بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
پرعیار سازی و تولید روی از طریق حذف ناخالصیهای PLS حاوی این فلز
چکیده
لیچینگ کانههای رویمعمولاً با اسید سولفوریک انجام میشود. پس از انجام عملیات لیچینگ، محلول باردار ( PLS) بهدست آمده از فرآیند لیچینگ حاوی ناخالصیها، وارد مرحله خنثی سازی و حذف ناخالصیها میشود. در این مرحله باید میزان ناخالصیها در محلول به سطح قابل قبول برای انجام فرآیند الکترووینینگ کاهش یابند. اولین مرحله تصفیه بعد از رسوب گذاری سیلیکات، حذف آهن آن میباشد که با تنظیم pH حدود 4 آهن بهشکل هیدروکسید آهن رسوب میکند. فرآیند ترسیب به یکی از روشهای ترسیب به صورت گوتیت، هماتیت و یا جاروسیت انجام میگیرد، که در حال حاضر اکثراً از ترسیب بهشکل جاروسیت استفاده میشود. با حذف آهن، بهدلیل پدیده همرسوبی بسیاری از ناخالصیها مانند آرسنیک، آنتیموان، ژرمانیم، انیدیم و سلنیم و بخشی از مس بهصورت هیدروکسید یا سولفات قلیایی رسوب میکنند. در ادامه کلر با اضافه کردن کات کبود حذف میشود. سپس دمای محلول تا 80 درجه سانتیگراد همراه با اضافه کردن پودر روی و تریاکسید آرسنیک افزایش می یابد (تصفیه گرم)، تا کبالت و نیکل از محلول رسوب داده شوند. در ادامه دمای محلول به 50 درجه سانتیگراد (تصفیه سرد) می رسد تا همزمان ناخالصیهای مس، کادمیم و سرب رسوب کنند.
کلید واژه: اسید سولفوریک، ناخالصی، ترسیب، pH، جاروسیت.
-1 مقدمه
-1-1 مروری بر لیچینگ روی
- اکسیدها: با استفاده از اسید سولفوریک طبق واکنش زیر:[1]
- سولفیدها: از طریق حرارت دادن در دمای 800-900 درجه سانتیگراد طبق واکنش زیر:[1]
- کربناتها: از طریق حرارت دادن در دمای 800-900 درجه سانتیگراد طبق واکنش زیر:[1]
- سیلیکاتها: با استفاده از اسید سولفوریک طبق واکنش زیر:[1]
-2-1 کاربرد نمودارهای Eh-pH
با استفاده از نمودار شکل 1 نتایج زیر حاصل شده است (اسفالریت معمولا همراه مقادیری آهن است):[2]
- در pH حدود 2/5 به بالا آهن بهشکل Fe(OH)3 رسوب میکند.
- انحلال اسفالریت در pH > 5/5
با استفاده از نمودار شکل 2 میبینیم محدوده مناسب pH برای لیچ کانی اکسید روی بزرگتر از 5/5 میباشد که تحت واکنش زیر اتفاق میافتد:[3]
-3-1 ناخالصیها
مهمترین ناخالصیها در PLS روی عبارتندز:[4]
Fe, Mn, Ni, Co, Ca, Si , Cd, Cl, As, Sb, Cu
مشکلات آهن و آرسنیک عبارتندز:[4]
- تولید فریت (ZnFe2O4) و کاهش بازیابی روی
- حضور عناصر Fe, As, Sb در مرحله الکترولیز مشکل ساز میباشند.
- آرسنیک باعث زبری کاتد میشود.
مشکل سایر ناخالصیها نیز بهترتیب زیر است:[4]
- کبالت سبب سوراخ شدن ورقهای روی خواهد شد.
- کادمیم همراه با روی در سطح کاتد نشسته و خلوص آن را پایین میآورد.
- مس باعث خوردگی کاتد میشود.
- نیکل هم شدت خوردگی کاتد و افت کارایی الکترولیز را افزایش میدهد.
میزان مجاز عناصر موجود در محلول ورودی به الکترووینینگ روی در جدول 1 آمده است.
-2 روش تحقیق
با اضافه کردن دیاکسید منگنز یا پرمنگنات پتاسیم و افزایش pH محلول تا 5 و اکسایش یون فرو به فریک، آهن بهصورت هیدروکسید رسوب داده میشود. رسوبات هیدروکسید آهن بهدلیل پدیده همرسوبی ناخالصیهای زیادی مانند آرسنیک، آنتیموان، ژرمانیم، انیدیم و سلنیم و بخشی از مس را بهصورت هیدروکسید یا سولفات قلیایی رسوب میدهند.[5] ترسیب به سه شکل صورت میگیرد: ترسیب بهصورت گوتیت، ترسیب بهصورت جاروسیت، ترسیب بهصورت هماتیت.[6]
-1 .2 ترسیب بهصورت جاروسیت
جاروسیت یک کمپلکس بازیک سولفات آهن است. شرایط ایدهآل برای تشکیل جاروسیت عبارتند از دمای 95 تا 100 درجه سانتیگراد، pH بین1/6 تا 1/8، همزدن شدید و حضور مواد دانهای (جاروسیت دانهای). مشکل این روش ترسیب همزمان یونهای Cu، Zn، Co، Ni، Mn، In، Al، Ga و Ge میباشد.[6]
-2 .2 ترسیب بهصورت گوتیت
این فرآیند بهصورت موفقیت آمیزی در صنایع الکترولیز روی اجرا شده است. واکنش آن به صورت زیر است.[6]
غلظت یون فریک نباید از 1g/l بیشتر شود، این واکنش باید در دمای 80 تا 90 درجه سانتیگراد و 2 pH تا 3 انجام شود و اسید تشکیل شده در خلال ترسیب گوتیت خنثی شود. دو نوع ترسیب در این حالت رخ میدهد:[6]
- ترسیب آهسته: تشکیل رسوب کریستالیزه شده α-FeO.OH
- ترسیب سریع: تشکیل آکاژنیت با فرمول β -FeO.OH که مشکل فیلتراسیون دارد.
یکی از مزایای ترسیب آهن بهصورت گوتیت بهجای جاروسیت، حجم کمتر باطله گوتیتی است .[6]
-3 .2 ترسیب بهصورت هماتیت
این نوع ترسیب بهصورت هیدرولیز شدن سولفات فرو به هماتیت رخ میدهد. واکنش آن بهصورت زیر است:[6]
شرایط اکسیداسیون: فشار جزئی po2 باید بیشتر از 5bar و دما بیشتر از 185 درجه سانتیگراد باشد (در دمای 200 درجه سانتیگراد، آهن بهصورت هماتیت حذف میشود).[6]
-4 .2 تصفیه محلول
در این مرحله حذف ناخالصیهای مس، کبالت، نیکل، کادمیم و کلر انجام میشود. حذف کلر با استفاده از کات کبود (CuSO4) صورت میگیرد و با تصفیه گرم و سرد، نیکل، کادمیم و کبالت و مس حذف میشود. به این ترتیب که با افزایش دمای محلول به حدود 80 درجه سانتیگراد بهوسیله مخزن های کویلدار و سپس افزودن پرمنگنات پتاسیم یا تریاکسید آرسنیک بهمنظور اکسیداسیون CO2+ به CO3+ و ترسیب هیدروکسید سه ظرفیتی کبالت، حذف مس و کبالت بهصورت تصفیه گرم انجام میشود.[7]
بهمنظور حذف نیکل و کادمیوم از فرآیند تصفیه سرد یعنی رساندن دمای محلول به 50 درجه سانتیگراد در مخزن تصفیه سرد و سپس اضافه کردن پودر روی برای ترسیب فلـزات نجیبتر از روی یعنی مس، نیکل و کادمیم با عمل سمنتاسیون و در انتها عبور محلول از فیلتر پرس تصفیه سرد و انتقال محلول لیچ به برجهای خنک کننده، استفاده میشود.[8]
منحنی تغییرات پتانسیل محلول در نتیجه افزودن پودر روی در شکل 3 نشان داده شده است.
