پایان نامه ارشد رایگان درمورد تقاضای انرژی

دانلود پایان نامه ارشد

کاهندههای ارگانیک
در بسیاری از مطالعات بر روی لیچینگ کاهشی کانیهای منگنز چهار ظرفیتی که از کاهندههای ارگانیک استفاده شده، تمرکز شدهاست. این کاهندهها شامل گلوکز، ساکاروز، لاکتوز، خاک اره، گلیسیرین، اسید اکسالیک، اسید سیتریک، تارتاریک اسید و فرمیک اسید است.
کاهندههای کربوهیدراتی به دلیل هزینه کم و بی خطر بودن، مورد توجه هستند. معادله استوکیومتری آنها به صورت زیر پیشنهاد میشود:
C2H12O6 + 12MnO2 + 24H+ = 6CO2 + 12Mn2+ + 18H2O
محصولات واکنش گلوکز توسط HPLC قابل تشخیص است. در اسیدسولفوریک به عنوان واسطه، گلوکز به فرم مونوکربوکسیلیک پلیهیدروکسی اسید و فرمیک اسید اکسید میشود[14].
در بین این کاهندهها اسید اکسالیک و خاک اره به دلیل در دسترس بودن و هزینهی کم، مورد توجه کارهای صنعتی هستند. ممکن است لیچینگ شیمیایی کانههای منگنز با استفاده از اسید اکسالیک دیدی نسبت به بیولیچینگ بدهد[17]. مکانیسم بیولیچینگ عمدتا به طور غیر مستقیم در محصولات لیچینگ کانههای منگنز با اسید اکسالیک یا اسید سیتریک یافت میشود. طبق واکنش زیر، اسید اکسالیک پتانسیل بیشتری برای کاهش منگنز دی اکسید نسبت به اسید سیتریک دارد:
MnO2 + 2H+ +C2O4H2 = Mn2+ + 2H2O + 2CO2
یونهای منگنز یک لایه بر سطح کانه تشکیل میدهند، و واکنش ارائه شده، با انتشار واکنشدهندهها بر روی لایهی نفوذپذیر محصول کنترل میشود.[14]. در تحقیقی که بر روی سنگ معدن منگنز Joda در هند، آزمایشات لیچینگ با اسید اکسالیک به عنوان کاهنده، بر اساس روش فاکتوریل 24 طراحی شده است. در این تحقیق پارامترهای متغیر مقدار اسیداکسالیک، مقدار اسید سولفوریک، زمان و دما در نظر گرفته شده است. این آزمایشها نشان دادهاند که بعد از 3 ساعت، زمان تاثیری بر استخراج منگنز ندارد. اکثر واکنشها در 30 دقیقهی اول کامل میشوند. نتایج آزمایشها مشخص کرده است به ترتیب مقدار اسید اکسالیک، دما و مقدار اسید سولفوریک بیشترین اثر را بر بازیابی منگنز و به ترتیب دما، مقدار اسیدسولفوریک، مقدار اسید اکسالیک و زمان بیشترین اثر را بر بازیابی آهن در این نمونه کانسنگ دارند. با 6/30 گرم بر لیتر اسید اکسالیک، 54/0 مولار اسید سولفوریک در دمای 85 درجه سانتیگراد و زمان 105 دقیقه، 4/98 درصد منگنز از کانسنگ منگنز معدن Joda بازیابی میشود[17]. در مطالعهی دیگری که بر روی نمونهی کانسنگ منگنز سبزوار در ایران، صورت گرفته از روش سطح-پاسخ با نرمافزار DX7 استفاده شده است. مانند تحقیق قبل، در این تحقیق پارامترهای متغیر مقدار اسیداکسالیک، مقدار اسیدسولفوریک، زمان و دما در نظر گرفته شده است. بر اساس این آزمایشها و مطابق نمودارهای شکل 2-5، مقدار اسیدسولفوریک بیشترین اثر را بر روی بازیابی منگنز دارد.

شکل2- 5- اندرکنش متغیرها بر بازیابی منگنز[20]
در این مطالعه، علاوه بر تعیین اثرگذاری پارامترهای مهم بر بازیابی منگنز، بهینهسازی پارامترها و یافتن بهترین حالت بر اساس بیشترین بازیابی منگنز، کمترین بازیابی آهن و مواد مصرفی در محدودهی مشخص شده، انجام گرفته است. طبق نتایج به دست آمده، حالت اپتیمم با مقدار 7درصد اسید سولفوریک،92/42 گرم بر لیتر اسید اکسالیک در 63درجه سانتیگراد و زمان 65 دقیقه، با بازیابی منگنز 4/93 درصد، بازیابی آهن 81/15 درصد در نظر گرفته شده است[20].
یک بررسی مقایسهای بین دو کاهندهی ارگانیک، اسید اکسالیک و اسید سیتریک بر روی نمونه کانسنگ منگنز در هند انجام گرفته است. این آزمایشها با پالپ 2درصد، به مدت 6 روز به طول انجامید که در هر 3 روز، توسط تیتراسیون با اتیلن دیامین تترا استیک اسید11 01/0 مولار درصد بازیابی منگنز مشخص شده است. غلظت دو کاهنده از 1 مولار تا 2 مولار متغیر بوده است. بر اساس نتایج به دست آمده از این تحقیق، در غلظت 2 مولار از اسید اکسالیک، بازیابی منگنز بعد از 6 روز ، به 66 درصد رسیده که با کاهش غلظت اسید اکسالیک تا 1 مولار بازیابی منگنز به 15درصد کاهش مییابد. همچنین، در غلظت 2 مولار از اسید سیتریک، بازیابی منگنز بعد از 6 روز، به 40 درصد رسیده که در این مورد نیز با کاهش غلظت اسید سیتریک تا 1 مولار بازیابی منگنز به 7 درصد کاهش مییابد.

شکل2- 6- تاثیر غلظتهای مختلف اسید سیتریک[21] شکل2- 7- تاثیر غلظتهای مختلف اسید اکسالیک[21]
اسید اکسالیک با فراهم کردن یون H+ و از طریق تشکیل کمپلکس اکسالات با منگنز، منگنز را به راحتی از کانه لیچ میدهد. اما اسید سیتریک قادر به تشکیل کمپلکس با منگنز نیست. با توجه به نتایج و نمودارهای شکل 2-6 و شکل 2-7 به همین دلیل اسید اکسالیک پتانسیل و ظرفیت بیشتری نسبت به اسیدسیتریک، برای لیچنگ کاهشی کانسنگهای منگنز را دارا میباشد[21].
تحقیقی دربارهی لیچینگ کانسنگ منگنز- نقره در چین انجام شده است؛ که برای جداسازی نقره از این کانسنگ، لیچینگ کاهشی صوررت گرفته است. ابتدا توسط روشهای فیزیکی(روش مغناطیسی و فلوتاسیون) جداسازی اولیه انجام شده، سپس کنسانترههای این دو مرحله با هم مخلوط شده و برای لیچینگ با اسید سولفوریک و مادهی سلولزی به عنوان کاهنده استفاده میشود. این مادهی سلولزی، CMK نام دارد که در محلول لیچینگ با اسید سولفوریک، پلی ساکارید تشکیل میدهد[22]:
n(C6H10O5) + n H2SO4 = n(C6H11O5)HSO4
n(C6H11O5)HSO4 + nH2O = n(C6H12O6) + nH2SO4
پلی ساکارید که از واکنش بالا تشکیل شده، میتواند با منگنز دیاکسید واکنش داده و منگنز دیاکسید به Mn2+ اکسایش مییابد:
MnO2 + n(C6H10O6) + H2SO4 = MnSO4 + CO2 + H2O
طی این آزمایشها اندازه ذرات مادهی CMK بررسی شده که با کاهش ابعاد این ذارت تا 1/0 میلیمتر نرخ لیچینگ منگنز به بیشتر از 90 درصد میرسد. همچنین برای تعیین میزان اثرگذاری CMK در لیچینگ، مقایسه ای با اسیداکسالیک صورت گرفته است.

شکل2- 8- تاثیر مقدار کاهنده بر نرخ لیچینگ منگنز[22]
بر اساس نتایج و نمودار شکل 2-8، با افزایش مقدار CMK تا حدود 2/1 بیشتر نسبت به حالت تئوری، نرخ لیچینگ منگنز تا 94 درصد افزایش مییابد[22].
برای بازیافت باتریهای مصرف شدهی کربن- روی و همچنین باتریهای قلیایی تنها از روش تجمع و دفن در محل زبالهها استفاده میشود. اما این روش با محدودیت محل ذخیره و پیامدهای خطرناک همراه است. از روشهای تشویه برای بازیافت و استخراج روی و منگنز از این نوع باتریها میتوان استفاده کرد. با این حال، انتشار گازهای ناشی از سوزاندن در حرارت بالا (600 درجه سانتیگراد) و تقاضای انرژی بالا از اشکالات بزرگ روش تشویه است. از سوی دیگر، فرآیندهای هیدرومتالورژی مزایای اصلی دارند که شامل عملکرد نسبتا ساده، تقاضای کم انرژی و انتشار نشدن گاز در هوا هستند. در یک تحقیق در کشور ترکیه، که بر روی این نوع باتریها انجام شده است، در دو محیط اسیدی، اسیدسولفوریک و اسید هیدروکلریک با اسید اکسالیک به عنوان کاهنده در لیچینگ باتریهای قلیایی و باتریهای کربن- روی استفاده شده است. آزمایشهای این تحقیق به روش فاکتوریل کامل 24 طراحی و انجام گرفته است. پارامترهای متغیر در این آزمایشها، درصد جامد پالپ، دما، مقدار اسید سولفوریک یا مقدار اسید هیدروکلریک، غلظت اسید اکسالیک بوده است[23].
با استفاده از اسیداکسالیک، MnO2 طبق واکنشهای زیر در دو محیط اسیدی لیچینگ میشود:
MnO2 + 2HCl + C2H2O4 = MnCl2 + 2H2O + 2CO2
MnO2 + H2SO4 + C2H2O4 = MnSO4 + 2H2O + 2CO2
در این آزمایشها علاوه بر منگنز مقدار بازیابی روی نیز مدنظر بوده است. بازیابی منگنز و روی، با افزایش مقدار اضافی از اسید اکسالیک در محلولهای سولفوریک اسید و هیدروکلریک اسید کاهش مییابد. به طوریکه بازیابی منگنز به 70-80 درصد و بازیابی روی به 20-30 درصد میرسد، که این نتیجه به دلیل رسوب رویاکسالات و منگنزاکسالات در محلول لیچینگ است. اما این تفاوت به متفاوت بودن میزان حلالیت این دو اکسالات در محلول مربوط میشود. بنابراین، میزان انحلال منگنز اکسالات نسبت به رویاکسالات بیشتر است. نتایج حاصل نشان داده است که گرچه نوع اسید مورد استفاده در لیچینگ بر روی بازیابی منگنز تاثیر چندانی ندارد، نوع کاهنده به شدت بر لیچینگ منگنز اثرگذار است[23].
مقایسهی اسیداکسالیک، اسیدسیتریک و اسیدآسکوربیک در یک تحقیق بر روی باتریهای کربن-روی و باتریهای قلیایی انجام شده است. در این تحقیق برای انجام آزمایشها از روش فاکتوریل کامل 24 و همچنین از اسیدسولفوریک و اسیدهیدروکلریک و کاهندههای ارگانیک (اسید سیتریک، اسید آسکوربیک و اسید اکسالیک) استفاده شده است. پارامترهای مورد بررسی، درصد جامد پالپ، مقدار اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک، مقدار کاهندهها (اسید اکسالیک، اسید سیتریک و اسید آسکوربیک) و دما بودهاند. اسید اکسالیک بر خلاف اسید سیتریک و اسید آسکوربیک؛ به دلیل تشکیل کمپلکس با روی (رویاکسالات) و رسوب این کمپلکس، بازیابی روی را کاهش میدهد اما منگنز بازیابی بالایی دارد. از سوی دیگر، با استفاده از اسید سیتریک و اسید آسکوربیک به عنوان کاهنده، میتوان به بازیابی 98 تا 100 درصد برای منگنز دست یافت. زمان انجام همهی آزمایشها 3 ساعت بوده است. بازیابی منگنز با افزایش دما از 30 درجه سانتیگراد تا 90 درجه سانتیگراد، افزایش یافته است. استفاده از اسید سیتریک و اسید آسکوربیک به عنوان کاهنده در هر دو محیط اسیدی (اسیدسولفوریک و اسید هیدروکلریک) برای استخراج همزمان منگنز و روی از باتریهای قلیایی موثر بوده است. بر اساس نتایج بدست آمده، اگرچه اسیدسولفوریک بر بازیابی روی نسبتا تاثیر داشته اما اسید هیدروکلریک در بازیابی منگنز قویتر (12درصد بیشتر از اسیدسولفوریک) عمل کردهاست[24].
در مطالعهای که بر روی نمونهی کانسنگ منگنز در کشور چین صورت گرفته، لیچینگ این نمونه با استفاده از اسید سولفوریک و ملاس نیشکر12 به عنوان کاهنده انجام شده است. در این پژوهش مقدار اسید سولفوریک، مقدار ملاس نیشکر، دما و زمان در محدودههای متفاوت آزمایش شدهاند. این نوع کاهنده به دلیل ارازن قیمت بودن و موثر بودن در کاهش منگنز مورد استفاده قرار گرفته است. واکنشهایی که ساکاروز و یا گلوکز با MnO2 میدهند، به صورت زیر است[25]:
24MnO2 + C12H22O11 + 24H2SO4 = 24MnSO4 + 12CO2 + 32H2O
12MnO2 + C6H12O6 + 12H2SO4 = 12MnSO4 + 6CO2 + 18H2O
مقدار کاهنده از 10 گرم بر لیتر تا 70 گرم بر لیتر متغیر بوده، و همانطورکه در شکل 2-9 مشاهده میشود، بازیابی منگنز با افزایش مقدار کاهنده افزایش یافته ولی این افزایش در مقدار کاهنده باعث کاهش انحلال آهن در محلول لیچ شده است.

شکل2- 9-اثر غلظت ملاس نیشکر بر بازیابی منگنز[25]
در دمای مشخص و غلظت اسید سولفوریک اولیه، با افزایش غلظت ملاس نیشکر و افزایش بازیابی منگنز و همچنین افزایش غلظت یون H+ ، انحلال آهن کاهش مییابد. بر اساس نتایج آزمایشها، افزایش غلظت اسید سولفوریک و دما تاثیر مثبت بر بازیابی منگنز گذاشته، و در دمای 90 درجه سانتیگراد و با غلظت اسید سولفوریک به مقدار 9/1 گرم بر لیتر ، تقریبا همهی منگنز موجود بازیابی شده است[25].
سنگ معدنهای منگنز دیاکسید از گابن و چین توسط ضایعات چای13 و اسیدسولفوریک رقیق لیچ شدهاند. ضایعات چای یک منبع غنی در چین به شمار میآید و میتواند به عنوان کاهندهی بیخطر و زیستی از آن استفاد کرد. ترکیبات ضایعات چای شامل، پلی ساکارید، پلیفنلهای چای، سلولز و اسیدهای آلی هستند که در محلولهای اسیدی هیدرولیز شده و به صورت گلوکز منتشر میشوند. از این رو استفاده از این منبع به عنوان کاهنده، ارزان ، در دسترس و بی خطر میباشد. در این تحقیق، غلظت اسید سولفوریک، مقدار ضایعات چای، نسبت L/S و دما و زمان لیچینگ این دو سنگ معدن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان دادهاند که با افزایش غلظت اسیدسولفوریک از 1 مولار به 2 مولار، بازیابی منگنز به شدت افزایش یافته است. این میتواند به دلیل، پیشرفت سریع درجهی هیدرولیز پلیساکارید و سلولز با افزایش غلظت اسیدسولفوریک باشد (شکل2-10). بر همین اساس، با افزایش نسبت ضایعات چای به مقدارکانسنگ در هر دو نمونه

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه ارشد رایگان درمورد اکسیداسیون، مواد معدنی، آلودگی هوا Next Entries پایان نامه ارشد رایگان درمورد مواد معدنی، زمان واکنش، دینامیکی