical dissolution behaviour of precious elements and their possible existence as sulphides in matte would require more detailed analysis. The formation of large precious metal droplets in air atmosphere should be studied further and the analysis of sample cross sections should be more extensive in order to find possible large droplets.Muodostuvan sähkö- ja elektroniikkaromun määrä kasvaa vuosittain ja tämän kasvavan jätemäärän kestävä käsittely vaatii tehokkaita kierrätysmenetelmiä. Elektroniikkaromua ei nähdä pelkästään jätteenä, vaan myös sekundäärisenä raaka-aineresurssina esimerkiksi jalometallien osalta. Elektroniset laitteet voivat sisältää jalometalleja enemmän kuin niiden primääriset malmit, jotka ovat monissa tapauksissa köyhtymässä. Pyrometallurgiset prosessit ovat edukkaita elektroniikkaromun kierrätysmenetelmiä, koska niiden syötemateriaalina voidaan käyttää monia eri romulajeja, ja romun käsittelyyn on jo olemassa olevia laitoksia. Pyrometallurgisten kierrätysmenetelmien haittana on suuresta energiankulutuksesta aiheutuva ympäristörasite. Tässä diplomityössä on tutkittu jalometallien ajasta riippuvaa käyttäytymistä kuparikivi-kuona -systeemissä kupariliekkisulatusuunissa vallitsevissa olosuhteissa. Kirjallisuusosuudessa tarkasteltiin jalometallien jakautumista tasapainotuskokeissa. Kokeellisessa osuudessa jalometallien käyttäytymistä tutkittiin ilma- ja argon-atmosfäärissä. Työhön valitut jalometallit olivat kulta, hopea, platina ja palladium. Näytteiden koostumusta analysoitiin SEM-EDS:lla, EPMA:lla sekä LA-ICP-MS:lla. Työn tulokset toivat ilmi, että jalometallit suosivat kuparikivifaasia kuonan sijaan, ja jalometallipisaroiden muodostuminen sekä jalometallien siirtyminen kivifaasiin alkavat lähes välittömästi, kun systeemi saavuttaa korkean lämpötilan. Jalometallit esiintyivät suurina pisaroina tai dispersioina jakautuneena kivifaasiin. Tuloksissa havaittiin merkittävää hajontaa 300 sekunnin ja 20 minuutin kontaktiajoilla ilma- ja argon-atmosfäärissä. Jatkotutkimuksiksi ehdotetaan kontaktiaikojen lisäämistä 300 sekunnin (ilma-atmosfääri) ja 20 minuutin (argon-atmosfääri) läheisyydessä. Tulosten hajonta viittaa jonkin reaktionopeutta rajoittavan tekijän olemassaoloon. Lisäksi jalometallien kemiallinen liukenemiskäyttäytyminen ja jalometallien mahdollinen esiintyminen kivessä sulfideina vaatii yksityiskohtaisempaa analyysiä. Suurten jalometallipisaroiden muodostusta ilma-atmosfäärissä ehdotetaan tutkittavaksi lisää, ja useampia näytteiden poikkileikkauksia tulisi tarkastella jalometallipisaroiden löytämiseksi