بخشی از مقاله
انحلال انتخابي کبالت و منگنز از کيک فيلتر گرم حاصل از فرايند توليد روي
چکيده
به منظور کاهش غلظت و يا حذف ناخالصي هاي مضر در فرآيند توليد فلز روي پس از مرحله ليچينگ محلول بدست آمده با اضافه کردن پرمنگنات پتاسيم جهت رسوب عنصر کبالت فيلتر مي شود که کيک فيلتر گرم (کبالت ) حاصل مي گردد، که علاوه بر کبالت شامل عناصر ديگر از قبيل منگنز، سرب ، روي، کلسيم و آهن نيز مي باشد.
در اين تحقيق تلاش شده جداسازي فلزات با ارزش موجود در کيک فيلتر گرم در مرحله ليچينگ حاصل شود. نتايج نشان مي دهند که با افزودن پراکسيد هيدروژن (HO٢٢) به سيستم ليچينگ اسيدي، انحلال کبالت بسيار بهبود يافته و همچنين جدايش منگنز مقدار ناچيز بود.
در مرحله دوم با احياي رسوب حاصل از مرحله قبل توسط متابي سولفيت سديم (NaSO٢٢٥) ٠.١ مولار منگنز از محلول فاقد کبالت استخراج شد.
واژگان کليدي : کيک فيلتر گرم ، کبالت ، منگنز، پراکسيد هيدروژن ، متابي سولفيت سديم
١. مقدمه
فلز روي را مي توان با روش الکتروليز از محلول آبي و نمک مذاب جدا کرد. با اين حال ، تنها الکتروليت آبي (به عنوان مثال ، محلول سولفات روي در اسيد سولفوريک رقيق ) تاکنون در صنعت استفاده شده است . امروزه حدود ٨٠ درصد از توليد فلز روي کل جهان از اين روند حاصل مي شود. فرآيند الکتروليتي توليد روي شامل مراحل برشته کردن ، ليچينگ ،تصفيه محلول ليچينگ ،الکتروليز، ذوب و ريخته - گري است .
اگر غلظت ناخالصي ها در محلول ورودي به مرحله الکتروليز بيش از حد و ناخالصي هاي مختلف به طور همزمان وجود داشته باشد، فرايند الکتروليتي ممکن است امکان پذير نباشد.محدوده غلظت ناخالصي هاي مضر دقيقا مشخص نشده است ، اما دستورالعمل هايي طبق جدول ١ مي تواند در فرايند الکتروليتي فلز روي مورد استفاده قرار گيرد [١].
جدول ١: ميزان مجاز عناصرموجود در محلول ورودي به الکترووينينگ روي .
جهت کاهش غلظت و يا حذف ناخالصي هاي مضردر طول فرآيند توليد فلز روي سه نوع پسماند جامد به ترتيب شامل کيک فيلتر ليچينگ ، کيک فيلتر گرم و کيک فيلتر سرد تشکيل مي شود. پس از مرحله ليچينگ محلول بدست آمده با اضافه کردن پرمنگنات پتاسيم جهت رسوب عنصر کبالت فيلتر مي شود که کيک فيلتر گرم حاصل مي گردد [٢]. هدف اين تحقيق بازيافت کبالت ، منگنز و روي از فيلتر کيک گرم حاصل از فرايند روي مي باشد، همچنين با انجام اين کار از افزايش آلودگي محيط زيست با وارد شدن فلزات سمي نظير کبالت ، منگنز جلوگيري مي شود.
حلال مناسب جهت فرايند فروشويي بايد با توجه به مسائل اقتصادي و زيست سازگاري دور ريز بودن انتخاب شود که توانايي انحلال زياد، سريع و انتخابي فلزات مورد نظر را داشته باشد. عوامل ليچينگ به تنهايي يا همراه با مواد اکسيد کننده ، در موارد معدودي نيز همراه مواد احيا کننده بکار گرفته مي شود [ ٣].
CoO اکسيد کبالت (ІІ) در اسيد قوي سرد وهمچنين در اسيد ضعيف گرم محلول مي باشد ولي انحلال CoO٣٤ اکسيد کبالت (II, III)
در اسيدها ناچيز است ، کبالت در حالت اکسيداسيون سوم (CoO٢٣) به سختي در محلول اسيد سولفوريک حل مي شود [٤].
سنگ معدن منگنز معمولا در فرم نامحلول اکسيداسيون ٤ تشکيل مي شودکه براي انحلال در اسيد، بايد توسط عوامل احيا کننده به حالت اکسيداسيون ٢ تبديل شود. عوامل احيا کننده از قبيل باکتري ها، مواد شيميايي مانند دي اکسيد گوگرد و ديگر ترکيبات آلي بررسي شده است [٥].
٢. مواد و روش تحقيق
٢-١. مواد و تجهيزات لازم
فيلتر کيک گرم کبالت از شرکت سرب و روي زنجان ، ايران در اين تحقيق مورد استفاده قرار گرفت . اسيد سولفوريک از درجات صنعتي، پراکسيد هيدروژن و متابي سولفيت سديم از شرکت مرک (Merck) آلمان تهيه شد.
دستگاه pH متر مدل بهينه ست ٢١٠٠ (٢١٠٠ Behineh SAT) از شرکت سبلان آزماي تهران ، بن ماري از شرکت فاتر الکترونيک (Fater Electronic) ايران ، ترازوي ديجيتال مدل SBA٣٢ شرکت اسکلتک (Scaltec) آلمان ، همزن مکانيکي مدل ٢٠٢١ RZR
شرکت هايدولف (Heidolph) آلمان مي باشد.
٢-٢. شناسايي فازها و ترکيب شيميايي کيک
جهت شناسايي ترکيب فازي،شيميايي و عناصر موجود در کيک فيلتر گرم از روش پراش پرتو ايکس XRD و آناليز XRF استفاده گرديد. نتايج حاصل از آناليز نمونه معرف کيک فيلتر کبالت در جدول ٢ و نمودار ١ نشان داده شده است .
کيک فيلتر گرم پس از شستشو در آون C°٨٠ خشک شد. ٠.٥ گرم از کيک فيلتر گرم شسته و خشک شده را در ٢٠ ميلي ليتر تيزاب سلطاني حل کرده روي هيتر گذاشته تا به مدت ١٠ دقيقه بجوشد سپس توسط کاغذ صافي فيلتر کرده به حجم ١٠٠ ميلي ليتر مي رسانيم ، براي ترکيب درصد فلزات از محلول فوق آناليز جذب اتمي گرفته شد.
٢-٣. روش انجام آزمايش ليچينگ
ليچينگ فيلتر کيک شسته و خشک شده با استفاده از يک بالن پيرکس سه دهانه ٠.٥ ليتري مجهز به همزن مکانيکي و کندانسور رفلاکس انجام شد .بالن در يک حمام آب ترموستات که درجه حرارت کنترل مي شد غوطه ورگرديد. در طول آزمايش نمونه هاي ml٢ در زمان هاي مختلف گرفته شد. براي تعيين غلظت روي، منگنز و کبالت در محلول ليچينگ از آناليز جذب اتمي استفاده شد.
پارامترهاي دما، درصد جامد، زمان و دور همزن بهينه در کليه آزمايش ها با توجه به مطالعات قبل به ترتيب C°٨٠ ، ٧% ، ٩٠ دقيقه و rpm٨٠٠ در نظر گرفته شد. pH، غلظت اسيد و HO٢٢ براي ليچينگ بهينه سازي شد. قابليت انحلال فلزات مورد بررسي قرار گرفت و درصد بازيابي فلزات تعيين شد.
٢-٤. روش انجام آزمايش احياي رسوب مرحله ليچينگ
احياي رسوب مرحله قبل با استفاده از يک بالن پيرکس ٠.٥ ليتري که محتوي مگنت و مجهز به کندانسور رفلاکس بود بر روي هيتر مغناطيسي انجام شد. در طول آزمايش نمونه هاي ml٢ در زمان هاي مختلف گرفته شد. پارامترهاي درصد جامد ٧% و دور همزن rpm٥٠٠ در نظر گرفته شد. دما، زمان ، pH ، غلظت و سرعت افزودن متابي سولفيت سديم براي احياي دي اکسيد منگنز (MnO٢) بهينه سازي شد. قابليت انحلال و درصد بازيابي منگنز تعيين شد.
٣. بحث و نتايج
٣-١. ليپچينگ .
شرايط و پارامترهاي ليچينگ (Eh و pH) را مي توان از دياگرام Eh-pH نشان داده شده در نمودار ٢ تخمين زد. افزودن پراکسيد هيدروژن پتانسيل الکترودي محلول را کاهش داده و باعث افزايش بازيابي کبالت مي شود. واکنش پراکسيد هيدروژن با اکسيد کبالت (III) انتظار مي رود مطابق واکنش زير باشد [٦].
طبق جدول ٤ و نمودار ٣ با افزايش غلظت اسيد سولفوريک (M١٤-٠٢)، pH محلول ليچينگ کاهش يافته که منجر به انحلال بيشترکبالت ، منگنز و روي شد و در غلظت هاي بيشتر از ١مولار درصد بازيابي تقريبا ثابت شده است . همچنين بدون افزودن پراکسيد هيدروژن انحلال کبالت با اسيد سولفوريک ناچيز بود. بازيافت کبالت و روي با افزودن پراکسيد هيدروژن (M٠١٠٧-٠٠٤٣) به طور قابل توجهي افزايش يافت .
