Titanyylisulfaatin elektrolyyttisen pelkistyslaitoksen esisuunnitelma

Abstract

Työssä esisuunniteltiin Kemira Pigments Oy:lle uusi titanyylisulfaatin elektrolyyttinen pelkistyslaitos. Suurin syy uuden laitoksen suunnitteluun oli nykyisen laitoksen aiheuttamat korkeat H2SO4-pitoisuudet pelkistyslaitoksen läheisyydessä. Työn kirjallisuusosassa käsitellään elektrolyysilaitteiston suunnitteluun liittyviä seikkoja ja esitellään titanyylisulfaatin elektrolyyttiseen pelkistykseen liittyvää tutkimustietoa. Ennen uuden laitoksen suunnittelua suoritettiin nykyisellä pelkistyslaitoksella koeajoja, joiden tarkoituksena oli antaa lähtötiedot uuden laitoksen suunnittelulle. Koeajot osoittivat mm., että pelkistys on edullisinta suorittaa alhaisella virrantiheydellä n. 300…400 A/m2 ja vesilaimennuksen avulla anolyytin H2SO4-pitoisuus saadaan säädettyä tasolle, jossa titaani ei saostu. Kärynpoistoyhteisiin asennettujen pesuvesisuuttimien avulla saatiin titaanin saostuminen kärynpoistokanaviin estettyä. Uudesta titanyylisulfaatin elektrolyyttisestä pelkistyslaitoksesta laadittiin mm. seuraavat dokumentit: prosessin virtauskaavio ja ainevirtakenttä, PI-kaavio, layout-kuvat laitoksesta ja sen sijoituksesta sekä rakennepiirros elektrolyysialtaasta. Hankkeelle tehtiin kustannusarvio tarkkuudella ±20 %, jonka loppusummaksi saatiin 1 489 000 €. Laitoksen vuotuisten käyttökustannuksien arvioitiin olevan n. 105 000 €. Investoinnista aiheutuvien vuotuisten annuiteettikustannusten arvioitiin olevan n. 237 000 € 16,3 % korolla.

In this thesis, a preliminary design was prepared for a new electrolytic reduction plant for titanyl sulphate for Kemira Pigments Oy. The main reason for the design of the new plant was the high H2SO4 levels caused by the present plant in the vicinity of the plant. The literature section of this thesis discusses the aspects of the design of electrolysis equipment and presents research data related to the electrolytic reduction of titanyl sulphate. Prior to the design of the new plant, a test run was performed on the present plant, the purpose of which was to provide source information for the design of the new plant. The test runs showed, for instance, that reduction is the most economic at a low current density of approximately 300…400 A/m2, and with water dilution, the H2SO4 level of the anolyte can be adjusted to a level at which titanium no longer precipitates. Using washing water jets that were fitted onto the fume removal tubes, the precipitation of titanium onto the fume removal channels was prevented. The following documents were elaborated for the new titanyl sulphate electrolytic reduction plant: a flow chart and mass flow field of the process, a piping and instrument schematic chart, layout diagrams of the plant and its location as well as a construction drawing of the electrolysis basin. A cost estimate was drawn up for the project with an accuracy of ±20%, and a final total cost of 1 489 000 € was obtained. The annual operational cost of the plant was estimated to be approximately 105 000 €. The annual annuity incurred from the investment was estimated to be approximately 237 000 € at an annuity of 16.3%.