بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
استخراج و خالص سازي دياکسيدتيتانيم ازکنستانتره ايلمنيت به روش سولفات
چکيده :
دياکسيدتيتانيوم از جمله پرمصرف ترين رنگدانه هايي است ، که صرفا از مواد معدني تهيه شده و بالاترين مصرف را در ميان رنگدانه هاي سفيد و رنگي در صنايع مختلف داشته که در کشور ايران سالانه هزاران تن مصرف مي شود. از آنجائيکه کانسارهاي تيتانيوم در کشور در حد شناسايي و اکتشاف مي باشد هيچگونه توليد صنعتي از تيتانيوم و فرآوري آن در داخل کشور انجام نمي پذيرد. در نتيجه کليه نيازهاي صنايع کشور از طريق واردات تامين مي گردد. در اين تحقيق ، پس از اطلاع از درصد خلوص دي اکسيدتيتانيوم در کنستانتره اوليه ، عمل استخراج به روش سولفات در مقياس آزمايشگاهي صورت گرفته است . که درصد خلوص نهايي آن به ٩٧.٣٢% رسيده و راندمان توليد آن حدود ٨٧% مي باشد. نتايج موفقيت آميز اين پژوهش ، نويد پتانسيل بالقوه استحصال دي اکسيدتيتانيوم از منابع داخلي و متعاقبا خودکفايي در توليد اين محصول استراتژيک را مي دهد.
واژگان کليدي : دي اکسيدتيتانيم ، استخراج، رنگدانه ، روش سولفات، ايلمنيت .
١- مقدمه
دياکسيدتيتانيوم يا همان تيتان از اهميت ويژهاي در صنايع توليدي برخوردار است . زيرا تيتان مهم ترين رنگ دهنده يا رنگدانه سفيدي است که علاوه بر رنگ کردن ذرات باعث ايجاد اثر حفاظتي در برابر اشعه ماوراء بنفش نيز مي شود. مصرف عمده دي اکسيد تيتانيوم در صنايع رنگ سازي است . اين ماده در صنايع سمنت پلاست ، سنگ مصنوعي ، سراميک، پلاستيک، کاغذ و الکترونيک کاربرد دارد[ ١١]. تيتانيوم دياکسيد بر بقيه ي رقباي خود مانند سربسفيد، ليتوفن ، و روي سفيد تسلط يافته است [١١]. اين ماده يک ترکيب نسبتا پايدار در شرايط متفاوت فيزيکي و شيميايي است که داراي قدرت پوشانندگي و رقيق سازي خوب با قابليت پخش شوندگي بالا است . ضريب شکست بالا و سازگاري آن با سيستم هاي مرسوم آبي و غيرآبي آن را به عنوان ماده اصلي در توليد انواع فرآوردههاي رنگي معرفي نموده است . دياکسيدتيتانيوم با سه ساختار بلوري آناتاز، روتيل و بروکيت در طبيعت يافت مي شود که دو شکل روتيل و آناتاز آن از درصد وجودي بالاتري برخوردار بوده ذرات ريز روتيل به دليل ويژگي رنگي و کم بودن قدرت جذب بطور عمده بصورت رنگدانه در توليد رنگ مصرف دارند در حالي که ذرات آناتاز بدليل ويژگي هاي نوري و قابليت عبور فوتون بعنوان فتوکاتاليست مورد استفاده قرار مي گيرد.
مصرف اين ماده در کشور ايران، در حدود سي هزار تن در سال ١٣٨٨ بوده که تماما از کشورهاي چين ، کره، آلمان، عربستان، هند و غيره تامين شده است . ارز پرداختي جهت خريد دياکسيدتيتانيوم مهم ترين عامل افزايش قيمت فراوردههاي توليدي از آن در داخل کشور بوده است . از آنجائيکه کانسارهاي تيتانيوم در کشور در حد شناسايي و اکتشاف مي باشد هيچگونه توليد صنعتي از تيتانيوم و فرآوري آن در داخل کشور انجام نمي پذيرد. در نتيجه کليه نيازهاي صنايع کشور از طريق واردات تامين مي گردد[ ٤].
امروزه دو روش متفاوت صنعتي براي توليد تيتانيوم دياکسيد وجود دارد که عبارتند از فرآيند کلريد و فرآيند سولفات . در اين مقاله دي اکسيدتيتانيوم به روش سولفات، از کنستانتره ايلمنيت با درصد خلوص اوليه ٤٣% به دست آمده است . فرايند سولفات شامل واکنش بين اسيدسولفوريک غليظ و کاني ايلمنيت ، هيدروليز محلول حاصل و سپس حرارت دادن دي اکسيدتيتانيوم آبدار جهت استحصال تيتان مي باشد[ ٣].
ادوارد در مارس ١٩٩٩ روش نوين توليد دي اکسيدتيتانيوم يعني استخراج با حلال هيدروکلريکاسيد را معرفي کرده و پارامترهاي موثر بر آن را مورد بررسي قرار داده است [٨]. ژانگ و همکاران در ٢٠١١ ميلادي به معرفي روش هاي جديد و قديمي توليد تيتانيوم و دي اکسيدتيتانيوم و روش هاي تلفيق آنها مي پردازد و منابع توليد آنها را بيان مي کند[ ١٢]. در ايران نيز در سال ١٣٩١ سيد حميد اسماعيلي فرج و ديگران در دانشگاه صنعتي شريف مقاله اي با عنوان شبيه سازي واحد توليد پودر اکسيدتيتانيوم به روش کلريده منتشر کردند در اين مقاله فرايند کلريده جهت توليد دي اکسيدتيتانيوم مورد بررسي قرار گرفته و توسط نرم افزار Hysys شبيه سازي شده است [١]. در سال ١٣٩١ وحيده شجاعي و ديگران در دانشگاه باهنر کرمان به توليد فتوکاتاليست دي اکسيد تيتانيوم از کنستانتره ايلمنيت با استفاده از روش تجزيه قليايي . فروشويي اسيدي پرداختند در اين تحقيق روشي ارائه شده که نسبت به روشهاي مرسوم توليد دياکسيدتيتانيوم در دماي پايين تر و تحت اتمسفر انجام مي شد در اين فرايند کنستانتره ايلمنيت ابتدا توسط هيدروکسيدپتاسيم تجزيه و سپس محصول مياني توليدي تحت ليچينگ اسيدي قرار گرفته بود [٥]. در سال ١٣٨٨ سولماز بياتي ، نورالدين حقيقي در پژوهشکده محقق دارو تهران دياکسيدتيتانيوم را به روش سولفات استخراج کردند و به درصد خلوص نهايي ٩٣.٣٢% رسيدند[٣].
با توجه به اهميت اين ماده ضرورت استخراج و خالص سازي هر چه بيشتر و توليد آن در مقياس صنعتي در کشور کاملا احساس مي گردد، اميد است در آيندهاي نه چندان دور کشورمان از واردات اين ماده بي نياز شود.
٢- مواد و روش تحقيق
٢-١- مواد
اسيدسولفوريک ٩٨ % صنعتي از صنايع شيميايي کيميا پارس شايانکار، براده آهن تراشکاري، بلور سولفات آهن ٧ آبه مرک آلمان، آب مقطر يکبار تقطير، ايلمنيت در اين تحقيق ، کنستانتره ايلمنيت مجتمع تيتانيوم کهنوج به عنوان خوراک فرايند مورد استفاده قرار گرفت . آناليز خوراک توسط دستگاه XRD انجام شد و نتايج نشان داد فاز غالب تشکيل دهنده آن، ايلمنيت و ناخالصي هاي آن مگنتيت و کوارتز مي باشد.
شکل (١) آناليز XRD را نشان مي دهد. ترکيب شيميايي ايلمنيت توسط آناليز XRF تعيين و در جدول (١) آورده شده است .
کنستانترهي ايلمنيت سياه رنگ است و دانسيته ي آن در محيط آزمايشگاه و در دماي C ٢١، gr.cm٣ ٤.٧ مي باشد[ ٣-٢].
شکل (١) الگوي پراش اشعه ايکس (XRD) کنستانتره ايلمنيت
٢-٢- روش تحقيق
همان گونه که در شکل (٢) مشاهده مي کنيد روند آزمايش از چهار مرحله کلي هضم ، کريستاليزاسيون، هيدروليز و کلسيناسيون تشکيل شده است .
ايلمنيت مورد استفاده بايد آسياب گردد تا آنجا که سايز ذرات آن به حد مطلوب برسد (حدود ٤٠ ميکرومتر) و همچنين رطوبت آن بايد کمتر از ٠.١% باشد.
هضم : هضم طبق واکنش (١) صورت مي گيرد. ٢٠ گرم از ايلمنيت همراه با ٦٠ سي سي اسيد ٧٠ درصد درون ارلن به طور کامل مخلوط کرده و به مدت ١٠ ساعت در دماي ٢٠٠ درجه سانتي گراد حرارت داده مي شود. پس از پايان کار و سردشدن کامل نمونه
٧٠ سي سي آب جهت رقيق سازي به آن اضافه مي گردد. فرايند هضم در دو مرحله انجام مي شود بدين صورت که رسوب حاصله از هضم اوليه مجددا هضم مي گردد. جهت وصول به اين هدف رسوب روي کاغذ صافي با ١٠ سي سي اسيد ٧٠% مخلوط کرده و جهت هضم مجدد در دماي ٢٠٠ درجه سانتي گراد به مدت ٤ ساعت حرارت داده مي شود، پس از پايان کار ٩ سي سي آب به آن
