Kuparielektrolyysin prosessisuureiden seuranta

Abstract

Tämän työn tarkoituksena oli tutkia kuparielektrolyysissä käytettäviä prosessisuureita ja selvittää niiden vaikutuksia prosessin toimivuuden kannalta. Työssä luotiin uudistettu kuparielektrolyysin kvalitatiivinen prosessimalli, jossa keskityttiin suureiden vaikutuksiin katodin laatuun, sähköenergian kulutukseen sekä höyryn kulutukseen. Tarkoituksena oli lisäksi vertailla muiden laitosten käyttämiä operointiarvoja Boliden Harjavalta Oy:n (BOHA) kuparielektrolyysissä käytettäviin arvoihin ja pyrkiä ymmärtämään, miten niiden vaihtelu vaikuttaa prosessin toimivuuteen. Kvalitatiivista prosessimallia käytettiin case-esimerkissä selventämään elektrolyysiprosessissa tapahtuvia muutoksia.

Kvalitatiivisessa prosessimallissa keskityttiin erityisesti prosessiin suoraan vaikuttaviin suureisiin sekä merkittävimmin epäsuorasti vaikuttaviin suureisiin. Havaittiin, että käytännössä kaikki suureet vaikuttavat jossakin määrin koko prosessin toimivuuteen.

Laitosten operointiarvoja vertailtaessa erityistä huomiota herätti BOHA:n tuotantolaitoksen matala rikkihappopitoisuus elektrolyytissä, jonka vaikutus nähdään erityisesti muita laitoksia matalampana elektrolyytin johtokykynä. Huomiota herättävää oli myös Porin tuotantolaitoksen elektrolyytin korkea kuparipitoisuus, joka vaikuttaa elektrolyytin viskositeettiin ja tiheyteen nostavasti sekä johtokykyyn laskevasti.

Esimerkkiin valittiin kolme ensimmäisen kasvujakson allasryhmää, joista tutkittava ryhmä oli kytketty suunniteltua myöhemmin. Todettiin, että tutkittavassa katodijaksossa rihtaus oli onnistunut hyvin sekä katodien ja anodien fysikaalinen laatu oli ollut hyvä johtuen oikosulkujen vähäisestä määrästä sekä hyvästä allaspainosta. Lisäksi todettiin, että kytkentälämpötilan pienellä nostolla voi olla parantava vaikutus elektrolyysiprosessin toimivuudelle.

Control of process quantities in copper electrorefining. The purpose of this thesis was to study the process quantities in copper electrolysis and clarify their effects on the functionality of the process. Updated qualitative process model was created in the work, which concentrated on cathode quality, energy consumption and steam consumption. The aim was also to compare the operating values of Boliden Harjavalta Oy’s (BOHA) facility with other facilities and try to understand how their variation affects the functionality of the process. The qualitative process model was used in case study to clarify changes in copper electrolysis process.

The qualitative process model focused especially on the directly affecting quantities as well as the most significant indirectly affecting quantities of the process. It was observed that in practice all the quantities have some influence on the functionality of the entire process.

Comparing the values of the electrolysis plants, particularly the low sulfuric acid concentration in the electrolyte in the BOHA’s facility was noticed. It leads to lower conductivity of the electrolyte than in other facilities. Also the high concentration of copper in the electrolyte in the BOHA’s electrolysis plant was noticed. It elevates the viscosity and density of the electrolyte and lowers the conductivity.

In the case study three cells of the first cathode cycle was selected. The studied section was switched on the current later than planned. It was verified, that in the studied cathode cycle spacing and the physical quality of cathodes and anodes have been good due to the low amount of short circuits and good cell weight. It was also discovered, that a little rise of temperature at which the current is switched on, can improve the functionality of the copper electrolysis process.