FI113669B - Menetelmä elektrolyysin virtahyötysuhteen parantamiseksi - Google Patents

Description

113669

MENETELMÄ ELEKTROLYYSIN VIRTAHYÖTYSUHTEEN PARANTAMISEKSI

Keksintö kohdistuu menetelmään elektrolyysin virtahyötysuhteen 5 parantamiseksi. Menetelmän mukaisesti lasketaan ensin teoreettinen allasjännite, jota verrataan mitattuun jännitteeseen. Teoreettisen ja mitatun allasjännitteen kumulatiivista erotusta seurataan jatkuvasti ja kun tämä erotus suhteutetaan virtahyötysuhteeseen, saadaan jatkuvasti tietoa prosessin tilasta. Virtahyötysuhteen lasku on selvä indikaattori elektrodien ίο välisistä oikosuluista, ja keksinnön mukaisella menetelmällä oikosulkutyö voidaan kohdistaa elektrolyysin virtahyötysuhteen kannalta oikeisiin allasryhmiin.

Metallien elektrolyyttisessä käsittelyssä haluttu metalli saostetaan elektrodin, is katodin pinnalle. Käsittely suoritetaan sähkövirran avulla elektrolyysialtaassa, jossa olevaan nesteeseen, elektrolyyttiin, on upotettu vuorotellen joukko sähköä johtavasta materiaalista valmistettuja levymäisiä anodeja ja . levymäisiä katodeja. Haluttu metalli saadaan saostumaan katodille joko niin, • · * · . . että elektrolyyttisessä käsittelyssä käytetään liukenevaa, samasta 20 seostettavasta metallista olevaa anodia tai käytetään liukenematonta anodia.

• · ' t \ Liukenevaa anodia käytetään esimerkiksi kuparia seostettaessa ja · . [.,: liukenematonta anodia esimerkiksi nikkeliä tai sinkkiä saostettaessa.

• · • ·

Kuparin elektrolyyttisessä puhdistuksessa epäpuhdas ns. anodikupari 25 liuotetaan sähkövirran avulla ja liuotettu kupari pelkistetään katodilevylle • hyvin puhtaana ns. katodikuparina. Elektrolyyttinä toimii rikkihappopohjainen \ kuparisulfaattiliuos. Katodilevynä toimii prosessin alussa kuparinen I I t .···. siemenlevy tai ns. kestokatodi, joka voi olla valmistettu haponkestävästä • * teräksestä tai titaanista. Virtalähteenä elektrolyysissä on yksi tai useampia » » * ; 30 tasasuuntaajia. Elektrolyysissä käytetään yleisesti virrantiheyksiä 250 - 320 A/m2 ja virta on suoraa (DC) tasavirtaa. Elektrolyysi tapahtuu erillisissä elektrolyysialtaissa, joissa anodi-katodiparien määrä vaihtelee laitoksittain 2 113669 tyypillisesti 30 - 60 parin välillä. Elektrolyysialtaita laitoksissa on eri määriä. Anodeja liuotetaan tyypillisesti 14-21 vrk katodijakson ollessa 7-10 vrk.

Elektrolyysilaitoksen tuotantokapasiteetti on riippuvainen elektrolyysissä 5 käytetystä virranvoimakkuudesta, elektrolyysialtaiden lukumäärästä ja laitoksen aika- ja virtahyötysuhteista. Hyötysuhteet kuvaavat, kuinka hyvin ajallisesti laitoksen altaat ovat käytössä (virrallisina) ja kuinka hyvin sähkövirtaa käytetään kuparin saostamiseen. Elektrolyysilaitosten kapasiteettia lisätään nostamalla käytettyä virrantiheyttä, rakentamalla lisää ίο elektrolyysialtaita tai parantamalla hyötysuhteita.

Virtahyötysuhde on oleellinen muuttuja, kun tarkastellaan kuparielektrolyysi- prosessin tilaa, tehokkuutta ja taloudellisuutta. Käsite ilmoittaa prosessiin syötetyn sähkövirtaosuuden, joka on käytetty kuparin saostamiseen katodille 15 verrattuna teoreettisesti laskettuun maksimisaostusmäärään. Käytännössä anodin ja katodin väliin syntyvät oikosulut pienentävät voimakkaimmin virtahyötysuhdetta. Oikosulussa sähkövirta pääsee kulkeutumaan suoraan elektrodilta toisella saostamatta elektrolyyttistä kuparia. Siten sähkövirta . .* kuluu hukkaan.

;:v 2o * · * ' *. Ennestään tunnetaan US-patentissa 4,038, 162 kuvattu menetelmä * « ♦ c « • f ‘ . oikosulkujen etsimiseksi ja poistamiseksi ja siten virtahyötysuhteen ..... nostamiseksi. Menetelmä perustuu katodin kokonaisvirran mittaamiseen esimerkiksi magneettikentän avulla, jonka jälkeen paikalle ohjataan 25 automaattinen katodinvaihtolaite, joka vaihtaa oikosulussa olevan katodin .·*·. uuteen.

» * · * t *

Oikosulkujen syntyyn vaikuttavat useat eri elektrolyysiprosessin tekijät kuten virranjakauma, elektrolyytin epäpuhtaudet ja anodin ominaisuudet. Proses- * I · ; 30 sissa ilmenevät häiriöt näkyvät herkästi oikosulkumäärien lisääntymisenä.

** " Elektrolyysiprosessin päivittäistä oikosulkumäärää voidaankin pitää hyvänä 3 113669 indikaattorina prosessin tilasta. Oikosulut havaitaan ja poistetaan nykyään manuaalisesti, mikä tarkoittaa käytännössä suurta päivittäistä työmäärää.

Tämän keksinnön mukaisesti on kehitetty jatkuva menetelmä virtahyöty-5 suhteen parantamiseksi, jolloin elektrolyysin allasryhmistä mitataan jatkuvasti allasjännitettä, jota verrataan laskennalliseen allasjännitteeseen ja jännitteiden kumulatiivinen erotus suhteutetaan virtahyötysuhteeseen oikosulkutyön kohdistamiseksi matalimman virtahyötysuhteen omaaviin allasryhmiin. Menetelmä perustuu siis erilaisten elektrolyysiprosessista ίο mitattujen suureiden antamaan informaatioon ja tämän informaation hyväksikäyttöön. Menetelmän käyttöönoton jälkeen ei enää tarvita manuaalista joka allasryhmän läpikäyntiä erikseen vaan työskentely voidaan keskittää kriittisimpiin allasryhmiin ja näin voidaan nostaa koko elektrolyysin virtahyötysuhdetta. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit käyvät esille oheisista is vaatimuksista.

Kehitetyssä menetelmässä lasketaan ensin teoreettinen allasjännite prosessimittausten ja -parametrien perusteella. Prosessimittauksina • *« · . . käytetään elektrolyytin lämpötilaa, konsentraatiota ja sähkövirtaa. Paramet- 20 reinä ovat elektrodien spacing ja altaiden lukumäärä allasjännite- * · * ' mittauspisteiden välissä. Kun teoreettista allasjännitettä verrataan mitattuun • · I,. jännitteeseen, pystytään saamaan tietoa allasryhmän oikosulkutilanteesta.

,···. Käytännössä elektrolyysissä allasjännite kannattaa mitata puoliryhmittäin, * · koska anodien vaihto tehdään useimmiten puoliryhmittäin ja siten myös 25 allasjännite vaihtelee vastaavasti. Kun myöhemmin puhutaan allasryhmästä, • · sillä tarkoitetaan kuitenkin myös puoliryhmää tai muuta kokonaisuutta, mihin \ anodien vaihto tehdään samanaikaisesti. Mitä suurempi ero mitatun ja teoreettisen allasryhmäjännitteen välillä on, sitä enemmän ryhmässä on oikosulkuja. Näin pystytään allasryhmien tilasta saamaan arvokasta ; 30 lisäinformaatiota sekä prosessin että oikosulkutyön ohjaukseen. Kun työskentely kohdistuu kriittisiin allasryhmiin, ei aiheuteta vahinkoa turhilla 4 113669 tarkastuskierroksilla niille allasryhmille, jotka toimivat hyvin. Myös kokonaiskuva oikosulkutilanteesta hahmottuu aiempaa paremmin.

Virtahyötysuhteen ennustamiseen käytetään mallia, joka muodostetaan 5 usean katodijakson sarjasta. Mittaussarjasta lasketaan joka katodijaksolla teoreettisen ja mitatun allasjännitteen kumulatiivinen erotus, joka suhteutetaan saavutettuun hyötysuhteeseen. Suoritetut koetulokset ovat osoittaneet, että kumulatiivisen erotuksen ja saavutetun hyötysuhteen välinen riippuvuus on varsin lineaarinen. On havaittu, että menetelmä ίο ennustaa käytännössä saavutettavan virtahyötysuhteen ±1%:n tarkkuudella.

Käytännössä siis mitataan allasjännite on-line-tyyppisesti eli jatkuvana allasryhmittäin. Teoreettisen ja lasketun allasjännitteen kumulatiivisen erotuksesta pystytään päättelemään ko. ryhmän tai puoliryhmän 15 virtahyötysuhde. Oikosulkuja lähdetään ensin selvittämään niistä allasryhmistä, missä virtahyötysuhde on matalin. Näin vältytään hyvin toimivien ryhmien häiritsemiseltä ja voidaan keskittyä vain välitöntä toimintaa . vaativiin ryhmiin. Menetelmän avulla voidaan parantaa koko elektrolyysin •«« · , . virtahyötysuhdetta perinteiseen manuaaliseen toimintaan verrattuna. Lisäksi • · · * · ' 20 säästetään työvoimakustannuksissa.

* t * « · » • * * * ψ % % * ♦ * · 4 t f t • · · t « >