Karaktärisering och optimering av karbonategenskaper i kalksten för styrd

Transkript

1 Karaktärisering och optimering av karbonategenskaper i kalksten för styrd produktionsplanering Projekt inom MinBaS Innovation Leif Johansson, Lunds universitet, Kenneth Fjäder, Nordkalk MinBaS-dagen 18 mars 2015

2 Målsättning Klarlägga råmaterialens mineralogi samt de kemiska egenskaper och fysiska parametrar som begränsar den industriella användningen av karbonatbergarter med syfte att minimera produktionsbortfall och utsläpp av CO2 och andra miljöpåverkande ämnen. förbättra hushållningen med naturresurser.

3 Projektparter: - Geologiska institutionen, Lunds universitet - Nordkalk AB - Kalkproduktion Storugns AB Projektledare: Leif Johansson, Lunds universitet Projektdeltagare: Kenneth Fjäder, Nordkalk, Kjell Dahlberg, Nordkalk, Gerhard Hakkarainen, Nordkalk, Mikael Erlström, Lunds universitet

4 Tidsplan och omfattning Startdatum Slutdatum MSEK Vinnova/0.8 MSEK industriinsatser

5 Upplägg Projektet är uppbyggt kring 4 st. fallstudier: 1. Kalksten till stålindustrin svavel och dess förkomstsätt. 2. Yngre sedimentära kalkstenar förorenande tungmetaller. 3. Finkristallin kalksten till pappersindustrin bränningsegenskaper. 4. Dolomit/Mg påverkan på bränningsegenskaper.

6 Genomförande Representativa bergartsprov och borrkärnor samlas in från olika bergtäkter med avseende på respektive problemställning. Analys vid geologiska institutionen, Lunds universitet, där man byggt upp ett kalkstenslaboratorium (provugnar för bränning av borrkärnor, elektronmikroskopi och röntgenanalys, mikrokemisk analys (SEM, LA-ICP-MS), storskalig syraupplösning av karbonatbergarter m.m.). Storskaliga bränntester i schaktugn.

7 Fallstudie 1. Kalksten till stålindustrin - svavel Selektiv brytning möjlig?

8 Pyrit i sprickor associerad med grovkristallin kalcit

9 Spricksystem kan vara viktiga transportvägar för svavelrika lösningar och därmed för bildning av pyrit i kalkstenen Geologisk kunskap om spricksystemen i en täkt kan bidra till att lokala områden med förhöjt svavel upptäcks. I dessa kan då varje sprängsalva följas upp innan den lastas. Man borde därmed kunna undvika att få med material med mycket högt svavelinnehåll

10 I märglig kalksten förekomer pyriten tillsammans med lermineral och dolomit Pyrit Dolomit Kalcit

11 Grundmetodik 1. Provplattor poleras och skannas högupplöst (3200 dpi) 2. Undersökning med skanning elektronmikroskopi, EDS-analys 3. Plattorna bränns 4. Skanning efter bränning 5. Elektronmikroskopi efter bränning 6. Utvärdering av bildmaterialet

12 Partiellt nedbruten pyrit 550 C De röda stråken i kalciten är kanaler för SO 2 och består sannolikt av anhydrit (CaSO 4 ) Hematit Pyrit Fe Ca S

13 NÅGRA PRELIMINÄRA RESULTAT Den främsta svavelkällan är pyrit Pyrit förekommer i sprickor, som enskilda små korn i kalkstenen och i märgliga lager Vid bränning i oxiderande miljö bryts pyrit ned långt innan kalkstenen bryts ned SO 2 från pyriten binds delvis lokalt kring pyriten, Mikrosprickor och korngränser är viktiga transportvägar för SO 2 En del av SO 2 lämnar stenen och reagerar med kalcit till CaSO 4 på kalkstenens yta Ytligt bildad CaSO4 skavs lätt av och bidrar till högt S i finmaterial

14 Inom projektet studeras också det termiska sönderfallet och vad som kontrollerar detta Sönderfallsegenskaperna kontrolleras i många fall av stenens deformationshistoria. Att känna till denna och dokumentera den i stor skala (kartering i täkt) och i liten skala (laboratorieprov) ger viktig information för: bedömning av bränningegenskaper, planering av brytning och minimering av utsläpp. Breccierad kalksten bildbehandlingen tydliggör breccieringen

15 I kuberna ser man minst tre olika läkta Spricksysten och kanaler med grovkornig kalcit ( ) Att undersöka stenen i tre dimensioner i form av polerade kuber ger en tydlig bild av olika deformationtexturers inbördes förhållanden, deformationsmönster och kronologi

16 FORTSÄTTNING Fortsätta och avsluta fallstudie 1 svavel, med eventuella storskaliga bränntester i schaktugn avseende högsvavliga råmaterial. Påbörja fallstudie 4 dolomit/mg och dess påverkan på bränningsprocessen