بخشی از مقاله
چکیده
ماسه سیلیسی مورد استفاده در کاربردهای خاص باید خصوصیات ویژهای داشته باشد. ناخالصیهای مختلف اثرات متفاوتی بر خواص آن میگذارند. از جمله مهمترین ناخالصیها در سیلیس که بر خواص آن تأثیر منفی میگذارد، آهن و ترکیبات آهن هستند. حذف این ناخالصیها به کمک روش-های سودمند و آسان بسیار مورد توجه میباشد. در این مطالعه، حذف آهن از ماسه سیلیسی با اسید فسفریک و اسید اگزالیک بعنوان روشی ساده و ارزان مورد بررسی قرار گرفته است.
اثرات پارامترهای مؤثر از جمله اندازه ذرات ماسه، دمای محلول، غلظت اسید و زمان حلسازی ارزیابی شده است. نتایج حاصل نشان داد اسید اگزالیک بعنوان یک اسید آلی در حذف آهن از ماسه سیلیسی نسبت به اسید فسفریک موفقتر می باشد. مشخص شد افزایش دمای محلول سبب بهبود بازدهی انحلال آهن می-شود. ریز شدن ذرات به دلیل افزایش سطح تماس با اسید سبب تسریع حذف آهن میگردد. در شرایط بهینه: غلظت اسید 0/5 مولار، دمای 80œC و زمان 120 دقیقه، مقدار حذف آهن توسط اسید فسفریک و اسید اگزالیک به ترتیب %61 و %92 بدست آمد.
مقدمه
ماسه سیلیسی مادهای مهم برای کاربرد در فناوریهای پیشرفته مختلف در زمینه سرامیک æ دیرگداز و نیز در صنایع کاغذ، لاستیک، تصفیه آب تحت تابش نور ماوراء بنفش و سایر صنایع میباشد که به خوبی شناخته شده است .[3-1] با این حال، به منظور استفاده در این کاربردها، سیلیس نیاز به خواص مناسب مانند خلوص شیمیایی، شفافیت نور و مقاومت در برابر تابش دارد .[1] نشان داده شده است که حضور ناخالصیهایی مانند Al، Fe، Ge و Ti و همچنین فلزات قلیایی میتوانند خواص سیلیس مانند شفافیت در منطقه UV و مقاومت تابشی را برای استفاده در لامپهای الکتریکی را کاهش دهند .
[5 ,4] ناخالصیهای معمول در کانیهای طبیعی، اکسید آهن æ سیلیکاتها میباشند که مضراتی را به دنبال دارند از جمله: - 1 - شفافیت عینکهای معمولی بدون رنگ و شیشهای با کیفیت بالا را مختل میکنند. - 2 - انتقال در الیاف نوری را مختل میکنند. - 3 - بر تولید محصولات سیلیکونی خالص مانند فلز سیلیکون، کاربید سیلیکون و سیلیکات سدیم تأثیر منفی میگذارد .[7 ,6 ,2] آهن یکی از ناخالصیهای مزاحم در ماسه سیلیسی است .[2] حضور ترکیبات آهن منجر به رنگ ناپذیری میشود و خواص را به شدت تخریب میکند .[8 ,7 ,2] در حال حاضر یکی از وظایف اصلی در تصفیه ماسه سیلیسی حذف آهن و ترکیبات آهن با استفاده از روشی بسیار کارآمد است.
طیف گستردهای از روشها از جمله روشهای فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی مورد بررسی قرار گرفته است .[9 ,8 ,6] روش مناسب برای حذف آهن از یک ماده معدنی صنعتی بستگی به نوع کانی و توزیع آهن در سنگ معدن دارد. با این حال، تکنیکهای جداسازی فیزیکی مانند فلوتاسیون، جداسازی با واسطه سنگین یا جداسازی مغناطیسی، به ندرت آهن را به سطح قابل قبول کاهش میدهند .[7 ,6] روشهای شیمیایی شامل استفاده از اسیدهای آلی و غیرآلی است. اسیدهای غیرآلی که بیشتر بکار میروند اسید سولفوریک و هیدروکلریک هستند، اما معمولاً هزینه زیادی دارند و پسابهای پس از آن برای محیط زیست غیر قابل قبول هستند .[9-6]
بنابراین علاقه زیادی در توسعه فناوریهای جایگزین مانند بکارگیری اسیدهای آلی وجود دارد که میتوانند مؤثرتر و سازگار با محیط زیست باشند .[9 ,6 ,1] در روشهای مرسوم، در تحقیقات زیادی HF با اسیدهای قوی غیرآلی مانند H2SO4، HNO3 و HCl برای بهبود بازدهی حذف ناخالصیها استفاده شده است Chiarizia .[10] و Horwitz اسید فسفریک را برای حل کردن -FeOOH استفاده نمودند و نتیجه گرفتند که HEDPA - مشتقی از اسید فسفریک - به علت توانایی در کمپلکس سازی قوی در حلسازی آهن بسیار مؤثر است .[11]
از بین اسیدهای آلی، اسید اگزالیک در حذف ناخالصیها موفقتر بوده است. به گونهای که Li و همکاران از مخلوط مقدار زیادی HCl بسیار رقیق و مقدار کمی H2C2O4 برای حذف آلومینیوم استفاده کردند Veglio .[12] و همکاران انحلال آهن موجود در سیلیکا را توسط اسید اگزالیک انجام دادند و در شرایط دمای 80œC، اندازه ذرات 170ʽm و نسبت جامد به مایع %10 توانستند حدود %60 آهن را خارج کنند Du .[13] و همکاران نیز با تغییر پارامترها توانستند %76 آهن را از ماسه سیلیسی حذف کنند .[9]
بنابراین هدف از این مطالعه بررسی حذف آهن از ماسه سیلیسی با اسید فسفریک و اسید اگزالیک از ماسه مجتمع معدن کاران است ماسه سیلیسی توسط آنالیزهای XRD و FESEM مورد مطالعه قرار گرفته است. علاوه بر این، تلاشی برای بهینه سازی پارامترهای فرآیند مانند اندازه ذرات، دما، زمان حلسازی و غلظت اسید حلسازی نیز انجام شده است. در هر قسمت مقدار آهن حل شده در محلول با آنالیز AAS تعیین شده است.
مواد و روش تحقیق ماسه سیلیسی مورد استفاده در این آزمایش از شرکت معدنکاران نسوز تهیه شده است. این پودر حاوی 270ppm آهن میباشد و در دو اندازه ذره 150 و 270ʽm از آن استفاده شده است. همه مواد شیمیایی مورد استفاده با درجه آزمایشگاهی بودند. اسید فسفریک و اسید اگزالیک از شرکت مرک تهیه شدند. در این پروژه تأثیر چهار پارامتر اندازه ذرات، دما، زمان و غلظت اسید حلسازی بررسی شده است. سیستم مورد استفاده در این آزمایش بسته است و در شکل 1 نمایش داده شده است. تلاطم در سیستم توسط همزن مغناطیسی ایجاد میشود.
