بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله بازیابی هیدروکسید منیزیم توسط روش رسوبدهی با شیر آهک، با استفاده از شورابهی نهایی استخرهای تبخیری مجتمع پتاس خور بدون حذف کلسیم و با خلوص بالا بررسی شده است. وجود مقادیر بالای کلسیم در شورابه به دلیل کنترل دقیق pH در حین رسوبدهی، هیچ گونه تأثیر منفی بر روی خلوص محصول نهایی نداشت. آنالیز و مشخصهیابی مواد با استفاده از طیف سنجی نشر شعلهی - اندازه گیری سدیم و پتاسیم - ، تیتراسیون با EDTA - اندازه گیری کلسیم و منیزیم - ، یون متر - اندازهگیری کلر - ، طیف سنجی فلوئورسانس اشعه ایکس - XRF - و پراش اشعه ایکس - XRD - انجام شد. آنالیز XRF نشان داد که سنگ آهک مورد استفاده به عنوان عامل رسوبدهنده کیفیت بسیار بالایی داشت. نتایج حاصل از تیتراسیون و XRD وجود هیدروکسید منیزیم با کمترین میزان ناخالصی را در رسوب نهایی به دست آمده ثابت کرد.
-1 مقدمه
اکثر کشورهای دنیا در مجاورت دریاها و اقیانوسهای که بزرگترین منبع شورابه هستند قرار گرفتهاند. برخی از معادن زیرزمینی نیز با استفاده از معدنکاری محلول تبدیل به شورابه میگردند - کاغذچی، . - 1380 بسیاری از عناصر مهم نظیر سدیم، منیزیم، کلسیم، برم و... که غلظت آنها در آب دریا بالا یانسبتاً بالاست؛ در حال حاضر توسط روشهای اقتصادی از آب دریا بهصورت نمک استخراج میشوند. این روشها شامل تبخیر، ترسیب، تبادلگرهای یونی، استخراج با حلال، جذب، جداسازی غشایی و .. هستند - اوهیا و همکاران، . - 29-36 : 2001
منیزیم هشتمین فلز فراوان در پوسته زمین است و 2% آن را تشکیل میدهد و دومین عنصر حلشده در آب دریا با میانگین غلظت % 0/13 است. اگرچه منیزیم در بیش از 60 نوع ماده معدنی یافت میشود؛ اما تنها تعداد اندکی از آنها ازجمله دولومیت، کارنالیت، بروسیت، منیزیت و الیوین به لحاظ اقتصادی ارزشدارند. منیزیم و ترکیبات آن از آب دریا، شورابه، تلخابه-ها و مواد معدنی اشارهشده در بالا تولید میشوند - کرامر و همکاران، . - 615-629 :2005 دو روش عمده برای تولید هیدروکسید منیزیم استفاده از آب دریا و سنگ معدن است.
روش استفاده از آب دریا دو عیب عمده دارد که قیمت بالای تجهیزات اولیه و محدودیت مکانی است. در مورداستفاده از سنگ معدن، فرآیند بسیار آسان و امکانپذیر است؛ اما کیفیت محصول تولیدی به خلوص سنگ معدن بوده و حذف ناخالصیهای آن مشکل است. در مورداستفاده از تلخابه زائد، به مزیت-های بازیافت باطله و ذخیره سرمایه میتوان اشاره کرد - لی و همکاران، . - 1019-1022 :2007 بهطورکلی مواد خام جهت ترسیب نمکهای منیزیم تحت شرایط صنعتی منیزیت، بیشوفیت، کارنالیت و آب نمکزارها و دریاچههاست.
برای تولید نمک و دیگر ترکیبهای این فلز گاهی از محلول باقیمانده از سایر فرایندها - بهعنوانمثال، محلول حاصل از فرایند الکترولیز روی - استفاده میشود - رادومسکی و همکاران، . - 133- 141 :2014
مهمترین و کاربردیترین روشهای مورد استفاده جهت بازیابی ترکیبات مختلف منیزیم از منابع آبی؛ روش متبلورسازی - شیرازی و همکاران، 199-204 :2015؛ آتشی و همکاران، 4766- 4771 :2010؛ فیضی و همکاران، - 375-380 :2009، استفاده از حلالهای آلی - راغب، 363-365 :2014؛ فیضی و همکاران، 83-88 :2012؛ جوادی و عبدااللهزاده، - 55-60 :1391، استفاده از تبادلگرهای یونی - ملک و همکاران: 1385؛ موراویو و همکاران، - 11-126 :1996، روشهای غشایی - تلژنسکی و همکاران، - 136- 143 :2011 و رسوبدهی شیمیایی - بهادری و همکاران، 24-31 :2015؛ کیپولینا و همکاران، 1-12 :2014؛ کونداکو و دنیلو، 572- 576 :2007؛ تورک و گونت، - 244-250 :1995 هستند.
تولید هیدروکسید منیزیم از شورابه یا آب دریا توسط رسوبدهی ترکیبات مختلف منیزیم بهصورت هیدروکسید منیزیم و در نهایت نیز فیلتراسیون و خشکسازی آن، فرایند شناخته شدهای است که پس از خروج کامل آب در دمای 900œC اکسید منیزیم به دست میآید - الرافعی و محمد، 69-81 :2013؛ خاطر و همکاران، . - 484- 489 :2015 امروزه بیش از 14% درصد MgO موردنیاز جهان، توسط رسوبدهی هیدروکسید منیزیم تولید میشود.
مرسومترین روش دستیابی به هیدروکسید منیزیم روش ترسیب شیمیایی است، که محلولی از یک باز قوی وارد محلول آبی نمک منیزیم میشود. کیفیت هیدروکسید منیزیم بهدستآمده عمدتاً به غلظت معرفهای استفاده شده، دما و شرایط ترسیب وابسته است - رادومسکی و همکاران؛ بهادری و همکاران - . هیدروکسید منیزیم میتواند با روشهای مختلفی نظیر مخلوط کردن آب دریا یا شورابه با ترکیبات بازی نظیر، هیدروکسید سدیم، هیدروکسید کلسیم یا آمونیوم تولید شود. معمولاً سه روش برای تولید هیدروکسید منیزیم از منابع آبی مورداستفاده قرار میگیرد: روش قلیایی - NaOH - ، روش کلسیمی - Ca - OH - 2 - و روش آمونیوم - NH4 - OH - 2 - - وو و همکاران، . - 540- 543 :2014 تولید ترکیبات مختلف منیزیم از آب دریا خصوصاً زمانی که از آهک هیدراته یا دولومیت - روش کلسیمی - برای ترسیب هیدروکسید منیزیم استفاده میشود یک فرایند صنعتی کاملاً شناختهشده است.
- کارسون و سیمند، . - 511- 517 :1994 بهمنظور دستیابی سریع و کامل واکنش با آب دریا، آهک کلسینهشده - آهک شکفته - یا دولومیت کلسینهشده - دولومی - آسیا و آبدار شده تا Ca - OH - 2 تشکیل شود و سپس به شیر آهک یا آهک آبدیده دولومیتی تبدیل گردد - حاوی حدود 20% مواد جامد - . درنهایت نیز یونهای منیزیم با یونهای هیدروکسید واکنش داده و بهصورت هیدروکسید منیزیم رسوب خواهند یافت. معادلات واکنشی تکلیس دولومیت و تبدیل آن به دولومی، هیدراته کردن آن و واکنش آن با منیزیم و تولید هیدروکسید منیزیم به ترتیب در زیر آورده شده است - بهادری و همکاران؛ وو و همکاران؛ سیگر و همکاران، : - 41-77 :2012 مزیت روش کلسیمی قیمت پایین مواد معدنی است، اما از پیچیده بودن فرآیند و مصرف انرژی بالا در کلسیناسیون و طراحی نمیتوان چشمپوشی کرد. علاوهبراین حذف ناخالصیهای غیرقابلحل در مواد معدنی و ناخالصیهای تولیدشده از واکنش، که اثر بدی بر روی خلوص محصول دارد، سخت است - وو و همکاران - .
پیش از این تولید هیدروکسید منیزیم از منابع آبی داخل کشور سه بار توسط روش کلسیمی مورد بررسی قرار گرفته است - بهادری و همکاران؛ مرادی و همکاران، 1393، معادیراد و همکاران، . - 25-31 :1388 در تمام این پژوهشها و پژوهشهای مشابه کلسیم موجود در شورابه توسط عامل سولفاتی به صورت سولفات کلسیم حذف شده است. واحد پتاس خور، اولین تولید کنندهی پتاس از شورابهها در کشور، یکی از کانونهای مهم در بازیابی سایر املاح معدنی با ارزش از شورابهها، از جمله منیزیم بهشمار میآید. در این مقاله، استخراج منیزیم بهصورت هیدروکسید منیزیم با خلوص بالا از شورابهی نهایی مجتمع پتاس خور که حاوی مقادیر بسیار زیاد کلرید کلسیم است بدون هیچ گونه حذف کلسیم، توسط روش رسوبدهی با شیر آهک گزارش شده است.
-2 روش تجربی:
-1-2 مواد شیمیایی و دستگاهها
تمامی مواد شیمیایی و استاداردهای مورد استفاده در این پژوهش از جمله استاندارد EDTA، پودر مورکساید، اریوکروم بلاک تی و بافر آمونیاکی از شرکت مرک خریداری شده و بدون خالصسازی مجدد مورد استفاده قرار گرفتهاند. پیشمادهی اولیه جهت تولید هیدروکسید منیزیم، شورابهی استخر نهایی واحد پتاس خور بود. به منظور اندازهگیری کلسیم و منیزیم موجود در شورابه، به دلیل غلظت بالای آنها از روش تیتراسیون با EDTA استفاده شد.
سدیم و پتاسیم با استفاده از دستگاه Flame Photometer مدل JENWAY اندازهگیری شدند. یونهای کلر نیز توسط دستگاه یونمتر مدل JENWAY اندازه-گیری شدند. برای تعیین دانسیتهی شورابه نیز از روش پیکنومتری استفاده شد. جهت آنالیز آهک از دستگاه XRF مدل PW1480 ساخت کمپانی PHILIPS استفاده شد. مشخصهیابی و آنالیز کمی پودر هیدروکسید منیزیم نهایی نیز توسط دستگاه XRD مدل D8 Bruker صورت گرفت.
-2-2 آمادهسازی شیر آهک
جهت آمادهسازی شیر آهک ابتدا مقداری سنگ آهک، که آنالیز XRF آن در جدول 1 آورده شده است؛ پس از شستشو و خشک شدن، به مدت 1 ساعت در دمای 1000œC تحت عملیات تکلیس قرار گرفت.
