Joonas Kaas SO 2 KAASUNPUHDISTUSPROSESSISSA SYNTYVIEN SAKKOJEN SUODATUSOMINAISUUDET

Joonas Kaas SO 2 KAASUNPUHDISTUSPROSESSISSA SYNTYVIEN SAKKOJEN SUODATUSOMINAISUUDET Opinnäytetyö KESKI-POHJANMAAN AMMATTIKORKEAKOULU Kemiantekniikan koulutusohjelma Kesäkuu 2008

TIIVISTELMÄ OPINNÄYTETYÖSTÄ Yksikkö Tekniikan Aika 18.6.2008 Tekijä/tekijät Joonas Kaas Koulutusohjelma Kemiantekniikka Työn nimi SO2-kaasunpuhdistusprosessissa syntyvien sakkojen suodatusominaisuudet Työn ohjaaja Laura Rahikka Sivumäärä 33 + 1 Työelämäohjaaja Sami Kuorikoski, Sasu Penttinen New Bolidenin sinkkitehtaalle Kokkolaan on tulossa uusi suotopuristin elohopeasakan suodatukseen. Sakan suodatusominaisuuksia ja suodatuskankaiden soveltuvuutta sakan poistoon oli tutkittu vähän. Työn tarkoituksena on tutkia elohopeapitoisen sakan suodatusominaisuuksia ja antaa tietoa pasuton sivutuotteelle suodatusominaisuuksista eri suodatinkangaslaaduilla. Tutkimustuloksia olisi tarkoitus hakea suodatuskokeilla laboratoriosuodattimella, jossa käytetään eri kangaslaatuja. Työn lopputuloksista saatiin selville, mikä kangaslaatu soveltuu parhaiten sakan suodatukseen. Suodatuskokeiden aikana tehtiin kokeita eri paineilla samalla kankaalla ja tarkasteltiin, minkälaisia eroja paineen vaihtelu saa aikaan. Asiasanat suodatus, elohopeanpoisto, pasutto, Boliden Kokkola Oy

ABSTRACT CENTRAL OSTRO- BOTHNIA UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Date 18 June, 2008 Author Joonas Kaas Degree Programme Chemical Engineering Name of thesis Filtering Characteristics of Sediments of SO2 Gas Cleaning Process Instructor Laura Rahikka Pages 33 + 1 Supervisor Sasu Penttinen, Sami Kuorikoski Boliden Kokkola Oy has invested in a new pressure filter to the side product section of roasting department. The pressure filter is used to remove mercury from washing acid. The filtering test gives a lot of additional information from different strainers. Removing mercury from washing acid is very important because washing acid washes mercury away from sulphur dioxide gas. The filtering test gives information what kind of strainer is the best choice to use in the new filter. The filtering tests are performed by using a laboratory filter Larox 25. Key words Boliden Kokkola Oy, filtering, mercury removal

SISÄLLYS 1 JOHDANTO 1 2 BOLIDEN KOKKOLA OY 2 2.1 Pasutus 3 2.2 Liuotus 4 2.3 Liuospuhdistus 4 2.4 Elektrolyysi 5 2.5 Valu 6 3 TEORIA SUODATUKSESTA 7 3.1 Suodatus 7 3.2 Suodatusnopeus 9 3.3 Suotoapuaine 9 4 SUODATTIMET 10 4.1 Suodattimen valinta 10 4.2 Painesuodatin 11 4.3 Suodinkankaan valinta 13 5 ELOHOPEANPOISTOPROSESSI 14 5.1 Saostumisreaktiot 15 5.2 Raakasakan käsittely ST- ja LH-torneilla 15 5.3 Raakasakan käsittely sivutuotteella 16 5.4 Elohopeasakan jatkokäsittely 17 6 VAARALLISTEN AINEIDEN KÄSITTELY 19 6.1 Elohopea 19 6.2 Rikkidioksidi 20 6.3 Rikkivety 21 6.4 Natriumsulfidi 23 7 SAKKA-ANALYYSIT 25 7.1 Hg-raakasakka 25 7.2 Raakasakan varastosäiliön liuos 25 7.3 Hg-sulfidisakka 26 7.4 Pesuhapon puhdistusreaktorin liuos 26 8 TYÖN SUORITUS 27 8.1 Laitteisto 27 8.2 Suodatuskokeet 28 8.2.1 Suodatuskoe 1 28 8.2.2 Suodatuskoe 2 29 8.2.3 Suodatuskoe 3 29 8.3 Yhteenveto suodatuskokeista 29 9 TULOKSET JA JOHTOPÄÄTÖKSET 31 10 POHDINTAA 32 LÄHTEET 33 LIITE 1. Analyysiraportti

1 1 JOHDANTO Boliden Kokkola Oy valmistaa sinkkiä 306 000 tonnia vuodessa. Kokkolan suurteollisuusalueella. Sinkin valmistus alkaa Boliden Kokkola Oy:llä pasutuksella, jossa on tarkoitus hapettaa sinkkirikaste (ZnS) sinkkioksidiksi (ZnO). Pasutus tapauhtuu kahdella leijupetiuunilla, johon rikaste syötetään viskureilla uunin kyljessä olevista aukoista. Uuniin puhalletaan ilmaa arinailmapuhaltimilla uunin alaosasta noin 42 m 3 /h. Uunin pohjassa on suuttimia 10 cm:n välein, jotta ilma jakautuu tasaisesti uunin koko pinta-alalle. Arinailma synnyttää uuniin leijuvan pedin, jossa rikaste palaa. Pasutuksessa syntyy paljon rikkioksidikaasua. Kaasu johdetaan Kemiralle rikkihapon valmistuksen raaka-aineeksi. Rikkidioksidikaasu sisältää paljon epäpuhtauksia, jotka pestään pois kaasusta pasuton sulfatointitorneilla (ST) ja laimeahappotorneilla (LH). Kaasun pesussa syntyy elohopeapitoista sakkaa, joka otetaan talteen suodattamalla ja tislaamalla. Työn tarkoituksena oli tutkia SO 2 -kaasun pesussa syntyvien sakkojen ominaisuuksia. Sakkojen suodatukseen ollaan kaavailemassa uutta suotopuristinta. Tarkoituksena oli tehdä koeajoja laboratoriosuotopuristimella käyttämällä erilaisia suodatinkangasmateriaaleja. Sakan pitoisuus vaihtelee suuresti, joten koeajoja piti tehdä mahdollisimman monenlaisella sakkalaadulla. Sakoista tehtiin laboratoriokokeet ennen ja jälkeen suodatuksen, jotta saatiin alkusakan, suodoksen ja suodoskakun ominaisuudet. Tutkimuksesta tuleva tieto auttaa valitsemaan oikeanlaisen kankaan uuteen suotopuristimeen. Valitsin tämän opinnäytetyöaiheen, koska tämä oli eniten kemiaan viittaava aihe, jonka Boliden Kokkola Oy:n pasutto pystyi tarjoamaan. Koulussa Mekaaniset prosessit -kurssilla käsiteltiin eräänä harjoitustyönä tämänlaista suotopuristinta. Mielenkiintoni tehdä opinnäytetyö pasutolla oli suuri, koska olen ollut kesätöissä pasutolla jo kolme kesää. Opinnäytetyö oli hyvä tilaisuus tutustua suodatusprosessiin, jossa käsitellään myrkyllisiä aineita. Toivon tämän työn tuoneen tietoa sakan ominaisuuksista ja siitä, minkälaista suodatinkangasta kannattaa sakalle käyttää.

2 2 BOLIDEN KOKKOLA OY Boliden Kokkola Oy on Euroopan johtavia sinkin valmistajia. Euroopan toiseksi suurimpana ja maailman viidenneksi suurimpana sinkin valmistaja se tuottaa SHG-sinkkiä 306 000 tonnia vuodessa. SHG-sinkki on lyhennetty englannin kielen sanoista super high grade, joka tarkoitta erittäin korkealaatuista sinkkiä. SHG-sinkki sisältää 99,995 % sinkkiä. (Boliden Kokkola Oy 2008) Boliden Kokkola Oy:n on saanut ISO 9001:2000 -laadunhallintajärjestelmän, ISO 14001 -ympäristöjärjestelmän sekä OHSAS 18001 -työterveys- ja työturvallisuusjärjestelmän sertifikaatin. (Boliden Kokkola Oy 2008.) Kokkolan suurimpana yksityisenä työnantaja Boliden työllistää noin 630 työntekijää. Kokkolassa sinkin valmistaminen aloitettiin vuonna 1969, jolloin sinkin tuotanto oli neljäs osa nykyisestä vuosi tuotannosta. Suurin osa valmistetusta sinkistä eli 85 % menee vientiin ulkomaille. Tärkein markkina-alue on Eurooppa. (Boliden Kokkola Oy 2008.) Boliden Kokkola Oy:llä viisi eri prosessi vaihetta, ennen kuin sinkki on valmista markkinoille. Ensimmäinen prosessi on pasutus, toinen vaihe on liuotus tai rikasteen suoraliuotus, kolmas vaihe prosessissa on liuotuspuhdistus, neljäs vaihe on elektrolyysi ja viimeinen prosessin vaihe on valu. (Boliden Kokkola Oy 2008.) Prosessin vaiheet on kuvattu kuviossa 1. KUVIO 1. Sinkin tuotantoprosessi (Boliden Kokkola Oy 2008.)

3 2.1 Pasutus Kokkolan sinkkipasutolla käytetään jatkuvasti yhä epäpuhtaampia rikasteita, jotka ovat vielä hyvin hienojakoisia. Näistä epäpuhtaista ja hienoista rikasteista syntyy mitä erilaisimpia ongelmia. Rikasteen sinkkipitoisuudeksi asetetaan yhä pienempiä arvoja. Rikasteen sinkkipitoisuuden laskiessa epäpuhtaudet ja muut alkuaineet, kuten lyijy, kupari ja rauta, lisääntyvät. (Metsärinta & Taskinen 2001, 4.) Pasutuksessa sinkkisulfidi hapetetaan sinkkioksidiksi (ZnO). Tämän jälkeen se on rikkihappoon liukeneva. Rikki hapettuu samalla rikkioksidiksi. Pasutus on sinkin valmistuksen ensimmäinen osaprosessi (kuvio 2), jossa rikaste poltetaan leijupetiuunissa noin 950 C:ssa käyttäen apuna ilmaa 42 000 m 3 /h. Ilman käyttö uunissa saa syötetyn rikasteen leijumaan ja pasutuksen toteutumaan. Rikasteessa oleva rikki palaa, ja siitä syntyy rikkidioksidikaasua. Uunista kaasu kulkeutuu kattilaan, jossa kaasun sisältämä lämpö otetaan talteen jäähdyttämällä sitä jäähdytysvedellä. Kuuma kaasu höyryttää veden, ja höyry johdetaan 65 baarin paineessa voimalaitokselle, josta saadaan energiaa. Rikkikaasut sisältävät monenlaisia eri yhdisteitä, jotka erotetaan pesemällä kaasu. Kaasu sisältää elohopeaa, joka otetaan talteen kaasun pesun jälkeen syntyvästä sakasta suodattamalla ja lopuksi tislaamalla puhtaaksi elohopeaksi. (Boliden Kokkola Oy 2008.) KUVIO 2. Pasutusprosessi (Boliden Kokkola Oy 2008.)

4 2.2 Liuotus Liuotuksessa pasutolta saatu pasute liuotetaan rikkihappoliuoksessa. Metallit liukenevat rikkihappoon muodostaen metallisulfaatteja: MeO + H 2 SO 4 MeSO 4 + H 2 O. Rikastetta voidaan myös suoraliuottaa rikkihapossa. Liuotuksessa syntynyt rauta saostetaan ja sitten suodatetaan pois jarosiittina. Liuotuksessa syntyvä tuote on sinkkisulfidiliuosta. (Boliden Kokkola Oy 2008.) 2.3 Liuospuhdistus Sinkkisulfaattiliuos sisältää liuotuksen jälkeen vielä pieniä määriä epäpuhtauksia, jotka on poistettava liuoksesta ennen elektrolyysiä. Epäpuhtauksien poisto tapahtuu kolmivaiheisessa prosessissa. Sinkkisulfaattiliuoksesta poistetaan ensimmäisessä prosessissa kuparia, toisessa vaiheessa kobolttia ja nikkeliä ja kolmannessa vaiheessa kadmiumia. Tämän jälkeen sinkkisulfaattiliuos sisältää sinkkiä 150 g l. Puhdas sinkkisulfaattiliuos (ZnSO 4 ) johdetaan elektrolyysiin. Kupari, koboltti ja nikkeli kuljetetaan Boliden Harjavaltaan kuparin valmistukseen. (Boliden Kokkola Oy 2008.)

5 Kuviossa 3 on kuvattu liuotus- ja liuospuhdistusprosessia. Liuotus tapahtuu ensimmäisissä reaktoreissa. Pasute ja rikaste liuotetaan eri reaktoreissa, joista ne johdetaan liuospuhdistukseen. KUVIO 3. Liuotus ja liuospuhdistus prosessi (Boliden Kokkola Oy 2008.) 2.4 Elektrolyysi Sinkkisulfaattiliuoksessa olevat sinkkihiukkaset otetaan talteen altaissa olevilla katodilevyillä sähkövirran avulla. Elektrolyysihallissa on 56 allasriviä, ja jokaisessa rivissä on 15 allasta. Kuviossa 4 on kuvattu elektrolyysihallin yhtä allasta. Yhdessä altaassa on 44 katodilevyä. Sinkki saostuu katodilevyjen pinnalle. 36 tunnin jälkeen katodien pinnalle on saostunut tarpeeksi sinkkiä ja levyt kuljetetaan irrotuskoneelle, jossa sinkki irrotetaan katodilevystä. (Boliden Kokkola Oy 2008.) KUVIO 4. Elektrolyysi (Boliden Kokkola Oy 2008.)

6 2.5 Valu Sinkkilevyt sulatetaan induktiouunissa. Sulaneesta sinkistä valetaan erilaisia harkkoja, joko 25 kilon pieniä harkkoja tai noin 2000 kilon harkkoja, joita kutsutaan jumboiksi. Sulaneen sinkin sekaan voidaan sekoittaa eri metalleja, kuten alumiinia, asiakkaiden toiveiden mukaan. (Boliden Kokkola Oy 2008.) Kuviossa 5 on kuvattu valuprosessia. KUVIO 5. Valu (Boliden Kokkola Oy 2008)

7 3 TEORIA SUODATUKSESTA Kiintoaineiden erotus on yksi prosessiteollisuuden yleisemmistä yksikköprosesseista. Erotuksesta pyritään erottamaan liuoksesta jokin sen komponentti. Suotautuminen voi tapahtua vain jonkin voiman aiheuttaman virtauksen ansiosta. Tärkeimpiä menetelmiä kiintoaineen erotuksessa ovat kiintoaineen erotus painovoiman avulla, kiintoaineen suodatus ja kiintoaineen erotus keskipakovoiman avulla. (Pihkala 1998, 42 44.) 3.1 Suodatus Suodattamiseksi luokitellaan menetelmä, jossa kiintoaine erotetaan siihen sekoittuneista nesteistä tai kaasuista. Suodatus on tavanomainen menetelmä laboratoriossa ja teollisuudessa. Sen periaatteena on ottaa talteen kiintoaine tai puhdistaa kaasuja tai nesteitä tai toimia molempina menetelminä samaan aikaan. Kun kiintoainetta on seoksessa vähän, puhutaan kirkastamisesta, selkeyttämisestä tai seoksen puhdistamisesta. Kun liuokset sisältävät runsaasti kiintoainepartikkeleita ja niitä halutaan poistaa, menetelmää kutsutaan suodatukseksi. (Pihkala 1998, 42 43.) Suodatuksessa käytettävän väliaineen täytyy olla huokoista, jotta kiintoaine muodostaa sen pinnalle niin sanotun suodatinkakun, joka toimii suodatuksessa samalla suotoaineena. Kiinteät osat kerrostuvat sen pinnalle kasvattaen suodinaineen paksuutta. Paksuuden kasvaessa sen aiheuttama virtausvastus kasvaa jatkuvasti. Tämän suodinkakun läpi kulkevaa kirkasta nestettä kutsutaan suodokseksi. Suodinkerros tai kakku tarvitsee muodostuakseen suuren määrän kiinteitä osasia, jotka ovat muodoltaan yleensä epäsäännöllisiä. Suodatuksen alkuvaiheessa suotoaineen aukkojen läpi pyrkii suuri määrä suodinaukkoja pienempiä kiintoainepartikkeleita. Jos ne pääsisivät suodinaineen läpi, tämä johtaisi siihen, että suodokseen joutuisi kiintoainetta. Kiintoaineessa olevista, suodinaineen aukkoja isommista partikkeleista muodostuu aukkojen päälle holvi, joka rajoittaa pienempien partikkeleiden läpäisyä suodinväliaineesta. (Pihkala 1998, 43; Oja 2004, 114.)

8 Suodatusprosessi on pintasuodatusta, kun suodatukseen käytettävä väliaine päästää nesteen lävitseen ja suspension kiintoaine kasaantuu väliaineen pinnalle. Tämän jälkeen kiintoainepartikkeleista syntynyt kakku toimii suodatinväliaineena. Kuviossa 6 on kuvattu liuoksen puhdistusta suotopuristimella. Pintasuodatusta käytetään suspensiolla, joilla on suhteellisen suuri kiintoainepitoisuus on < 0,1 %. Laimeammilla suspensioilla suodatusväliaineen tukkeutuminen on hyvin todennäköistä. (Kuopanportti & Tirri 1994, 120.) KUVIO 6. Liuoksen puhdistus suotopuristimella (Kpedu Prosessitekniikka.) Syväsuodatusta käytetään esimerkiksi saniteettivesien ja jäähdytysvesien sekä juomien, nestemäisten polttoaineiden ja lääkkeiden puhdistamiseen. Syväsuodatuksessa kiintoaineiden erotus tapahtuu väliaineen sisällä seulavaikutuksen tai erilaisten voimien avulla. Syväsuodatuksessa käytettävän liuoksen kiintoainepitoisuus on < 0,01 %. (Kuopanportti & Tirri 1994, 120.) Suodatuksessa syntyvä kakku pestään suodatuksen jälkeen, jotta siitä saataisiin pois emäliuoksen jäänteet. Kakkuun jääneitä liuoksia pidetään epäpuhtauksina tai arvokkaina ainesosina, jotka palautetaan takaisin prosessiin. Kakun pesuprosessiin kuuluu kolme eri vaihetta, joista ensimmäinen on syrjäytysvaihe, jossa pesuneste korvaa emänestettä. Toinen on diffuusiovaihe, jossa syrjäytyminen on loppunut ja emäneste poistuu raoista pesuveden virtauksen ansiosta. Kolmas on välivaihe, jossa kaksi ensimmäistä vaihetta yhdistyy. Väli-

9 vaiheen jälkeen pesunestettä on käytetty kaksi kertaa kakun huokostilavuuden verran, jolloin pesua ei enää jatketa. (Kuopanportti & Tirri 1994, 123.) 3.2 Suodatusnopeus Suodatusnopeutta määritetään suodoksen määränä, joka on tietyssä aikayksikössä läpäissyt neliömetrin kokoisen suodinkerroksen. Suodatusnopeuteen vaikuttavia asioita ovat suotautumisen aiheuttama voimana olevat joko yli- tai alipaine, suodinväliaineiden aiheuttamat virtausvastukset, kiintoainepartikkeleiden koko ja suodatettavan aineen lämpötila. Suodatusnopeus on suoraan verrannollinen suodattimen ympärillä olevaan paine-eroon eli mitä suurempi paine-ero, sitä suurempi suodatusnopeus. (Pihkala 1998, 45.) Kakusta ja suodinkerroksesta aiheutuvat virtausvastukset vaikuttavat eniten virtausnopeuteen. Kyseessä on kääntäen verrannollinen tapahtuma eli mitä suurempia nämä voimat ovat, sitä pienempiä ovat suodatusnopeudet. (Pihkala 1998, 45.) Suodatinvastus on sitä suurempi mitä, hienojakoisempaa suodatettava liuos on. Pienet kiintoaineosaset aiheuttavat suuremman virtausvastuksen kuin suuret kiintoainehiukkaset. Mitä hienojakoisempaa kiintoaine on, sitä suurempi on suodatusvastus ja sitä pienempi suodatusnopeus (Pihkala, Juhani 1998, 45). 3.3 Suotoapuaine Suodatettaessa nesteitä ne voivat sisältää kiinteitä osasia, jotka ovat limaisia. Lima-aineet voivat mahdollisesti tukkia varsinaisen suotoaineen huokoset. Tukkeutuminen voidaan estää käyttämällä suotoapuaineita, joihin nämä limaiset osaset tarttuvat kiinni ja estävät niiden kulkeutumisen suotoaineen huokosiin. Suotoapuaineet ovat jauhemaisia, ja nillä voidaan päällystää suotoaine tai se voidaan sekoittaa suodatettavan aineen joukkoon. Yleisin ja eniten käytetty suotoapuaine on piimaa. (Pihkala 1998, 43.)

10 Suotoapuaineen riittävä pitoisuus on yleensä 0,1 0,5 % suodatettavan nesteen kiinteiden osasten määrästä. Suodatuksessa kakun muodostavat suodatettavan aineen kiintoaine ja suotoapuaine yhdessä. Kiintoaineen jatkokäsittelyssä apuaineen käyttö voi muodostua ongelmaksi, koska sitä on hankala poistaa kiintoaineesta ja näin se vaikeuttaa kiintoaineen käyttöä jatkossa hyödyksi. (Pihkala 1998, 44.) 4 SUODATTIMET Suodattimia on useita erilaisia, ja niitä yleensä luokitellaan suodatuksen aiheuttaman voiman ja suodattimien mekaanisten ominaisuuksien perusteella painovoima-, paine- ja imusuodattimiin. Suodattimia kutsutaan käyttötavan mukaan jatkuvatoimisiksi tai jaksoittain toimiviksi suodattimiksi. Painesuodatuksessa lopullinen suodos on kirkkaampaa kuin imusuodatuksessa tai suodatettaessa lingolla. (Pihkala 1998, 46.) Boliden Kokkola Oy:n pasutolla käytetään levykammiopainesuodatinta elohopeanpoistoprosessin suodatusvaiheessa. Tällainen suodatin on hyvä kevyesti suodatettaville suspensiolle, joissa kiintoainepitoisuus on keskiverto tai korkea. (Kuopanportti & Tirri 1994, 138.) 4.1 Suodattimen valinta Suodatinta valittaessa on tärkeää ottaa huomioon muutamia asioita. Niitä ovat lietteen ominaisuudet, suodatuskapasiteetti ja kakun muodostumisnopeus. Rumpu- tai kiekkoimusuodatin sopii nopeasti suodattuville suspensiolle. Kun suspensiossa on vähän kiintoainetta, niiden suodatusprosessia kutsutaan nesteen kirkastamiseksi eikä varsinaiseksi suodatukseksi. Tähän tarkoitukseen sopivia suodatintyyppejä ovat putkisuodatin, levykehyspainesuodatin tai rumpusuodatin.

11 Valinnassa tärkeitä huomioon otettavina asioita ovat nesteen tiheys ja viskositeetti kiintoaineen raekoko, raejakauma ja raemuoto herkkyys epäpuhtauksille, tuotevaihteluille ja laskeutukselle korroosio-ongelmat ja toimintakustannukset. (Kuopanportti & Tirri 1994, 142.) Painesuodatin valitaan tavallisesti, jos kakun ominaisvastus ylittää arvon 3,5 x 10 11 m kg, vaikka imusuodatus olisi halvempi vaihtoehto. Harvoin on mahdollista valita suodatinta ilman suodatinkokeita. Lopullinen päätös suodatustavan valinnasta tehdään laboratoriossa tai koetehtaassa tehtyjen kokeiden tulosten perusteella. Aikaisempaa kokemusta on myös hyvä käyttää suodattimen valinnassa. (Kuopanportti & Tirri 1994, 142.) 4.2 Painesuodatin Painesuodatuksessa suodinkammiossa käytetään ilmanpainetta suurempaa painetta. Painesuodatus on yleensä epäjatkuvaa kakun poiston osalta. Paineistettuun kammioon asennettu suodin toimii käytännössä koko ajan, mutta suodinkakku on poistettava jaksoittaisesti sulkuluukkujen kautta. (Oja 2004, 113.) Suotopuristin kuuluu painesuodattimien joukkoon. Kuviossa 7 on kuvattu suotopuristimen rakennetta ja toimintaa. Näitä suodattimia ovat myös kehyssuotopuristimet. Kehyssuotopuristin koostuu irrallisista levyistä, jotka asennetaan niille varattujen kiskojen varaan. Levyjä voi olla ja on yleensä useampi peräkkäin. Levyt sijoitetaan peräkkäin ja jokainen levy on päällystetty suodatinkankaalla. Levyissä on urat, jotka yhdistyvät levyjen alapäässä olevaan kokoojaputkeen, joka kerää suodoksen. Levyjen väliin asennetut tyhjät kehykset kokoavat suodinkakun, joka toimii suodatinväliaineena suodatinkankaiden kanssa. Kehyksien ja levyjen kulmissa olevat reiät (kuvio 9) kohdistetaan, jotta saataisiin muodostettua yhtenäinen putki. Tämän jälkeen levyt ja kehykset puristetaan yhteen karalla. Valmis suodatin on havainnollistettu kuviossa 8. Kun levyt ja kehykset on kohdistettu oikein, niin suodatet-

12 tava aine pääsee kulkeutumaan suodattimen alusta loppuun ilman vuotoja ja turhia virtausta vastustavia reunoja. (Pihkala 1998, 47.) KUVIO 7. Suotopuristimenrekenne ja toiminta (Oja 2004, 138.) KUVIO 8. Suotopuristin (Oja 2004, 138.) KUVIO 9. Suotopuristimen kehys (Oja 2004, 138.)

13 4.3 Suodinkankaan valinta Suodatusprosessissa kankaan valinta on otettava huomioon riippumatta siitä, minkä tyyppinen suodatin valitaan. Kankaiden laadulla on vaikutusta suodatusprosessin kustannuksiin kankaan vaihdon ja pesujen mukaan. Suotoapuaineen käytöllä kankaan käyttöikää voidaan pidentää. (Oja 2004, 122.) Hyvän suodinkankaan vaatimuksina pidetään pientä kankaan vastusta, kirkasta suodosta, helppoa kakun irrotusta, tukkeutumatonta kangasta ja riittävää käyttöikää. Ideaalisessa tapauksessa kangas poistaa kaiken kiintoaineen eikä vastusta virtausta. Prosessin asettamien kemiallisten vaatimusten perusteella valitaan kankaan materiaali. Materiaalin valinnan jälkeen valittavana on vielä kankaan lanka- ja sidostyypit. Kankaissa on käytettävänä yleensä kolmea eri lankatyyppiä ja kolmea eri sidostyyppiä. Kankaiden sidos vaikuttaa kankaan läpäisevyyteen. (Oja 2004, 122 123.)

14 5 ELOHOPEANPOISTOPROSESSI Seleenillä on oleellinen merkitys kaasunpesuprosessin toiminnalle. Kaasusta elohopea liukenee pesuhappoon, josta se poistuu sakkana, jota se muodostaa seleenin kanssa. Liuoksen seleenipitoisuus on tärkeä, koska jos sitä ei ole, niin elohopean saostumista ei tapahdu. Elohopean saostamattomuudesta seuraa, että pesuhapon elohopeapitoisuus kasvaa ja liuoksen kyky vastaanottaa uutta elohopeaa kaasusta laskee. (Peltola, Nyberg, Takala & Taskinen 2000, 4.) Elohopean liukenemisreaktiot sulfatointitornissa (ST-torni): HgCl 2 (g) + SO 3 + H 2 O = HgSO 4 (aq) + 2 HCl Pasutolta tulee kaasua ST-torneille noin 110 000 Nm 3 h. Sisääntulo lämpötila on 340 C Kaasun koostumus näkyy taulukosta 1. TAULUKKO 1. Kaasun koostumus (Peltola ym. 2000.) SO 2 8,0 % Hg 75 mg Nm 3 O 2 4,0 % Se 20 mg Nm 3 H 2 O 2,0 % Cl 200 mg Nm 3 CO 2 0,2 % F 25 mg Nm 3 N 2 loput Zn 2 mg Nm 3 As 4 mg Nm 3 Kaasunpesusta syntyy elohopeapitoista liuosta/sakkaa 200 m 3 viikossa. Vuodessa liuosta/sakkaa syntyy 10 400 m 3. Sakasta poistetaan epäpuhtaudet suodattamalla, ja suodos johdetaan takaisin kiertoon pesutorneille. Sakasta valmistetaan puhdasta pullotettua elohopeaa noin 30 000 40 000 kg vuodessa. (Tuomikoski & Kuorikoski 2008.) Puhdistettu kaasu johdetaan rikkihappotehtaalle Kemiralle, josta siitä valmistetaan rikkihappoa. Jos pasutolla kaasua ei saada tarpeeksi puhtaaksi, Kemiralla on vielä omat kaasun-

15 pesuprosessit. Niistä syntyy myös sakkaa, joka palautetaan pasutolle prosessoitavaksi. Kemiralta saatua sakkaa ei käytetä elohopean valmistuksessa. Sakkaa syötetään rikasteen mukana uuniin, silloin kun on mahdollista elohopea-arvojen puitteissa. (Peltola 2006, 6.) 5.1 Saostumisreaktiot Pesuhappoon liuennut H 2 SeO 3 pelkistyy rikkioksidin vaikutuksesta metalliseksi seleenisakaksi (Peltola ym. 2000). H 2 SeO 3 (aq) + 2 SO 2 (aq) + H 2 O = Se 0 + 2 H 2 SO 4 (aq) Liuoksessa oleva elohopea reagoi seleenisakan kanssa elohopeaseleeniyhdisteiksi, jotka saostuvat. (Peltola ym. 2000). Hg 2+ + Se 0 + 2 e - =HgSe 3 Hg 2+ +2 Se 0 + 2 Cl - + 4 e - = 2 HgSe HgCl 2 Pesuhaposta poistetaan elohopeaa sulfidiliuoksella, jolloin elohopea saostuu pääasiassa Hg3S2Cl2:na. Pesuhapon puhdistusprosessiin kuuluvia laitteita ovat pesuhapon puhdistusreaktori, natriumsulfidin syöttölaitteisto sekä pesuhapon suotopuristimet SP1 ja SP2. 5.2 Raakasakan käsittely ST- ja LH-torneilla ST- ja LH-torneista saatava liete pumpataan sakeuttimeen (kuvio 10.) ja sieltä pasuton sivutuote osaston raakasakanvarastosäiliöön RSVS, josta sitä annostelleen suotopuristimeen 1 (SP1) tai suotopuristimeen 2 (SP2) yleensä käytetään vain SP1:tä

16 KUVIO 10. Raakasakan pumppaus ST- ja LH-torneilta sivutuotteelle (Kuvio 10 on kaapattu pasuton prosessinohjauksen näyttöpäätteeltä.) 5.3 Raakasakan käsittely sivutuotteella Kuviossa 11 nähdään, kuinka sakka pumpataan RSVS:sään ja sieltä edelleen SP1:een, jossa suodatusprosessi tapahtuu. Suodinkakku kuivataan ja johdetaan sille tarkoitettuun vaunuun. Suodos johdetaan takaisin Hg-poiston varastosäiliöön, josta se lähtee takaisin kiertoon. Prosessikuvio 11:sta on esitetty paljon muitakin kulkureittejä, joita käytetään sakan kierrättämiseen, jos se on tarpeellista.

17 KUVIO 11. Sakan kuljetus sivutuote osastolla (Kuvio 11 on kaapattu pasuton prosessinohjauksen näyttöpäätteeltä.) 5.4 Elohopeasakan jatkokäsittely Suotopuristimelta saatu sakka eli kakku johdetaan elohopeansyöttövaunuun HgSV, ja vaunusta sakka kulkeutuu sekoittimeen, jossa siihen sekoitetaan kalkkia. Kalkin lisäyksestä syntynyt sakka johdetaan ruuvikuljettimilla elohopeansyöttösäiliöön HgSS1 tai 2. Säiliöistä sakka annostellaan elohopeantislausrumpuihin HgTR 1 tai 2. Tislauksen jälkeen elohopeahöyry kulkeutuu elohopeannesteyttimeen HgNES, jossa höyry nesteytetään. Nesteytetty elohopea pullotetaan ja markkinoidaan eteenpäin. Prosessia on kuvattu kuvio 12.

18 KUVIO 12. Hg:n tislaus, yleiskuva (Kuvio 8 on kaapattu pasuton prosessinohjauksen näyttöpäätteeltä.)

19 6 VAARALLISTEN AINEIDEN KÄSITTELY Rikkidioksidi-kaasunpesusta syntyvässä sakassa on terveydelle haitallisia aineita, joiden käsittelyssä tulee toimia annettujen turvaohjeiden mukaisesti ja on käytettävä ehdottomasti suojavälineitä. Bolidenin henkilökunta kantaa mukanaan raitisilmapuhallinta, johon on kytketty Hg-P3 -suodatin. (Penttinen 2008.) 6.1 Elohopea Elohopea imeytyy hengitettäessä keuhkojen ja muiden limakalvojen kautta verenkiertoon ja voi aiheuttaa vatsakipua, ripulia, yskää, hengenahdistusta, oksentelua ja kohonnutta kehonlämpötilaa. Suurempien annosten hengittäminen voi aiheuttaa vakavampia oireita, kuten keuhkotulehduksen tai keuhkopöhön eli keuhkoödeeman. Elohopea ja elohopeahöyry voivat imeytyä myös osittain suoraan ihon ja limakalvojen läpi aiheuttaen ihon punoitusta. (Käyttöturvallisuustiedotteet.) Elohopeaa käsiteltäessä suositellaan käytettäväksi siihen tarkoitettuja suojavaatteita tai haalareita ja PVC-käsineitä tai kumikäsineitä. Elohopean ja sen yhdisteiden käsittelyssä saastuneet vaatteet on riisuttava mahdollisimman pian ja toimitettava jätteisiin tai pesuun. Elohopealle altistuneet ihoalueet pestään runsaalla vedellä ja on hakeuduttava aina lääkärin hoitoon. (Käyttöturvallisuustiedotteet.) Elohopeapitoisissa paikoissa tulipalon yhteydessä muodostuvat savukaasut ovat erittäin myrkyllisiä ja kuumat metalliroiskeet aiheuttavat pahoja palovammoja. Suljetut elohopeapakkaukset saattavat räjähtää paineen vaikutuksesta. (Käyttöturvallisuustiedotteet.) Metallista elohopeaa ja muita elohopeayhdisteitä, jotka höyryyntyvät huoneenlämmössä, suositellaan käsiteltäväksi tähän tarkoitukseen rakennetuissa tiloissa, joissa on matalampi ilmanpaine kuin normaaliympäristössä, elohopeahöyryjen leviämisen estämiseksi. Elohopean pakkausten tulee olla vuotamattomia ja materiaaliltaan tarkoitukseen sopivia. Pakkaukset eivät saa kastua tai rikkoutua eivätkä päästä kosketuksiin happojen kanssa. Pakkauk-

20 sen merkinnät eivät myöskään saa vaurioitua. Pakkauksia on säilytettävä puhtaassa ja kuivassa tilassa erillään elintarvikkeista ja hapoista. Taulukossa 2 on kuvattu elohopean ominaisuuksia. (Käyttöturvallisuustiedotteet.) TAULUKKO 2. Elohopean fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet (Käyttöturvallisuustiedotteet.) Kemiallinen merkki Olomuoto Väri Haju Hg nestemäinen, raskas ja liikkuva Kiehumispiste 357 C Sulamispiste 39 C Liukoisuus veteen Höyrynpaine Räjähdysvaara Suhteellinen tiheys hopean hohtoinen hajuton metalli liukenematon 0,26 Pa (20 C) ei räjähdä 13,6 kg/dm 3 (20 C) 6.2 Rikkidioksidi Rikkidioksidi on vaarallista hengitettynä ja erittäin syövyttävää. Nestemäinen tuote aiheuttaa erittäin pahoja syöpymävammoja, ruuansulatuskanavien ärsytystä sekä haavoja, jotka parantuvat huonosti. Aineen joutumista silmiin, iholle ja vaatteisiin on varottava. Kädet on pestävä heti tuotteen käsittelyn jälkeen. Silmäkosketus aiheuttaa monia näkökykyä vaurioittavia tekijöitä ja voi jopa aiheuttaa sokeuden. Rikkidioksidikaasu aiheuttaa hengitettynä hengitysteiden ongelmia, kuten yskää, hengenahdistusta, tajuttomuuden tai jopa tukehtumisen. Astmaatikot tuntevat oireilua jo pienissä pitoisuuksissa. (Käyttöturvallisuustiedotteet.) Työskentely tiloissa, joissa rikkidioksidivaara on oleellinen, on käytettävä hengityssuojainta, jos ilmastointi on vähäinen. Matalissa pitoisuuksissa hengityssuojaimeksi riittää kaa-

21 sunsuodin, joka on tyyppiä E tai C. Korkeissa pitoisuuksissa on käytettävä paineilmahengityksensuodatinta. Taulukossa 3 on kuvattu rikkidioksidin ominaisuuksia. (Käyttöturvallisuustiedotteet.) TAULUKKO 3. Rikkidioksidin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet (Käyttöturvallisuustiedotteet.) Kemiallinen kaava SO 2 Olomuoto puristettu, nesteytetty kaasu Haju hajuton tukahduttava Väri väritön Sulamispiste 75 C Kiehumispiste 10 C Suhteellinen tiheys 1380 kg/m 3 neste, 2,7 kg/m 3 kaasu Viskositeetti 0,25 mpas (20 ºC, neste) ph-arvo < 1 Liukoisuus veteen 11 % (20 ºC) Höyrynpaine 330 kpa (20 ºC) 6.3 Rikkivety Rikkivety on erittäin myrkyllinen ja helposti syttyvä kaasu. (Ominaisuuksia on kuvattu taulukossa 4.) Rikkivedyn epämiellyttävä haju muistuttaa mädäntynyttä kananmunaa. Hengitettynä se ärsyttää hengityselimiä. Rikkivedylle altistunut henkilö täytyy siirtää raittiiseen ilmaan ja hänelle on annettava tekohengitystä tai happea. Uhri on toimitettava välittömästi lääkärin hoitoon. Pitää välttää menemistä uhrin luokse ilman paineilmahengityslaitteistoa. Rikkivedyn jouduttua iholle on altistunutta kohtaa huudeltava vedellä vähintään 15 minuutin ajan ja tahriintuneet vaatteet on riisuttava välittömästi. Rikkivety ärsyttää silmiä jo pienissäkin pitoisuuksissa, jopa 20 50 ppm:n pitoisuus on riittävä. Roiskeet on huuhdeltava runsaalla vedellä 15 minuutin ajan ja on mentävä lääkäriin. Tyypillisiä oireita rikkivedylle altistuneella henkilöllä ovat huimaus, pahoinvointi, hengenahdistus, sydämen-

22 tykytys ja silmäoireet. Välittömän myrkyllisyyden raja, 600 ppm:n altistus 30 minuutin ajan, voi olla tappava. (Käyttöturvallisuustiedotteet.) Rikkivedyn käsittelyssä on suojauduttava käyttämällä asiaan kuuluvia suojavarusteita, kuten suojakäsineitä, mielellään raitisilmapuhaltimella varustettua mallia olevaa kokokasvosuojainta ja puuvillaista pitkähihaista suojapukua. Rikkivedyn varastointipullossa on käytettävä suojakupua varastoinnin tai pullon liikuttamisen aikana. Rikkivety on varastoitava viileässä paikassa, koska lämpö saa aikaan paineen nousun pullossa, mikä aiheuttaa repeytymisvaaran. Rikkivetypullot varastoidaan pystyasennossa kaukana sytytyslähteistä ja hyvin ilmastoidussa tilassa. (Käyttöturvallisuustiedotteet.) TAULUKKO 4. Rikkivedyn fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. (Käyttöturvallisuustiedotteet.) Kemiallinen kaava H 2 S Olomuoto kaasu Väri väritön Haju pilaantunut kananmuna Kiehumispiste 60,3 C Sulamispiste 85,6 C Syttyvyys syttyy herkästi Itsesyttymispiste 260 C Räjähdysrajat alempi 4,3 til-% ylempi 45,5 til-% Höyrynpaine 18 bar (20 C) Suhteellinen tiheys 1,9 (ilma = 1,15 C, 101,3 kpa) Liukoisuus veteen 2,5 l (norm.) / kg, 20 C, 101,3 kpa

23 6.4 Natriumsulfidi Natriumsulfidia käytetään pasuton sivutuotteella pesuhapon puhdistuksessa. Natriumsulfidi on ympäristölle vaarallinen ja vesieliöille myrkyllinen. Se reagoi rikkihapon kanssa muodostaen myrkyllistä, palavaa ja tainnuttavaa rikkivetyä. (TJ QUALITY Handbook 4.5 FI, 2003.) Natriumsulfidi hydrolysoituu kosteuden vaikutuksesta ja reagoi hiilidioksidin kanssa, muodostaen myrkyllistä ja syttyvää rikkivetyä. (Käyttöturvallisuustiedotteet.) Natriumsulfidia käsiteltäessä on suojauduttava riittävästi. Suositellaan käytettäväksi hengityksensuojainta tyyppiä B (H 2 S), läpäisemättömiä suojakäsineitä, kuten kumi- tai muovikäsineitä. Silmät on suojattava haitallisilta roiskeilta tarpeeksi tiiviillä suojalaseilla. Natriumsulfidi on syövyttävää ainetta, joten ihon suojaus hoidetaan kunnollisella suoja-asulla. Hyvällä suojautumisella vältetään pahoja työtapaturmia, joista tulee suuria kuluja yhtiölle. (Käyttöturvallisuustiedotteet.) Varastointi tapahtuu kuivassa ja viileässä paikassa tiiviisti suljettuna, ja varastointitilan tulisi olla hyvin ilmastoitu. Natriumsulfidi on pidettävä erillään hapettavista aineista ja on vältettävä sen pääsemistä kosketuksiin happojen kanssa. Sopivat varastointimateriaalit ovat ruostumaton teräs, polyetyleeni, polypropyleeni, PVC, lasi ja kumi. (Käyttöturvallisuustiedotteet.) Natriumsulfidia niellyttä uhria ei saa oksennuttaa vaan tajuissaan olevan uhrin suuta huuhdellaan runsaalla vedellä, ja uhrin on juotava vettä runsaasti. Roiskeet iholta huuhdellaan runsaalla saippualla ja vedellä sekä neutraloidaan vetyperoksidiliuoksella. Silmiin kohdistuneet roiskeet huuhdellaan vedellä silmistä ja silmäluomien alta. Silmiin aiheutuneet vammat on hyvä tutkituttaa silmälääkärillä. Taulukossa 5 on kuvattu natriumsulfidin ominaisuuksia. (Käyttöturvallisuustiedotteet.)

24 TAULUKKO 5. Natriumsulfidin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. (Käyttöturvallisuustiedotteet.) Kemiallinen kaava Na 2 S Olomuoto kiinteä aine Väri vaaleanpunainen Haju pilaantunut kananmuna ph-arvo 13,6 (5 % H2O, 20 C) Kiehumispiste 174 C Höyrynpaine 2 mmhg (20 C) Liukoisuus veteen 1,17 g/ml (20 C) Bulkkitiheys 1850 kg/m 3 (20 ºC)

25 7 SAKKA-ANALYYSIT Boliden Kokkola Oy:llä tutkitaan sakkojen ominaisuuksia ja pitoisuuksia prosessien eri vaiheissa Bolidenin omassa laboratoriossa. Tässä sakka-analyysissä on tutkittu eri sakkojen ominaisuuksia. Pesuhappolietteiden suodatukseen tulevan uuden suotimen mallia varten tarvitaan sekä sakan perustietoja (tilavuus ja paino), että liuospohjan perustiedot (viskositeetti ja korroosioaineet). Liete suodatetaan laboratoriossa, josta saadaan tulokset kirjallisena. 7.1 Hg-raakasakka Hg-raakasakkaa syntyy rikkidioksidikaasun pesussa. Syntynyt elohopeapitoinen sakka johdetaan pasuton sivutuotteelle jatkokäsittelyyn. Taulukossa 6 nähdään sakan sisältämien aineiden pitoisuudet. TAULUKKO 6. Raakasakan sisältämät pitoisuudet. Raekoko m Hg % Se % Cl % S % kg/l % H 2 O % 30 51 3,5 7,6 11,2 1,7 39 7.2 Raakasakan varastosäiliön liuos Raakasakan varastosäiliössä oleva liuos on pumpattu kaasunpesutornien sakeuttimesta. Liuos on Hg-raakasakan emäliuos. Raakasakan varastosäiliön (RSVS) sisältö koostuu Hgraakasakasta ja liuoksesta. Taulukosta 7 nähdään liuoksen sisältämät pitoisuudet eri aineista.

26 TAULUKKO 7. Raakasakan varastosäiliön liuoksen pitoisuudet kg/l H 2 SO4 g/l Hg g/l Cl g/l F g/l Zn g/l 1,223 28,5 3,8 9,8 1,2 0,97 7.3 Hg-sulfidisakka Sulfidisakkaa syntyy, kun raakasakka suodatetaan ja suodos johdetaan pesuhapon puhdistusreaktoriin ja sinne lisätään natriumsulfidia (Na 2 S). Analyysin tulokset näkyvät taulukosta 8. TAULUKKO 8. Hg-sulfidisakan pitoisuudet Raekoko m Hg % Se % Cl % S % kg/l % H 2 O % 9 66 1,0 7,1 12,5 1,3 44 7.4 Pesuhapon puhdistusreaktorin liuos Liuos syntyy pesuhapon puhdistusreaktorista, josta se pumpataan pesuhapon varastosäiliöön. Varastosäiliöstä liuos kulkeutuu puhdistamolle. Pitoisuudet näkyvät taulukosta 9. TAULUKKO 9. Pesuhapon puhdistusreaktorin liuos kg/l H 2 SO4 g/l Hg g/l Cl g/l F g/l Zn g/l 1,207 27,5 0,003 9,1 1,1 0,73

27 8 TYÖN SUORITUS Opinnäytetyöni käytännön suodatuskokeet tapahtuivat vuonna 2008 maaliskuun ja huhtikuun välisenä aikana. Paikkana oli laboratoriotila, jossa koelaitteisto sijaitsi. Suodatuskokeita ei tehty prosessissa olevalla suotopuristimella. Suodatuskokeiden aloituspalaverissa kävimme ohjaajien kanssa läpi, mitä tarvikkeita tarvitsen ja kuinka monta koetta suoritan laboratoriolaitteistolla. Suodatuskankaita on erilaisia, joten jouduimme tekemään kokeita monella eri kangaslaadulla. Valitsimme käytettäväksi 3 erilaista kangaslaatua saadaksemme vertailukelpoisia tuloksia, joita vertailemalla pystyisimme valitsemaan käytännöllisimmän kankaan. Työn suoritus aloitettiin siten, että Bolidenin omat laboratyöntekijät analysoivat syötettävän sakan koostumuksen laboratoriossa. Suodatuksesta analysoitiin syntynyt suodos. Eri kankaita käytettäessä suodatusaika vaihtelee, joten kulunut aika mitattiin. 8.1 Laitteisto Suodatuskokeessa käytetty suodatin on Larox 25 -painesuodatin. Koesuodatin on tarkoitettu alustavien painesuodatuskokeiden tekemiseen. Larox 25 -koesuodinta voidaan käyttää esimerkiksi tutkittaessa apuaineiden vaikutusta suodattumiseen ja erilaisten suodatuskankaiden vaikutusta. Suodattimen toimintavaiheet: Käytetyt välineet: pumppaus (suodatuskammiossa männän avulla) I puristus kakun pesu (tarvittaessa) II puristus (tarvittaessa) ilmakuivaus kakun poisto Labox suodatin suodattimen kankaat, kolme erilaista paineilmaa sekuntikello 1 kpl 250 ml:n mittalasia koepaikka, jossa mahdollisuus käyttää vettä

28 Laitteiston ja sen pääosat on esitelty kuviossa 13. 1. suojakotelo 2. paineilmasylinteri 3. vetotangot 4. yläpainelevy 5. liikkuva painelevy 6 mäntä 7. suodosallas 8. tiiviste 9. sylinteri 10. sylinterin käyttöventtiili 11. ilman ohjausventtiili 12. ilman säätöventtiili 13. sylinterin liikkeen rajoitusnuppi 14. paineensäädin 15. kakunpoistokuppi 16. kakunpoistomäntä KUVIO 13. LAROX laboratoriosuodattimen pääosat 8.2 Suodatuskokeet Suodatuskokeet tehtiin kolmella eri kangaslaadulla. Suodattimen suodatuspinta-ala on 25 cm 2. Kammion hyötytilavuus on 150 ml. Käyttöön tarvittavan paineilman paineen tulee olla 4...7 bar. Valitsimme suodatettavan sakan määräksi 120 ml, koska suuremmilla määrillä kammion tilavuusrajan kanssa voisi tulla ongelmia. Suodatuskokeessa käytetty sakka ja suodokset analysoitiin, että saimme tietää niiden sisältämät elementit. 8.2.1 Suodatuskoe 1 Ensimmäisessä suodatuskokeessa käytettiin uudenlaista suodatinkangasta ja 4 baarin kammiopainetta. Suodatettava sakka otettiin prosessista liittämällä letku sakkalinjaan. Sakkaa otettiin ämpäriin sen verran, että se riitti molempiin kokeisiin. Sakkaa sekoitettiin ja ravistettiin ämpärissä huolella, että se sekoittuisi hyvin. Sakkaa otettiin suodatettavaksi 120

29 ml. Sakka kaadettiin Larox-suodattimen sylinteriin ja tämän jälkeen mäntä sylinteriin. Mäntä puristi 4 baarin paineen ansiosta sakkaa suodatinkangasta vastaan, johon muodostui ohut kerros sakkaa. Suodos johdettiin letkua pitkin mittalasiin. Saatu suodos kaadettiin takaisin sylinteriin ja suoritettiin suodatus uudelleen kaksi kertaa. 8.2.2 Suodatuskoe 2 Toinen suodatuskoe suoritettiin käyttämällä vanhanmallista suodinkangasta. Kaikki muuttujat pidettiin samanlaisina kuin ensimmäisessä kokeessa, että saataisiin vertailukelpoisia tuloksia. Sakka kasaantui suodinkankaan päälle huomattavasti epätasaisemmin kuin uudenmallisen kankaan päälle. Suodos analysoitiin laboratoriossa ja tuloksia vertailtiin ensimmäisen suodatuskokeen tuloksiin. 8.2.3 Suodatuskoe 3 Kolmannessa kokeessa käytettiin vaihtoehtoista suodinkangasta, joka oli Tamfelt 71-2209- K3. Kyseinen kangas tuli koesuodattimen mukana. Kankaan oikeaa käyttöpaikkaa ei ole tiedossa. Kuitenkin sillä tehtiin koe tulevaisuutta ajatellen. Tässäkin kokeessa muuttujat pidettiin samoissa arvoissa kuin ensimmäisissä kokeissa. 8.3 Yhteenveto suodatuskokeista Suodatuskokeet onnistuivat erinomaisesti. Alkuvaiheessa laitteiston testauksen yhteydessä ilmeni vuotoja tiivisteissä. Huolellisen korjauksen jälkeen laitteisto oli toimintavalmis ja kokeet voitiin suorittaa ongelmitta. Kokeissa käytetty raakasakka oli hieman laihaa, mutta siitä huolimatta sitä voitiin käyttää kokeissa. Larox-laboratoriosuodatinta oli helppo käyttää, koska käyttöohjeet olivat erittäin selkeät. Helppokäyttöisyyden ansiosta suodatustulosten pitäisi olla vertailukelpoisia.

30 Suodatuksien jälkeen suodoksien kiintoaineista yritettiin analysoida Hg-, Se-, ja Sipitoisuudet. Analysointi ei onnistunut halutulla tavalla, koska suodosta oli saatu kokeissa liian vähän. Suodoksesta onnistuttiin analysoimaan kiintoainepitoisuudet, mikä on tärkeämpi tieto kuin kiintoaineen sisältämät pitoisuudet eri elementeille. Kiintoainepitoisuuden määrästä saadaan selville kuinka paljon elohopeaa, seleeniä ja silikaattia suodos sisältää. Mitä enemmän suodoksessa on kiintoainetta, sitä enemmän siellä on myös elohopeaa, seleeniä ja silikaattia.

31 9 TULOKSET JA JOHTOPÄÄTÖKSET Suodatuskokeita suoritettiin kolme kappaletta erilaisilla kankailla. Kokeiden jälkeen silmämääräisen tarkastelun perusteella uudella suodatinkangaslaadulla suodos oli paljon kirkkaampaa kuin muilla kankailla. Uudelle suodinkankaalle muodostunut kakku oli paljon tasaisemmin kasaantunut kankaalle kuin vanhalle suodinkankaalle. Kolmannessa suodatuskokeessa käytetty kangas tuli koesuodattimen mukana. Kokeessa havaittiin, että kiintoainepitoisuudeksi saatiin sama tulos kuin kokeessa 1. Se voisi olla hyvin toinen vaihtoehto käytettäväksi uudessa suodattimessa. Kolmannessa kokeessa käytettyä kangasta pitäisi kuitenkin tutkia enemmän, että saataisiin selville sen soveltuvuus elohopean valmistus prosessissa. Suodatuskokeiden tulokset analysoitiin laboratoriossa, jotta saatiin selville suodoksien koostumukset ja niistä vertailukelpoisia arvoja. Taulukossa 10 on listattu suodosten kiintoainepitoisuudet. TAULUKKO 9. Suodoksien kiintoainepitoisuudet Näyte Kiintoaine [g/l] Raakasakka 2,0 Uudella kankaalla saatu suodos 0,3 Vanhalla kankaalla saatu suodos 0,8 Tamfelt 71-2209-K3 -kankaalla saatu suodos 0,3 Suodatuskokeista saatujen tulosten perusteella on selvää, että uudessa painesuodattimessa kannattaa käyttää uudenlaatuista suodinkangasta. Uudenmallinen suodinkangas oli selvästi parempi kuin vanha käytössä ollut kangas. Vanhalla suodinkankaalla kiintoainette oli suodoksessa tarpeeksi 0,8 g/l, ja siitä pystyttiin analysoimaan seleeni- ja elohopeapitoisuudet. Se-pitoisuus oli 7,8 % ja Hg-pitoisuus 45 %. Muissa suodatuskokeissa kiintoainetta pääsi suodokseen vain niin vähän, että Se- ja Hg-pitoisuudet olivat hyvin pieniä, joten niistä ei ole haittaa prosessissa. Analyysin tulokset ovat liitteessä 1.

32 10 POHDINTAA Opinnäytetyön tekeminen Bolidenilla oli ennen kaikkea mielenkiintoinen projekti. Työn suorittaminen oli mukavaa, kun itse oli oman työn johtaja ja sai tehdä itselleen sopivan aikataulun työn suorittamiseen. Työn alkuvaihe oli hieman sekavaa, kun kaikki asiat piti selvittää ja asettaa rajat sille, mitä työssä käsitellään. Alkuvaiheiden neuvotteluiden jälkeen asiat selkeytyivät ja työn suorittaminen alkoi sujua aikataulun mukaisesti. Tarkoitus oli saada työ valmiiksi ennen toukokuuta, jotta opinnäytetyön tekeminen ei menisi kesätöiden kanssa päällekkäin. Vuorovaikutus Bolidenin työntekijöiden kanssa sujui kiitettävästi, koska työilmapiiri pasutolla oli niin hyvä. Toimihenkilöt pasutolla jaksoivat neuvoa minua omien kiireellisten töiden ohessa. Sain ammattitaitoista apua opinnäytetyön teoria osuutta koskevissa asiossa, mistä oli minulle suurta apua. Työn tarkoituksena oli tutkia elohopeapitoisen sakan suodatusominaisuuksia. Suodatusominaisuuksia tutkittiin laboratoriosuodattimella tehtävillä koesuodatuksilla. Suodatusominaisuuksia saatiin helposti selville käyttämällä erilaisia suodinkankaita ja niiden vaikutuksesta syntyviä eroja suodatuksessa. Työn tarkoituksena oli myös perehdyttää itseäni järjestelmälliseen tiedon keruuseen sekä uuden tiedon oppimiseen itsenäisesti. Mielestäni tiedon hankkiminen eri lähteistä onnistui hyvin. Bolidenin sisäinen tietokanta oli todella laaja, ja siitä löytyi monenlaista hyödyllistä tietoa. Työn alkaessa helmikuussa en täysin ymmärtänyt sitä vaatimustasoa, mikä opinnäytetyön tekemiseen vaaditaan. Kun sain työni aloitettua, huomasin, että työn sisältämää teoriaa on käsitelty koulun opinnoissa. Koulusta saamieni tietojen perusteella mikään teorian prosesseista ei tullut yllätyksenä. Työ keräsi yhteen hyvin koulussa opitut tiedot ja taidot. Kaiken kaikkiaan opinnäytetyö oli minulle uusi mukava tapa oppia uutta tietoa.

33 LÄHTEET Boliden Kokkola Oy. 2008. WWW-dokumentti. Saatavissa: http://www.boliden.se. Luettu: 26.2.2008. Boliden Kokkola Oy. WWW-dokumentti. Saatavissa: http://intranet.boliden.com/intranet/navigation/bolintrafi.nsf/intrastart?readform&page=c orporatefin. Luettu: 27.2.2008. Kpedu Prosessitekniikka. WWW-dokumentti. Saatavissa http://prosessitekniikka.kpedu.fi/kg/gallery/suodatus.htm. Luettu: 10.6.2008. Kuopanportti, Hannu & Tirri, Tapio. 1994. Mekaaninen prosessitekniikka 2. Prosessitekniikan osasto. Oulun yliopisto. Oulu. Käyttöturvallisuustiedotteet, Boliden Kokkola Oy. Intranet. Metsärinta, Marja-Leena & Taskinen, Pekka. Rautaisannos sinkkisulfidirikasteen pasutusprosessin toiminnasta. Raportti. 25.6.2001. Boliden Kokkola Oy. Oja, Marja. 2004. Partikkelitekniikan perusteet. Luentomoniste. TKK. Espoo. Luentomoniste saatavissa: http://kerppu.hut.fi/opiskelu/materiaali/kurssimateriaali/mak46/mak46140/. Luettu: 27.2.2008. Peltola, Heljä. 2006. Kemiran allassakan hydrometallurginen käsittely: Hg:n ja Se:n saostuskokeet laboratoriossa. Tutkimuskeskus. Pori. 4.8.2006. Pihkala 1998. Prosessitekniikan yksikköprosessit. Opetushallitus. Helsinki. Peltola Heljä, Nyberg Jens, Takala Heikki & Taskinen Pekka. 2000. Luento OKLA 16.2.2000. Rautaisannos elohopeanpoistoprosessin toiminnasta. Penttinen, Sasu. 2008. Pasuton päällikön haastattelu 28.3.2008. Boliden Kokkola Oy. TJ QUALITY Handbook 4.5 FI. Boliden Kokkola Oy. 03.01 elohopean valmistus, 19.05.2003. Intranet. Tuomikoski, Tommi & Kuorikoski, Sami. 2008.Toimihenkilöiden haastattelu 3.3.2008. Boliden Kokkola Oy. Kokkola.

LIITE 1.