Stephen Leite Kontrollert av Sign. Dato

Transkript

1 Forfatter Sign. Dato Stephen Leite Kontrollert av Sign. Dato Godkjent av Sign. Dato Tittel Eyde 0 waste- fase 2 Rapport nr. Arkiv nr. Ant. sider Ant. bilag Kunde Eyde, Eramet Norge, Glencore Norge Alcoa Norge Forside til: Nøkkelord Agglomerering, tørking, knusing, Vortair, Mn- slam, Fe- slam, ESP, avrak, sidestrømmer, valorisering Sammendrag/konklusjon Innledende tørketester med Mn- og Fe- slam i Vortair har gitt lovende resultater for kapasitet og kraftforbruk sammenliknet med konkurrerende tørke- teknologier. I tillegg foreligger det tørkede produktet i pulverform, hvilket eliminerer behovet for nedmaling før agglomerering. Hovedutfordringen har vært periodisk groing på Vortair- kammervegg, men det er vist at dette kan unngås ved enkel forbehandling av slammene. Separasjon av avrak i C og kryolittholdig mix i Vortair er utfordrende, fordi C og kryolitt har relativt lik tetthet og hardhet. Overflatekarbonet på avraket kan reduseres, men de innkapslede karbon- partikler separeres ikke effektivt ut. Derimot kan Vortair effektivt male ned avraket ved lavt kraftforbruk, og på den måten frigjøre de innkapslede karbonpartiklene. Dette kan utnyttes i kombinasjon med alternative separasjonsteknikker. Sendes til: Arkiv Ole Dotterud Benjamin Ravary Trond Nakkestad Per Ramsdal Leif Hunsbedt Helene Fladmark Gunnar Kulia Tester med for- reduksjon av Fe- og Mn- slam i kontrollert atmosfære viser reduksjon i Zn, F, Na, Cl, og As. Om luft introduseres mot slutten av varmebehandlingen, så reduseres også S. Ved et evt salg av for- reduserte agglomerater mot jernindustrien er P og S sentrale elementer. P- nivået er innenfor spec, og noen enkle tilleggs- tester vil vise om også S kan reduseres tilstrekkelig til at materialet blir attraktivt som Fe- kilde. Brikettering av ren Fe- slam er utfordrende, da agglomeratene lett flises opp. Innblanding av ESP eller sement binder gir begge en jevn produksjon og forhøyet tørr styrke. Ren Mn- slam gir svake briketter, men både ESP og sement binder gir en bedring i tørr styrke. Brikettering av Fe- og Mn- mix med ESP eller sement gir god styrke tørket og god styrke sintret.

2 Innhold Sammendrag... 3 Innledning... 4 Prosjektdeltakerne... 4 Eksperimentelt... 5 Prosessflyt... 5 Forsøksutstyr... 5 Råvarer... 8 Vortair: Forsøksoppsett og resultater... 9 Innledende tester: Tørking av Mn- slam i Vortair... 9 Innledende tester: Tørking av forblandet Mn- slam i Vortair Innledende tester: Tørking av Fe- slam i Vortair Innledende tester: Separasjon av karbon og kryolitt i avrak Termisk reduksjon av slammer i kontrollert atmosfære Termisk reduksjon av Fe- slam Termisk reduksjon av Mn- slam Agglomerering Litteratur Vedlegg... 38

3 Sammendrag Innledende tørketester med Mn- og Fe- slam i Vortair har gitt lovende resultater for kapasitet og kraftforbruk sammenliknet med konkurrerende tørke- teknologier. I tillegg foreligger det tørkede produktet i pulverform, hvilket eliminerer behovet for nedmaling før agglomerering. Hovedutfordringen har vært periodisk groing på Vortair- kammervegg, men det er vist at dette kan unngås ved enkel forbehandling av slammen. Separasjon av avrak i C og kryolittholdig mix i Vortair er utfordrende, fordi C og kryolitt har relativt lik tetthet og hardhet. Overflatekarbonet på avraket kan reduseres, men de innkapslede karbon- partikler separeres ikke effektivt ut. Derimot kan Vortair effektivt male ned avraket ved lavt kraftforbruk, og på den måten frigjøre de innkapslede karbonpartiklene. Dette kan utnyttes i kombinasjon med alternative separasjonsteknikker. Tester med for- reduksjon av Fe- slam i kontrollert atmosfære viser reduksjon i Na, Cl, og As. Om luft introduseres mot slutten av varmebehandlingen, så reduseres også S. Ved et evt salg av for- reduserte agglomerater mot jernindustrien er P og S sentrale elementer. P- nivået er innenfor spec, og noen enkle tilleggs- tester vil vise om også S kan reduseres tilstrekkelig til at materialet blir attraktivt som Fe- kilde. Klor, fluor og sink reduseres effektivt ut ved for- reduksjon av Mn- slam. Som for Fe- slam, så reduseres svovel betraktelig mye mer effektivt ut ved tilgang til luft mot slutten av varmebehandlingen. Brikettering av ren Fe- slam er utfordrende, da agglomeratene lett flises opp. Innblanding av ESP eller sement binder gir en jevnere produksjon og forhøyet tørr styrke. Ren Mn- slam gir svake briketter, men både ESP og sement binder gir en god bedring i tørr styrke. Brikettering av Fe- og Mn- mix med ESP eller sement gir god styrke tørket og god styrke sintret.

4 Innledning Prosjektet Eyde 0 waste ble opprettet i Q1 2014, som et samarbeidsprosjekt mellom Eramet Norge, Glencore Norge, Alcoa Lista og Elkem Technology. Målet med prosjektet var å redusere deponi og deponeringskostnader ved å utvikle et prosesskonsept, verifisert i laboratorieskala, på et salgbart produkt fra karbondelen i ovns- sot og SPL fra Alcoa, jernslam fra Nikkelverket og manganslam fra Eramet. Konseptet må være bærekraftig og økonomisk lønnsomt. Fokus i prosjektet var litteraturstudie, forbehandling av råmaterialer, agglomerering samt rapportering/ anbefaling av videre arbeid. I tillegg dekket prosjektet kostnader for oppsett av et scrubber- anlegg over 600kW induksjonsovn. Dette scrubber-anlegget ville være nødvendig ifm labog pilotskala testing i senere faser av prosjektet. Eyde 0 waste- Fase 2 ble opprettet ut fra et ønske om å undersøke nærmere enkelte del- leveranser for det opprinnelige prosjektet. Tester med alternativ tørkingsteknologi for slammer ble tatt opp spesielt, fordi disse testene ikke ble gjennomført under fase 1 i prosjektet. Prosjektdeltakerne Eramet Norge er en del av det franske industrikonsernet Eramet. Konsernet er en verdensledende produsent av legert metall, deriblant Nikkel- og Mangan- legeringer. Eramet Norge produserer i hovedsak Mn- legeringer som Fe- Mn og Si- Mn, og har 3 smelteovner i Norge (SAF s). Eramet s aktuelle materiale er Mn- slam. Glencore Norge er verdens fjerde største leverandør av nikkel, og 100% av produksjonen eksporteres. Verket kan produsere tonn nikkel, tonn kobber og tonn kobolt årlig. Glencore s materiale i prosjektet er Fe- slam. Alcoa Lista produserer vha Hall Herault- prosessen rundt tonn primæraluminium pr år. Hovedproduktet er Al- legeringer til ekstrudering. Hall Herault- prosessen genererer flere ulike typer sidestrømmer. I dette prosjektet fokuseres det på tre ulike typer: Avrak fra ovnstopp, elektrostatisk filterstøv (ESP) og SPL. Elkem Technology er prosjektleder og utøvende part i prosjektet.

5 E k s te rn R ap p o rt Klassifisering : Eksperimentelt Prosessflyt En grovskisse av prosesstrinnene i den definerte slagg - prosessen ses til høyre. Fokus i prosjektet har til nå først og fremst vært på forbehandling av materialene. Gjennom 2015 er det gjort videre undersøkelserundt tørking, nedmaling, sep arasjon, agglomerering og sintring. Forsøksutstyr Tørking av slammer Tørking av slammer ble primært utført i en Vortair - enhet. Vortair - teknologien ble utviklet hos Agroplas i Bø, Telemark. Elkem Technology opprettet et samarbeid gje nnom Agroplas datterselskap Drysep, og utstyret ble satt opp hos Elkem Technology i Vortair - enheten har gjennom tester med andre materialer vist seg svært effektiv til tørking og nedmaling. Den vil også kunne separere materialer i mix, såfremt det er forskjell i tetthet, porøsitet og/ eller styrke (Mohs) mellom materialene. N Kristiansand Fiskaaveien 100 P.O. Box 600 Telefax: Company No:

6 Kraftforbruk kw Ekstern Rapport En blower forsyner Vortair- kammeret med luft gjennom fire vertikale slisser som ligger som et belte rundt enheten (på skissen ses et alternativt oppsett med 8 slisser fordelt på to nivåer). Materialer påmates gjennom skruemater eller vibrasjonsmater og ejector. Grovt materiale (bunnfall) drysser ned i bunn, mens finstoffet dras til filteret). Fordelen med Vortair- teknologien er at den river løs vannet i mikroskopiske dråper som unnslipper filteret, og dermed bruker mindre energi enn termisk tørking/ fordampning. Kapasitetsfaktorer Vortair: Blower- pådrag Grad av mekanisk nedknusing Tørke- effekt Mengde materiale til bunnsamler På- mating Antall partikkel- partikkel kollisjoner (nedknusing) Høy luftstrømning i Vortair- kammer medfører behov for ulike på- matings teknologier for tørre og våte materialer. Kapasitet (kg/h) varierer med materialets fukt og sammensetning Filteravsug Mengde finstoff til filter Grad av separasjon Vortair- design Lengden på kammeret, bunnkonens vinkel, antall og plassering av luftslisser er faktorer som endrer Vortair- karakteristikk og funksjon. For nye materialer kan prosessen modelleres på forhånd, slik at prosessen har optimale designmessige betingelser Vortair pådrag vs effekt Pådrag Hz

7 Figur 1 Blower- pådrag vs effektforbruk for Vortair- oppsett brukt under Eyde 0 waste- testene. Målinger foretatt uke Knusing av tørkede slammer Som for tørking av slammer Separasjon av C og kryolitt i avrak Som for tørking av slammer Brikettering av slammer Bepex CS 25 kompaktor satt opp med valser med mandel- formede spor. Hastighet på mate- skrue og på valserotasjon justeres separat. Arbeidsbredde 63,5mm, Trinnløs hastighetsregulering. Kapasitet: kg/h Bepex CS 25 briketteringsmaskin

8 Mix av materialer En Hobart mikser med gaffelvisp var best egnet for mix av tørr og våt Fe- slam, samt for utvanning av Fe- slam før på- sats på Vortair. Bollen har et volum på rundt 8 liter, og omrøringshastigheten på vispen kan justeres i tre trinn. En Rojo tvangsblander var mest hensiktsmessig for omrøring (fortynning)av våt Mn- slam før tilsats i Vortair. Denne ble plassert over trakten til Vortair skruemater for direkte på- mating i trakt. Forreduksjon av slammer For tester med for- reduksjon av slammer ble en Lenton kanthal- ovn benyttet. Denne er bygd opp av viklede varme-elementer rundt et 1" alsint- rør. Prøvematerialet fylles på en digel formet som en kano, og plasseres inne i røret. Atmosfæren inne i røret kan påvirkes gjennom å delvis tette røret i begge ender, for så å tilføre gass i den ene enden. Max mengde prøve/ run er 0,5 dl. Temperatur reguleres med Eurotherm- controller, og max temperatur er 1200 C. Sintring av briketter Sintring av briketter ble gjennomført i en 75kW induksjonsovn. Ovnen har en kapasitet på 50 kg Fe, og den gir rundt 3 khz ved normal drift. Ovnseffekt reguleres automatisk etter oppkjøringsprogram eller temperatursettpunkt via Eurotherm regulator. Oppsettet for de aktuelle testene var en Alsint digel med grafitt lokk over. Grafittlokket har 1 gjennomføring for Tc og 1 for Arinertgass. Råvarer En grundig gjennomgang på kjemi og materialkarakteristikk ble utført for alle aktuelle materialer i prosjektets første fase. Det ble laget rapporter på XRF, XRD og SEM for Fe- slam, Mnslam, ESP- støv og avrak. Materialkarakterisering og analyser ligger som vedlegg i «Eyde 0 waste»-

9 rapporten fra Nødvendige analyser ut over disse er tatt med i rapporten. Vortair: Forsøksoppsett og resultater Forarbeid Produsere kalibreringskurver for mateskruer Produsere kalibreringskurver for vibromater Luftstrømningsmålinger Vortair Filterkapasitetsmålinger Innledende tester: Tørking av Mn- slam i Vortair Utstyrsoppsett: Vortair med std oppbygning, styringssystem og enkelt trendsystem Matesystem: materialsilo, lukket skruematersystem med horisontal skrue fra silo og vertikal skrue inn gjennom hvelvet på Vortair- enheten Vekt med 1g nøyaktighet Løftebord Tvangs- mikser med tømme- funksjon Stoppeklokke Posefilter- Tørket Mn- slam mates ut gjennom filteret. Materialer Mn- slam Prosedyre tørketester med Mn- slam Filter, filter- hus og rørsystem filter tømmes for gammelt materiale (Tørket slam hentes gjennom filteret). ~30 kg Mn- slam fylles på tvangsblander Omrøring 5 minutter Fuktmåling av slam Blower startes på settpunkt Hz (se tabell) for oppvarming av rør og kammer Trakt til skruemater fylles med slam, og vertikal skruemater startes på 20Hz. Horisontal skruemater startes så på 7Hz, tilsvarende ~25 kg/h. Kontinuerlig etterfylling av trakt gjennom tvangsblanderens tømmefunksjon. Start tidtaking Temperaturutvikling blower, kammer og filter overvåkes gjennom styringssystemet

10 Innledende tester: Tørking av forblandet Mn- slam i Vortair Utstyrsoppsett Vortair med vibromater og luft ejector for påmating av materialer Hobart- mikser Materialer Våt, ubehandlet Mn- slam Mn- slam tidligere tørket i Vortair Prosedyre tørketester med forblandet Mn- slam Filter, filter- hus og rørsystem filter tømmes for gammelt materiale (Tørket slam hentes gjennom filteret). ~3 kg tørket og 2 kg våt Fe- slam fylles på hobart- mikser Omrøring 5 minutter, før tilsats av resterende vått og tørt materiale. Totalt ~10 kg masse. Fuktmåling av masse før Vortair Blower startes på settpunkt Hz (se tabell under) for oppvarming av rør og kammer For tester med maksimal matehastighet justeres matehastigheten opp til det grenser til at det oppstår bunnfall. For tester med over- mating justeres hastigheten opp 20% ekstra. Materen skyves til siden for kontroll av matehastighet. Start mating på ønsket settpunkt og mat ut i bøtte i 60 sekunder. Vei materialet og registrer vekten. Kjøreplan: # Hz Blower Filter % Fukt i mix wt% Matehastighet g/ min Tilpasses Maksimal påmating uten tap Bunnfall J/N Nei Tilpasses +20% mating Ja Tilpasses Maksimal påmating uten tap Nei Tilpasses + 20% mating Ja Figure 1 Kjøreplan for Mn- slam tørketester Resultater- Tørking av Mn- slam

11 Tabell 2- Oppsett og resultater fra Vortair- tester med M- slam. *Driftsstopp 10 minutter pr 60 minutter test. **Test 3 på 30 minutter er oppskalert til 1 time for sammenlikning. Bunnfallet er også tørket (5 målinger, 2-25wt% fukt). I tabellen under er kwh/ kg masse beregnet, og i tillegg er kwh/ kg vann ført opp for støv til filter og for total tørkekapasitet inkludert bunnfall. Dette for å få tall på total tørkekapasitet. Tabell 3 Resultater fra tørketester med Mn- slam Prosessen ble stoppet 10 minutter pr time for visuell kontroll for alle testene. Det kan derfor påregnes % økning i reell kapasitet i forhold til verdiene angitt i tabellene over for kontinuerlig drift. Beregningsgrunnlag: kwh/ kg masse= kw / Påmatet kg Vann fjernet filterstøv kg= Påmatet tot kg * slam til filter wt% * (fukt slam inn wt% - fukt slam ut wt%) kwh/ kg vann filter= kw / Vann fjernet filterstøv wt% Vann fjernet bunnfall kg= Påmatet tot kg * Bunnfall wt% * (fukt slam inn wt% - fukt slam ut wt%) kwh/ kg vann tot= kw / (Vann fjernet filterstøv kg + Vann fjernet bunnfall) Mn- slam er tixotropisk, og en omrøring i tvangsblander i 5 minutt før påmating gir en lettflytende masse med jevnt sig. Mating gjennom trakt og skruemater gikk derfor uten problemer. Ingen staking av trakt eller skruer var nødvendig under drift.

12 Air speed Blower m^3/min Ekstern Rapport Maks lufthastighet gjennom blower oppnås ved 18 Hz pådrag, og tilsvarer rundt 9,9 m^3/min ved stabil driftstemperatur. Som det fremgår av figuren til høyre vil et blower- pådrag ut over dette øke lufttrykket i rørsystemet før Vortair, og dermed også øke luft- temperaturen. En forhøyet lufttemperatur vil igjen redusere mengden luft inn til Vortair- kammeret. Varierende grad av groing på veggen i Vortairkammeret ble observert under alle testene. Mengden groing er gjengitt som bunnfall i tabell 1. Dette bunnfallet er i hovedsak materiale som akkumuleres på kammerveggen til det omsider løsner og faller ned i bunntrauet som klumper av varierende størrelse og fuktighet. Som det fremgår av tabell 1, så avtar mengden bunnfall med økende blower- pådrag. Det ble også funnet at akkumulert materiale på innsiden av Vortair- kammeret kunne fjernes ved regelmessige stopp i på- mating mens bloweren går. Materialet vil da slipes bort av luftstrømmen. Slammen fremstod etter tørking som et løst, tørt og fint pulver uten grovere korn i alle testene. Drift gjennom posefilter gikk uten problemer. Av tabell 1 fremgår det at ved et pådrag på kun 9,9m 3 /min (18 Hz), ble det oppnådd en fukt- reduksjon på 40,8wt% i prøvematerialet Blower kapasitet vs lufttemperatur Air temp Figur 2 Blower kapasitet Lufttemperatur i luft til Vortair C Det er ikke montert opp eget utstyr for sanntidsmåling av kraftforbruk på Vortair- anlegget. I stedet ble det hentet ut måledata på utstyret ved hjelp av en spesiallaget Fluke multi- meter helt i slutten av prosjektet, og nøyaktigheten på disse målingene er stor. Resultatene fra målingene er gjengitt i figur 1. Resultater- Tørking av for- blandet Mn- slam Blower Hz kw kg masse/h fukt inn wt% Fukt ut wt% Kg vann fjernet/h kwh/kg masse kwh/kg vann Fukt diff % 18 15,8 45,0 37,8 14,5 10,5 0,4 1,5 61, ,8 78,0 36,3 17,7 14,5 0,2 1,1 51, ,0 28,0 41,5 14,9 7,4 0,4 1,3 64, ,0 66,0 36,8 16,8 13,2 0,2 0,8 54,3 Tabell 3 Resultater fra tørketester Det ble ikke på noe tidspunkt observert tegn til groing på kammerveggen i Vortair.

13 Som figur 3 og 4 viser, så reduseres kraftforbruket pr kg masse og pr kg vann vesentlig ved en økning av matingshastigheten. Samtidig økes rest- fukt i materialet ved økning å matehastighet. Samtlige batcher fremstod som fint pulver etter tørking. Det var ikke mulig å mate med høy nok hastighet til at det ble registrert bunnfall, og begrensningen lå primært i diameteren på ejector materøret. Maks matehastighet som ble testet, tilsvarer 1872 kg materiale/ døgn. Tester med 18 Hz blower- pådrag Tester med 10 Hz blower- pådrag

14 Diskusjon- tørking av Mn- slam i Vortair På- mating med silo og skruemater fungerer optimalt med våt Mn- slam. Dette er en rimelig og pålitelig løsning som enkelt kan tilpasses ulike behov. Det er ønskelig å holde filterpådraget moderat, slik at ikke materialet suges opp for tidlig (med forhøyet fuktighet). Samtidig må suget være tilstrekkelig til at tørket materiale tas opp, fordi det er gjennom filteret det tørkede materialet hentes ut. Det gjenstår testing for å optimalisere avsuget mot blower- pådrag. Mn- slammet inneholdt rundt 58,2 wt% vann. De innledende testene har vist det mulig å tørke ubehandlet slam direkte ned til et fukt- nivå hvor pulveret fremstår som tørt og løst (tabell 1). Samtlige tester produserte Mn- slam pulver egnet for agglomerering uten behov for andre typer forbehandling, hvilket betyr at både tørkings- og nedmalingstrinnet er gjennomført tilfredsstillende. Ved flere tradisjonelle forbehandlings-metoder vil samme resultat kreve to trinn, termisk tørking og nedmaling. Resultatene gjengitt i tabell 2 viser en sammenheng mellom lufttemperatur, tørkeeffekt og kapasitet. Fordi matingen ble stoppet regelmessig for undersøkelser, rundt 16% av tiden, vil reell påmatingshastighet være tilsvarende høyere enn det som er gjengitt i tabellen. Av figur 1 går det frem at kraftforbruket øker signifikant fra rundt 16 Hz blower- pådrag, uten at tørkekapasiteten øker tilsvarende. Luftgjennomstrømningen reduseres raskt, samtidig som lufttemperaturen øker. Dette skyldes primært at komprimeringen av luften i rørsystemet før Vortair gir en høyere lufttemperatur inne i Vortair- kammeret. Samtidig vil det høye trykket og temperaturen i blower- røret redusere luftgjennomstrømningen gjennom luftspaltene inn til Vortair- kammeret. Under innkjøring av matehastighet ble vått nedfall registrert ved for høy matehastighet. Maksimal hastighet ble for samtlige tester definert som høyest mulig hastighet uten registrert vått bunnfall. Nedfallet registrert i tabell 1 er akkumulert materiale som har løsnet (2-25 wt% fukt),og som har en mer kompakt form enn filterstøvet. Figuren til høyre viser det karakteristiske groings- mønsteret i blått øverst i figuren. Påmatings- åpningen er den sirkulære markeringen under. Det er mulig at groing på kammerveggen reduserer tørkekapasiteten, fordi kammervolumet endres og antar en irregulær form. Det antas videre at hovedgrunnen til at masse avsettes, er at slammene fremdeles er våt når den i møte med luftstrømmen under skruemateren kastes mot kammerveggen. Figur 3 Groingsmønster på kammervegg i Vortair sett ovenfra En innblanding av tørrstoff i slammen før Vortair har flere fordeler: Groings- problematikken uteblir Tørkerate i kg vann pr time fjernet øker til tross for tørrere masse og et større massevolum Anlegget kan kjøres med et lavere effektforbruk enn ved høyere fuktinnhold. Beste resultat (test 4 tabell 3) gir et effektforbruk på 0,15 kwh/ kg slam og 0,8 kwh/ kg vann. De

15 gjennomførte testene må anses som en første tilnærming. Det er derfor et stort potensiale for forbedring av både prosess og utstyr. Allikevel er resultatene på dette stadiet godt sammenliknbare med alternative tørketeknologier både på tørkerate og effektforbruk (tabell 4 under). Som figurene over viser, så er det et gitt forhold mellom mengden vann i omløp inne i kammeret, og fuktighet på materialet ut. Jo større mengde materiale som mates inn pr tid, jo høyere fuktighet registreres i filterstøvet. Årsak og begrensende faktor antas å være mengden luft tilgjengelig i Vortair- kammeret pr tid. Utforming av dyser (kapasitet og antall) antas derfor å være et viktig tema ved en eventuell modellering. Alternative tørkeprosesser for tørking av slammer: Teknologi DS wt% Tørkerate kg/h Spesifikt energiforbruk kwh/tonn masse Convective Belt dryers Convective direct drum dryers Convective flash dryers 100 0, Conductive disc dryers Conductive paddle dryers Conductive thin film dryers Delvis tørking Tabell 4 Alternative tørkeprosesser 1) Konklusjon Testene med våt Mn-slam er prosjektgruppens første test- kampanje med Vortair- teknologien. Det finnes derfor et stort potensiale for forbedring av prosessparametre, utstyrstilpasninger osv. Utstyret har mange tilpasningsmuligheter hva angår kammerutforming, antall luftdyser, utforming av kon osv. En modellering av tørkeprosessen vil kunne gi mer informasjon om optimalt utstyrsoppsett og kjøreparametere for denne slammene. Tester med for- blandet Mn- slam gav svært gode resultater. Groings- problematikken uteblir, og påmatingen er problemfri. Matekapasiteten er potensielt meget god, og avhenger først og fremst av ønsket fuktinnhold i pulver- produktet. De innledende testene indikerer at Vortair- teknologien absolutt kan konkurrere med alternative tørkemetoder hva angår effektforbruk og material- kapasitet. Dette gjelder særlig for for- behandlet slam. I tillegg foreligger det tørkede produktet som pulver, hvilket eliminerer behovet for nedmaling før agglomerering.

16 Innledende tester: Tørking av Fe- slam i Vortair Utstyrsoppsett: Vortair med standard oppbygning, styringssystem og enkelt trendsystem Matesystem 1: Hobart- mikser med gaffelvisp, Tvangsblander, materialtrakt, lukket skruematersystem med horisontal skrue fra silo og vertikal skrue inn gjennom hvelvet i Vortairenheten Matesystem 2: Hobart- mikser, vibrasjonsmater med silo, luft- ejector matesystem Vekt med 1 gram nøyaktighet Posefilter- Tørket Fe- slam mates ut gjennom filter Materialer: Fe- slam med fuktinnhold 39 wt% 1 Tørking av ubehandlet Fe- slam 20 kg Fe- slam med 39wt% fuktinnhold ble veid ut og tilsatt Hobart- mikser. Etter 10 minutter omrøring har slammene en kremet konsistens. Filter og rørsystem filter tømmes for gammelt materiale Blower startes på settpunkt pådrag for oppvarming av rør og kammer. Ti minutter oppvarming Trakt til skruemater fylles med slam, og vertikal skruemater startes på 18Hz. Horisontal skruemater startes så på 7Hz, tilsvarende ~25 kg/h. Start tidtaking Temperaturutvikling blower, kammer og filter overvåkes gjennom styringssystemet Resultater tørking av ubehandlet slam Hz kw Påmatet kg Varighet min driftstid % Fukt inn wt% slam til filter wt% Fukt filter støv wt% bunnfall wt% ,5 30 Omrøring av ubehandlet Fe- slam i tvangsblander er ikke effektivt, da materialet legger seg på de roterende bladene. Hobart- mikser med gaffelvisp fungerer fint for omrøring, og massen jevnes godt ut.

17 Det registreres ikke sig i materialet etter omrøring, og det er derfor ikke mulig å få til en jevn påmating med trakt og skruematere, da det kreves et betydelig trykk for å mate massen ned gjennom trakten. Massen mates ut «i kast» fra den vertikale skruen. Dette påvirker driften negativt, fordi utbyttet av tørkingen avhenger av en jevn på- mating. Ujevn på- mating resulterer i større mengde vått bunnfall. Ved forsøk med vertikalt press på materialet i mate- trakten går materiale gjennom skruen en stund, før delvis tørkede, harde klumper av slam tetter den vertikale skruen. Pga problemer med på- mating til trakt og utmating fra vertikal skrue var det ikke mulig å få gode tall på matekapasitet og reelt kraftbehov fra blower. Det ble etter testene veid ut 7 kg fint og løst Feslam pulver med et fuktinnhold på 9,5 wt%. 2 Tørking av utvannet Fe- slam 10 kg Fe- slam settes til Hobart- mikser. Vann tilsettes i batcher på 0,2 liter og røres inn. Etter innrøring stanses mikser, for sjekk av sig. Prosedyren gjentas til massen har et naturlig sig. Materialet overføres til tvangsblander Filter og rørsystem filter tømmes for gammelt materiale Blower startes på settpunkt pådrag for oppvarming av rør og kammer. Ti minutter oppvarming Test 1: 52wt% fukt i materiale inn. Trakt til skruemater fylles med slam, og vertikal skruemater startes på 30Hz (3,2 m 3 /min). Horisontal skruemater startes på ~25 kg/h. Filter 80% (2834Nm 3 /h) Test 2: 52wt% fukt i materiale inn. Trakt til skruemater fylles med slam, og vertikal skruemater startes på 30Hz (3,2 m 3 /min). Horisontal skruemater startes på ~25 kg/h. Filter 25% (1616Nm 3 /h). Redusert filter- sug for å øke temperaturen i Vortairkammeret. Test 3: 52wt% fukt i materialet inn. Trakt til skruemater fylles med slam, og vertikal skruemater startes på 18Hz (9,9 m 3 /min). Horisontal skruemater startes på ~12 kg/h. Filter 25% (1616Nm 3 /h). Resultater tørking av utvannet Fe- slam # Hz kw Påmatet kg Varighet min Driftstid % Fukt inn wt% Slam til filter wt% Fukt filter støv wt% Bunnfall wt% 2, ,0 60,0 70,0 52,0 74,0 7,0 26,0 2, ,0 60,0 60,0 52,0 44,0 7,3 56,0 2, ,0 45,0 60,0 52,0 75,0 8,1 25,0

18 Tabell 5 Resultater fra test 1 og 2 med utvannet Fe- slam Ved tilsats av vann til 52wt% fuktinnhold under omrøring ble det oppnådd tilstrekkelig sig i massen til at skruemater og trakt kunne benyttes for på- mating til Vortair. Materialet hadde jevn flyt gjennom matesystemet i perioder av minutter, før nedre del av den vertikale mateskruen ned i Vortairkammeret ble pakket av hard, tørket masse. Nedfall av noe finstoff og grovere partikler ble registrert ved reduksjon av filtersug og konstant påmatingshastighet. En økende grad av groing i kammer og nedfall av både vått og akkumulert materiale ble registrert ved økning av matehastighet (test 2.2). Akkumulert materiale på kammerveggen slipes bort og går til filter ved stopp i på- matingen. Pga problemer med heng i mateskruen foreligger det ikke gode data for på- matingshastighet og/ eller kapasitet. På- matingen ble redusert til 12 kg/h for testen med 18 Hz blower- pådrag (test 2.3), og dette gav god støvproduksjon uten nedfall i de periodene det ble oppnådd stabil drift uten kast i på- matingen. Samtidig oppstod det under denne testen hyppigere heng i mateskruen i forhold til test Tørking av tørr- våt mix Fe- slam i Vortair Mating av tørrstoff gjennom skruemater er ikke mulig pga den kraftige luftstrømningen inne i kammeret (mottrykk i skruemateren fører til at massen blåses ut igjen gjennom trakten). Det ble derfor laget en luft- ejector med indre diameter 30mm på materøret for på- mating av tørr- våt slam mix. Tørr slam tilsettes hobart- mikser først, og deretter spes våt og tørr slam inn til slammene har en ikke klebende konsistens. Denne vurderingen blir gjort visuelt. Filter og rørsystem filter tømmes for gammelt materiale Blower startes på settpunkt pådrag for oppvarming av rør og kammer. Ti minutter oppvarming Test 1-3: Slam mikses til ikke klebende konsistens. Silo til ryste- renne fylles med slam- mix, og ejector startes. Blower 18Hz (9,9 m 3 /min). Filter 70% (2660 Nm 3 /h). Matehastighet kg/ h. Test 4: Slam mikses til ikke klebende konsistens. Silo til ryste- renne fylles med slammix, og ejector startes. Blower 30Hz (9,9 m 3 /min). Filter 70% (2660 Nm 3 /h). Filter 70% (2660 Nm 3 /h). Maksimal matehastighet (uten bunnfall) Resultater tørking av våt- tørr mix Fe- slam i Vortair Ved miksing av vått og tørt må tørr masse introduseres først, før våt masse spes inn. Sakte omrøring til de våte klumpene er malt ned, før hurtig- miksing mot slutten gav best resultat. I innledende forsøk hvor våt slam ble satt til mikseren først, for så å bli ispedd tørr masse, ble slammene på et tidspunkt (~33wt% fukt) så hard at det ikke var mulig å få til videre omrøring i det valgte utstyret (utslag motorvern).

19 E k s te rn R ap p o rt Klassifisering : På - mating med luft - ejector fungerte problemf ritt med tørr - våt mix. Denne metoden sikrer en jevn tilførsel av materialer, nødvendig for optimal drift av Vortair. Resultater: # Hz kw Påmatings hast kg/h kwh/ kg masse Varighet min driftstid % Fukt inn wt% slam til filter wt% Fukt filter støv wt% kwh/ kg vann Produkt 3, ,0 0,89 60, ,6 100,0 8,2 4,3 pulver <500µm 3, ,0 0,89 60, ,5 100,0 7,9 3,4 pulver <500µm 3, ,0 0,76 60, ,7 100,0 10,4 3,4 pulver <500µm 3, , ,6 100,0 7,8 6,2 pulver <500µm Tabell 6 Resultater etter tørking av våt tørr mix i Vortair Test 3. 1 og 3. 2 var innkjøringstester med Fe - slam. Oppsettet for disse testene var identisk, med unntak av fuktinnholdet i materialet inn. Test 1, med høyest fukt wt% inn, gav høyere avgang av vann. Test 3. 3 ble gjennomført for å finne maksimal på - matingshastighet ved maksimal luftgjennomstrømning i Vortair ( 18 Hz, 9,9 m 3 /min). Det var under de gitte betingelser mulig å mate gjennom ~21 kg/ h uten bunnfall ( dvs 100% slam til filter). Dette tilsvarer 500kg/ døgn med et kraftforbruk på 0,89 kwh/ kg slam. Test 3. 4 ble kjørt med 30 Hz pådrag på blower for å undersøke effekten av en forhøyet lufttempera tur i kammeret (se figur 3). Det var under samtlige tester ukomplisert å justere inn m atehastigheten til rett nivå ved visuell kontroll, fordi over - chargering øyeblikkelig resulterer i dryss av grovere korn i bunntrauet. Det ble ikke på noe tidspunkt observert groing på kammerveggen i Vortair gjennom testene. Figur 4 sammenstiller resultatene for test 1, 2.1, 3.1 og 3.2 for sammenlikning av tørke - effekt ved 18 Hz blower - pådrag, kg/h matehastighet og varierende fuktighet inn. N Kristiansand Fiskaaveien 100 P.O. Box 600 Telefax: Company No:

20 For tørketestene sett under ett ligger det tørkede produktet ved 18 Hz blower- pådrag jevnt over på på 7-10 wt% fukt, uavhengig av fukt i materialet inn (figur 6). En økning i pådrag til 30 Hz gir en tredobling i effektforbruk, men kun ~2,5 wt% tørrere produkt og 57% økning i materialkapasitet. Diskusjon Det må fremheves at Vortair- utstyret er nytt også for Elkem Technology. Testene må derfor anses som innledende, og det er et stort potensiale for forbedring hva angår både utstyrs- oppsett, utførelse og kraftforbruk. En modellering av tørkeprosessen vil kunne gi mer informasjon om optimalt utstyrsoppsett og kjøre- parametere for denne Fe- slam. Samtlige tester som ble gjennomført med Fe- slam gav et løst, finfallent produkt velegnet for agglomerering. Fe- slam tørket med tradisjonelle, termiske teknologier er lite porøst og må derfor knuses og så males for å oppnå ønsket partikkelfraksjon for agglomerering («Eyde 0 waste» 2014). En forbehandling vha Vortair- teknologien vil for Fe- slam derfor være et gunstig alternativ, så lenge fuktigheten inn i Vortair kontrolleres. Testene med utvannet slam gav utfordringer med groing. Tester med slam som var iblandet tørrstoff forbi det punkt at massen var klebrig, gjorde det ikke. Sannsynligvis ligger det optimale blandingsforholdet mellom vått og tørt et sted imellom disse to ytterpunktene. Forbehandlingstester gjennomført i Eyde 0 waste 2014 (se rapport) viser at termisk tørking gir en hard, tørr masse, og at massen blir hard allerede ved rundt 25wt% fukt. Dette er med på å forklare de driftsproblemene som oppstod under på- mating av både ubehandlet og utvannet slam med skrue (kampanje 1 og 2). Luft i høy hastighet treffer mateskruen og tørker slammene på vei inn, slik at deler av denne herdes før denne når enden av skruen og slynges inn i kammeret. En redusert påmatingshastighet vil gi slammene mer tid til å tørke underveis mot kammeret, noe som sannsynligvis forsterker groings- problemet på skruen. Skruemating er dermed ikke egnet som påmatingsteknologi for våt slam med dagens oppsett. Selv ved moderat på- matingshastighet (Test 2.1, tabell 5) ble det observert groing på kammerveggen med bruk av våt Fe- slam. Det antas at hovedgrunnen til denne akkumuleringen er den høye fuktigheten i materialet, og at slammene pga luftstrømmen presses mot kammer- veggen før fuktigheten er redusert tilstrekkelig til at materialet ikke lengre kleber. Det er usikkert om en ytterligere reduksjon i matehastighet vil eliminere dette problemet. Ved tørr- våt miksing av slam elimineres groings- problematikken, med 100% utbytte til filter som resultat. Kapasiteten på anlegget bestemmes av mengden masse og mengden luft i omløp i kammeret. Dette ses i figur 4, som viser at tørke- effektiviteten er høyere jo høyere andel vann i massen. Tørkekapasiteten reduseres derfor noe under testene med tørr- våt mix, fordi mer masse passerer gjennom systemet pr kg vann. Det vil av dette være nødvendig å undersøke nærmere øvre grense for fuktinnhold i slammene uten akkumulering på kammervegg før et optimalt oppsett for tørking av Fe- slam foreligger. I tillegg vil det, basert på de siste testene med for- blandet Mn- slam, være hensiktsmessig å kjøre tester med lavere blower- pådrag. Under innkjøring av matehastighet med tørr- våt mix ble det registrert bunnfall som grovere korn med fuktinnhold mellom 10 og 20 wt%. Siden dette bunnfallet er delvis tørket, kan det tenkes at

21 anlegget med fordel kan kjøres med en noe høyere chargerings- hastighet, for å utnytte hele tørkepotensialet i anlegget. Det delvis tørkede materialet som faller ut i bunn kan da tilbakeføres til mix som tørrstoff. Konklusjon De innledende testene viser at Vortair fjerner vann effektivt, men at en for høy fuktighet i Fe- slam kan føre til groing i kammeret. For å sikre stabil drift uten groing bør slammene iblandes tørrstoff for å senke fuktinnholdet før Vortair. Det trengs ytterligere tester for å avgjøre hva som er optimalt vanninnhold utfra et kostperspektiv. Tørking av en tørr- våt mix av fe- slam i Vortair er en aktuell forbehandlingsmetode hvis målet er å preparere materialet for agglomerering, fordi massen både tørkes og pulveriseres i samme trinn. Basert på de innledende testene er det estimert et kraftforbruk på 890 kwh/ tonn slam-mix (test 3.3), og dette er i det nedre sjiktet av hva konkurrerende, termiske teknologier kan tilby for tørking (tabell 4). Det forventes at dette kraftforbruket kan reduseres ytterligere med tilpasninger i utstyr og fremgangsmåte. Forventet fuktinnhold i produktet med dagens oppsett er 7-10 wt%, hvilket er mer enn tilstrekkelig med tanke på agglomerering. Innledende tester: Separasjon av karbon og kryolitt i avrak Utstyrsoppsett: Vortair med standard oppbygning, styringssystem og enkelt trendsystem Matesystem: Hobart- mikser, vibrasjonsmater med silo, luft- ejector matesystem Vekt med 1 gram nøyaktighet Posefilter- Tørket Fe- slam mates ut gjennom filter Materialer: Avrak fra Alcoa s elektrolyseovner med 1wt% fuktinnhold. Separasjonstester: Avrak i Vortair Test- materiale ble knust og siktet ut på <3mm (diameter ejector setter denne begrensningen). 1 prøve av ubehandlet materiale i samme fraksjon ble tatt ut for C- analyse En referanseprøve i samme fraksjon ble vasket i vann og deretter tørrsiktet på 1mm for sammenlikning av C

22 Silo vibrasjonsmater ble fylt med test- materiale og filter og rørsystem filter ble tømt for gammelt materiale Filter ble satt til 10% pådrag (1348 Nm3/h) for å minimere sug mot filter. Renset avrak hentes ut som bunnfall, mens støv tas ut i filter Blower ble startet på settpunkt pådrag for oppvarming av rør og kammer. Ti minutter oppvarming Tre test- serier ble gjennomført: 5 minutter tester (serie 1) og 2 minutter tester (serie 2 og 4). Oppsett: # Blower m 3 /min Filter Nm 3 /h Matehastighet kg/h Oppsett 1 9, Innledende tester 2 9, Tett Vortair- bunn 4 8, Redusert blower- pådrag Tabell 7 Oppsett for forsøksmatrise med avrak Resultater Splittet, siktet prøve av <3mm ubehandlet avrak målt til 54,3wt% C Splittet, siktet prøve 1-3 mm ubehandlet avrak målt til 51,7 wt% C Vasket prøve (referanse) 1-3mm målt til 51,4 wt% C # Blower Hz Filter % Filter Nm 3 /h Påmatet gram Matehast kg/h Utveid bunnfall gram C- innh bunnfall Kommentar , ,5* Kun >1mm korn i nedfall , , ,6 15 Tabell 8 Innledende 5 minutters tester *Siktet og splittet 1-3mm prøve # Blower Hz Filter % Filter Nm 3 /h Påmatet gram Matehast kg/h Utveid bunnfall gram C- innh bunnfall Kommentar , ,9* Pulver med enkelte grove korn i bunnfall

23 ,3 390 Pulver med enkelte grove korn i bunnfall ,0 810 Pulver med enkelte grove korn i bunnfall ,6 665 Pulver med enkelte grove korn i bunnfall Tabell 9 2 minutters tester med lukket bunn *Splittet 0-3mm prøve # Blower Hz Filter % Filter Nm 3 /h Påmatet gram Matehast kg/h Utveid bunnfall gram C- innh bunnfall Kommentar ,4* Kun >1mm korn i nedfall Kun >1mm korn i nedfall Kun >1mm korn i nedfall Kun >1mm korn i nedfall ,6* Noe finstoff i nedfall Tabell 10 2 minutters tester med redusert blower * Siktet og splittet 1-3mm prøve Alt tapt materiale fra testene i serie 1 til 3 foreligger som fint støv i filteret. Diskusjon Separasjon i Vortair fungerer svært effektivt med en rekke materialer. Forutsetningen for effektiv separasjon er at det er forskjell i egenvekt, porøsitet, styrke (Mohs skala) og/ eller størrelse mellom partiklene. Det foreligger ikke kjente data for tetthet og styrke for avraket ex C. Med utgangspunkt i data for grafitt og mineralsk NA 3AlF 6 registreres det en forskjell i tetthet på ~0,7 g/cm 3. Forskjellen i Mohs styrke mellom disse er 0,5-1 5) 6). Utgangspunktet er med andre ord to relativt like materialer. leverandøren av Vortair- teknologien opplyser at det vanskelig lar seg gjøre å separere effektivt materialet med partikkelstørrelse under >70µm med dagens oppsett, og underbygger dette med modelleringer ifm bygging av Vortair. Men utstyret har flere tilpasningsmuligheter hva angår kammerutforming, antall luftdyser, utforming av kon osv. En modellering av separasjonsprosessen vil kunne gi mer informasjon om optimalt utstyrsoppsett for avrak, og hvilket resultat en skulle kunne forvente. Karbonet i avraket er svært ujevnt fordelt, fordi det foreligger som innkapslede partikler av ulik størrelse i tillegg til at det dekker partiklene som overflatestøv. Dette gjør det vanskelig å avgjøre nøyaktig hvor god renseeffekt de ulike testene har hatt. De beste resultatene mhp reduksjon av C ble oppnådd ved test 1.1 og 3.5. Disse ble kjørt med høy og svært høy matehastighet kombinert med relativt lavt blower- pådrag. Siden begge disse testene i hovedsak genererte grovere partikler i bunnfallet, antas det at en andel karbon fremdeles er fanget inne i disse partiklene, men at karbonet på overflaten til en viss grad er fjernet Det er utfra tabell 8 og 10 en klar sammenheng mellom blower- pådrag, matehastighet og grad av nedmaling. Siden C i avraket foreligger som både overflatestøv og som korn inne i partiklene, er det

24 ønskelig og nødvendig å knuse ned partiklene i Vortair- kammeret. Samtidig må avsuget være balansert for at kuttet mellom filter og bunnfall skal være optimalt. Gjennom testprogrammet viste det seg vanskelig å kjøre filtersuget lavt nok, hvilket resulterte i til dels store tap av finstoff til filter. Test- serie 2 ble derfor gjennomført med tett Vortair- bunn, for å redusere sug mot filter. Selv med tett bunn ble det registrert et betydelig tap til filter. Oppsettet for test- serie 2 gav en god økning i mengden oppsamlet bunnfall, og samtidig et godt utgangspunkt for en analyse av restmengden av C i finstoffet etter Vortair. En prøve fra det visuelt sett mest lovende resultatet (test 2.1) ble sendt til C- analyse. 18 wt% av den tilsatte massen var tapt til filteret i den aktuelle testen, uten at dette gav noen registrerbar endring i C- innholdet. Dette er en tydelig indikasjon på at separasjon av finfallent avrak ikke vil fungere effektivt i Vortair, og det antas at årsaken til dette er at partiklene er for like i egenvekt og/eller hardhet. konklusjon Vortair- teknologien egner seg for reduksjon av karbon på partikkeloverflaten i avraket, så lenge lufthastigheten i kammeret holdes lav nok til at ikke partiklene knuses ned. Prosjektet har ved bruk av Vortair- teknologien allikevel ikke lykkes i å separere ut karbon fra avrak i tilstrekkelig grad til at materialet kan tilbakeføres til Alcoas prosess direkte. Den antatte årsaken til det er at C- og NA 3AlF 6- partiklenes styrke og tetthet er for like for effektiv separasjon. Partiklene må males ned for å hente ut alt innkapslet karbon, og det nedknuste materialet kan ikke separeres effektivt ut i det eksisterende Vortair- oppsettet. En modellering av separasjonsprosessen vil kunne gi svar på om et annet oppsett vil gi en bedring i resultatene. Teknologien fungerer derimot effektivt til nedmaling av avrak, og det er ikke usannsynlig at Vortairteknologien kan være aktuell som et forbehandlingstrinn før f. eks et flotasjonstrinn. Termisk behandling av C (oppvarming i luftatmosfære) ble testet med stort hell i «Eyde 0 waste 2014»- prosjektet. Denne prosessen stiller små krav til utstyr og omgivelser, og står dermed fremdeles som et aktuelt alternativ for rens av avrak. Termisk reduksjon av slammer i kontrollert atmosfære Termisk reduksjon av Fe- slam Utstyr Horisontal kanthalovn med Alsint- tube og 2 K- element: 1 inne i tuben (mot digel) og 1 på utsiden av tuben. Eurotherm regulator regulerer etter element mot grafittskipet. Grafitt digel/ skip fylt med 10 gram prøve Materialer Elgraph superior grade fines (0-0,5mm), 100 ppm S

25 Kalsinert Fe- slam pulver (Fe360) fra «Eyde 0 waste 2014» Tørket Fe- slam pulver (Fe100) fra «Eyde 0 waste 2014» Prosedyre Materialer veies opp og 30 wt% C- fines mikses inn. Blandingen overføres så til grafitt- skipet slik at materialet flukter med øvre kant av skipet. Skipet føres inn gjennom alsint- tuben til senter før åpningene dekkes til, og tuben tettes med Superwool i begge ender. Ar- spyling 0,5 l/min startes og effekten slås inn. Ar- spyling gjennom Alsint- rør i ene enden. Alsintrør til avgass i andre enden Etter fullført behandling kjøles prøve 1 og 2 til <400 C før uttak. Prøve 3 og 4 tas ut ved 700 C for å undersøke om tilgang på luft ved denne temperatur påvirker S- innholdet i prøven. Kjøreplan: # Slam 70wt% Fe360 pulver (360 C/16h) 70wt% tørket Fe100 pulver (100 C/16h) 70wt% Fe360 pulver (360 C/16h) 70wt% Fe360 pulver (360 C/16h) Settpunkt C Holdetid settp C timer Temperatur ved uttak prøve C 2,5 2,5 2, Vekt inn (g) 10,0 10,0 10,0 10,0 Tabell 11 Testprogram for for- reduksjon av Fe- slam Test 1 og 2 ble kjørt for å sammenlikne analyseresultater mellom sintring av kalsinert og kun tørket Fe- slam under ellers like betingelser. Test 3 og 4 ble kjørt med redusert temperatur for å undersøke hvilken effekt tid har på reduksjonsprosessen under ellers like betingelser.

26 Resultater Prøve ID: Godkjent: Wilab nr: Instrument Metodepakke Ref Prøve 1 Prøve 2 Prøve 3 Prøve 4 Kalsinert Fe- slam + C Kalsinert Fe- slam + C Tørket Fe- Tørket Fe- Kalsinert Feslam slam slam + C + C A A A A A PW2404 PW2404 XRF XRF PW2404 XRF PW2404 XRF PW2404 XRF SEMIQ SEMIQ SEMIQ SEMIQ SEMIQ Enhet Param Analyse Analyse Analyse Analyse Analyse % C 0,016 29,9 23, % Al 0,32 0,33 0,46 0,17 0,21 % As 0,06 0,03 <0,01 0,03 <0,01 % Ca 0,008 0,07 0,07 0,04 0,04 % Cl 8 <0,01 0,02 <0,01 <0,01 % Co 0,13 0,13 0,21 0,09 0,1 % Cr 0,02 0,02 0,03 0,02 0,01 % Cu 0,02 0,03 - <0,01 % Fe 52, % Ge <0,01 % K <0,01 0,01 <0,01 <0,01 % Mg 0,05 0,04 0,02 0,02 % Mn 0,03 0,03 0,01 0,02 % Mo 0,06 0,06 <0,01 <0,01 % Na 0,03 0,02-0,01 0,01 % Ni 2,4 0,87 4,6 0,69 0,9 % O 33,5 7,7 5, % P 0,005 <0,01 - <0,01 <0,01 % S 1,64 0,36 0,43 0,16 0,17 % Si 1,6 3 1,7 0,3 0,26 % Sn 0, <0,01 <0,01 % Ti <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 % V 0,07 0,08 0,05 0,05 % Zn <0,01 Tabell 12 Analyseresultater Fe- slam før og etter varmebehandling. Referanseprøven bestod av 100wt% tørket Fe- slam Referanseprøven bestod av 100wt% tørket Fe- slam, mens prøve 1-4 var iblandet 30wt% C- fines. For å få et korrekt bilde av materialet inn til varmebehandling, må # Vekttap % Karakteristikk Magnetisk 1 30 Sammen-sintret med enkelte løse korn Sterkt wt% sintret som større korn 1-3mm Ø Sterkt 3 20 Tynt oksidlag (rødt) i enden mot Ar- inntaket. Løs masse Svakt 4 28 Løs masse svakt Tabell 13 Resultater fra visuell inspeksjon av Fe- slam prøver etter varmebehandling Diskusjon

27 Felles for alle prøvene er at de har et stort overskudd av C etter testens slutt, og at karbon fra digelskip og pulver-mix dermed har vært tilgjengelig under hele test- forløpet. Mengden rest- karbon etter 6 timers testen (test 4 tabell 12) antyder at det har vært lite luft tilgjengelig i Ar- atmosfæren over test- materialet under testene. Det er i gjennomsnitt 64% lavere O- innhold i høytemperatur- prøvene (1 og 2) enn i prøve 3 og 4. Stasjonære elementer som Fe, Si, Al og Ca er samtidig høyere på høytemperatur- prøvene. Dette tyder på at det kreves en høyere temperatur enn 850 C for redusere ut Fe 3O 4 og rester av FeO(OH) effektivt, og antall timer under varmebehandling ved redusert temperatur kun i beskjeden grad påvirker dette. For å teste ut denne antakelsen på en enkel måte ble en ikke kvantifiserbar test hvor en magnet festes på prøveposene for så å dras av, gjennomført. Resultatet fra denne testen er sterkere motstand i høytemperatur- prøvene 1 og 2, enn i prøve 3 og 4. Det er utfra tidligere utført materialkarakteristikk ikke klart om S hovedsakelig finnes som FeS-, Sn, SO- eller NaS- forbindelser i slammen. Med utgangspunkt i ren S, er tilgang til O nødvendig for at S skal oksideres/ brennes av (varme + S + O2 = SO2). Ren svovel antennes i luft ved ca 250 C, og kokepunktet for svovel er 444 C. Utfra dette var det ventet en lavere verdi av S i prøvene som ble utsatt for luftatmosfære ved 700 C enn prøve 1 og 2 (tabell 11). Analyseresultatene viser et 42% lavere S- innhold i prøve 3 og 4 kontra prøve 1 og 2 (tabell 12), og dette tas som en indikasjon på at hypotesen var korrekt. Etter uttak ble prøvene kjølt ned i romtemperatur, og temperaturen sank raskt. Det er uvisst om S- innholdet ville bli ytterligere redusert om prøven i stedet fikk stå med effekt og lufttilgang i kanthal- ovnen, og det anbefales at dette undersøkes videre. Hva som vil være tilstrekkelig reduksjon av alkalier, tungmetaller og halogener i slammene før tilsats i en slagg- prosess er fremdeles gjenstand for diskusjon. Dette avhenger bl. a av foringsvalg, avgasshåndteringssystem og produkt- spec. Med tanke på salg av sintrede agglomerater mot stålverk eller støpejern, er det klare sammenhenger mellom grad av forurensning og pris. De sintrede agglomeratene vil pga sammensetning sannsynligvis stille i samme klasse som jernmalm. Tabellen til høyre er hentet fra «mineral resource.net» 2) som et eksempel på typiske sammensetninger av jernmalm for jernproduksjon. I følge denne kilden kan malmene med >63wt% Fe i tabellen klassifiseres som «direct shipping ore». Malmen får et fall i pris fra S<0,01wt% og/ eller P <0,01wt%, fordi den da må mikses med renere malm. Årsaken til det er at disse elementene i større konsentrasjoner gjør jernet sprøtt. Tabell 14 element- spec fra jernprodusent Både Al 2O 3 og SiO 2 nevnes også i tabellen. Al 2O 3 gjør i følge kilden over slaggen høyviskøs, hvilket gjør den vanskeligere å fjerne. For høyt nivå av SiO 2 i smelten danner gråjern. En «high grade» kilde

28 inneholder typisk maksimalt 2wt% SiO 2. Det antas at både Al og Si foreligger som oksider i Feslammene, og analysene fra for- reduksjonstestene indikerer at nivåene av disse er innenfor spec for jern- årer. Konklusjon Det er en tydelig sammenheng mellom temperatur og grad av reduksjon i materialet, og tid under varmebehandling ved lavere temperatur enn 1150 C ser ut til å ha mindre betydning. For- reduksjon av Fe- slam har en god effekt på Na, Cl, S og As. Under «Eyde 0 waste» fra 2014 ble det registrert en tydelig nedgang også på Pb og K under samme temperaturbetingelser. Eksponering for luft mot slutten av for- reduksjonsforløpet ser ut til å påvirke særlig S- nivået positivt. En sammenlikning av analyser for Fe wt%, P wt% og S wt% i for- redusert slam kontra spec for en typisk jern- åre til jernindustrien viser at det ikke er langt igjen før et for- redusert slam- agglomerat kan bli aktuelt som Fe- kilde. På bakgrunn av dette anbefales det å gjennomføre for- reduksjonstester hvor luft introduseres, for å undersøke nærmere effekten dette har på S- nivå. Hvordan konsumentene forholder seg til resterende tungmetaller og spor av alkalier er ikke avklart, da disse ikke blir nevnt i tabellen over. Termisk reduksjon av Mn- slam Utstyr Horisontal kanthalovn med Alsint- tube og 2 K- element: 1 inne i tuben (mot digel) og 1 på utsiden av tuben. Eurotherm regulator regulerer etter element mot grafittskipet. Grafitt digel/ skip fylt med 10 gram prøve Materialer superior grade fines (0-0,5mm), 99 ppm Svovel Test 1 0g : Mn- slam tørket i tørkeskap Test : Mn- slam pulver tørket i Vortair Fe- slam pulver tørket i Vortair Prosedyre

29 Prøve Normal oppkjøring til 850 C 150 minutter holdetid Ar- spyling gjennom hele testforløpet Prøve Normal oppkjøring til 850 C 360 minutter holdetid Ar- spyling gjennom hele testforløpet Prøve Normal oppkjøring til 1160 C 150 minutter holdetid Stopp spyling og fjern lufttetting 30 minutter holdetid i luft Utslag av ovn. Uttak av prøve ved 300 C Prøve Normal oppkjøring til 1160 C 150 minutter holdetid Ar- spyling til uttak av prøve ved 300 C Prøve Blandingsforhold 7,5:1 Mn/ Fe + 20wt% C- fines Normal oppkjøring til 1150 C 150 minutter holdetid Stopp spyling og fjern lufttetting 30 minutter holdetid i luft Utslag av ovn. Uttak av prøve ved 300 C Prøve Blandingsforhold som for prøve 3.1 Reduksjon av temperatur til 1050 C før eksponering for luft. Forsøksmatrise # Prøve Prøve Prøve Prøve Prøve Prøve Mix 70wt% Mnslam, 30wt% C- fines 70wt% Mnslam, 30wt% C- fines 80wt% Mnsalm, 20wt% C- fines 80wt% Mnsalm, 20wt% C- fines 95/5wt% Mnslam/Fe- slam, 20wt% C- fines 95/5wt% Mnslam/Fe- slam, 20wt% C- fines

30 0,5 l Ar/min 0,5 l Ar/min + 0,5 l Ar/min + 30 Atm 0,5 l Ar/min 0,5 l Ar/min + 30 min luft 0,5 l Ar/min 30 min luft min luft T C Hold (min) Ar 30 luft Ar 30 luft Vekt inn (g) 3 3,5 3, Vekt ut (g) 2 2,5 2,5 2 1,5 2 Tabell 14 Forsøksmatrise Mn- slam Resultater for- reduksjon av Mn- slam Test : Gjennomført etter plan. Materialet fremstår som løst. 150 Ar 30 luft Test : Gjennomført etter plan. Også her er materialet løst, men med et merkbart mindre volum enn prøve 1. Test : Gjennomført etter plan. Prøven er tydelig sintret, og et lyst brunt pulver dekker digeltoppen i enden som pekte bort fra Ar- innblåsingen. Belegget ble forsøkt fjernet før innsamling av prøve. Test : Gjennomført etter plan. Også denne prøven er tydelig sintret, og med det samme brune belegget på den ene enden av digelen. Belegget ble forsøkt fjernet før innsamling av prøve. Test : Gjennomført etter planen frem til introduksjon av luft. Avsuget ble satt nærmere utløpet av ovnens alsint- rør for å sikre god luftgjennomstrømning over material- prøven. Dette resulterte i et ustabilt effektpådrag og en over- temperatur på C i en periode på ~3 minutter. Etter endt testforløp var prøvematerialet delvis smeltet. Test : Gjennomført etter plan. Samme vekttap som prøve 1 og 2, men noe lavere volum etter sintring i prøve 3.2. Et tynt, lysebrunt lag dekker deler av prøveoverflaten.

31 E k s te rn R ap p o rt Klassifisering : Figur 5 Prøve 1, 2, 3.1 og etter forbehandling C trukket fra Test1 Referanseprøve2016 Test Test Test O 46 32,01 32,93 30,39 28,15 S 0,25 0,26 0,44 0,23 0,54 As - 0,03 0,04 0,02 0,05 Cr <0,01 0,03 0,03 0,03 0,02 Fe 0,18 1,09 1,13 10,27 11,31 K 4,9 3,69 3,76 3,11 2,59 Na 0,8 0,21 0,22 0,21 0,22 P <0,01 0,03 0,01 0,02 0,01 Rb 0,02 0,04 0,04 0,03 0,04 Cl 0,05 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 F 0,22 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 Zn 0,48 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 Tabell 15 Analyse av utvalgte elementer fra forsøk med for - reduksjon av Mn - slam. Se vedlegg 2 for f ull a nalyse rapport. Tabell N Kristiansand Analyseresultater test 1 Fiskaaveien etter 100 sintring, hvor overskudd P.O. Box 600 C er trukket fra Telefax: Company No:

32 E k s te rn R ap p o rt Klassifisering : Figur 6 For - reduksjon av Mn - C mix med og uten lufttilgang. Blå serie (serie ) ble eksponert for luft siste 30 minutter av varmebehandlingen. Figur 7 Utvalgte analyser etter test O og K har skalering høyre side. Diskusjon Alle prøvene er mikset opp med samme type C - materiale, Elgraph superior fines, fra Elkem Carbon. Referanseprøven er ren, tørket Mn - slam. Prøve 1 og har 30 wt% C, mens prøve 1 til har 20 wt% C. Testene hadde tre mål: Undersøke om tid under varmebehandling påvirker for - reduksjon av Mn - slam ved redusert temperatur (850 C) ved inert atm osfære og rikelig tilgang til C. Undersøke om tilgang til luft i for - reduksjonens siste fase påvirker S - nivået i materialet. Undersøke i hvor stor grad uønskede elementer kan reduseres ut under optimale betingelser. De optimale betingelsene ble definert som o Inert atmosfære o Rikelig tilgang til C o Temperatur opp mot smeltepunktet for Mn - slam (1160 C) o Tilgang til O2mot slutten av varme - programmet Ut f r a analyseresultatene i vedlegg 2 fremgår det at en for - reduksjon av Mn - slam ikke er effektivt ved 850 C for de fleste uønskede elementer. Zn er tilsynelatende redusert 65% mer effektivt ved 360 relativt til 150 minutter varmebehandling. Cl reduseres også delvis ved denne temperaturen, men det er først ved 1150 C at elementer som Cl, F og Zn reduseres til un der deteksjonsgrensen (tabell 15, vedlegg 2). En sammenlikning mellom prøve 1 og 2 i fi gur 6 viser en klart lavere andel S i prøven som ble eksponert for luft siste 30 minutter av varmebehandlingen. Dette sammenfaller fint med resultatene N Kristiansand Fiskaaveien 100 P.O. Box 600 Telefax: Company No:

33 fra varmebehandling av Fe- slam i tabell 12. Lufttilgang har en positiv effekt når målet er å redusere S- innholdet, men nivået er etter for- reduksjon fremdeles relativt høyt, >0,22wt%. En ytterligere reduksjon av S- innhold kan kanskje oppnås om behandlingstiden i luft forlenges og/ eller at kontakten mellom luft og slam- partikler forbedres. Dette kan f.eks gjøres ved at luft blåses inn gjennom en perforert digelbunn. Test 3.1 og 3.2 hadde et identisk oppsett hva angår resept og kjøreplan. Forskjellen på prøvene er at prøve 3.1 etter 150 minutter varmebehandling fikk en over- temperatur på grader i tre minutter. Som et resultat smeltet denne prøven delvis. En sammenlikning av analysene fra disse to testene (tabell 15, figur 7 og vedlegg 2) gir ingen klare indikasjoner på betydningen dette har for forreduksjonen. Prøve 3.2 er lavere på P, O, K, men forskjellene er små (figur 7). Svovel- verdien øker med 40% relativt til prøve 3.1, og det antas at denne økningen skyldes forurensning fra et lysebrunt lag som dekker deler av prøven. Det antas videre at årsaken til at ikke det ble funnet noe slikt lag på den smeltede prøven (prøve 3.1), er at luftgjennomstrømningen i ovnen var større i denne testen, og at prosessgassen og støvet dermed ble ført effektivt ut av ovnen. Disse antakelsene bygger på observasjonene gjort under «resultater for- reduksjon av Mn- slam». En materialkarakteristikk (SEM) av en for- redusert prøve vil kunne bekrefte eller avkrefte om det beskrevne belegget er S-O basert. Konklusjon Sink, Fluor og klor reduseres effektivt til under deteksjonsgrensen ved 1150 C i inert atmosfære. For å fjerne svovel må det være oksygen tilgjengelig. Dette ble løst ved at prøvene først ble varmet i inertgass, før luft ble introdusert mot slutten av varmebehandlingen. Denne metoden ser ut til å ha en positiv effekt på reduksjon av svovel- innholdet, men ytterligere tiltak bør testes for å optimalisere kontakten mellom slampartikler og luft i denne fasen av for- reduksjonen. For- redusert slam bør undersøkes nærmere i SEM, for å bestemme det brune belegget som dekker deler av prøvene. Agglomerering Brikettering av slammer med og uten binder Utstyr Bepex CS 25 kompaktor satt opp med valser med mandel- formede spor. Hastighet på mate- skrue og på valserotasjon justeres separat. Arbeidsbredde 63,5mm, Trinnløs hastighetsregulering. Varmeskap til tørking av materiale Hobart mikser for forblanding av materialer og vann Bindere Cement (uten sand), std type

34 ESP sot Prosedyre Alt materiale knuses ned til en av disse fraksjoner: Grov mix (merket med A- bak serienr) som inneholder 0-2mm size partikler Fin mix (merket med B- bak serienr) inneholder 0-1mm size partikler Hver batch (~7 kg) blandes tørt, og vann mixes inn til slutt med hobart- mixer. Hastighet på valser, fuktinnhold og mating justeres underveis i innkjøringen på den enkelte kvalitet, for å oppnå så optimale briketter som mulig. Brikettene herdes 1 uke i romtemperatur før styrke- test. 10 hele prøver pr kvalitet styrke- testes. De to høyeste og de to laveste styrkemålingene pr kvalitet ekskluderes fra de oppgitte resultatene, og endelig resultat oppgis som et snitt av de siste seks prøvene. Dette for å luke ut svakheter ved enkeltprøver. Sintring av prøver fra batch 19 og 20 (se vedlegg 1) ble gjennomført i 75kW induksjonsovn. Program: Tett grafittdigel lokk og Ar- spyling, 4 l/ minutt 3 grader/ minutt oppkjøring til 360 C, før 1 time holdetid på 400 C 10 grader/ minutt oppkjøring til 1180 C, før holdetid 60 minutter Resultater Forsøksmatrise med resultater er gjengitt i vedlegg 1 Fe- slam briketter Brikettering av tørket Fe- slam og vann gir harde, men splittede/ flisete briketter til tross for variasjoner i fuktinnhold (2-15wt% vann), hastighet og valsetrykk. Defekt andel utgjør 50 wt%. Tilsats av cement i slammen gir en klar bedring i kvalitet og styrke på produktet (1A- 2A). Lavt vanninnhold i cement- holdige briketter (2A) gir høyest styrke etter tørking. Brikettering av en slam- ESP mix gir en bedring i produkt- kvalitet (2A*) sammenliknet med briketter basert på ren Fe- slam. Tørr styrke er noe forhøyet, og brikettene splittes ikke i like stor grad (20 wt% tap). Innblanding av C- fines i slam svekker styrken i brikettene. Test 6B og 7B gav tørr styrke <1kg til tross for innblanding av en betydelig mengde cement i mixen. Dette samsvarer bra med agglomereringstester gjennomført i fase 1 av prosjektet, hvor produktene hadde betydelig svekket styrke ved innblanding av C- fines. Kalsinert slam er uproblematisk å brikettere (3A), og gir hele, fine briketter. Produktet har en lav tørr styrke sammenliknet med briketter produsert av tørket slam, hvilket indikerer behov for en binder også her. Dette er ikke testet i denne omgang, grunnet mangel på kalsinert slam.

35 Mn- slam briketter Ren Mn- slam med vann lar seg enkelt brikettere, men produktets styrke er svært lav etter tørking(16a). Innblanding av >10wt% cement øker tørr styrke i brikettene (. Innblanding av C- fines svekker tørr styrke til tross for bruk av cement binder. Bruk av sot (ESP fra Alcoa) som binder gir en god økning i styrken på de tørkede Mn- agglomeratene (17A, 18A). Brikettene fremstår som hele og det produseres <15wt% underfraksjon/ tap. Alternativt kan cement benyttes, og ved 10wt% innblanding oppnås samme tørr styrke som for tilsvarende innblanding av ESP. Slam- mix briketter En 45/35/20 wt% mix av Mn- slam, Fe- slam og binder ble testet i briketteringsmaskinen med cement vs ESP som binder (19A, 20A). Begge sammensetningene lar seg enkelt presse til jevne briketter med <25 wt% tap. Målinger av tørr styrke gir en noe høyere verdi for cement- holdige briketter, men begge kvaliteter antas å tåle lett håndtering ifm transport, etc uten å gå i oppløsning. Sintret styrke for cement- baserte briketter er 71 kg, mens den økes til 182 kg om ESP benyttes som bindemiddel ved samme blandingsforhold. Som bildene under illustrerer, så er porøsiteten svært ulik mellom cement- baserte og ESP- baserte Fe- slam briketter. De cement- baserte brikettene er tydelig porøse, mens hulrommene i de ESP- baserte brikettene er fylt med slagg. Begge prøvepartiene er delvis seget etter sintring, men dette er tydeligst for brikettene med cement- innhold. Figur 4 Sintret, delt brikett av Fe- cement (19) Figur 5 Sintret, delt brikett av Fe- ESP mix (20) Diskusjon For samtlige batcher hvor C- fines er benyttet, er tørr styrke betydelig redusert. C- fines anses derfor som uegnet for brikettering med Fe- og Mn- slam.