Väitös materiaalien prosessoinnin alalta, MSc Mika Sahlman

Väitöskirjan nimi: Effects of nickel in copper production: implications for high-purity copper electrorefining

Väittelijä: Mika Sahlman
Vastaväittäjä: Prof. Jan Cilliers, Imperial College London, Yhdistynyt kuningaskunta
Kustos: Prof. Mari Lundström, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Suurin osa maailmalla tuotetusta kuparista kulkee puhdistuselektrolyysiprosessin läpi. Puhdistuselektrolyysissä sulattojen epäpuhtaista kuparianodeista jalostetaan puhtaita kuparikatodeja, joista valmistetaan kuparituotteita. Monissa kuparivalmisteissa käytetään lisäaineena nikkeliä, sillä se parantaa kuparin korroosionkestävyyttä. Nikkeli voi kuitenkin aiheuttaa ongelmia päätyessään elektrolyysiprosessiin, kun tuotteet kierrätetään elinkaarensa lopussa. Tämän ongelman laajuutta lisäävät teollisten prosessien integrointi ja monimutkaistuvat materiaalivirrat.

Tässä työssä tutkittiin nikkelin vaikutuksia kuparin puhdistuselektrolyysiin. Monipuolisilla koejärjestelyillä tutkittiin kuparikatodien kontaminaatiota, kuparikatodien kasvua ja epäpuhtauspartikkelien liikettä puhdistuselektrolyysikennossa. Tutkimuksessa käytettiin sekä synteettisiä että teollisia liuoksia ja näytteitä.

Nikkelin havaittiin päätyvän katodeille pääasiassa ns. partikkelisulkeumina. Elektrolyyttisulkeumien todettiin olevan mahdollisia, mutta epätodennäköisiä teollisissa prosesseissa. Nikkeli voi myös johtaa karheampien katodien muodostumiseen, mutta tätä vaikutusta voidaan lieventää elektrolyytin lisäaineilla, kuten luuliimalla, tiourealla ja klorideilla.

Epäpuhtauspartikkelien liikkeen seuranta paljasti, että anodeista irtoavat partikkelit ovat huomattavasti suurempia kuin aiemmin on ajateltu. Nikkelipitoisuuden kasvu anodeissa ja elektrolyytissä voi myös johtaa siihen, että passivaation aikana suurempi osa epäpuhtauspartikkeleista virtaa ylöspäin sen sijaan että ne laskeutuisivat altaan pohjalle, mikä lisää katodien kontaminaatioriskiä.

Tulosten perusteella teolliset puhdistuselektrolyysilaitokset voivat keskimäärin lisätä elektrolyyttinsä nikkelipitoisuutta ilman merkittäviä negatiivisia vaikutuksia katodituotantoon. Tämä työ esitteli myös akateemiselle maailmalle uuden ja edullisen videokuvausmenetelmän katodien kasvun tutkimiseksi.

Avainsanat: kupari, nikkeli, puhdistuselektrolyysi, katodin kontaminaatio, teollinen sähkökemia

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): Aaltodoc 

Yhteystiedot:
mika.sahlman@aalto.fi