Sinkkirikasteen liuotusprosessin kineettinen mallinnus
Kotiranta, Tuukka (2004)
Tiivistelmä
Työssä on tehty kineettinen simulointimalli sinkkirikasteen liuotusprosessista. Prosessi on pieni osa
Kokkolan sinkinvalmistusprosessia, jonka muita osia ovat: pasutus, neutraaliliuotus, konversio,
liuospuhdistus ja elektrolyysi. Rikasteen liuotukseen tulee konversioprosessin liuos ja liuotuksesta
lähtevä neste menee takaisin neutraaliliuotukseen. Saostunut jarosiitti läjitetään. Kokkolan
liuotusprosessi koostuu liettoreaktorista ja kahdesta neljän liuotusreaktorin sarjasta. Liuotukseen
syötetään paluuhappoa liettoreaktoriin ja liuotuspiirien ensimmäisiin liuotusreaktoreihin. Happea
syötetään kaikkiin liuotusreaktoreihin.
Prosessin mallintamiseen käytettiin Aspen Plus-simulointiohjelmaa, johon pystyttiin syöttämään
kineettisiä yhtälöitä. Reaktionopeusyhtälöitä käytettiin raudan hapetuksen, sulfidien liuotuksen ja
jarosiitiin saostumisen mallintamiseen, eli kaikkiin liuotusreaktoreissa tapahtuviin reaktioihin.
Kineettiset yhtälöt etsittiin kirjallisuudesta. Liettoreaktori puolestaan mallinnettiin syöttämällä
ohjelmaan reaktioyhtälöt ja antamalla niille etenemisasteet.
Jarosiitin liukenemisesta työssä on tehty laboratoriokokeita, koska aiheesta ei kirjallisuudesta
löytynyt kineettistä tietoa. Liuotuskokeissa käytetyn kiintoaineen kuitenkin todettiin sisältävän
liikaa götiittiä, että tuloksista olisi voitu laskea kinetiikkaa jarosiitin liukenemiselle.
Simulointimallilla laskettiin yksi tapaus vertailukohdaksi, johon malliin tehtyjä muutoksia
verrattiin. Mallilla tutkittiin konversiosta tulevan jarosiitin määrän vaikutusta, reaktorikoon
merkitystä ja rikasteen liuotuksen sekä jarosiitin saostuksen reaktionopeuksien muutoksen
vaikutuksia. Käytetyillä kineettisillä yhtälöillä reaktioiden todettiin tarvitsevan vain ¾ käytetystä
reaktiotilavuudesta, rikasteen liuotusnopeuden kohtalaisen pienellä hidastamisen todettiin
vähentävän sinkin saantoa ja jarosiitin saostuksen reaktionopeuden kasvulla todettiin myös olevan
negatiivinen vaikutus sinkin saantoon.
Simulointimallissa käytettyjen reaktionopeusyhtälöiden varmentaminen kokeilla todettiin
tarpeelliseksi, sillä jo kohtalaisen pienillä muutoksilla havaittiin olevan merkitystä prosessin
toimivuuteen. Lisäksi todettiin jarosiitin liukenemisen huomioimisen olevan tarpeen.
Kokkolan sinkinvalmistusprosessia, jonka muita osia ovat: pasutus, neutraaliliuotus, konversio,
liuospuhdistus ja elektrolyysi. Rikasteen liuotukseen tulee konversioprosessin liuos ja liuotuksesta
lähtevä neste menee takaisin neutraaliliuotukseen. Saostunut jarosiitti läjitetään. Kokkolan
liuotusprosessi koostuu liettoreaktorista ja kahdesta neljän liuotusreaktorin sarjasta. Liuotukseen
syötetään paluuhappoa liettoreaktoriin ja liuotuspiirien ensimmäisiin liuotusreaktoreihin. Happea
syötetään kaikkiin liuotusreaktoreihin.
Prosessin mallintamiseen käytettiin Aspen Plus-simulointiohjelmaa, johon pystyttiin syöttämään
kineettisiä yhtälöitä. Reaktionopeusyhtälöitä käytettiin raudan hapetuksen, sulfidien liuotuksen ja
jarosiitiin saostumisen mallintamiseen, eli kaikkiin liuotusreaktoreissa tapahtuviin reaktioihin.
Kineettiset yhtälöt etsittiin kirjallisuudesta. Liettoreaktori puolestaan mallinnettiin syöttämällä
ohjelmaan reaktioyhtälöt ja antamalla niille etenemisasteet.
Jarosiitin liukenemisesta työssä on tehty laboratoriokokeita, koska aiheesta ei kirjallisuudesta
löytynyt kineettistä tietoa. Liuotuskokeissa käytetyn kiintoaineen kuitenkin todettiin sisältävän
liikaa götiittiä, että tuloksista olisi voitu laskea kinetiikkaa jarosiitin liukenemiselle.
Simulointimallilla laskettiin yksi tapaus vertailukohdaksi, johon malliin tehtyjä muutoksia
verrattiin. Mallilla tutkittiin konversiosta tulevan jarosiitin määrän vaikutusta, reaktorikoon
merkitystä ja rikasteen liuotuksen sekä jarosiitin saostuksen reaktionopeuksien muutoksen
vaikutuksia. Käytetyillä kineettisillä yhtälöillä reaktioiden todettiin tarvitsevan vain ¾ käytetystä
reaktiotilavuudesta, rikasteen liuotusnopeuden kohtalaisen pienellä hidastamisen todettiin
vähentävän sinkin saantoa ja jarosiitin saostuksen reaktionopeuden kasvulla todettiin myös olevan
negatiivinen vaikutus sinkin saantoon.
Simulointimallissa käytettyjen reaktionopeusyhtälöiden varmentaminen kokeilla todettiin
tarpeelliseksi, sillä jo kohtalaisen pienillä muutoksilla havaittiin olevan merkitystä prosessin
toimivuuteen. Lisäksi todettiin jarosiitin liukenemisen huomioimisen olevan tarpeen.