بخشی از مقاله
خلاصه
نفلین سینیت یک سنگ آلومینوسیلیکاته و مهمترین منبع غیر بوکسیتی برای استحصال آلومینا می باشد. روش های مختلفی از جمله لیچینگ اسیدی و لیچینگ قلیایی تحت فشار برای انحلال این ماده معدنی انجام شده است. در این تحقیق، لیچینگ قلیایی با NaOH در فشار اتمسفری بررسی شد.
این روش به دلیل انتخابی بودن، ورود ناخالصی کمتر به محلول و همچنین فیلتراسیون راحت تر، نسبت به دو روش دیگر برتری دارد. قبل از مرحله لیچینگ لازم است که نفلین سینیت با سنگ آهک تحت عملیات سینتر قرار گیرد تا آلومینیم موجود در ترکیب به آلومینات های سدیم و پتاسیم قابل حل در قلیا تبدیل شود.
هدف از انجام این تحقیق، شرایط مناسب برای انحلال و افزایش بازیابی آلومینیم به عنوان عنصر اصلی و جلوگیری از ورود سیلیس به محلول، به عنوان عنصر مزاحم می باشد. پارامترهای موثری نظیر غلظت عامل لیچ، دما و ابعاد ذرات، بررسی شدند.
بر اساس نتایج در دمای 80 درجه سانتی گراد، غلظت 3 مولار NaOH، ابعاد ذرات -88 میکرون، بازیابی آلومینیم 70 درصد شد. همچنین بازیابی سیلیس در این شرایط کمتر از 3 درصد بود که در مرحله سیلیس زدایی توسط شیرآهک حذف می شود. پس از مدت زمان 1 ساعت، بازیابی آلومینیم کاهش می یابد که دلیل آن، واکنش آلومینات موجود در محلول با سیلیکات دی کلسیم تجزیه شده است. در نتیجه این واکنش، هیدروآلوموسیلیکات کلسیم تشکیل شده و از آنجایی که حلالیت بسیار کمی داشته، سبب ترسیب و اتلاف آلومینیم و قلیا می شود.
.1 مقدمه
آلومینیم بعد از اکسیژن و سیلیسیم فراوان ترین عنصر در پوسته زمین است. از نظر کیفیت و ارزش، بعد از آهن، کاربردی ترین و پرمصرف ترین فلز بوده و تقریبا در تمامی بخش های صنعت کاربرد دارد. تولید تجاری این فلز عمدتا از کانی بوکسیت می باشد که در ساختمان سازی، بسته بندی، حمل و نقل و ... مورد استفاده قرار می گیرد. از سایر منابع آن می توان به نفلین سینیت، آلونیت و کانی های رسی اشاره کرد. امروزه با توجه به کاهش ذخایر با کیفیت بوکسیت به عنوان اصلی ترین منبع برای تولید آلومینا و همچنین افزایش تقاضا برای این فلز، توجه زیادی برای فرآوری از سایر منابع آن معطوف شده است.
نفلین سینیت با فرمول شیمیایی - Na,K - 2O.Al2O3.2SiO2، مهمترین منبع غیر بوکسیتی برای تولید آلومینا می باشد.[1] کانسارهای مرغوب و بزرگ آن در کشورهای روسیه، کانادا، نروژ، چین و ترکیه قرار دارد. کشور ایران نیز دارای ذخایر غنی این کانی از جمله معدن نفلین سینیت سراب و کلیبر می باشد. علاوه بر تولید آلومینا، وجود ترکیبات جانبی از جمله سیمان، نمک های سدیم و پتاسیم، بر ارزش این کانی افزوده است. همچنین در صنایع شیشه، سرامیک، لاستیک سازی و کاغذ سازی کاربرد فراوان دارد.
برای انحلال کانسنگ نفلین سینیت، روش های مختلفی از جمله لیچینگ اسیدی و لیچینگ قلیایی تحت فشار انجام گرفته است اسیدسولفوریک به عنوان عامل لیچ در روش اسیدی مورد استفاده قرار می گیرد.[4-2] در روش قلیایی تحت فشار نیز، NaOH در اوتوکلاو و در دمای 150 الی 250 درجه سانتی گراد سبب انحلال مواد نفلین سینیت می شود. لیچینگ اسیدی به دلیل تولید ژل سیلیسی که مشکلاتی را در فیلتراسیون ایجاد می کند، ورود ناخالصی زیاد و همچنین تولید برخی یون ها از جمله یون سولفات که در مرحله کربنیزاسیون سبب آلودگی محلول می شود، روش مناسبی نمی باشد.
همچنین لیچینگ قلیایی تحت فشار نیز انرژی زیادی را به دلیل دما و فشار بالا مصرف می کند.[3] علاوه بر آن مصرف سود به عنوان عامل لیچ در این روش زیاد است بنابراین در این تحقیق از لیچینگ قلیایی با NaOH در فشار اتمسفری استفاده گردید. لازم است قبل از عملیات لیچینگ، کانسنگ نفلین سینیت تحت عملیات سینتر قرار گیرد، زیرا در حالت طبیعی به صورت نامحلول است. مواد خرد شده نفلین سینیت در دمای 1100 الی 1300 درجه سانتی گراد و زیر نقطه جوش با سنگ آهک سینتر می شوند تا آلومینیم موجود در ترکیب به آلومینات های سدیم و پتاسیم قابل حل در قلیا و سیلیس آن به سیلیکات دی کلسیم نامحلول تبدیل شود.[5] این فرآیند در کوره دوار انجام می گیرد و واکنش آن به صورت واکنش - 1 - می باشد.
محصول سینتر که تشکیل دهنده خوراک لیچینگ است شامل سیلیکات دی کلسیم 2 - 2CaO.SiO2 - و آلومینات های قلیایی - Na,K - 2O.Al2O3 است. در مرحله لیچینگ، با انحلال هرچه بیشتر آلومینات های سدیم و پتاسیم در محلول قلیایی، می توان این مواد را از سیلیکات دی کلسیم نامحلول جدا کرده و به حداکثر بازیابی آلومینیم و قلیا دست پیدا کرد. پارامتر های مهمی از جمله غلظت عامل لیچ، زمان، دما، ابعاد ذرات، نسبت جامد به مایع و دور همزنی بر میزان بازیابی آلومینیم تاثیر دارند
.2 مواد و روش آزمایش
.1. 2 تهیه و شناسایی مواد
نمونه سینتر نفلین سینیت از پایلوت آذر شهر، واقع در استان آذربایجان شرقی تهیه شد. ابعاد نمونه ارسالی در حدود 6 الی 12 سانتی متر بود. مواد یک مرحله توسط دستگاه سنگ شکن فکی آزمایشگاهی و سپس محصول سنگ شکن، توسط آسیای گلوله ای آزمایشگاهی، برای رسیدن به ابعاد مورد نظر خرد شدند. شکل - 1 - نمودار دانه بندی مواد خرد شده و مورد استفاده برای آزمایشات لیچینگ را نشان می دهد. از روی نمودار مشاهده می شود که d80 نمونه برابر با 81 میکرون می باشد.
شکل – 1 نمودار دانه بندی مواد سینتر نفلین سینیت خرد شده
از مواد خرد شده نمونه معرف تهیه شد و برای عیار سنجی، توسط دستگاه XRF آنالیز گردید. نتایج آنالیز و میزان عناصر موجود در نمونه اولیه در جدول - 1 - آورده شده است.
جدول – 1 آنالیز XRF نمونه اولیه سینتر نفلین سینیت
