دانشگاه یزد
دانشکدهی معدن و متالورژی
گروه استخراج معدن
پایان نامه
جهت دریافت درجه کارشناسی ارشد
فراوری مواد معدنی
بررسی روش میکروامولسیون در فرایند استخراج با حلال؛ مطالعه موردی: بازیابی گالیم از محلول آلومینات سدیم
استاد راهنما: دکتر حجت نادری
استاد مشاور: دکتر رضا دهقان
اسفند ۱۳۹۲
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
میکروامولسیون به صورت سیستمی شامل پراکندگی میکروقطرات دو مایع غیر قابل انحلال که توسط یک غشای سطحی شامل سطح ساز و کمک سطح ساز، پایدار شده اند تعریف میشود. میکروامولسیونها از لحاظ ترمودینامیکی پایدار، همگن و از نظر نوری ایزوتروپیک هستند. در این تحقیق از میکروامولسیونها برای استخراج گالیم از محلول بایر استفاده شد. به منظور بررسی تاثیر نوع کمک سطح ساز و نسبت کمک سطح ساز به سطح ساز بر روی استخراج گالیم و آلومینیوم از کمک سطح سازهای مختلف و نسبت کمک سطح ساز به سطح ساز متفاوت استفاده شد. در این راستا از کمک سطح سازهای بوتانول و دکانول برای ایجاد محیط میکروامولسیون استفاده شد. نتایج نشان داد که با بهره گرفتن از سیستم حاوی بوتانول و نسبت C/S برابر ۲، ۱۰۰ درصد گالیم در مدت زمان ۱۵ دقیقه استخراج میشود. همچنین برای آلومینیوم نیز ۵۴/۹۶ درصد استخراج صورت میگیرد. همچنین با بهره گرفتن از دکانول و نسبت C/S برابر ۲، ۱۰۰ درصد گالیم به همراه ۵۸/۶۶ درصد آلومینیوم استخراج میشوند. با توجه به نتایج بدست آمده بهترین سیستم برای استخراج گالیم و جدایش مناسب آن از آلومینیوم سیستمی شامل دکانول و نسبت C/S برابر ۲ است که ترکیب سیستم شامل ۴۵٪ فاز C/S، ۱۰٪ فاز آلی و ۴۵٪ فاز آبی است که استخراج گالیم و آلومینیوم به ترتیب برابر ۲۰/۹۶٪ و ۲۱/۲۹ میباشد. مطالعه فرایند اسکراب و استریپ با اسید کلریدریک نشان داد که در مرحلهی اسکراب و با بهره گرفتن از اسید کلریدریک ۶ مولار ۳۶/۰ درصد گالیم و ۶۵/۹ درصد آلومینیوم استخراج میشوند. در مرحلهی استریپ نیز با بهره گرفتن از اسید کلریدریک ۵/۱ مولار ۵۰/۹۱ درصد گالیم به همراه ۰۸/۰ درصد آلومینیوم استخراج میشوند.
کلمات کلیدی: میکروامولسیون، گالیم، جاجرم، سطح ساز
فهرست مطالب
فصل اول: گالیم
۱-۲- خواص فیزیکی و شیمیایی.. 4
۱-۵-۱- استخراج گالیم از فرایند بایر.. 11
۱-۵-۱-۱- ترسیب جزء به جزء.. 12
۱-۵-۱-۳- فرایند سمنتاسیون.. 16
۱-۵-۱-۴- فرایندهای استخراج با حلال.. 17
فصل دوم: مبانی استخراج با حلال گالیم
۲-۴- استخراج با حلال گالیم.. 25
۲-۴-۱-۱- مشتقات هیدروكسی كوینولین.. 26
۲-۴-۱-۱-۱- تاثیر سطح سازها.. 30
۲-۴-۲-۲- ترکیبات ارگانوفسفر (تری بوتیل فسفات (TBP)، تری اکتیل فسفین اکسید (TOPO)).. 35
۲-۴-۲-۳- دی دو اتیل فسفریک اسید، ۲ اتیل هگزیل، ۲ اتیل هگزیل فسفریک اسید.. 37
۲-۴-۲-۴- اکتیل فنیل اسید فسفات (OPAP).. 38
۲-۴-۲-۵- الكیل آمینها و نمكهای آمونیوم.. 39
۲-۴-۲-۶- اسیدهای كربوكسیلیك.. 41
فصل سوم: مبانی میکروامولسیون
۳-۲- تشکیل میکروامولسیونها.. 47
۳-۶- تعادل هیدروفیلیک-لیپوفیلیک.. 53
۳-۹- سطح سازها و کمک سطح سازها.. 57
۳-۱۰- میکروامولسیونهای آب در روغن (W/O).. 58
۳-۱۱- میکروامولسیونهای روغن در آب (O/W).. 59
۳-۱۲- میکروامولسیونهای دو پیوسته.. 60
۳-۱۳- مکانیسم استخراج با میکروامولسیونها.. 61
۳-۱۳-۱- استخراج میکروامولسیون با واکنش شیمیایی: استخراج یون فلزی 62
۳-۱۴- سینتیک استخراج با سیستم میسلی.. 65
۳-۱۵- استفاده از میکروامولسیونها در بازیابی فلزات.. 66
۳-۱۵-۱- استخراج گالیم توسط میکروامولسیون.. 71
فصل چهارم: کارخانهی آلومینا جاجرم
فصل پنجم: مواد، تجهیزات و روشها
۵-۵-۱- رسم دیاگرام سه فازی.. 88
۵-۵-۲- استخراج حلالی گالیم.. 89
فصل ششم: نتایج و بحث
۶-۱- مشخصات محلول آلومینا.. 94
۶-۳- آزمایشهای اولیهی استخراج.. 100
۶-۴- آزمایشهای استخراج با بوتانل.. 105
۶-۴-۱- بوتانول با نسبت ۲= C/S. 105
۶-۴-۱-۱- تاثیر درصد وزنی C/S بر روی استخراج.. 107
۶-۴-۱-۲- تاثیر درصد وزنی OF بر روی استخراج.. 108
۶-۴-۱-۳- مدل سازی استخراج گالیم و آلومینیوم با کمک سطح ساز بوتانل در ۲ = C/S. 110
۶-۴-۱-۴- رسم منحنیهای هم تراز برای استخراج گالیم و آلومینیم 111
۶-۴-۱-۵- بررسی فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم.. 113
۶-۴-۲- بوتانول با نسبت ۴ = C/S. 115
۶-۴-۲-۱- تاثیر درصد وزنی C/S بر روی استخراج.. 117
۶-۴-۲-۲- تاثیر درصد وزنی OF بر روی استخراج.. 118
۶-۴-۲-۳- مدل سازی استخراج گالیم و آلومینیوم با کمک سطح ساز بوتانل در ۴ = C/S. 120
۶-۴-۲-۴- رسم منحنیهای هم تراز برای گالیم و آلومینیم.. 121
۶-۴-۲-۵- بررسی فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم.. 122
۶-۵- آزمایشهای استخراج با دکانول، نسبت ۲ = C/S. 124
۶-۵-۱- تاثیر درصد وزنی C/S بر روی استخراج.. 126
۶-۵-۲- تاثیر درصد وزنی OF بر روی استخراج.. 127
۶-۵-۳- مدل سازی استخراج گالیم و آلومینیوم با کمک سطح ساز دکانول در ۲ = C/S. 128
۶-۵-۴- رسم منحنیهای هم تراز برای گالیم و آلومینیوم.. 129
۶-۵-۵- بررسی فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم.. 131
۶-۶- بررسی رگرسیون و پارامترهای مرتبط.. 134
۶-۶-۱- بررسی ضرایب مدلهای بدست آمده توسط رگرسیون.. 135
۶-۷- فرایند اسکراب و استریپ.. 135
۶-۸- مقایسه نتایج حاصل از سیستم میکروامولسیون با استخراج حلالی مرسوم 136
فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادات
فهرست جدولها
جدول ۱-۱: كشورها و شركتهای تولید كنندهی گالیم.. 10
جدول ۳-۱: طبقه بندی کاربرد سطح ساز توسط استفاده از عدد HLB سطح ساز 54
جدول ۳-۲: عدد HLB برای گروههای شیمیایی مختلف.. 55
جدول ۳-۳: مطالعات انجام شده بر روی استخراج فلزات توسط سیستم میکروامولسیون 73
جدول ۵-۱: مشخصات مواد شیمیایی استفاده شده در تحقیق.. 87
جدول ۵-۲: مشخصات تجهیزات مورد استفاده در تحقیق.. 87
جدول ۶-۱: آنالیز شیمیایی محلول آلومینات سدیم جاجرم.. 94
جدول ۶-۲: مشخصات نقاط آزمایش شده برای رسم دیاگرام سه فازی با بوتانل و نسبت ۲ = C/S. 95
جدول ۶-۳: مشخصات نقاط آزمایش شده برای رسم دیاگرام سه فازی با دکانول و نسبت ۴ = C/S. 96
جدول ۶-۴: مشخصات نقاط آزمایش شده برای رسم دیاگرام سه فازی با دکانول و نسبت ۲ = C/S. 96
جدول ۶-۵: ترکیب نقاط انتخاب شده روی دیاگرام سه فازی.. 101
جدول ۶-۶: ترکیب نقاط انتخاب شده و درصد استخراج گالیم و آلومینیوم 106
جدول ۶-۷: آزمون انحراف مدل رگرسیونی برای استخراج گالیم و آلومینیوم 111
جدول ۶-۸: دادههای فاکتور جدایش برای سیستم حاوی بوتانول، با نسبت ۲ = C/S 114
جدول ۶-۹: ترکیب نقاط انتخاب شده و درصد استخراج گالیم و آلومینیوم 116
جدول ۶-۱۰: آزمون انحراف مدل رگرسیونی برای درصد استخراج گالیم و آلومینیوم 120
جدول ۶-۱۱: دادههای فاکتور جدایش برای سیستم حاوی بوتانول، با نسبت ۲ = C/S 123
جدول ۶-۱۲: ترکیب نقاط انتخاب شده و درصد استخراج گالیم و آلومینیوم 124
جدول ۶-۱۳: آزمون انحراف مدل رگرسیونی برای درصد استخراج گالیم و آلومینیوم 129
جدول ۶-۱۴: دادههای فاکتور جدایش برای سیستم حاوی دکانول، با نسبت ۲ = C/S 132
جدول ۶-۱۵: مقادیر ضریب همبستگی برای روشهای مختلف رگرسیون 135
جدول ۶-۱۶: ضرایب مدلهای بدست آمده برای گالیم.. 135
جدول ۶-۱۷: غلظت گالیم و آلومینیوم در فاز آبی و آلی قبل و بعد از استخراج 138
جدول ۶-۱۸: غلظت گالیم و آلومینیوم در فاز آبی و آلی قبل و بعد از اسکراب 138
جدول ۶-۱۹: غلظت گالیم و آلومینیوم در فاز آبی و آلی قبل و بعد از استریپ 138
فهرست شکلها
شكل ۱-۱: فرآیند ترسیب بیجا برای بازیابی گالیم از محلول حاصل از فرآیند بایر.. 14
شكل۱-۲: فرآیند الكترولیز برای بازیابی گالیم از مایعات فرآیند بایر 16
شکل ۲-۱: طرح شماتیک از آزمایش استخراج با حلال.. 21
شکل ۲-۲: دیاگرام مک کیب – تیل.. 23
شکل ۲-۳: فرمول عمومی هیدروکسی کوینولین جانشین شده.. 26
شکل ۲-۴: ساختار اجزاء اصلی تشکیل دهندهی ۱۰۰ kelex .. 27
شکل ۲-۵: ساختمان مونو و دی- اکتیل فنیل فسفریک اسید.. 39
شکل ۳-۱: دیاگرام سه فازی شماتیک از سیستم میکروامولسیون روغن-آب-سطح ساز 49
شکل ۳-۲: انواع میکروامولسیونهای وینسور.. 50
شکل ۳-۴: دیاگرام سه فازی انواع مختلف سیستمهای میکروامولسیون که توسط وینسور طبقه بندی شدهاند.. 52
شکل ۳-۶: میکروامولسیون آب در روغن.. 59
شکل ۳-۷: میکروامولسیون روغن در آب.. 60
شکل ۳-۸: موقعیتهای ممکن قابلیت حل شدن در یک میسل.. 62
شکل ۳-۹: دیاگرام سه فازی استخراج تنگستن و نقاط انتخاب شده بر روی آن 67
شکل ۳-۱۰: منحنی هم تراز استخراج تنگستن.. 68
شکل ۳-۱۱: منحنی هم تراز استریپینگ تنگستن.. 68
شکل ۴-۱: نمایی از واحد دریافت و خردایش سنگ بوکسیت.. 77
شکل ۴-۲: واحد انحلال لولهای.. 78
شکل ۴-۳: واحد تجزیهی محلول و ترسیب.. 79
شکل ۴-۴: واحد تکلیس هیدرات و تولید آلومینا.. 80
شکل ۴-۵: واحد ته نشینی گل قرمز.. 81
شکل ۴-۶: واحد تبخیر و تغلیظ و بازیابی سود سوز آور.. 82
شکل ۴-۷: فرایند تولید آلومینا از بوکسیت.. 83
شکل ۵-۱: محیط نرم افزار Origin Pro 8.6. 91
شکل ۵-۲: محیط نرم افزار IBM SPSS Statistice 22. 91
شکل ۶-۱: دیاگرام سه فازی مربوط به کمک سطح سازهای بوتانل و دکانول 97
شکل ۶-۲: دیاگرام سه فازی برای سیستم شامل آب/کروزین/SCO+الکل 98
شکل ۶-۳: تاثیر نسبت C/S بر روی منطقهی میکروامولسیون برای سیستم شامل آب/کروزین/SCO+بوتانول.. 99
شکل ۶-۵: نقاط انتخاب شده روی دیاگرام سه فازی برای آزمایشهای اولیه 102
شکل ۶-۶: تغییرات استخراج نسبت به زمان برای نقطهی A از شکل ۶-۵ 103
شکل ۶-۷: تغییرات استخراج نسبت به زمان برای نقطهی F از شکل ۶-۵ 103
شکل ۶-۸: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم بر حسب نوع کمک سطح ساز 104
شکل ۶-۱۲: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به تغییرات درصد وزنی C/S، OF = 10%.. 108
شکل ۶-۱۳: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم به صورت تابعی از درصد وزنی OF، AF = 20%.. 109
شکل ۶-۱۴: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم به صورت تابعی از درصد وزنی OF، C/S = 20%.. 109
شکل ۶-۱۵: منحنی هم تراز استخراج گالیم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۲ = C/S. 112
شکل ۶-۱۶: منحنی هم تراز استخراج آلومینیوم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۲ = C/S. 112
شکل ۶-۱۷: منحنی هم تراز فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۲ = C/S. 115
شکل ۶-۱۹: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به تغییرات درصد وزنی C/S، AF = 20%.. 117
شکل ۶-۲۰: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به تغییرات درصد وزنی C/S، OF = 10%.. 118
شکل ۶-۲۱: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به تغییرات درصد وزنی OF، AF = 20%.. 119
شکل ۶-۲۲: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به تغییرات درصد وزنی OF، C/S = 20%.. 119
شکل ۶-۲۳: منحنی هم تراز استخراج گالیم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۴ = C/S. 121
شکل ۶-۲۴: منحنی هم تراز استخراج آلومینیوم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۴ = C/S. 122
شکل ۶-۲۵: منحنی هم تراز فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۴ = C/S. 123
شکل ۶-۲۷: مشخصات نقاط انتخاب شده بر روی دیاگرام سه فازی دکانول با نسبت ۲ = C/S. 125
شکل ۶-۲۸: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به درصد وزنی C/S، AF = 20%.. 126
شکل ۶-۲۹: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به درصد وزنی C/S، OF = 10%.. 127
شکل ۶-۳۰: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به درصد وزنی OF، AF = 20%.. 128
شکل ۶-۳۱: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به درصد وزنی OF، C/S = 20%.. 128
شکل ۶-۳۲: منحنی هم تراز استخراج گالیم برای سیستم حاوی دکانول با نسبت ۲ = C/S. 130
شکل ۶-۳۳: منحنی هم تراز استخراج آلومینیوم برای سیستم حاوی دکانول با نسبت ۲ = C/S. 131
شکل ۶-۳۴: منحنی هم تراز فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم برای سیستم حاوی دکانول با نسبت ۲ = C/S. 132
پیشگفتار
۱- پیشینه، ضرورت و اهداف
در سال ۲۰۰۲ دانتس و همکاران بر روی استخراج گالیم از محلول بایر با بهره گرفتن از میکروامولسیون مطالعاتی را انجام دادند. سیستم مورد استفاده در این تحقیقات شامل بوتانول به عنوان کمک سطح ساز و کروزین به عنوان فاز آلی بود. آنها از Kelex-100 و SCO نیز به عنوان سطح ساز استفاده کردند. نتایج حاصل از کار آنها نشان داد که سیستم میکروامولسیون قادر به استخراج ۱۰۰ درصد گالیم در مدت زمان ۱۰ تا ۳۰ دقیقه است.
در سال ۱۳۸۴، طرح مطالعاتی استخراج گالیم از محلول بایر کارخانهی آلومینا جاجرم، در جهاد 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 کننده 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 زمینه 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.
تعداد صفحه : 187
قیمت :14700 تومان