Tiivistelmä

Tämä väitöskirja pyrkii osoittamaan, että monimutkaisen kemiallisen prosessin toiminnasta voidaan saada tietoa prosessimittauksista laskettujen tunnuslukujen ja niihin vaikuttavien tekijöiden mallintamisen avulla, vaikka reaktioiden tarkkaa kemiaa ei tunneta. Tutkimuskohteena käytetyssä sinkin hydrometallurgisessa valmistuksessa tärkeimpiä osaprosesseja ovat liuotus, haitta-aineiden saostus ja elektrolyyttinen pelkistys. Haitta-aineiden saostaminen tapahtuu reagenssien avulla. Reaktiossa on mukana sekä kiinteä, nestemäinen ja kaasufaasi, joiden välisiä reaktiota ja yhteisvaikutusta ei pystytä tarkasti tutkimaan ja määrittämään. Prosessista on kuitenkin saatavilla huomattava määrä mittaus- ja analyysitietoa, joten eri saostusreaktioihin vaikuttavien tekijöiden vaihtelua voidaan tutkia datapohjaisesti.

Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, kuinka suurelta osin tunnetut reaktiot toteutuvat ja kuinka suuri on se osuus reaktioista, joita ei pystytä selittämään. Lisäksi eri luotettavuusasteisen mittaustiedon yhdistämisellä pyrittiin lisäämään mittaustiedon luotettavuutta ja tuottamaan operaattoreille entistä käyttökelpoisempaa informaatiota prosessin tilasta. Tätä varten kehitettiin helposti käyttökohteen mukaan adaptoitava laskenta-algoritmi, joka tuottaa mittaustietoihin perustuvan estimaatin. Estimaatin toimintaa testattiin suoraliuotusprosessissa, josta oli saatavilla sekä on-line mittauksia että tarkkoja referenssimittauksia.

Tutkimusaineistona käytettiin Kokkolan sinkkitehtaalta saatavaa mittausdataa. Mittausaineisto työhön on suurimmaksi osaksi peräisin toimivasta tehdasprosessista, joten tuotannolliset seikat ovat voimakkaasti rajoittaneet prosessikokeiden tekoa. Työssä onkin turvauduttu pitkällä aikavälillä tapahtuneiden muutosten sekä mahdollisten prosessihäiriöiden ja analysaattorien vikaantumisten aiheuttamien muutosten analysointiin. Tilastollisen analysoinnin avulla selvitettiin, tapahtuuko prosessiparametrien välisissä riippuvuuksissa muutoksia eri mittausaineistojen välillä.

Tutkimustulosten perusteella pystytään pitämään saostusprosessi paremmin optimaalisella toiminta-alueella. Kehitetty "optimaalisen estimaatin" laskenta-algoritmi on asennettu toimimaan tehtaan prosessinohjaustietokantaan.