Chromium mass balance in sodium chlorate process

Kuudenarvoista kromia käytetään natriumkloraatin valmistuksessa prosessin tuotantotehokkuuden ja turvallisuuden parantamiseksi. Kromia kuitenkin poistuu prosessista muutamaa reittiä pitkin. Koska kuuudenarvoisella kromilla on syöpää aiheuttavia, mutageenisiä sekä lisääntymiselle myrkyllisiä ominaisuuksia, olisi tärkeää ymmärtää, miten kromi kulkeutuu prosessin eri osiin, ja kuinka paljon sitä poistuu prosessista. Tämä on tärkeää, jotta osataan hallita kromin käytöstä aiheutuvat riskit, sekä toisaalta myös tehostaa kromin käyttöä prosessissa. Työn tarkoituksena oli tuottaa tietoa kromin käytöstä natriumkloraattiprosessissa. Työssä tutkittiin kromitasetta prosessin keskeisimmissä yksikköoperaatioissa. Myös kromin saostumista katodien pinnalle arvioitiin määrällisesti. Eri prosessinäytteistä tutkittiin lisäksi kromin hapetusasteita. Edellä mainittuja tutkimuskohteita varten määritettiin prosessinäytteiden kromipitoisuus. Eri prosessioperaatioille suoritettiin lisäksi taselaskelmat. Työn tuloksena esitettiin kromitase sekä yksikköoperaatioille että koko prosessille. Erinäisten epätarkkuustekijöiden vuoksi tasetta ei kuitenkaan pystytty määrittämään halutulla tarkkuudella, ja siksi työssä esitettyä tasetta voidaan pitää vain suuntaa antavana laskelmana. Katodien pinnalle saostunutta kromin määrää pidettiin kuitenkin oikean suuruusluokan tuloksena. Prosessinäytteiden hapetusasteita ei voitu arvioida, sillä saadut kokonaiskromitulokset eivät olleet täysin luotettavia. Huolimatta tulosten epätarkkuudesta, työ tuotti tärkeää tietoa prosessin toiminnasta kromin suhteen. Työtä voidaan hyödyntää jatkossa monin tavoin prosessin kromitaseen seurannassa.

Hexavalent chromium is used in the manufacture of sodium chlorate in order to increase the efficiency and the safety of the process. Chromium is discharged from the process through couple of routes. Because of the carcinogenic, mutagenic and reproductive toxic effects of hexavalent chromium, it should be understood how chromium is transferred in the process, and how much of chromium is discharged from the process. This is important in order to take the proper risk management measures, and also to further intensify the use of chromium in the process. The objective of the thesis was to increase the knowledge regarding the use of chromium in the sodium chlorate process. The work included examination of the chromium balance for the most essential unit operations of the process. Moreover, precipitation of chromium on the surface of the cathodes was estimated. Additionally, the oxidation degree of the chromium species was researched in different process conditions. All of the aspects were studied by determining the chromium content for different process samples. Balance calculations were executed for the unit operations of the process. As a result for the study, a chromium mass balance was presented for the unit operations and the entire process. Due to the many uncertainties related to the results, the desired accuracy in the conducted balance calculations was not achieved, and thus the obtained balance can be considered only as a preliminary result on chromium balance. However, the amount of chromium that had been reduced on the cathodes was considered to be correct order of magnitude. The obtained total chromium results were not fully reliable, and therefore analysis regarding the oxidation degree of chromium in the varying process conditions could not be done. Regardless of the limitations in the reliability of the results, important knowledge was produced regarding the functioning of the process in terms of chromium. The study can be utilized in many ways in the follow-up of the balance in the future.