Search

In this master's thesis the development of the liquid-liquid extraction equipment for manufacturing of copper has been covered. In the computational part of this thesis the flows in the settler were studied by using computational fluid dynamics software. In the beginning of the literature part the liquid-liquid extraction process in hydrometallurgical industry and specifically the manufacturing of copper have been examined. The copper extraction equipment has also been discussed. The literature part of this thesis is mainly concentrated on development of extraction equipment. The development process has been discussed stage by stage. First the laboratory equipment has been discussed and then the pilot equipment. Specific attention has been laid on obtaining data about the flow patterns inside development equipment, because one of the main problems in research of copper extraction equipment due to the non-transparent nature of the liquids used in copper extraction. The functioning of Outokumpu's settler has been studied with the CFX software package in the computational part of this thesis. The subject of the research in the settler was the effect of altering the height of the cap between the bottom of the settler and the second fences in the picket fence pairs. Especially possible eddies created by the altering were observed, because these eddies can disturb the functioning of settler. The results from the fluid dynamics software predicted that the lower version of cap increased the eddies in the settler and raised the flow rate in the settler notably. The flow rate of the flow going downwards in the central part of settler increased, which can in the real life system make the separation of the phases more difficult particularly in the water continuous system. At the end of the settler the alteration on cap changed the flow pattern substantially. Based on calculations the wider cap between picket fence and the bottom of the settler is more optimum for the functionin, Tässä diplomityössä on käsitelty kuparin valmistuksessa käytettävien neste-nesteuuttolaitteistojen kehittämistä yleiseltä kannalta ja kokeellisessa osassa on optimoitu selkeytinaltaan toimintaa numeerisen virtauslaskennan avulla. Kirjallisuusosassa on tarkasteltu neste-neste -uuttoprosessia hydrometallurgisessa teollisuudessa ja erityisesti kuparin uuton kannalta. Prosessin lisäksi on esitelty kuparin uutossa käytettävää laitteistoa. Pääosin kirjallisuusosassa on keskitytty tarkastelemaan uuttolaitteiden kehitystä. Kehitystyö on käyty lävitse vaihe vaiheelta siten, että ensin on käsitelty laboratoriomittakaavan kehitys ja sitten pilot-laitteistot. Pilot-laitteistojen osalta on keskitytty kolonnien ja sekoitin-selkeyttimien kehitykseen. Erityistä huomiota on kiinnitetty myös koelaitteistojen toiminnan havainnointiin tarkoitettuihin menetelmiin, koska ne ovat mm. kuparin uuttoon käytettävien laitteistojen tutkimuksessa ongelmana, mikä johtuu kuparin uuttoliuoksien läpinäkymättömyydestä. Kokeellisessa osassa on tutkittu Outokummun selkeytinaltaan toimintaa CFX-virtauslaskentaohjelmistolla. Selkeytinaltaasta pyrittiin tutkimaan siinä olevien rakoaitaparien jälkimmäisten aitojen ja altaan pohjan välisen raon korkeuden vaikutusta altaan virtauskuvioon. Erityisesti tarkasteltiin aitojen asentojen muutoksen aiheuttamaa pyörteilyä, joka saattaa aiheuttaa laitteen toiminnan häiriintymistä. Laskentaohjelman ennustamista tuloksista oli havaittavissa, että alemmas laskettu aita lisäsi altaassa vallitsevia nopeuksia voimakkaasti. Altaan keskiosaan muodostuvan pyörteen alaspäin menevän osan nopeus kasvoi, mikä todellisessa systeemissä saattaa edelleen vaikeuttaa faasien selkeytymistä etenkin vesijatkuvassa systeemissä. Altaan loppuosassa pohjaraon muutos muutti virtauskuviota huomattavasti. Mallinnuksen perusteella tultiin siihen tulokseen, että korkeampi rako aidan ja pohjan välissä on optimaalisempi altaan toiminnan kannalta. Tällöin altaassa oleva virtaus pysyy tasaisempana ja

Diplomityössä on tutkittu CFD-laskennan mahdollisuutta mallintaa VSF-uuttoprosessin selkeyttimessä tapahtuvia virtauksia sekä virtausten tasaamiseksi käytettävien rakoaitojen aiheuttamia painehäviöitä. Kirjallisuusosassa on käsitelty neste-neste -uuttoa hydrometallurgisen teollisuuden ja erityisesti kuparin erotusprosessin kannalta, jossa uuton yksikköprosessit jaetaan uuttoon, pesuun, takaisinuuttoon ja jossain tapauksessa myös regenerointiin. Hydrometallurgiassa yleisimpänä uuttolaitteena käytetään sekoitin-selkeyttimiä, joissa sekoitusreaktorissa dispergoidaan nesteet (tavallisesti orgaaninen ja vesi), minkä jälkeen faasien erottuminen tapahtuu horisontaalisessa selkeyttimessä. Työssä on tarkasteltu kirjallisuuden avulla faasien erottumiseen liittyviä ongelmia, esim. niiden väliin muodostuvaa crud-kerrosta sekä ongelmien poistamiseksi kehitettyjä uusia sekoitin-selkeyttimiä (esim. VSF-uuttotekniikka) ja selkeyttimissä käytettäviä rakoaitoja. Laskennallisessa osassa on tarkasteltu VSF-uuttolaitteistoa vastaavan pilot-laitteiston rakoaidan aiheuttamaa painehäviötä analyyttisesti ja CFX-virtauslaskentaohjelmistolla. Tarkoituksena oli selvittää, kuinka kaupallista CFD-ohjelmaa voitaisiin käyttää rakoaidan mitoituksen apuna. Tämän lisäksi pilot-laitteistolla tehtiin vesikoeajoja. Kolmen vesikoeajon videoituja virtauskuvioita verrattiin niistä CFX:llä tehtyihin vastaavien laskentamallien virtauskuvioihin. Painehäviön laskemisessa analyyttisesti ongelmaksi osoittautui paikallisvastuskertoimien määrittäminen rakoaidan geometrialle, minkä vuoksi käsinlaskettu ja CFX:llä laskettu tulos erosivat huomattavasti toisistaan. Simuloiduista virtauksista ja vesikoeajoista voitiin havaita, että selkeyttimen syöttöpäädyssä virtauskuvioissa oli pientä poikkeavuutta, mutta peräosassa CFX:n ennustama virtauskuvio vastasi hyvin koeajoja. Saatujen laskentatuloksien perusteella voidaan kuitenkin todeta, että CFX-ohjelma soveltuu kohtuullisen luotettavasti erilaisten rakoaitageometrioiden