Nikkeliemission vähentäminen apuaineilla nikkelielektrolyysissä

Abstract

Työn tarkoituksena oli kokeilla uusia vaihtoehtoisia apuaineita Norilsk Nickel Harjavalta Oy:n (NNH) elektrolyysiosastolla nikkeliemissioiden vähentämiseksi.

NNH:n elektrolyysiosastolta pääsee liikaa nikkelipäästöjä ilmaan ja nikkelipitoisuus elektrolyysihallissa ylittää haitalliseksi tunnetun pitoisuuden. Tällä on vaikutuksensa sekä ympäristölle, että elektrolyysihallissa työskenteleville ihmisille, joiden on pidettävä suojaimia hallissa työskennellessään. Ilman suojainten käyttöä he voivat altistua nikkelille, jolla on monia haitallisia terveysvaikutuksia.

Kirjallisuusselvityksen perusteella nikkeliemissiot johtuvat anodilla syntyvistä kaasukuplista, jotka pinnalle noustuaan hajoavat ja levittävät nikkeliä ilmaan. Selvityksen mukaan emissiota voi parhaiten vähentää käyttämällä elektrolyysiliuoksen seassa pinta-aktiivisia apuaineita. Apuaineet joko luovat elektrolyysialtaan pinnalle vaahtokerroksen, joka estää nikkelin nousua ilmaan, tai saavat kaasukuplat hajoamaan rauhallisemmin.

Kokeisiin valittiin tällä hetkellä tuotannossa käytössä olevan natriumlauryylisulfaatin lisäksi kolme muuta apuainetta. Kokeet tehtiin NNH:n tutkimuslaboratoriossa Harjavallassa. Koetta varten oli tehty elektrolyysikennon pienoismalli. Jokaista apuainetta lisättiin kolme eri pitoisuutta katolyytin joukkoon ja tehtiin elektrolyysi. Ajon aikana mitattiin automaattisesti kennon jännite, lämpötilat sekä poistoputken ilmavirtaus. Nikkeliemissiot selvitettiin isokineettisellä näytteenotolla, jossa altaasta nousevaa ilmaa imettiin kaasunpesupullojen läpi ja analysoitiin ICP-OES –tekniikalla. Kokeiden jälkeen havainnoitiin myös syntyneiden katodilevyjen laatu.

Tulosten perusteella ei löydetty parempaa vaihtoehtoa käytössä olevalle natriumlauryylisulfaatille: se vähensi nikkeliemissioita eniten, sillä oli paras vaikutus katodien laatuun ja se oli myös energiatehokkain vaihtoehto kaikista kokeen apuaineista.

The purpose of this thesis was to test alternative additives for suppression of nickel emission in the Norilsk Nickel Harjavalta electrolysis plant.

The amount of nickel in the electrolysis hall surpasses the threshold limit value. This affects both the environment and the workers who must wear respirator masks in the hall. Otherwise they could be exposed to nickel, which has many adverse health effects.

According to the literature, the nickel emission is caused by gas bubbles generated at the anodes. When the bubbles rise to the surface, they burst and release nickel into the air. According to the literature, the best way to suppress emissions is to use surface-active additives in the leach solution. The additives either create a foam layer which blocks the nickel particles or make the bubbles burst more smoothly.

In the experimental part, three new additives were tested alongside sodium dodecyl sulfate, which is currently used in the electrolysis plant for emission suppression. The tests were conducted in the NNH research laboratory using a model of an electrolysis cell. Three different concentrations of each additive were added to the catholyte. The voltage of the cell, the temperatures and the air flow were automatically measured during the tests. Emission samples were obtained by using isokinetic sampling in which air was pumped through gas washing bottles. The nickel emission was analyzed by ICP. The quality of the nickel cathodes was also observed.

The results of the test showed that sodium dodecyl sulfate reduced nickel emissions the most efficiently and thus, no better additive was found. In addition, sodium dodecyl sulfate had the best effect on the cathode quality and it was the most energy efficient option.