پایان نامه رایگان با موضوع اروپای غربی

دانلود پایان نامه ارشد

دانشگاهی دانشگاه تربیت مدرس توسط نادری و عبدالهی اجرا شد. شکل ۱ فلوشیت فرایند طراحی شده جهت استخراج گالیم را نشان میدهد. در این فرایند از روش استخراج با حلال به وسیلهی استخراج کنندهی Kelex-100، استفاده شد. ترکیب آلی استفاده شده شامل ۱۰٪ حجمی Kelex-100، ۱۰٪ حجمی اتانول و مابقی کروزین میباشد. فرایند به مدت یک ساعت و در دمای محیط اجرا میشود. این فرایند منجر به استخراج ۹۳٪ گالیم به همراه ۳۴٪ آلومینیوم شده است.
در سال ۱۳۸۵، به منظور بر طرف کردن برخی مشکلات فرایند فوق، از قبیل اتلاف بالای آلومینیوم، آلوده شدن استخراج کننده توسط آلومینیوم و تشکیل فاز سوم در مرحلهی شستشوی اسیدی گالیم از فاز آلی، مطالعات تکمیلی در این زمینه انجام شد. در نتیجه مشخص شد استفاده از ایزودکانول به عنوان تعدیل کننده به جای اتانول باعث افزایش قابلیت استخراج انتخابی توسط Kelex-100 میشود. ترکیب آلی استفاده شده شامل ۱۲٪ حجمی Kelex-100، ۵٪ حجمی ایزودکانول و مابقی کروزین میباشد. در این شرایط بازیابی گالیم و آلومینیوم ۹۲٪ و ۶٪ میباشد.
با توجه به قابلیتها و تواناییهای سیستم میکرواموسیون در زمینهی کاهش زمان فرایند استخراج فلزهای گوناگون از جمله گالیم در دمای محیط و توانایی آن در استخراج عناصر از محلولهای رقیق، نیاز به مطالعات جامع در مورد این سیستمها وجود دارد.

شکل ۱: فلوشیت طراحی شده جهت استحصال گالیم از محلول آلومینات سدیم به روش استخراج با حلال ]۲[

هدف از انجام این مطالعات بررسی تاثیر شرایط میکروامولسیون بر روی استخراج گالیم و آلومینیوم از محلول آلومینات سدیم واقعی است. برای این منظور، ابتدا شرایط لازم برای تشکیل محیط میکروامولسیون مناسب بدست آمد و سپس به بررسی تاثیر پارامترهایی از قبیل زمان، نوع فاز آبی، نوع کمک سطح ساز و نوع سیستم میکروامولسیون تشکیل شده پرداخته شد.

۲- نوآوری تحقیق
۱) استفاده از سیستم میکروامولسیون برای استخراج گالیم از محلول واقعی آلومینات سدیم
۲) ترسیم نمودارهای دیاگرام سه فازی با استفاده از کمک سطح سازهای مختلف
۳) بررسی تاثیر انواع کمک سطح سازها بر استخراج گالیم از محلول واقعی
۴) بررسی عوامل موثر بر جدایش آلومینیوم و گالیم

فصل اول
گالیم

۱-۱- مقدمه
گالیم1 به وسیلهی شیمیدان فرانسوی پائول امیل لکو2 در سال ۱۸۷۵ میلادی و به وسیلهی روش اسپکتروسکوپی کشف شد]۱[.
گالیم عنصری از گروه ۱۳ جدول تناوبی با علامت شیمیایی Ga است. عناصر همسایهی آن در جدول تناوبی عبارتند از: روی و کادمیوم از گروه ۱۲، آلومینیوم و ایندیم از گروه ۱۳ و سیلیسیم، ژرمانیم و قلع از گروه ۱۴]۱[.

۱-۲- خواص فیزیکی و شیمیایی
گالیم فلزی به رنگ سفید نقرهای، دارای عدد اتمی ۳۱ و وزن اتمی ۷۲۳/۶۹، شعاع اتمی ۱/۱۲۲ و سختی ۵/۱ در مقیاس موس است. وزن مخصوص آن در حالت جامد برابر gr/cm3 ۹۰۴/۵ در دمای °C ۶/۲۴ و در حالت مایع برابر gr/cm3 ۹۰۵/۶ در دمای °C ۸/۲۹ میباشد و انبساط حجمی آن ۲/۳ درصد در حالت جامد شدن3 است]۱[.
یک تکهی جامد از گالیم هنگامی که در دست گرفته شود به مایع تبدیل میشود. دمای ذوب آن °C ۷۸/۲۹ و نقطهی جوش آن °C ۲۴۰۳ است. دمای بحرانی °C ۷۳۴۷، گرمای فوزیون (شکست) Kj/mol ۵۹/۵ و گرمای تبخیر Kj/mol ۳/۲۷۰ را دارا میباشد. گالیم در کنار سه فلز سزیوم، جیوه و روبیدیوم تنها فلزهایی هستند که در دمای اتاق به صورت مایع میباشند. بنابراین برای ساخت دما سنجهای دمای بالا مناسب است. همچنین گالیم به عنوان یک روانساز برای استفاده در ابزارهای دمای بالا مناسب است]۱[.
گالیم دارای سیستم ارتورومبیک با ابعاد شبکهی ثابت nm ۴۵۲۳/۰ = a، nm ۴۵۱۹۸/۰ = b و nm ۷۶۶۰۲/۰ = c است. انبساط حرارتی آن در امتداد محور a، 1/65 × 〖10〗^(-5) k^(-1)، در امتداد محور b، 1/۱۳ × 〖10〗^(-5) k^(-1) و در امتداد محور c، ۳/۱ × 〖10〗^(-5) k^(-1) است. مشخصات الکتریکی گالیم غیر همسان میباشد ولی برآورد قابل قبول آن در جهات مختلف امکان پذیر نیست، چرا که ناخالصیها و دما تاثیر زیادی در رسانایی الکتریکی دارد. مقاومت الکتریکی آن در °C ۲۰ برابر µΩm ۴/۱۷ میباشد]۱[. فشار بخار گالیم حتی در دماهای بسیار بالا، پایین است.
اين فلز شبيه روي و آلومينيوم است. مطابق با نظر گربر4 (۱۹۸۹) گالیم معمولا در ترکیباتش با ظرفیت ۳ ظاهر میشود و حالت تك ظرفیتي آن ناپايدار است. هر چند كه تركيبات تك ظرفيتي گاليم نظير GaCl و Ga2O را ميتوان به حالت پايدار نگاه داشت. اگر چه حالت اكسيد ١+ آن هنوز در محلول آبي مشاهده نشده است ولي بعضي واكنشهاي گاليم نشان دهندهی وجود آن ميباشند. گالیم توانایی تشکیل ترکیبات شیمیایی زیادی از قبیل برمیدها، سولفیدها و تلوریدها را دارد]۱[.
در برابر هوا اكسيد شده و لايهی نازكي روي آن تشكيل ميشود. در حضور اكسيژن خالص و در دمای °C ١٠٠٠ كاملا اكسيده ميشود. در زير C° ۱۰۰ به مقدار کم با آب واکنش ميدهد اما در داخل اتوکلاو و در دماي C° ۲۰۰ کاملا با آب اکسيد ميشود]۱[.
در يك دماي مشخص، اسيدهاي معدني غليظ به آرامي با آن واكنش ميدهند. عوامل اكسيدكننده مانند H2O2، H2SO4 و اسيد پركلريك به طور مؤثر در دماي بالا بر گاليم اثر ميكنند]۱[.
ترکیبات اکسیژن با گالیم شبيه آلومينيوم بوده و در دماي بالا و پائين Ga2O3 و دو هيدروكسيد Ga(OH)3 و GaO.OH را تشكيل میدهد. هاليدهاي گاليم داراي ويژگي و خصوصيات كووالانس ميباشند لذا قابليت انحلال خوبي در اكثر حلالهاي غير قطبي كه به شكل ديمر هستند، دارند. گاليم با عناصر گروه ١٥ تركيبات دوتايي يا مضاعف تشكيل ميدهد كه GaP و GaAs از اهميت بيشتری از نظر صنعتي برخوردار ميباشند كه اين دو ترکیب ممكن است با اختلاط مستقيم عناصر در دماي بالا آماده شوند]۱[.
در محلولهاي آبي، گاليم يونهاي آبي كئوردينه شدهی اكتاهدرال 3+[ [Ga(H2O)6را تشكيل ميدهد. در محلولهاي آبي، كمپلكس ٦ آبي به علت هيدروليز، واكنش اسيدي دارد و به همين دليل نمكهاي گاليم ناشي از اسيدهاي ضعيف نميتوانند در حضور آب وجود داشته باشند]۱[.
اولين، دومين و سومين انرژيهای يونيزاسيون آن به ترتيب ۸۵/۵۷۸، ۳۳/۱۹۷۹ و ۰۹/۲۹۶۳ کيلو ژول بر مول ميباشد. واکنشهای احيايي آن به صورت زير است]۱[:
〖Ga〗^(3+)+〖2e〗^-↔〖Ga〗^+(۱-۱) 〖Ga〗^(3+)+〖3e〗^-↔〖Ga〗_((s) )(۱-۲)
H_2 〖GaO〗_3^-+〖3e〗^-↔〖Ga〗_((s) )+〖4OH〗^-(۱-۳)

۱-۳- منابع گالیم
گاليم با ppm١٦ فراواني يكي از عناصر كمياب در پوستهی زمين ميباشد. در میان کانیهای حاوی گالیم، بارزترن کانی گونهای از ژرمانیت است که در معدن اپکس5 در ایالت یوتای آمریکا یافت میشود. در کل گالیم به آسانی با عناصر یا یونهای دیگر برای تشکیل کانیهای پایدار ترکیب نمیشود. یکی از کانیهای گالیم، گالیت (CuGaS2) است که در کشور زئیر و دیگر مناطق آفریقا یافت میشود. جدا از گالیت، گالیم تشکیل کانیهای مجزا نمیدهد. اما میتواند در ساختمان تعداد زیادی از کانیهای حاوی آلومینیوم جانشین آن شود]۲[.
ناحيهی کاردرو6 در ۱۵ مايلي جنوب مکدرمیت7 در نوادا قرار دارد. كاني سازي گاليم در منطقهاي با ابعاد 6000×(500-1000)×400 (ft) در آندزيت و سنگهاي ريوليتي انجام شده است. محاسبات اوليه هزينهی ۶۹/۶ دلار بر تن براي استخراج و ۵۸/۱۱ دلار بر تن براي فرآوري را برآورد نموده است. اين محاسبات بر مبناي نرخ استخراج ٦/٣ ميليون تن با عيارg/t ١٥٠-١٠٠ انجام شده است. بدين ترتيب ساليانه ٥٩٠٠٠ كيلوگرم فلز گاليم توليد خواهد شد. فرايند شامل استخراج، سنگ شكني، آسيا كردن، ليچينگ، فيلتراسيون و استخراج با حلال ميباشد كه گاليم با خلوص ٩٩/٩٩% را توليد ميکند. هزينهی ايجاد معدن و كارخانهی فرآوري ٩٥ ميليون دلار برآورد شده است]۱[.
عمده ذخايري كه گاليم در آنها يافت ميشود عبارتند از: ذخاير بوكسيت، ذغال، ذخاير فسفات و اسفالريت (در ذخاير روي).
مقدار كم گاليم در پيريت، مگنتيت، آپاتيت، كانسارهاي نفلين و همچنين در كانيهاي آلومينوسيليكات و رسهايي مانند كائولن و دياسپور وجود دارد]۱[.
بزرگترين بخش توليد جهاني گاليم به صورت محصول فرعي در توليد اكسيد آلومينيوم ميباشد. عيار گاليم در بوكسيت بسته به محل تشكيل آن از ٠٠٣/٠ درصد تا ٠٠٨/٠ درصد تغيير ميكند. نوع عيار بالاي آن در نواحي گرمسيري بوكسيتدار نظير بوكسيت سورينام8 با ٠٠٨/٠ درصدگاليم تشكيل شده است. ذخاير بوكسيت جهان ٥٥ تـا ٧٥ بيليون تن برآورد شده است كه با در نظر گرفتن عيار متوسط ppm ٥٠، ميزان گاليم قابل بازيافت از ذخاير بوكسيت ١٠٦*٦/١ تن برآورد شده است.
بر اين مبنا ذخاير بوكسيت آمريكا حاوي ١٥ ميليون كيلوگرم گاليم هستند كه ٢ ميليون كيلوگرم آن در ذخاير بوكيست آرکانزاس9 قرار دارد]۱[.
از ديگر منابع تأمين كنندهی گاليم، ذخاير روي ميباشند، هر چند كه تمامي كانسارهاي روي محتوي گاليم نيستند. متوسط گاليم موجود در اسفالريت حدود ppm ٥٠ برآورده شده است. گاليم موجود در كانسنگهاي روي (اسفالريت) به دليل تغييرات زياد در روشهاي هيدرومتالورژي روي از اهميت اقتصادي كمتري برخوردار ميباشد. ذخاير گاليم در كانسنگهاي روي حدود ٦٥٠٠ تن برآورد شده است]۱[.
كانسنگهاي فسفات و انواع مختلف ذغال از ديگر منابع گاليم هستند. وقتي كه فسفر به روش الكتروترمال از فسفات توليد ميشود گالیم به صورت گرد و غبار در دودكش تجمع پيدا كرده و قابل بازيابي ميباشد.
همچنين امكان بازيابي گاليم از خاكستر ذغال وجود دارد. ميزان كل ذخيرهی گاليم در فسفاتها و ذغالها چندين ميليون تن بر آورده شده است]۱[.

۱-۴- اقتصاد گالیم
هر چند توليد گاليم در چندين كشور وجود دارد اما مهمترين كشورهاي تأمين كنندهی مواد خام اوليه استراليا، چين، ژاپن، روسيه و كشورهاي اروپاي شرقي هستند. فرانسه بزرگترين كشور بازيافت كنندهی فلز گاليم از فرآوري مواد خام تهيه شده توسط ساير كشورها ميباشد. آلمان و ژاپن نيز در اين زمينه فعال هستند. در طي سال ۲۰۰۱، استراليا ۲۷%، آلمان ۱۶% و چين، ژاپن، قزاقستان و روسيه ۱۱% واحدهاي جديد گاليم را تشکيل دادهاند. ژاپن و آلمان به همراه انگليس و آمريكا در زمينهی بازيابي گاليم از مواد زائد پيشرو هستند]۱[.
گالیم در اروپای غربی، ژاپن و چندین کشور بلوک شرق سابق تولید میشود. شرکتهای اینگال10 در آلمان، رونپولنس11 در فرانسه، سومیتومو12 و دوامینینگ13 در ژاپن، موتسومینینگ14 و ایگل پیچر15 در آمریکا و آلکان16 و کومینکو17 در کانادا، از جمله شرکتهای تولید کنندهی فلز گالیم در دنیا هستند]۲[.
واحد خالص سازي گاليم رونپولنس در فرانسه بزرگترين واحد جهاني با ظرفيتt/y ١٣٣ ميباشد.
آلکوا18 از استراليا خوراك اوليه را براي اين واحد به صورت محلول قليايي فرآيند باير تأمين ميكند. گاليم تا كيفيت ٩٩٩٩٩/٩٩% خالص سازي ميشود]۱[.
دوامینینگ در ژاپن تنها شركت بازيافت كنندهی گاليم از روي ميباشد. ژاپن داراي چندين توليد كنندهی روي ميباشد]۱[.
در جدول ۱-۱، ۶۰ شرکت و تولید کنندهی گالیم از ۱۸ کشور جهان دیده میشوند. آمريكا و ژاپن مهمترين مصرف كنندگان گاليم هستند. در آمریکا گالیم بیشتر از راه فراوری قراضهها و فلزات ناخالص تولید میشود. بنابراین آمریکا یک وارد کنندهی عمدهی فلز گالیم است]۲[. ٥١% گاليم مصرفي آمريكا از فرانسه، ٢٠% از روسيه، ٨% از كانادا، ٧% از قزاقستان و ١٤% از ساير كشورها تأمين ميشود. ميزان مصرف آمريكا در سال ٢٠٠١، ٣٠ تن گزارش شده است. ارزش واردات آمـريكا در سال ٢٠٠٢ برابر ٦ ميليون دلار بوده است]۱[.
تقاضا براي گاليم در حال افزايش است. فروش ديودهای LED(light emitting Diodes) در پنج سال اخير با رشد ٥٨% در هر سال رو به رو بوده است.

جدول ۱-۱: كشورها و شركتهاي توليد كننده

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه رایگان با موضوع مدل سازی، مدل رگرسیون، ضریب همبستگی Next Entries پایان نامه رایگان با موضوع گاليم، گالیم، فرآيند