Copper electrorefining is electrolysis where copper as cations dissolve from impure anodes to acidic electrolyte and then electroplate into cathode to produce very pure copper and it is final step in the production of copper. Byproduct from electrorefining is anode slime which contains precious metals like gold and platinum and it is sensible to process it and recover valuable metals. In copper electrorefining plant anode slime is processed as slurry from anode slime electrorefining cells through pretreatment into precious metal recovery.
In the design of slurry piping most important factor is flow velocity which should be higher than velocity in which all particles stay suspended in carrier liquid. This is called critical settling velocity and it varies between different slurries. Many attributes of slurry affect to value of critical settling velocity but the most important are particle size and solid density. If velocity is lower than critical settling velocity settled particles clog pipes but on the other hand if velocity is too high, extensive wearing of pipes is certain.
Because anode slime contains precious metals, density of solid particles is much larger than in typical industrial slurry. Usually, large density also means large critical settling velocity and these pipes would be difficult to design where designer need to balance between too high and low flow velocities.
The aim of this thesis is to provide basic engineering design guide for anode slime piping in copper electrorefining which can be used in all projects that include copper electrorefining. This design guide is presented in the final part of the thesis after literature review of copper production and fluid flow.
The most important result from this thesis are calculated critical settling velocities for anode slime slurries which are much more moderate than originally thought. This is a direct result from the fact that solid particles in anode slime are so small. As a consequence, design of these pipes is much easier and piping designer does not need to spend a lot of time to optimize flow velocity.Kuparin elektrolyysi on kuparin valmistuksen viimeinen vaihe, jossa kupari liukenee kationeina epäpuhtaista anodeista happamaan elektrolyyttiin ja saostuu uudelleen katodin pinnalle hyvin puhtaana kuparina. Sivutuote elektrolyysissä on anodilieju, joka sisältää jalometalleja, kuten kultaa ja platinaa, ja se on kannattavaa prosessoida ja ottaa talteen nämä arvokkaat metallit. Kuparielektrolyysitehtaalla anodilieju prosessoidaan lietteenä elektrolyysikennoilta esikäsittelyn kautta jalometallin talteenottoon.
Lieteputkien suunnittelussa tärkein asia on virtausnopeus, joka tulisi olla suurempi, kuin nopeus, jossa kaikki kiintoainepartikkelit pysyvät suspendoituna kantajanesteeseen. Tätä kutsutaan myös kriittiseksi laskeutumisnopeudeksi ja se vaihtelee eri lietteiden välillä. Moni lietteen ominaisuus vaikuttaa kriittiseen laskeutumisnopeuteen, mutta tärkeimmät ovat partikkelikoko ja kiintoaineen tiheys. Jos virtausnopeus on pienempi kuin kriittinen laskeutumisnopeus, laskeutuneet partikkelit tukkivat putket, mutta toisaalta jos nopeus on liian suuri, putket kuluvat liikaa.
Anodiliejun kiintoaineen tiheys on todella suuri verrattuna tyypillisiin teollisuuden lietteisiin, koska se sisältää jalometalleja. Yleensä suuri kiintoaineen tiheys tarkoittaa myös suurta kriittistä laskeutumisnopeutta ja näiden putkien suunnittelun vaikeutta, jossa suunnittelija joutuu tasapainoilemaan liian suuren ja pienen virtausnopeuden välillä.
Tämän työn tarkoituksena on tuottaa suunnitteluohje anodiliejuputkille kuparin elektrolyysissä, jota voidaan käyttää missä tahansa projektissa, joka sisältää kuparin elektrolyysin. Suunnitteluohje sisältyy työn viimeiseen osioon, jota ennen on kirjallisuuskatsaukset kuparin valmistukseen sekä fluidien virtaukseen.
Työn tärkein tulos oli lasketut kriittiset laskeutumisnopeudet anodiliejulle, jotka ovat paljon maltillisemmat kuin alun perin ajateltiin. Tämä on seurasta siitä, että anodiliejun kiintoaineen partikkelikoko on hyvin pieni. Tämän johdosta näiden putkien suunnittelu on paljon helpompaa eikä suunnittelijan tarvitse käyttää paljon aikaa virtausnopeuden optimoinnille.
