پایان نامه رایگان با موضوع گاليم، بازيابي، افزايش

دانلود پایان نامه ارشد

سب شامل هيدروكربنهاي آليفاتيك مانند هپتان و كروزين، هيدروكربنهاي آروماتيك و كلرينه مانند بنزن، تولوئن، گزيلن، كلروفرم، تتراكلريد كربن، دي كلرواتان، تري كلروپروپان، و الكلهاي چرب ميباشد. رقيق کنندههای مورد استفاده در استخراج فلزات هم بر خواص فيزيکي فاز آلي (مانند دانسيته و ويسکوزيته) و هم بر واکنشهای داخلي (مانند تعادل استخراج وسينتيک) تاثير دارند]۱[.
از نقطه نظر سينتيك، از بين رقيق كنندههاي مختلف با مبناي كروزين شامل Escaid-200، Kermace-470 B و Cyclohexane، Kermac-470 B بهترين رقيق كننده ميباشد. فاز آلي ممكن است شامل افزودنيهاي ديگري مانند مواد افزايش دهندهی نرخ واكنش و مواد تنظيم كننده براي جلوگيري از مخلوط شدن فازها باشد[۲۴]. كتونها، در مقايسه با الكلها و TBP بهترين تنظيم كنندهی شناخته شدهاند. تنظيم كنندهی دكانول سبب جلوگيري از تشكيل فاز سوم در مرحلهی استريپينگ ميشود]۱[.

۲-۴-۱-۱-۱- تاثير سطح سازها
استفاده از سطح سازها35 در استخراج با حلال فلزات از ١٥-١٠ سال پيش مورد توجه قرار گرفته است. سطح سازها تركيباتي هستند كه در فصل مشترك دو فاز آلي و آبي جذب شده و سبب كاهش كشش سطحي و يا انرژي سطح فصل مشترك ميشوند. مولكول سطح سازها شامل دو بخش ميباشد: اولي بخش هيدروفيل كه بخش قطبي محلول در آب است و دومي بخش ليپوفيل كه بخش غير قطبي محلول در روغن است. اگر طول زنجير كربن نسبتا كوچك باشد يعني كمتر از ١٢ پيوند C-C، سطح ساز محلول در آب خواهد بود و اگر طول زنجير بيش از ١٤ پيوند C-C باشد سطح ساز غير محلول در آب خواهد بود. وقتي سطح ساز به مخلوط آب و روغن افزوده ميشود، يك فيلم نازك از مولكول سطح ساز در فصل مشترك آب و روغن جذب شده و منجر به تشكيل يك امولسيون با بخش ليپوفيل چسبیده به روغن و بخش هيدروفيل چسبيده به آب ميشود]۱[.
اثر سطح سازهاي آنيونيك و كاتيونيك بر روي سرعت و بازيابي گاليم از محلول فرآيند باير توسط ١٠٠ kelex مورد بررسي قرار گرفته است. طي يك سري آزمايش كه با استفاده از محلول باير شامل ppm ۱۹۰ Ga، gr/lit ۸۰ Na2O و gr/lit ۸۰ Al2O3 و محلول ١٠٠ kelex در كروزين انجام شد، تأثير سطح سازهايي نظير آكتيل آمين، پتروليوم سولفات و ورساتيك ١٠ مورد بررسي قرار گرفت]۱[.
اثر آكتيل آمين
اكتيل آمين يك سطح ساز كاتيونيك با تركيبي به صورت R-NH2 است كه در آب به صورت واكنش زير هيدروليز ميشود]۱[:
R-NH2 + H2O ⇔ R-NH3+ + OH-(۲-۹)
وقتي اكتيل آمين به داخل يك سيستم استخراج مايع-مايع افزوده ميشود گروه R-NH2 در فصل مشترك جذب ميشود كه گروه فعال NH3+ به سمت فاز آلي جهت گيري كرده و منجر به تشكيل يك فاز ميكروامولسيون ميگردد. در آزمايشهاي انجام گرفته ٥/٢% حجمي آكتيل آمین به فاز آلي اضافه شده است كه بر اساس نتايج حاصله نرخ استخراج گاليم به طور قابل ملاحظهاي كاهش يافته است. كاهش استخراج گاليم توسط ١٠٠ kelex در حضور آكتيل آمين به احاطه شدن ١٠٠ kelex توسط كاتيونهای NH3+ نسبت داده شده است كه احتمالا مانع حضور كاتيونهاي Ga3+ در مولكولهاي استخراجي ميشوند]۱[.
اثر پتروليوم سولفونات
سولفونات پتروليوم اغلب به عنوان كف ساز در فلوتاسيون كانسنگها و نيز به عنوان امولسيونساز مورد استفاده قرار ميگيرد. مطالعات، بدون افزودن سولفونات پتروليوم و نيز با افزودن ٥/٠ و ٥/٢ درصد حجمي سولفونات به ١٠٠ ميلي ليتر فاز آلي انجام شده است كه در غياب سولفونات پتروليوم بازيابي در زمان تعادل ٣ ساعت، ٨٠ درصد بوده ولي در ٥/٠ درصد حجمي، زمان تعادل تا ٤٥ دقيقه كاهش يافت و به هنگام افزايش تا ٥/٢ درصد حجمي، با بارگيري ٤٥ درصد گاليم، زمان تعادل ٥٠ دقيقه شد]۱[.
سولفونات پتروليوم كه به عنوان يك سطح ساز آنيونيك با گروه قطبي SO3Na – شناخته شده است به تمام سطوح هيدروفوب آلكيل، آريل يا آلكيل آريل ميچسبد. جذب برخي گروهها در فصل مشترك آلي/آبي با گروه قطبي جهت يافته به سمت فاز آبي با آنيونهاي SO3- فعال صورت ميگيرد. اين گروههاي فعال سطحي سبب تشكيل يك ميكروامولسيون ميشود كه در نهايت منجر به افزايش نرخ استخراج در ٥/٠ درصد حجمي افزايش سولفونات پتروليوم ميگردد. در ٥/٢ درصد حجمي افزايش سولفونات پتروليوم، مشكلاتي در جدايش فازها ناشي از فعاليت سطحي خيلي بالا مشاهده شده است كه سبب ايجاد نيروهاي دافعه بين گروههاي آنيون SO3- ميشوند و احتمالا باعث كاهش نرخ استخراج و بازيابي به دليل تشكيل يك امولسيون پايدار كه حدود ٢٠ دقیقه انعقاد آن طول ميكشد، ميشود]۱[.
اثر ورساتیک ۱۰
ورساتيك ١٠، علاوه بر اينكه يك استخراج كننده است يك سطح ساز آنيونيك نيز به شمار ميرود كه اثرات آن بر روي سينتيك استخراج گاليم از محلول بایر مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که وقتي درصد حجمي ورساتيك ١٠ افزايش يافته و به ٥/٢ ميرسد منجر به افزايش درصد بازيابي تا ٩٨ درصد ميشود ولي بعد از آن با افزايش درصد حجمي، بازيابي گاليم كاهش مييابد به طوري كه در ١٠ درصد حجمي به ٨٦ درصد ميرسد كه اين امر به استخراج همزمان و سريع آلومينيوم و سديم از مايع فرآيند باير نسبت داده شده است كه باعث اشباع سريع استخراج كننده و در نهايت باعث كاهش بازيابي گاليم ميگردد. افزايش ورساتيك ١٠ از هر دو ديدگاه سينتيك و بازيابي سودمند ميباشد، به طوري كه در ٥/٢ درصد حجمي، ٩٨ درصد گاليم در ١٥ دقيقه بازيابي ميشود درحالي كه در ٥ درصد حجمي بازيابي گاليم در ١٠ دقيقه ٩٦ درصد ميباشد. طبيعت سطح سازها و غلظت آنها جهت دستيابي به كارآيي مطلوب در سيستم استخراج مايع–مايع بسيار مهم ميباشد. نرخ استخراج گاليم با اضافه كردن دي اكسيمها36 نيز افزايش مييابد. مادهی دي اكسيم مورد استفاده در كاربردهاي صنعتي بايد در فاز آلي استخراج كننده محلول باشد. دي اكسيم مورد استفاده اغلب با طول زنجـيری C8 يا گاهي C10 مي باشد. قيمت دي اكسيم نيز از فاكتورهاي مهم ميباشد]۱[.
شستشو37 و استريپينگ38
اسيدهاي مختلفي مانند هيدروكلريك، سولفوريك، نيتريك و هيدروبرميك در اين مرحله مورد استفاده قرار ميگيرند. به وسيلهی شستشو و استريپينگ انتخابي ميتوان گاليم را از ساير فلزات همراه و از جمله مهمترين آنها Al جدا كرد]۱[.
در اين فرآيند ابتدا آلومينيوم به وسيلهی محلول اسيدي با غلظت بالاتر شسته ميشود. غلظت اسيد به گونهاي انتخاب ميشود كه كمپلكسهاي آنيونيك گاليم تشكيل و در محلول استخراج كننده باقي ميمانند. محلول بدون آلومينيوم سپس به وسيلهی اسيد رقيق براي گاليم استريپ ميشود.
بررسيهاي انجام شده در مورد HCl نشان ميدهد كه بهترين حالت انجام شستشو با استفاده از محلول M٦ HCl با نسبت فاز آلي به آبي برابر ٥/١:١ ميباشد. سپس فرآيند استريپ با استفاده از محلولM ٥/١ HCl و نسبت فاز ١:١ انجام ميشود. در صورت استفاده از اسيد هيدروكلريك، كمپلكسهاي آنيوني مورد نياز براي باقيماندن گاليم در محلول بسيار اقتصاديتر است. اما محلول هيدروكلريك سبب تخريب الكترودهاي فولادي يا Stainless Steel در مرحلهی الكتروليز ميشود و بايد از الكترودهاي نيكل كه گران قيمت است استفاده كرد. در صنعت معمولا از اسيد سولفوريك استفاده ميشود كه ميتوان از الكترودStainless Steel كه ارزانتر است بهره برد]۱[.
در فرآيندهاي شامل دو مرحله استخراج، مرحلهی استريپ را ميتوان بعد از اولين استخراج با استفاده از محلول هيدروكسيد سديم با غلظت هيدروكسيد N٢٠-٤ و ترجيحاN ١٦-١٢ براي بازيابي گاليم از فاز آلي انجام داد. اين كار سبب توليد محلول با غلظت بالاتر گاليم نسبت به محلول اول ميشود و مصرف اسيد (كه براي خنثي كردن مصرف ميشود) كاهش مييابد. براي حصول نتايج بهتر ميتوان مراحل استخراج و شستشو را در چند سيكل انجام داد]۱[.
محلول حاصل از استريپينگ در اولين مرحلهی استخراج اغلب شامل ناخالصيهايي مانند آلومينيوم و سديم است. همچنين pH آن بالاست و غلظت گاليم در آن پايين ميباشد و در نتيجه براي فرآيندهاي توليد گاليم فلزي (مانند الكتروليز) مناسب نيست. براي رفع اين مشكل ميتوان از دو مرحله استخراج (با استفاده از استخراج كنندههاي مشابه يا متفاوت) استفاده كرد]۱[.
هر چند سيستم استخراج با هيدروكسي كوينولين داراي بازدهي خوبي ميباشد اما مصرف بالاي استخراج كننده و از بين رفتن مقداري از استخراج كننده در هر مرحله از معايب اين سيستم ميباشد]۱[.

۲-۴-۲- سیستمهای کلریدی
۲-۴-۲-۱- اترها
در سال ١٩٢٤، سویفت39 نشان داد كه گاليم به طور انتخابي از بين عناصر همراه احتمالي البته به جز ژرمانيوم و آهـن (III) از محلول اسيد كريدريك ٦ مولار جذب دي اتيل اتر ميگردد. در غلظتهاي كمتر از ٥/١ مولار HCl، هيچ استخراجي صورت نميگيرد ولي وقتي كه غلظت HCl به ٦-٥/٥ مولار ميرسد ميزان استخراج ماكزيمم ميشود ولي در مقادير بالاي اين اسيديته، بازيابي به سرعت كاهش مييابد. حضور HCl تشكيل HGaCl4 را تقويت ميكند ولي در اسيديتهی بالاي ٦ مولار، بازيابي كاهش مييابد. به ويژه اينكه، آلومينيوم نميتواند يك كمپلكس كلريد قابل استخراج تشكيل دهد و نه اينديوم تحت شـرايط بهينهی مشخص شده براي گاليم بازيابي ميشود. هر چند كه Fe(III) به صورت HFeCl4 استخراج ميشود]۱[.
رفتار استخراج گاليم به داخل ايزوپروپيل اتر مشابه رفتار آن در دي اتيل اتر است. ولي ماكزيمم بازيابي آن در HCl، ٢/٧ مولار ميباشد. بسته به ميزان گاليم و كلريد، يك فاز سوم ممكن است در اسيدیتهی ٩-٨ مولار تشكيل شود كه اين با قابليت انحلال كمپلكس گاليم در ايزوپروپيل اتر در ارتباط است]۱[.
بروکس40 و لیود41، استخراج را در چندين اتر (دي اتيل، ايزوپروپيل، بوتيل، اميل، متيل-بوتيل، اتيل هگزيل و متيل هگزيل) مقايسه كرده و به اين نتيجه رسيدهاند که دي اتيل اتر بهترين نوع اتر براي بازيابي بالا در اسيديتههاي پايين ميباشد. هر چند كه نشان داده شده است كه افزايش الكل به ايزوپروپيل اتر منجر به بازيابي بالا در زير غلظت آپتيموم اسيد (٢/٧ مولار) ميشود]۱[.
روشی دیگر با استفاده از اترهای مرسوم توسط گسر42 شرح داده شده است. او یک پلی اورتان را برای استخراج گالیم به کار برد. ماکزیمم بازیابی در اسیدیتهی ۶ مولار HCl به دست آمد. حضور آهن فریک، استخراج گالیم را کاهش میدهد. در حالی که حضور آلومینیوم به مقدار ‍۱۰۰۰ برابر مقدار گالیم در محلول، باعث استخراج آن نمیشود]۲[.
اولين كاربرد تجاري و صنعتي استخراج با حلال گاليم در دههی ١٩٤٠ آغاز شد كه شامل بازيابي گاليم از محلول ليچ اسيد كلريدريك به داخل اتر بود]۱[.

۲-۴-۲-۲- ترکیبات ارگانوفسفر (تری بوتیل فسفات (TBP)، تری اکتیل فسفین اکسید (TOPO))
اسيدهای ارگانو فسفری استخراج کنندههای مناسبي برای استخراج گاليم از محلولهای اسيدی سولفات و نيترات شناخته شدهاند. مطالعات در مورد استخراج از محلولهای نيترات نشان داده است که گاليم به وسيلهی تعويض کاتيوني با ديمرها بارگيری و تشکيل GaR3.sHR ميدهد کهs به اسيد مورد استفاده و سطح بارگيری بستگي دارد. در حلالهای غير قطبي، به دليل تشکيل پيوندهای هيدروژني، اسيدهای ارگانوفسفری عمدتا به صورت ديمر هستند اما در حضور حلالهايي که قادر به تشکيل پيوندهای هيدروژني هستند (مانند الکلها) اين عمل به دليل واکنشهای حلال–حل شونده اتفاق نميافتد]۱[.
مطالعات انجام گرفته در مورد استخراج با حلال با استفاده از TBP نشان ميدهد كه با افزايش غلظت اسيد كلريدريك (HCl)، ضريب توزيع گاليم افزايش مييابد و پس از رسيدن به مقدار ماكزيمم مجددا كاهش مييابد. مقادير بهينهی اسيديته و ضریب توزیع بستگي به غلظت گاليم و TBP به ترتيب در فازهاي آبي و آلي دارد. براي مثال، وقتي g/lit ٤ محلول گاليم با ٢٠ درصد TBP (در بنزين) تماس حاصل ميكند غلظت بهينهی اسيد براي ماكزيمم استخراج گاليم (%٥/٩٧) ٤ مولار خواهد بود. در محلولهاي با اسيديتهی پايين يا خنثي گونههاي استخراجي به صورت GaCl3 و به شكل هيدراته ميباشند]۱[.
افزايش

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه رایگان با موضوع گاليم، آلي، آبي Next Entries پایان نامه رایگان با موضوع دینامیکی، انرژی خورشیدی