Design, and preparation of SX pilot test runs for industrial scale up
Partanen, Pekka (2018)
Diplomityö
Partanen, Pekka
2018
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201804036297
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201804036297
Tiivistelmä
Terrafame is a polymetallic mine situated in Kainuu area. This work contains design and preparation of Terrafame solvent extraction pilot plant test runs. Pilot plant was tested and it was modified to correspond a miniature of full scale uranium solvent extraction plant.
Experiments related to Master’s thesis were implemented in a pilot laboratory that contains every critical process units of solvent extraction plant. The plant was tested with pure water and diluent in a test run, where starting run parameters for pumping, internal circulation and mixing was determined.
Solvent extraction batch experiments were part of the thesis and they were used to determine loading of organic phase with different dispersions. Schedule, laboratory analyzing scheme and target loading rate of organic for pilot test runs was determined based on the batch experiments. Also, formation of crud and gelation was investigated during batch experiments. Based on the batch experiments, both uranium and rare earth elements are well extracted from the process solution.
Schedule determined based on the batch experiments was found to be realistic. Even crud was not found in batch experiments, it was formed in pilot equipment, during loading of organic phase. Organic loading in the pilot experiments was consistent with batch experiments. Another parts of the pilot was not run during the thesis.
Experimental part contained uranium and so it needed authorization from Finnish Radiation and Nuclear Safety Authority. Altogether, authorization of uranium tests took for more than half a year. Because of the limitations prescribed by authority, quantitative results cannot be revealed. Terrafame on Kainuussa sijaitseva monimetallikaivosyhtiö. Tässä työssä valmisteltiin ja suunniteltiin Terrafamen neste-nesteuuttopilotin koeajoja, testattiin koeajolaitteistoa ja muokattiin sen toimintaa vastaamaan uraanin täyden mittakaavan neste-nesteuuttolaitosta pienessä koossa.
Työhön liittyvät kokeet toteutettiin tarkoitusta varten rakennetussa pilot-laboratoriossa, joka sisältää neste-nesteuutto kokeita varten kaikki oleelliset prosessiosat. Pilot-laitteistoa testattiin ajamalla prosessia pelkän veden ja diluentin avulla. Samalla määritettiin tarvittavat operointiparametrit halutuille virtauksille ja laitteiston sisäisille dispersioille.
Työssä toteutettiin neste-nesteuuton panoskokeita, joiden avulla määritettiin käytetyn orgaanisen liuoksen latautuminen Terrafamen prosessiliuoksesta. Panoskoetuloksia käytettiin pilot-kokeiden aikataulun laadintaan, analyysisuunnitelman tekemiseen ja orgaanisen liuoksen latautumistavoitteiden määrittämiseen. Kokeilla pyrittiin myös selvittämään crudin muodostumista ja orgaanisen faasin geeliytymistä pilot-kokeita varten. Panoskokeiden perusteella uraanin lisäksi harvinaiset maametallit uuttautuvat hyvin prosessiliuoksesta.
Panoskoetulosten pohjalta laadittu aikataulu piti hyvin paikkansa orgaanisen faasin latautumiseen liittyen. Vaikka crudia ei panoskokeissa muodostunut, muodostui sitä reilusti pilot-laitteistossa orgaanista faasia ladattaessa. Orgaanisen faasin latautuminen pilot-kokeissa vastasi hyvin panoskokeiden latausta. Muita osia pilotista ei ajettu diplomityön aikana. Kokeellinen osuus sisälsi uraania ja oli Säteilyturvakeskuksen luvan varainen. Kokonaisuudessaan uraanin uuttokokeiden luvitus vei aikaa yli puoli vuotta. Lupamääräysten vuoksi kokeissa saatuja kvantitatiivisia tuloksia ei esitetä työssä.
Pilot-ajoihin liittyen itse ajosuunnitelman lisäksi luvituksen ja työturvallisuuden tärkeys oli huomioitava jo ennen kokeiden aloitusta. Pilot-ajojen operaattorien koulutuksesta tuli myös huolehtia ennen varsinaisia koeajoja.
Experiments related to Master’s thesis were implemented in a pilot laboratory that contains every critical process units of solvent extraction plant. The plant was tested with pure water and diluent in a test run, where starting run parameters for pumping, internal circulation and mixing was determined.
Solvent extraction batch experiments were part of the thesis and they were used to determine loading of organic phase with different dispersions. Schedule, laboratory analyzing scheme and target loading rate of organic for pilot test runs was determined based on the batch experiments. Also, formation of crud and gelation was investigated during batch experiments. Based on the batch experiments, both uranium and rare earth elements are well extracted from the process solution.
Schedule determined based on the batch experiments was found to be realistic. Even crud was not found in batch experiments, it was formed in pilot equipment, during loading of organic phase. Organic loading in the pilot experiments was consistent with batch experiments. Another parts of the pilot was not run during the thesis.
Experimental part contained uranium and so it needed authorization from Finnish Radiation and Nuclear Safety Authority. Altogether, authorization of uranium tests took for more than half a year. Because of the limitations prescribed by authority, quantitative results cannot be revealed.
Työhön liittyvät kokeet toteutettiin tarkoitusta varten rakennetussa pilot-laboratoriossa, joka sisältää neste-nesteuutto kokeita varten kaikki oleelliset prosessiosat. Pilot-laitteistoa testattiin ajamalla prosessia pelkän veden ja diluentin avulla. Samalla määritettiin tarvittavat operointiparametrit halutuille virtauksille ja laitteiston sisäisille dispersioille.
Työssä toteutettiin neste-nesteuuton panoskokeita, joiden avulla määritettiin käytetyn orgaanisen liuoksen latautuminen Terrafamen prosessiliuoksesta. Panoskoetuloksia käytettiin pilot-kokeiden aikataulun laadintaan, analyysisuunnitelman tekemiseen ja orgaanisen liuoksen latautumistavoitteiden määrittämiseen. Kokeilla pyrittiin myös selvittämään crudin muodostumista ja orgaanisen faasin geeliytymistä pilot-kokeita varten. Panoskokeiden perusteella uraanin lisäksi harvinaiset maametallit uuttautuvat hyvin prosessiliuoksesta.
Panoskoetulosten pohjalta laadittu aikataulu piti hyvin paikkansa orgaanisen faasin latautumiseen liittyen. Vaikka crudia ei panoskokeissa muodostunut, muodostui sitä reilusti pilot-laitteistossa orgaanista faasia ladattaessa. Orgaanisen faasin latautuminen pilot-kokeissa vastasi hyvin panoskokeiden latausta. Muita osia pilotista ei ajettu diplomityön aikana. Kokeellinen osuus sisälsi uraania ja oli Säteilyturvakeskuksen luvan varainen. Kokonaisuudessaan uraanin uuttokokeiden luvitus vei aikaa yli puoli vuotta. Lupamääräysten vuoksi kokeissa saatuja kvantitatiivisia tuloksia ei esitetä työssä.
Pilot-ajoihin liittyen itse ajosuunnitelman lisäksi luvituksen ja työturvallisuuden tärkeys oli huomioitava jo ennen kokeiden aloitusta. Pilot-ajojen operaattorien koulutuksesta tuli myös huolehtia ennen varsinaisia koeajoja.