Lisäaineen käytön optimointi nikkelin vetypelkistyksessä

Abstract

Työn tarkoituksena oli Nornickel Harjavalta Oy:lle tehty koeajotutkimus, joka käsitteli lisäaineen käytön optimointia nikkelin vetypelkistyksessä. Työssä selvitettiin dispergointiaineen käyttömäärän lisäämisen vaikutuksia nikkelin pelkistykseen pelkistyssyklin eri vaiheissa. Koeajoista saaduista pulverinäytteistä analysoitiin rikki- ja hiilipitoisuudet, irtotiheydet sekä partikkelikokojakaumat. Näitä tuloksia verrattiin nollakokeen analyysituloksiin.

Nikkelipulveria valmistetaan autoklaaveissa, johon syötetään syöttöliuos, ammoniumsulfaatti ja dispergointiaine. Korkeassa paineessa vedyn kanssa liuoksesta pelkistyy nikkelipulveria edellisten pelkistyspanosten päälle. Nikkelipulveri erotetaan liuoksesta laskeuttamalla ja suodattamalla, jonka jälkeen se kuivataan ja siirretään pulverisiiloon odottamaan briketointia tai pakkausta asiakkaille.

Koeajoissa lisäaineen määrää lisättiin densifikaatioissa porrastetusti tuotantomittakaavan autoklaavissa. Tarkoituksena oli selvittää lisäaineen lisäämisen vaikutuksia, kun annostelu tehdään eri densifikaatioiden kohdalla. Näytteitä otettiin koeajojen aikana autoklaavin puskusäiliöstä.

Koeajosta saatujen tulosten perusteella voitiin todeta, että lisäainetta lisäämällä pystyttiin pidentämään pelkistysaikaa, sekä -kertoja. Pulverin laatu oli tasaista paitsi silloin, kun lisäainetta lisättiin autoklaaveihin enemmän ja aikaisemmin, jolloin hiilipitoisuus ja partikkelikokojakauma kasvoivat ei-toivotusti. Tuotantonopeus hidastuu, mitä myöhemmin lisäainetta aletaan lisäämään pelkistyssykleihin. Kokeiden lopputulos oli, että teoreettinen tuotantonopeus oli suurin, kun lisäainetta alettiin lisätä D40 kohdalla; sillä tuotettiin myös pienikokoisinta pulveria, jonka S- ja C-pitoisuus eivät suuresti poikenneet nollakokeesta.

The purpose of the work was a test drive study carried out for Nornickel Harjavalta Oy, which dealt with the optimization of the use of an additive in the hydrogen reduction of nickel. The effects of increasing the amount of additive used as a dispersant on the reduction of nickel at different stages of the reduction cycle were investigated. Sulfur and carbon contents, bulk densities, and particle size distributions were analyzed from the powder samples obtained from the test runs. These results were compared with the analytical results of the blank test.

Nickel powder is prepared in autoclaves fed with feed solution, ammonium sulfate and additive. Under high pressure with hydrogen, nickel powder is reduced on top of the former. The nickel powder is separated from the solution by settling and filtration, after which it is dried and transferred to a powder silo to await briquetting or packaging for customers.

The test run was performed in six test runs in which the amount of additive was increased in densifications in steps. The test runs were performed in a production-scale autoclave. The purpose of the experimental runs was to determine the effect of additive dosage at different densifications. Samples were taken from the autoclave buffer tank during the test runs.

Based on the results obtained in the test runs, it could be stated that addition of additive prolonged the reduction time and number of reductions. The quality of the powder was uniform, except excess addition of additive, which led to increase of carbon content and the particle size. The production rate slows down when additive is later added to the reduction cycles. The results of the experiments were that the theoretical production rate was highest when additive was added at D40; it also produced the smallest powder with a S and C content that did not differ significantly from the blank.