بخشی از مقاله
بازيافت کبالت از ضايعات فرآيند توليد روي با استفاده از دي -٢-اتيل هگزيل فسفريک اسيد و تري بوتيل فسفات
چکيده :
در اين کار تحقيقاتي اکسيد کبالت از ضايعات کارخانجات توليد روي ايران با روش استخراج حلالي بازيافت شده است . فيلتر کيک گرم که حاوي ١.٤٣ درصد کبالت است به عنوان ماده اوليه براي تهيه اکسيد کبالت استفاده شد. در مرحله اول فيلترکيک تازه تهيه شده پس از شتشو با آب مقطر با اسيد سولفوريک غليط هضم شد و فلزات موجود در آن به صورت محلول در آب درآمد. سپس حذف منگنز و آهن با استفاده از آمونيم سوپرسولفات در pH برابر ٤.٥ و دماي ٩٥ درجه انجام شد. جداسازي انتخابي کبالت از بين کاتيونهاي Zn،Ca ،Ni ، وCd، با حلالي از گروه اسيدهاي آلي فسفردار به نام دي -٢-اتيل هگزيل فسفريک اسيد (D2EHPA) به عنوان استخراج کننده ، تري بوتيل فسفات (TBP) به عنوان اصلاح کننده و يک حلال هيدروکربني از توليدات شرکت ملي پتروشيمي ايران به عنوان رقيق کننده صورت گرفت . در مرحله استخراج با حلال ، کبالت به طور انتخابي در pH برابر ٥ با استخراج کننده تشکيل کمپلکس داده و به فاز آلي انتقال مييابد. عمل استخراج کبالت از طريق تنظيم دقيق pH، غلظت مواد واکنش کننده ، مدت زمان و دماي تماس دو فاز آلي و آبي بهينه سازي شد. انتقال کبالت از فاز آلي به فاز آبي با محلول اسيد کلريدريک M٣ انجام شد و در مرحله آخر ترسيب کبالت به صورت اگزالات ، با کمک محلول آمونيم اگزالات انجام شد و در نهايت با کلسينه کردن اگزالات کبالت در ٦٥٠ درجه اکسيد کبالت با راندمان کلي ٩٧ درصد به دست آمد. در انتها فلوچارت تهيه اکسيد کبالت از فيلتر کيک گرم نيز پيشنهاد شد.
واژه کليدي: استخراج حلالي - بازيافت کبالت - ضايعات فرآيند توليد روي - دي -٢-اتيل هگزيل فسفريک اسيد
١. مقدمه
بازيافت کبالت از منابع ثانويه از نظر مسائل زيست محيطي و اقتصادي بسيار حائز اهميت است [١-٧].
در فرآيند تصفيه محلول الکتروليت ، دفع گونه هاي فلزي که همراه سنگ معدن روي در اثر واکنش با اسيد سولفوريک در محلول الکتروليت به همراه سولفات روي وجود دارد ضروري است . کبالت يکي از خطرناکترين ناخالصيهائي است که وجود آن حتي در مقادير بسيار جزئي نيز مزاحمتهاي زيادي را در توليد شمش روي ايجاد ميکند. در کارخانجات توليد روي ايران در مرحله تصفيه گرم کبالت موجود در محلول الکتروليت با افزودن پرمنگنات پتاسيم و پودر روي سيمانته شده و به صورت فيلتر کيک از خط توليد روي حذف ميشود [٨]. در حال حاضر در ايران کليه توليد کنندگان روي کشور اين فيلتر کيکها را به عنوان مواد زائد دپو کرده و در نهايت دور ميريزند. اين مواد ضمن آلوده کردن محيط زيست ، حاوي مقادير قابل توجهي فلزات با ارزش ميباشد. کادميم و نيکل موجود در محلول الکتروليت نيز عمدتا طي فرآيند تصفيه سرد از محلول الکتروليت جدا شده و به صورت فيلتر کيک سرد از فرآيند توليد روي جدا ميشود. هدف از اجراي اين کار تحقيقاتي يافتن روشي عملي و اقتصادي براي يازيافت کبالت از فيلتر کيک گرم حاصل از فرآيند توليد روي بوده است .
همچنين با انجام اين کار از افزايش آلودگي محيط زيست با وارد شدن فلزات سمي نظير کبالت ، کادميم و نيکل جلو گيري ميشود.
در اين کار تحقيقاتي فلزات موجود در فيلتر کيک تازه تهيه شده ، با کمک اسيد سولفوريک غليظ هضم - شده و به فاز آبي راه مييابند. استخراج انتخابي و بازيافت کبالت از محلول فوق با روش استخراج با حلال آلي با کمک دي -٢-اتيل هگزيل فسفريک اسيد به عنوان استخراج کننده ، تري بوتيل فسفات به عنوان اصلاح کننده و يک حلال هيدروکربني مورد مطالعه بررسي قرار گرفته است . قبل از عمل استخراج حلالي، آهن و منگنز با کمک آمونيم سوپرفسفات از محلول واکنش حذف شد. اثر فاکتورهاي موثر در راندمان عمل استخراج مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت . مسائل اقتصادي حاکم بر استخراج و بازيافت کبالت نيز مورد توجه و دقت نظر بوده است .
فلوشيت جداسازي و بازيافت کبالت از فيلتر کيک گرم نيز ارائه شد.
٢. روش انجام آزمايش ها
نمونه ي فيلتر کيک کبالت مورد استفاده در اين کار تحقيقاتي، از کارخانه ي سرب و روي زنجان تهيه شدکه به صورت تازه تهيه شده مورد آزمايش قرار گرفت . اين نمونه در طي فرآيند توليد روي بدست آمده است :
درصد فلزات موجود در کيک گرم به شرح زير گزارش شده است :
چون مقدار کلرور کم است ، عمل تصفيه ي کلرور با استفاده از سولفات مس و پودر روي انجام نمي شود، بنابر اين مقدار مس در فيلتر کيک ناچيز است .
٢-١ عمليات شستشو و ليچينگ با اسيد سولفوريک
از نمونه ي کيک کبالت مقدار مشخصي (٥٠ گرم ) وزن شد و با آب مقطر دو مرتبه شستشو داده شد.
درصد عناصر اصلي نمونه فيلتر کيک گرم کبالت به روش جذب اتمي در جدول زير آمده است :
سپس محتوي فيلتر کيک شسته شده با سولفوريک اسيد ١:١ در دماي ٩٠ درجه روي بن ماري به مدت ٢ روز تا خشک شدن کامل ، تحت واکنش قرار گرفت . سپس ماده جامد به دست آمده با آب مقطر به حجم ١٠٠ ميلي ليتر رسانده شد و از صافي عبور داده شد. محلول زير صافي و رسوب هاي جمع آوري شده ، براي جذب اتمي و اندازه گيري غلظت يون کبالت آماده شد. جامد باقي مانده را نيز در داخل دسيکاتور قرار داده و پس از خشک شدن به مدت يک ساعت در کوره با دماي ٥٥٠ درجه حرارت داده شد. ماده ي جامد را در HCl١١ حل کرده و محلول روي حمام بن ماري خشک گرديد. سپس رسوب با کمترين مقدار HCl ٠.١ نرمال شسته و از صافي عبور داده ميشود. محلول زير صافي را به حجم ml ٥٠ رسانده و غلظت يون کبالت در آن اندازه گيري شد.
براي تنظيم pH واکنش ها مقادير مناسبي از سود جامد و اسيد سولفوريک غليط استفاده شد (به منظور اجتناب از تغيير حجم ).
٢-٢- حذف آهن و منگنز از محلول ليچينگ
پس از عمل هضم فيلتر کيک با سولفوريک اسيد ١:١ ماده ي بدست آمده را دوباره در کوره با دماي ٤٥٠ درجه سانتيگراد قرار داديم و پس از خارج کردن از کوره با آب مقطر رقيق کرديم . براي حذف يون هاي آهن و منگنز ١٠٠ميلي ليتر از اين محلول را با ٠.٥ گرم آمونيوم سوپرسولفات مخلوط کرديم . سپس در دماي ثابت ٩٥ درجه pH اين محلول را با کربنات سديم آنقدر تغيير داديم که رسوب تشکيل شود. مقدار pH برابر ٤.٥ بدست آمد. محصول را صاف کرده و بعد از آن با محلول زير صافي که عاري از يون هاي آهن و منگنز است عمل استخراج ادامه يافت .
٢-٣- استخراج با استفاده از D2EHPA و TBP
در اين مرحله از D2EHPA و TBP به عنوان استخراج کننده و حلال AW ٤٠٢که کمترين مقدار ترکيبات آروماتيک را دارد، به عنوان رقيق کننده استفاده شد. حجم فاز آبي و فاز آلي بکار برده شده به ميزان مساوي و برابر و در مجموع ١٠٠ ميلي ليتر در نظر گرفته شد. غلظت هاي متفاوتي از D2EHPA وTBP به فاز آلي افزوده شد و بر روي هيتر استيرر با سرعت ٢٠٠ دور در دقيقه در دماهاي ٢٥ ،٤٠ و ٦٠ درجه به مدت يک ساعت حرارت داده شد و براي کنترل درجه ي حرارت از يک حمام بن ماري استفاده گرديد. سپس مخلوط واکنش در دکانتور ريخته شد تا فازهاي آلي و آبي آن از هم جدا شوند. در ابتدا و انتهاي تماس دو فاز نيز pH فاز آبي اندازه گيري و تنظيم شد.
