بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی و مقایسه تکنیک تجزیه آهن به روش تیتراسیون و دستگاه مغناطیس سنج ساتماگان در تجزیه و تفکیک سنگ آهن معدن چغارت با توجه به مینرالوژی کانسنگ
چکیده
هدف از انجام این پژوهش، بررسی روشهای مختلف تجزیه و تفکیک انواع کانسنگ آهن موجود در معدن سنگ آهن چغارت براساس نسبت Fe/FeO و مقایسه آن با نتایج دستگاه مغناطیسسنج "ساتماگان" می باشد. بدین منظور با انجام مطالعات کانهنگاری، تیپهای مختلف کانسنگ آهن از سنگ آهن مگنتیتی تا شدیداً مارتیتی شده و هماتیتی تفکیک و میزان آهن کل (Fe) و اکسید آهن دو ظرفیتی (FeO) در این نمونهها به روش تیتراسیون اندازهگیری و نسبت معرف Fe/FeO در کانسنگ های مختلف محاسبه گردید. با آمادهسازی نمونهها و قرار دادن آنها در دستگاه مغناطیس سنج "ساتماگان"، میزان خودپذیری مغناطیسی و شدت مغناطیسشدگی هریک از نمونهها اندازه گیری شد. سپس رابطه بین عیار و نسبت معرف در تیپهای مختلف کانسنگ با شدت مغناطیسشدگی مورد بررسی قرار گرفته و میزان همبستگی و معادله خط رگرسیون بدست آمده بین این پارامترها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که با دقت بالایی میتوان از دستگاه مغناطیس سنج "ساتماگان"در تفکیک تیپهای مختلف کانسنگ آهن معدن چغارت و به خصوص در آنالیزنمونههای مگنتیتی استفاده کرد.
واژههای کلیدی
روش تجزیه تیتراسیون، دستگاه مغناطیس سنج ساتماگان، خودپذیری مغناطیسی، مارتیتی شدن، معدن چغارت.
-1 مقدمه
کانی هماتیت( ( -Fe2O3 و کانی مگنتیت((Fe Fe 2O4، از بین رایج ترین کانیهای آهندار مدنظر هستند، هماتیت شامل فقط یون آهن فریک (Fe3+) و پایدارتراست و مگنتیت علاوه بر آهن سه ظرفیتی دارای یون آهن فرو (Fe 2+) می باشد.[1] اکثر محققان تبدیل این دو کانی به یکدیگر را بعنوان یک پدیده اکسیداسیون و احیا بیان داشته اند، که شامل احیا هماتیت به مگنتیت بوسیلهی هیدروژن یا مواد ارگانیکی، یا اکسیداسیون مگنتیت به هماتیت بوسیلهی اکسیژن می باشد.[1] بعنوان مثال مگنتیت که فراوانترین کانی آهنزا در بیشتر سازندهای آهن نواری است، عمدتا از تبدیل کانی هماتیت تشکیل شده است 1]و[2، در مقابل کانسارهای آهن ثانویه عیار بالا عمدتاً از تبدیل مگنتیت به هماتیت بوجود آمدهاند2]و.[3 جانشینیهای دروغین نتیجهای از واکنشهای اکسیداسیون و احیا هستند که بعنوان مارتیتیزاسیون شناخته می شوند(جانشینی مگنتیت بوسیلهی هماتیت ناشی از واکنش اکسیداسیون) بطوریکه این تبدیل همراه با
تغییرات حجمی و بافتی کانسنگ است و دربین تمام جانشینیها و تبدیلات کانیهای فلزی، مارتیتیزاسیون شایع ترین تبدیل می باشد4]و.[5 تحقیقات اخیر نشان داده است که پدیده مارتیتی شدن و تبدیل مگنتیت به هماتیت لزوماً با جذب اکسیژن انجام نمی شود بلکه مگنتیت می تواند حتی در اعماق زمین، جایی که حتی فوگاسیته اکسیژن آنچنان بالا نیست، در اثر تاثیر محلول های هیدروترمالی اسیدی و تاثیر یون H+ بر مگنتیت باعث تبدیل آن به هماتیت ثانویه (مارتیت) گردد. در زیر دو واکنش مهم تبدیل مگنتیت به هماتیت ثانویه (مارتیت) ارائه شده است. در واکنش اول اکسیژن نقش اصلی را در تبدیل مگنتیت به هماتیت بازی می کند و در واکنش دوم بدون حضور اکسیژن و فقط با تاثیر محلول های اسیدی این تبدیل صورت می گیرد6]و7و.[8
(1) 2Fe3O4 (mt) + 1/2 O2(g) 3Fe2O3 (hm)
(2) Fe3O4 (mt) + 2H+ )H2O3 (hm) + Fe2+ + H2O
-2 موقعیت و زمینشناسی معدن سنگ آهن چغارت بافق
کانسار سنگ آهن چغارت یکی از کانسارهای مهم آهن واقع در ایران مرکزی است که مطالعه بر روی نمونه کانه های آهن آن بحث اصلی این تحقیق را تشکیل می دهد. این معدن در 10 کیلومتری شمال شرقی شهرستان بافق و در 120 کیلومتری جنوب شرقی شهر یزد و در حاشیه کویر مرکزی ایران قرار گرفته است (شکل.(1 کانههای مهم این معدن شامل مگنتیت (گاهاً با تیغه های نازک ایلمنیت) و هماتیت است که به همراه مقدار اندکی فسفر به شکل آپاتیت به عنوان کانی گانگ تشکیل شده است. سایرکانیهای شناخته شده در کانسار چغارت شامل: اسفن، کلسیت، ترمولیت، آلبیت، پیریت و بصورت نادر کالکوپیریت می باشد 8]و9و.[10 در
خصوص زایش و نحوه تشکیل کانسار چغارت نظرات متفاوتی ارائه شده است. گروهی آن را مرتبط با تفریق ماگمایی به صورت یک تنوره آتشفشانی و گروهی دیگر آن را ناشی از فرآیندهای جانشینی متاسوماتیک مرتبط با فرآیندهای هیدروترمالی دانسته اند. برخی براین باور هستند که منشا ماگماتوژن آن مشابه با کانسار کیرونا در سوئد است 8]و 9و.[10
شکل:1 نقشه موقعیت معادن و آنومالیهای سنگ آهن بلوک معدنی بافق و موقعیت معدن سنگ آهن چغارت.
-3 مقایسه روش تیتراسیون و دستگاه مغناطیسسنج ساتماگان
هدف از انجام این پژوهش، مقایسه روش تیتراسیون و دستگاه مغناطیسسنج ساتماگان، در آنالیز انواع مختلف کانسنگ آهن معدن چغارت از مگنتیتی تا مارتیتی و کاملاً هماتیتی برای تفکیک تیپهای مختلف کانسنگ و بررسی امکان استفاده از دستگاه مذکور به جای آنالیز مستقیم نمونه در این معدن است. یافتن رابطه بین درصد عیارآهن، اکسید دوظرفیتی آهن و نسبت Fe/FeO با شدت مغناطیس شدگی در دستگاه
ساتماگان و تعیین مطلوبترین معادله خط رگرسیون بین داده ها با توجه به تیپ کانسنگ، هدف اصلی این مطالعه را تشکیل می دهد.
تعداد 10 نمونه از کانسنگ هماتیتی و 10 نمونه از کانسنگ مگنتیتی از بخشهای مختلفپله های استخراجی معدن سنگ آهن چغارت بترتیب از پلکان های دوم و چهارم نمونه برداری و پس از کدگذاری، به آزمایشگاه شیمی واحد کارخانجات فرآوری این معدن انتقال داده شد. در آزمایشگاه نمونههای مگنتیتی وهماتیتی به دو قسمت تقسیم شدند؛ یک قسمت برای تهیه مقاطع صیقلی اختصاص یافت و قسمت دیگر برای انجام آزمایشات تیتراسیون و مغناطیس سنجی در نظر گرفته شد.
-1-3 روش تیتراسیون -1-1-3 اندازهگیری آهن (Fe)
ابتدا از یک نمونه آهن استاندارد برای تعیین فاکتور ثابت تجزیه استفاده شد، بدین منظور 0/25 گرم از نمونه استاندارد را وزن کرده و پس از انحلال نمونه، برای تعیین فاکتور (F)، با محلول بیکرومات پتاسیم آنرا تیتر کرده و از رابطه (1) فاکتور بیکرومات مصرفی بدست می آید :
در رابطهی ( 1)، St درصد نمونه آهن استاندارد و V حجم مصرفی بیکرومات می باشد. سپس 0/25 گرم نمونه مجهول را وزن کرده و در ارلن مایر 250 سی سی ریخته و به آن 20 سی سی اسیدکلریدریک غلیظ و 10 قطره اسیدفلوریدریک افزوده و به آرامی حرارت داده می شود. در حین حل شدن، قطره قطره کلرور استانو %10 به محلول افزوده تا رنگ زرد کلرورفریک محو گردد. بمدت 1 دقیقه به ملایمت محلول را حرارت داده و سپس به محلول درون ارلن، 50 سی سی آب مقطر و به مقدار 20 سی سی اسیدسولفوریک 1:4 اضافه میشود. ارلن را در آب سرد گذاشته و مقدار 10 سی سی کلریدمرکوریک افزوده و پس از 5دقیقه با افزودن 15 سی سی اسید فسفریک غلیظ در مجاورت معرف سدیم دی فنیل آمین سولفونات با بیکرومات پتاسیم تیتر میگردد. با تعیین فاکتور بیکرومات از رابطهی (1) و جایگزینی در رابطهی (2) و مقادیر VوW، مقدار درصد آهن نمونه مجهول تعیین میگردد. مقدارW وزن نمونه مورد تجزیه بر حسب گرم می باشد.
-2-1-3 اندازهگیری اکسید آهن (FeO)
مقدار 0/5 گرم از نمونه مگنتیتی و هماتیتی، در ارلن مایر250 سی سی ریخته شد. حدود 2 گرم کربنات سدیم خشک داخل ارلن ریخته و همچنین حدود 30 سی سی اسیدکلریدریک %37 به محتویات داخل ارلن اضافه گردید. درب ارلن مایر با کروزه بسته شد؛محتویات آن را با ملایمت بمدت 15-10 دقیقه حرارت داده تا کاملا بحالت محلول در آید. به مرور زمان با سرد شدن ارلن، بعد از باز کردن درب آن، با آب مقطر اطراف ارلن شستشو داده شد. سپس مقدار 15 سی سی اسید فسفریک1:1 مخلوط با معرف دی فنیل آمین به محتویات ارلن افزوده گردید. مقدار معرف معادل 10 قطره محلول %0/5 می باشد؛ لذا با محلول بیکرومات پتاسیم آزمایش تیتراسیون صورت گرفت و درصد FeO از رابطهی (3) محاسبه گردید. V(cc) حجم بیکرومات مصرف شده است.
(3)
در این فرمول نیز فاکتور ثابت بیکرومات برای تعیین است که از طریق نمونه استاندارد قابل محاسبه می باشد. با آنالیزهای صورت گرفته برای تعیین تیپ کانسنگ از نسبت معرفFe/FeOاستفاده گردید که در جدول 1 نمایش داده شده است.
جدول:1 داده های حاصل از اندازه گیریFe، FeO با آنالیز به روش تیتراسیون و محاسبه Ratio در کانسنگهای مگنتیت و هماتیت.
-2-3 دستگاه مغناطیسسنج ساتماگان
دستگاه سات ماگان1مدل 132 (شکل( 2، که سات ماگان عبارت است از: آنالیزور اشباعشدگی مغناطیسی. روش اندازهگیری در این دستگاه بمراتب سریعتر و دقیقتر از روش شیمیایی است؛ البته سریعتر و دقیقتر بودن به خاصیت مغناطیسپذیری مواد وابسته است. دستگاه ساتماگان درصد
مغناطیس شدگی نمونههای آهن دار را، با اعمال یک میدان مغناطیسی و یا قرار دادن در میدان مغناطیسی، اندازهگیری می کند.دستگاه موردنظر، این قابلیت را داراست که برای هر نمونه یک جز مغناطیس شدگی و یا چند جز که از موادمغناطیسی اشباع شدهباشد را اندازهگیری نماید. این دستگاه بعنوان یک آنالیزور ایده آل برای اندازهگیری جز مغناطیسی یک نمونه (هرچند درصد کمی از مواد تشکیل دهندهی آن، از مواد مغناطیسی اشباع شده باشد و یا مخلوطی از مواد مغناطیسی باشد)، مورد استفاده قرار میگیرد. از ویژگیهای مهم دستگاه ساتماگان، حساسیت بالا، اندازهگیری نمونه بصورت پودری و جامد، عدم حساسیت به وزن نمونهها و قابلیت اندازه گیری و تنظیم در دو رنج عددی اشباع شدگی %100و%200 می باشد. همچنین شرایط اندازهگیری مستلزم وجود دما و ولتاژ محیط پایدار و یکنواخت است. هنگام استفاده از دستگاه نکاتی شایان ذکر است که عبارتند از: - 1 ابعاد دانهها، که میانگین دانهبندی در نمونه باید بزرگتر از 100Mesh باشدچون ابعاد دانهریزتر در دستگاه رنج قرائت کمتری را از مقادیر واقعی نشان میدهد.-2 از خرد شدن بیش از حد نمونه ها بخاطر کمتر اکسیدشدن آنها، جلوگیری بعمل آورده شود.- 3 پیشگیری از حرارت زیاد در حین خشک نمودن نمونهها؛ بدلیل کاهش شدید عامل اکسیداسیون؛ که در غیر اینصورت، کاهش خاصیت مغناطیسی نمونههای مگنتیتی و هماتیتی را بدنبال خواهد داشت.
شکل :2 نمایی از دستگاه مغناطیسسنج ساتماگان.
دادههای شدت خودپذیری مغناطیسی در جدول 2نشان داده شده است.
