پاورپوینت هیدرو متالورژی انحلال انتخابی فلز از کانه یا فرآیند لیچینگ بازیابی انتخابی فلز از محلول

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 2 :

هيدرو متالورژي
انحلال انتخابي فلز از کانه يا فرآيند ليچينگ
بازيابي انتخابي فلز از محلول

اسلاید 3 :

عمل آوری محلول ها
1- تغلیظ
2- خالص سازی
( شرح فرآیند ها، مثال ها و..)

اسلاید 6 :

تبادل يوني (Ion Exchange)
تاريخچه :
اولين تلاشها براي استفاده از فرآيند تبادل يوني در حذف ناخالصيها از آب با استفاده از سيليکاتهاي طبيعي و مصنوعي در سال 1906 نجام شد.
اولين تلاشها در کاربرد فرآيند تبادل يوني براي بازيابي فلز در مورد بازيابي مس از محلولهاي باطله صنعت برنج و بازيابي نقره از باطله هاي فيلمهاي عکاسي و بازيابي کرم از باطله هاي آبکاري بود.
اورانيوم اولين فلزي بود که به روش تبادل يوني در مقياس بزرگ از محلولهاي ليچ بازيابي شد و امروزه تحقيقات وسيع انجام شده در ان زمينه استفاده گسترده از روش تبادل يوني را براي بازيابي ساير فلزات از محلولهاي ليچ فراهم کرده است.
فرآيند تبادل يوني بويژه براي عمل آوري محلولهاي خيلي رقيق که غلظت يون فلزدر آنها حدود 10 ppmيا کمتر است مفيد ميباشد و عموما اين روش براي محلولهاي با غلظت يون فلز بيش از يک درصد مفيد نيست.

اسلاید 7 :

اصول کلي فرآيند تبادل يوني
يک تبادل کنندة يوني شبکه اي است که بارهاي الکتريکي مثبت يا منفي حمل ميکنند. بار الکتريکي به وسيلة يونهاي با علامت متضاد که "يونهاي مخالف" خوانده ميشوند موازنه ميشود. يونهاي هم علامت در شبکه " يونهاي هم بار " ناميده ميشوند. يونهاي با بار مخالف در شبکه آزادي حرکت دارند و ميتوان آنها را به وسيلة ديگر يونهاي هم علامت جايگزين کرد.
وقتي که يک شبکه يونهاي با بار مثبت را حمل ميکند ، در اينصورت يک تبادل کنندة آنيوني است، زيرا ميتواند آنيونها را با يونهاي مخالف مبادله نمايد. به طور مشابه يک تبادل کنندةکاتيوني قادر است تا کاتيونها را با يونهاي با بار مخالف شبکه تعويض نمايد.
جذب بر روی تبادل یونی در ستون های حاوی رزین های تبادی یونی صورت میگیرد و شامل دو مرحله بارگذاری یونهای مورد نظر وبار گیری آنها. در اتمام کار ستون ها قابلیت استفاده مجدد دارند.

اسلاید 8 :

اصول کلي فرآيند تبادل يوني
واکنشهاي تبادلي به صورت زير ارائه ميشوند :

آنيوني:
2Y-(r) + B2+(aq) B2+(r) + 2Y-(aq)

اسلاید 9 :

مدل اسفنجي تعويض کننده هاي يوني
تبادل کنندة آنيوني
تبادل کنندة کاتيوني
مبدلهاي يوني را ميتوان با يک اسفنج داراي يونهاي مخالف مقايسه نمود که يونها در منافذ شناورند و وقتي که اسفنج در يک محلول غوطه ور ميشود يونهاي با بار مخالف ميتوانند سوراخهاي اسفنج را ترک نموده و به صورت شناور درآيند. به منظور حفظ حالت خنثي در اسفنج به ميزان عدد استوکيومتري از ساير يونها از محلول وارد منافذ ميشوند.

اسلاید 10 :

مواد مورد استفاده در روش تبادل يوني
مواد غير آلي
مواد آلي
مواد غير آلي طبيعي هستند يا مصنوعي.
مثال، گروه کانيهاي طبيعي آلومينوسيليکاتها با نام زئوليت در دستة مواد طبيعي تبادل کنندة کاتيونها
امروزه رزينهاي آلي متنوعي به صورت مصنوعي ساخته و مورد استفاده قرار ميگيرند. فنل فرمالدئيد و پلي استيرن مهمترين رزينهاي آلي مورد استفاده در هيدرومتالورژي هستند.

اسلاید 11 :

مواد مورد استفاده در روش تبادل يوني
1- مواد غيرآلي
آلومينوسيليکاتهاي طبيعي ( زئو ليتها ) مانند آناليت و شابازيت مورد استفاده قرار مي گيرند.

بعلت اختلاف بار Al3 + وSi4- شبکه داراي بار الکتريکي منفي مي باشد که اين بار بوسيله کاتيون هاي قليايي و قليايي خاکي موازنه ميشوذ که به صورت آزاد در شبکه حرکت مي کنند.

با ذوب کربنات سديم٬کائولن ٬فلدسپار وغيره يا با تشکيل ژلاتيني از محلول سيليکات سديم-سولفات آلومينييم با NaOH ورسوب وخشک کردن آن مي توان به رزين هاي يوني مصنوعي رسيد.

اسلاید 12 :

2- مواد آلي
تبادل کننده هاي آلي که براي اولين بار استفاده شدهاند ذغال هاي سولفوناته بودند.
در حال حاضر از رزين هاي مصنوعي که مرکب از يک شبکه الاستيک سه بعدي از زنجيره هاي هيدرو کربني که گرو هاي ثابت يوني را حمل مي کنند استفاده ميشود.

انواع مواد آلي:
1- رزيت هاي فنل فرمالدئيد
2- رزين هاي پلي استيرن

اسلاید 13 :

رزين هاي مصنوعي آلي برحسب عامل يونيزه شده :

- رزين ها با عمل يونيزه شدن اسيد قوي ( حاوي گروه هاي SO3H- )

- رزين ها با عمل يونيزه شدن اسيد ضعيف ( حاوي گروه هاي COOH)

- رزين ها با عمل يونيزه شدن باز قوي (يک رزين مهم که به ظور وسيع در متالوژي استخراجي استفاده مي شود AMBERLIT IRA400 مي باشد)

- رزين ها با عمل يونيزه شدن باز ضعيف (حاوي گره هاي آمينو)

اسلاید 14 :

تعويض کننده هاي الکتروني:
اين تعويض کننده ها پليمر هايي با اتصالات عرضي هستند که يک کوپل احيا کننده - اکسيد کننده (redox) غير منقول قابل برگشت مانند کوينون – هيدرو کونين را حمل مي کنند.
رزين هاي مخصوص:
داري ميل ترکيبي ويژه اي براي يک يون فلزي خاص مي باشند.
اين رزين ها داراي ميل ترکيبي ويژه براي يون پتاسيم بوده وبراي بازيابي پتاسيم مورد استفاده قرار مي گيرند.
عيب اين رزين ها سخت بودن شستشوو توليد مجدد آنهاست.
اين رزين ها را مي توان بوسيله يک عامل احيا کننده قوي مانند يون Ti3+مجددا توليد و استفاده نمود. ضمنا این فرايند نسبتا غير قابل برگشت است به طوري که Fe2 +نمي تواند رزين را مجددا توليد کند.

اسلاید 15 :

ظرفيت تبادل:
ظرفیت یک رزین مهم­ترین ویژگی و در واقع معیاری از ظرفیت رزین برای انجام تعویض یونی با محیط خود می­باشد و به چند صورت تعریف می­گردد:
الف) ظرفيت ماکزيمم
تعداد گروه هاي يونوژنيک در يک گرم رزين عاري از حلال ها وموادجذب شده را ظرفيت ماکزيمم گويند.
وزن رزين به شکل يوني آن بستگي دارد.
خشک کردن رزين در دماي 50°c تحت شرايط خلا و در طول شب انجام ميشود.
ظرفيت زياد رزين براي جذب عناصر لازم است وآن بستگي به عامل يونيزه شونده و توزيع يكنواخت دارد

ب) ظرفيت موثر
تعداد يون هاي با بار مخالف قابل تعويض در مقدار معيني از رزين را ظرفيت موثر رزين گويند.
ظرفيت رزين هاي اسيدي و بازي ضعيف کمتر از ظرفيت ماکزيمم است زيرا کاملا يونيزه نمي شوند.
بعضی از مهم­ترین ویژگی­های رزین­ها

اسلاید 16 :

تورم پذيري:
يک رزين فقط تا حد مشخصي متورم مي شود و حالت تعادل زماني بدست ميآيد که بيشتر ازآن صورت نگيرد وتمايل به تورم با نيروهاي الاستيک موجود در شبکه خنثي ميشود.
زئوليت هاي طبيعي ومصنوعي به علت غير الاستيک بودن شبکه در هيچ حدي متورم نمي شوند.
دلايل تورم رزين:
1- تمايل يون هاي ثابت ومخالف به انحلال .

2- رقيق شدن محلول هاي يوني غليظ داخل رزين در تماس با آب در اثر نيروهاي اسمزي.

3- نيروهاي الکترواستاتيکي دافعي ميان گروه هاي ثابت يوني که ايجاد تمايل به کشيده شدن زنجير شبکه را ايجاد ميکند.

اسلاید 17 :

عوامل موثر در متورم شدن :

1- پايين بودن درجه اتصالا ت عرضي.

2- ظرفيت تعويض يوني بالا.

3- يون هاي با بار مخالف به شدت هيدراته بزرگ.

4- يونيزاسيون کامل در داخل رزين .

5- غلظت کم الکتروليت در محلول خارجي.

اسلاید 18 :

اثر غلظت محلول خارجی بر روی تورم پذیری رزین

اسلاید 19 :

اهميت تورم پذيري

تورم پذيري براي از نظر عملي بويژه براي عمليات ستوني داراي اهميت قابل ملاحظه اي است.
فشار هاي بالا معمولا داخل بستر توسعه مي يابند وچنانچه احتياط نشود ممکن است ستون بشکند يا منفجر شود ويا شيار هايي در کف آن ايجاد شود.
رزين در حالت تورم ماکزيمم قدرت انتخابي را به علت تمايل برگشت به حالت اوليه وسکون را دارد.

اسلاید 20 :

قدرت انتخابي:
يک تعويض کننده ي يوني به دلايل فيزيکي و شيميايي معيني يون هاي مخالفش را ترجيحا با ديگر يون ها به علل زير مبادله مي کند:
1- يون هاي مخالف با بار بيشتر به طور قوي جذب يون هاي ثابت ميشوند لذا يون هاي مخالف با بار بيشتر براي تبادل ترجيح داده ميشود.
2- براي يونهاي مشابه ٫يون با ميزان هيدراته کمتر براي تبادل ترجيح داده ميشود زيرا تورم کاهش يافته لذا شبکه الاستيک منقبض ميشود.

3- يون هاي مخالفي که به طور قوي با شبکه واکنش ميدهند براي تبادل ترجيح داده ميشوند.
4- قدرت انتخابي در اثر کاهش غلظت محلول خارجي افزايش مي يابد زيرا در يک محلول رقيق تورم ماکزيمم خواهد بود ورزين تمايل به انقباض وارام شدن دارد.
5- افزايش اتصالات عرضي در رزين ها قدرت انتخابي را افزايش ميدهد. يون هاي مخالف بزرگ را ميتوان از منافذ باريک وکوچک مبدل مستثني نمود.