Yhden päivän siemenlevy nikkelielektrolyysissä

Abstract

Työssä oli tarkoituksena selvittää olisiko Norilsk Nickel Harjavalta Oy:n nikkelielektrolyysissa mahdollista tuottaa siemenlevyjä nykyistä nopeammalla prosessilla. Nykyinen tuotanto kestää noin 48 tuntia ja työssä testattiin pystytäänkö hyvänlaatuisia siemenlevyjä tuottamaan noin 24 tunnissa. Harjavallan nikkelielektrolyysissä ei tällä hetkellä ole mahdollisuutta tuottaa siemenlevyjä nopeammalla syklillä, mutta opinnäytetyön tulokset mahdollisesti tukevat tulevaisuuden laitteistojen hankintaa, joilla nopeutettu prosessi tehtäisiin mahdolliseksi.

Siemenlevyjä tuotetaan syöttämällä tasavirtaa nikkeliliuoksessa eli katolyytissä oleville elektrodeille, positiivisesti varautuneelle anodille ja negatiivisesti varautuneelle katodille. Tämä luo anodin ja katodin väliin jännitteen, jolloin liuoksen nikkeli-ionit varautuvat positiivisesti ja alkavat pelkistyä katodin pinnalle. Siemenlevyprosessin tapauksessa katodina toimii titaaniemälevy, jonka pintaan nikkeli muodostaa siemenlevyn.

Työn testit suoritettiin Harjavallan nikkelielektrolyysin hallissa normaalituotantoa mukailevalla testilaitteistolla. Testeissä käytettiin katolyyttiä tuotannosta. Testeissä mitattiin prosessiin käytetty virta, jännite, aika, levyjen paksuus, leveys sekä korkeus ja niiden paino sekä tarkkailtiin silmämääräisesti levyjen laatua. Mittaustuloksista laskettiin siemenlevyjen tuotantoprosessin virtahyötysuhde sekä energiankulutus.

Testien tulosten perusteella siemenlevyjen nopeampi tuottaminen olisi mahdollista laitteistojen uusinnoilla testeissä huomioitujen parametrien osalta. Kuitenkaan muita vaikuttavia tekijöitä, kuten mahdollisia päästöjen lisääntymistä sekä lisääntyneitä turvallisuusriskejä ei tutkittu eikä niitä testeissä havaittu. Laskettujen testitulosten erot vertailukappaleisiin olivat suurimmaksi osaksi pieniä ja tärkein ominaisuus eli siemenlevyjen laatu oli testikappaleissa sekä vertailukappaleissa samankaltainen.

The object of the thesis was to figure out if it would be possible to produce nickel seed cathodes with a shorter process in Norilsk Nickel Harjavalta Oy’s nickel electrowinning plant. The current production lasts about 48 hours and in the thesis was tested if seed cathodes process could be about 24 hours without compromising the quality of the cathodes. Harjavalta’s nickel electrowinning plant does not currently have the capabilities to produce seed cathodes at a faster rate, but the outcome of the thesis could possibly back the acquirement of future equipment that would make this possible for the plant.

The seed cathodes are produced by supplying direct current to the positively charged anode and the negatively charged cathode i.e. to the electrodes that are in a nickel solution i.e. the catholyte. This creates a voltage between the cathode and the anode causing the catholyte’s nickel ions to charge positively and start to reduce on the surface of the cathode. In the seed cathode process, the cathode is a mother plate made of titanium to which’s surface the nickel forms a seed plate.

The tests of the thesis were completed in the Harjavalta nickel electrowinning plant’s hall with test equipment imitating the normal process. The catholyte from the normal production was used in the tests as a raw material. The used current, voltage, time as well as the height, width, thickness, and the weight of the seed cathodes in the tests were measured and the quality of the cathodes was visually monitored. The current efficiency and energy consumption of the seed cathode process were calculated from the measurement results.

Based on the tests of the thesis, a shorter process to produce seed cathodes would be possible with the renewal of equipment considering the parameters of the tests. However, other factors, such as increased emissions and the additions to safety risks were not regarded. The differences between the test result calculations for the test cathodes and the reference cathodes were mostly minimal and the most important characteristic i.e. the quality of the seed cathodes was similar in both the test cathodes and in the reference cathodes.