پایان نامه ارشد رایگان درمورد مواد معدنی، زمان واکنش، دینامیکی

دانلود پایان نامه ارشد

سنگ معدن، بازیابی منگنز به شدت افزایش یافتهاست. اما با افزایش بیشتر این نسبت به مقدار 10:4 ، بازیابی سنگ معدن گابن به 97 درصد و برای سنگ معدن چین، بیشتر از 90 درصد منگنز کانسنگ با نسبت 10:1 بازیابی شده است (شکل2-11). مقدار ضایعات چای به مقدار منگنز موجود در کانسنگ بستگی دارد، و با کاهش منگنز کاهش مییابد[26].

شکل2-10- اثر غلظت اسیدسولفوریک بر بازیابی منگنز[26] شکل2-11- اثر نسبت وزنی کانسنگ به کاهنده بر بازیابی منگنز[26]
مطابق شکل، با افزایش نسبت L/S، بازیابی منگنز در هر دو نمونه کانسنگ به سرعت افزایش یافته است. با نسبت L/S بیشتر از 5/7، نرخ استخراج تقریبا 100درصد بوده که نشان میدهد واکنش لیچینگ به تعادل نزدیک شده است. با افزایش زمان و دمای هر دو نمونه، بازیابی پیشرفت داشته است. در مدت زمان 8 ساعت و دمای 368 درجه کلوین، بازیابی نمونهی کانسنگ گابن 4/97درصد و بازیابی نمونه ی کانسنگ چین 8/99درصد بوده است (شکل2-12) [26].

شکل2-12- بازیابی منگنز بر حسب زمان در دماهای مختلف (a )کانسنگ منگنز چین، (b) کانسنگ منگنز گابن[26]

2-7-4 لیچینگ الکترو-کاهشی
در این روش منگنز مواد معدنی در محلولی حل میشوند که پتاسیل آنها به طور بالقوه کنترل میشود. بر این اساس، به دلیل نیمه هادی بودن منگنز دیاکسید، از آن به عنوان الکترود استفاده میشود. در مطالعات بر روی این روش مشخص شده کهMnO در اسید و تحت شرایط کاهش به آسانی محلول میشود. مطالعات چرخههای ولتامتری در الکترودهای کربن و ترکیبات معدنی نشان داده است که بیشترین حالت کاهش منگنز در صفر میلیولت نسبت به الکترود جیوه (به عنوان الکترود مرجع) رخ دادهاست. غلظت اسید، زمان واکنش و پتانسیل کاربردی بر سرعت واکنش و میزان استخراج منگنز از کانسنگ تاثیرگذار است. سرعت احیاء با افزایش اسیدته، افزایش یافته است. واکنشها به صورت زیر است[14].:
MnO2 + 4H+ + 2e- = Mn2+ + H2O
MnO2 + H+ + e- = MnOOH
MnOOH+ 3H+ + e- = Mn2+ + H2O
با انباشته شدنMnOOH به اندازهی کافی بر سطح MnO2 ، کاهش بیشتر به Mn(OH)2 رخ میدهد:
MnOOH + H+ + e- = Mn(OH)2
روند اصلی کاهش در آزادسازی H+ به دست آمده است. در دمای 20 درجه سانتیگراد، بازیابی بسیار ضعیفی از فلزات ثبت شدهاست. تحت شرایط بهینه، در دمای 70 درجهی سانتیگراد، با انحلال 50 گرم بر لیتر اسیدسولفوریک و پتانسیل صفر میلیولت، منگنز به طور کامل و 56 درصد آهن در 45 دقیقه بازیابی شدهاست[14].

2-7-5 لیچینگ همزمان منگنز (IV) و کانیهای سولفیدی
مقالههای بسیاری دربارهی لیچینگ همزمان منگنز اکسید و کانیهای سولفیدی در محلولهای اسیدی(اسید سولفوریک یا هیدروکلریک اسید) انجام شدهاست. کانیهای سولفیدی در این فرآیند به عنوان کاهنده و منگنز دیاکسید به عنوان اکسنده عمل میکند. این کانیها شامل گالن، پیریت، اسفالریت، روی مات، نیکل مات هستند. پارامترهای کلیدی در این فرآیندها، نسبت MnOx:MeS ، غلظت اسید، دما و زمان لیچینگ هستند. از این سولفیدها، پیریت به دلیل
حذف شدن، آهن موجود به آسانی به عنوان آهن اکسید یا آهن هیدرواکسید در حضور اکسیژن، و
جایگزین آهن (II) به عنوان کاهنده در فرآیند لیچینگ در غیاب اکسیژن؛ موثرتر خواهد بود[14].
2-7-6 لیچینگ با هیدروژن پراکسید
فرآیند لیچینگ یک مرحلهای و همزمان نقره و منگنز در یک تحقیق انجام شد. در این فرآیند از هیدروژن پراکسید به عنوان کاهنده و اسیدسولفوریک استفاده شد. طبق واکنشهای زیر هیدروژن پراکسید دو نقش ایفا میکند: مادهی اکسید کنندهی نقره و کاهنده برای منگنز دیاکسید[14].
MnO2 + H2O2 + 2H+ = Mn2+ + 2H2O + O2
2Ag + H2O2 + 2H+ = 2Ag + + 2H2O
بر اساس نتایج، در دمای 25 درجهی سانتیگراد و مدت زمان 2 ساعت بازیابی منگنز 98 درصد و بازیابی نقره 58 درصد شده است[14].
برای استخراج منگنز از کانهی پیرولوزیت، در یک پروژه لیچینگ از اسید سولفوریک و هیدروژن پراکسید به عنوان کاهنده استفاده شده است. مشخص شده است که منگنز در محلولهای اسیدی به صورت Mn2+ خارج میشود. به منظور لیچینگ منگنز، H2O2 انتخاب شده است؛ چون از لحاظ ترمودینامیکی قادر است به عنوان کاهنده برای MnO2 عمل کند. شیمی H2O2 در محلولهای اسیدی به صورت واکنشهای زیر خلاصه میشود[27]:
H2O2 + 2H+ + 2e- = 2H2O
O2 + 2H+ + 2e- = H2O2
HO2- + H2O + 2e- = 3OH-
2 H2O2 = 2H2O + O2
HO2- طبق واکنش زیر ، حاصل هیدرولیز H2O2 است:
H2O2 = HO2- + H+
واکنش لیچینگ کاهشی MnO2 با هیدروژن پراکسید در محلول اسیدی، طبق واکنش زیر است:
MnO2 + H2O2 +2H+ = Mn2+ + 2H2O + O2
Mn2+ + H2SO4 = MnSO4 + 2H+
در این تحقیق دور همزن، ابعاد ذرات کانسنگ، مقدار اسیدسولفوریک، مقدار هیدروژن پراکسید، دمای لیچینگ، مدت زمان لیچینگ و نسبت L/S مورد بررسی قرار گرفته است. با افزایش دور همزن لیچینگ منگنز و آهن افزایش یافته، با رسیدن دور همزن به بیشتر از 350 دور بر دقیقه، بر لیچینگ بی اثر میشود. برای بررسی اثر ابعاد ذرات بر لیچینگ، در فراکسیونهای 20-10 میکرون ، 44-37 میکرون، 53-44 میکرون ، 62-53 میکرون و 74-62 میکرون آزمایش لیچینگ انجام شده است. با کاهش ابعاد، لیچینگ منگنز افزایش داشته است، اما ابعاد ریزتر از 44-37 میکرون تاثیری بر لیچینگ ندارد و خردایش بیشتر کانه ضروری نبوده است. با توجه به شکل 2-12، افزایش غلظت اسیدسولفوریک در روند انحلال منگنز تاثیر مثبت داشته و با عث افزایش لیچ منگنز شده است. همچنین بر اساس نتایج و شکل 2-14، در نبود H2O2 بازیابی منگنز و آهن به ترتیب 25 درصد و 65 درصد بوده، با افزایش مقدار H2O2 تا 8/0 مولار بازیابی منگنز به سرعت افزایش یافته و به 92 درصد رسیده است. اما با افزایش بیشتر مقدار H2O2 بازیابی منگنز کاهش و بازیابی آهن افزایش یافته است[27].

شکل2-13- اثر غلظت اسیدسولفوریک بر بازیابی منگنز[27] شکل2-14- اثر غلظت هیدروژن پراکسید بر بازیابی منگنز[27]
در حضور H2O2 ،Mn4+ که غیرقابل حل شدن است بهMn2+ محلول تبدیل میشود. همچنین با افزایش غلظت اسید سولفوریک، H+ در محلول افزایش یافته و کاهش منگنز به Mn2+ بیشتر میشود. لیچینگ منگنز و آهن، با افزیش نسبت مایع به جامد از 1:1 به 5:1 به سرعت افزایش یافته است، و با نسبت مایع به جامد بیشتر از 5:1 لیچینگ منگنز به آرامی افزایش مییابد؛ و افزایش دمای لیچینگ از 40 درجهی سانتیگراد به 70 درجهی سانتیگراد بازیابی منگنز را افزایش داده است[27].
بازیابی منگنز از گرد و غبار قوس کورههای الکتریکی14 از یک واحد تولیدی فرومنگنز با استفاده از اسید سولفوریک در لیچینگ کاهشی بررسی شده است. در این آزمایشها از سه مادهی اسید اکسالیک، گلوکز و هیدروژن پراکسید به عنوان کاهنده استفاده شده است. آزمایشهای لیچینگ برای بررسی در غلظتهای متفاوت از اسیدسولفوریک، زمانهای متفاوت، مقادیر متفاوت از مواد کاهنده انجام شدهاست. طبق این آزمایشها و نمودار شکل 2-15، بازیابی منگنز در حضور اسید اکسالیک نسبت به دو کاهندهی دیگر، بیشتر بوده است. همانطور که در شکل 2-16 نشان داده شده است، با افزایش غلظت اسیدسولفوریک از 5/0 مولار به 2 مولار، بازیابی منگنز از 8/28درصد به 3/37 درصد رسیده است. اما واضح است که در غیاب کاهنده لیچینگ منگنز کامل نیست. به منظور رسیدن به بازیابی بالایی از منگنز مواد کاهنده به محلول اضافه شدهاند[28].

شکل2-15- اثر غلظت کاهندههای متفاوت بر بازیابی منگنز[28] شکل2-16- اثر غلظت اسیدسولفوریک بر بازیابی منگنز[28]
با افزایش دما از 25 درجهی سانتیگراد به 90 درجهی سانتیگراد بازیابی منگنز از 3/67 درصد به 1/98 درصد رسیده است. همچنین براساس نتایج، در آزمایش با هیدروژن پراکسید مشخص شده است که در دمای 25 درجهی سانتیگراد، بازیابی منگنز 5/82 درصد رسیده است، برخلاف اسیداکسالیک، دماهای بالاتر اثری بر بازیابی منگنز ندارند. در واکنشهای گرمازا، هیدروژن پراکسید به آب و هیدروژن تجزیه میشود؛ در لیچینگ در دماهای بالا (بیشتر از 55 درجهی سانتیگراد) و در حضور هیدروژن پراکسید، بازیابی منگنز کاهش مییابد[28].
2-7-7 لیچینگ در محلول اسید هیدروکلریک
در این فرآیند، خوراک کانهی منگنز با محلول 5%-20% اسید هیدروکلریک لیچ میشود. که در نتیجه Cl2 و MnCl2 تشکیل میشود. روند این فرآیند به استفاده از یونهای کلراید به عنوان کاهنده در محلول اسیدی غلظت بالا، و محصول Cl2 به عنوان اکسید کننده برای رسوب منگنز کاهش یافته به MnO2 در محلولهای قلیایی است. در کل به نظر میرسد که استفاده از این فرآیند، پرهزینه باشد و به محصول با بیشترین کیفیت نتوان دست یافت[14].
لیچینگ کانهی کم عیار منگنز از منطقهی Sinai، با استفاده از اسید هیدروکلریک و در غیاب و حضور هیدروژن پراکسید مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق پارامترهای مورد بررسی مقدار اسید هیدروکلریک، مقدار هیدروژن پراکسید، دمای لیچینگ، مدت زمان لیچینگ و درصد جامد پالپ هستند. مطابق شکل 2-17 واضح است که با افزایش غلظت اسید هیدروکلریک بازدهی انحلال همهی فلزات افزایش یافته است. به منظور ارزیابی اثر هیدروژن پراکسید، مقدار 2 مولار اسید هیدروکلریک ثابت در نظر گرفته میشود. مطابق شکل 2-18، 67درصد منگنز در غیاب هیدروژن پراکسید بازیابی میشود. بر اساس نتایج، کاهش منگنز (IV) به منگنز دو ظرفیتی باید قبل از انحلال صورت پذیرد، در صورتی که، منگنز (II) به راحتی قابل لیچینگ است[29].

شکل2-17- اثر غلظت اسید هیدروکلریک بر بازیابی منگنز [29] شکل2-18- اثر غلظت هیدروژن پراکسید بر بازیابی منگنز [29]
در تعیین اثر زمان بر لیچینگ این کانسنگ، مشخص شده است که لیچینگ منگنز، مس و روی در 30 دقیقهی اول کامل شده است. بر همین اساس، زمان بهینه برای این آزمایشها، 1 ساعت در نظر گرفته شده است. در دمای 95 درجهی سانتیگراد بازیابی منگنز به 84 درصد رسیده است. همچنین افزایش درصد جامد پالپ باعث کاهش کارایی لیچینگ شده است[29].
2-7-8 لیچینگ با نیتروژن دیاکسید و محلول نیتریک اسید
فرآیند نیتروژن-نیتریک برای بازیابی منگنز از سنگ معدن توسعه داده شده است. این فرآیند شامل لیچینگ کانه با NO2، تجزیه و درنتیجه تشکیل Mn(NO3)2 در محلول است. نیتراسیون سنگ معدن منگنز Cuyuna Merrit (با ابعاد زیر 65 مش)، در 5 ساعت بازیابی منگنز را به 95درصد در محلول آهن و فسفات میرساند. با کنترل کردن جریان NO2 و حذف فشار هوا، تشکیلHNO3 حتی با مقدار کم 3/0 گرم از منگنز میتواند ادامه داشته باشد. با توجه به فلوشیت شکل 2-19، تبخیر محلول باردار، میتواند موجب رسوب آهن و فسفر شود. ثابت شده، حرات دادن تجزیهی الکترولیتی محلول حاصل از فیلتر، توسط جریان متناوب، بهترین روش برای تجزیهی نمک و به دست آوردن MnO2 با خلوص بالا است. همچنین از HNO3 برای بازیابی فلزات با ارزش در ضایعات هیدرومتالورژی استفاده شده است[14].

شکل2-19- بلوک دیاگرام برای تولید هیدرومتالورژیکی از محصولات منگنز فعال و غیر فعال[29]
لیچینگ کانسنگ کم عیار منگنز در منطقهیUm-Bogma در مصر، با استفاده از اسید نیتریک و در حضور ملاس15 به عنوان کاهنده بررسی شده است. در این روش مقدار آهن حل شده در محلول کم بوده است. پارامترهای مورد بررسی در این آزمایشها، مقدار اسید نیتریک، مقدار ملاس، دمای لیچینگ، مدت زمان لیچینگ و درصد جامد پالپ هستند. با توجه به شکل 2-20، با افزایش غلظت اسید نیتریک از 4/0 مولار به 3/3 مولار، بازیابی منگنز از 2/29 درصد به 9/99 درصد رسیده است. به منظور ارزیابی اثر غلظت ملاس بر بازیابی منگنز، طی آزمایشهایی که نتایج آن مطابق نمودار شکل 2-21 است؛ مشخص شد که با افزایش غلظت کاهنده بازیابی منگنز افزایش مییابد. همچنین اثر تغییرات دما بر بازیابی منگنز مشخص شد. مطابق شکل 2-21، بازیابی منگنز با افزایش دما افزایش یافته است[30].

شکل2- 20- تاثیر غلظت اسیدنیتریک بر بازیابی عناصر موجود در کانسنگ[30] شکل2- 21- تاثیر غلظت ملاس بر بازیابی عناصر موجود در کانسنگ[30]

شکل2- 21- تاثیر دما بر بازیابی

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه ارشد رایگان درمورد تقاضای انرژی Next Entries پایان نامه ارشد رایگان درمورد اکسیداسیون، مواد معدنی، محیط زیست