بررسي سونوالكتروليچينگ كنسانتره موليبدنيتي و مقايسه آن با روش هاي ليچينگ شيميايي و الكتروشيميايي در محيط كلريدي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي معدن

دكتري

فرايندهاي مرسوم پيرومتالورژيكي و هيدورمتالورژيكي استحصال موليبدن از موليبدنيت داراي مشكلات اقتصادي، فني و زيست محيطي مي باشند. اين رساله با هدف معرفي يك فرايند هيدرومتالورژيكي بر مبناي تكنولوژي اولتراسوند است كه به بررسي مكانيزم¬ها و پديده هاي فيزيكي و شيميايي حاكم بر فرايند از طريق انجام آزمايش ها به صورت سينتيكي پرداخته مي‌شود. به همين منظور ابتدا فرايندهاي ليچينگ هيپوكلريتي، الكتروليچينگ با استفاده از نمك سديم كلريد و آناليزهاي الكتروشيميايي (ولتامتري چرخه‌اي) با استقاده از الكترود CPE مطالعه شدند و سپس فرايند سونوالكتروليچينگ مورد بررسي قرار گرفت. به نظر مي رسد كه استفاده از اين فرايند مي تواند باعث افزايش ميزان استخراج موليبدن شود. در ابتدا، فرايند ليچينگ كنسانتره موليبدنيت با استفاده از سديم هيپوكلريت بررسي شد و پارامترهاي عملياتي كليدي مانند غلظت سديم هيپوكلريت، دما، زمان واكنش، pH و نسبت مايع به جامد مورد ارزيابي قرار گرفتند. هم‌چنين براي افزايش سينتيك انحلال موليبدنيت، از فعال‌سازي مكانيكي با استفاده از آسياي سياره¬اي با سرعت rpm 300 در مدت زمان 3 ساعت استفاده شد. مشخص شد كه فعال‌سازي مكانيكي باعث آمورف شدن موليبدنيت، افزايش سطح ويژه، كاهش اندازه ذرات و تغيير جزيي در ساختار كريستالي شد. ماكزيمم استخراج براي نمونه‌هاي فعال‌شده مكانيكي (98 %) و نمونه فعال نشده (95 %) در شرايط عملياتي pH برابر با 9، غلظت سديم هيپوكلريت 40 %، دماي ºC50، زمان واكنش 60 دقيقه و نسبت مايع به جامد mL/g333 به‌دست آمد. سپس، فرايند الكتروليچينگ با استفاده نمك سديم كلريد به‌منظور توليد سديم هيپوكلريت به‌صورت درجا جهت انحلال موليبدنيت مورد بررسي قرار گرفت. پارامترهاي مورد مطالعه در اين فرايند غلظت نمك سديم كلريد، pH، دما، زمان و ولتاژ اعمالي بودند. هم¬چنين به‌طور مجزا تأثير يون‌هاي كربنات بر استخراج موليبدن و مس مطالعه شد. نتايج نشان داد كه پارامترهاي مورد بررسي تأثير معناداري در ميزان استخراج موليبدن داشتند. در شرايط بهينه عملياتي pH برابر با 9، دماي ºC50، زمان 4 ساعت، نسبت مايع به جامدmL/g 1000 و ولتاژ اعمالي V4، ميزان استخراج موليبدن و مس به ترتيب برابر با 3/85 % و 1/11 % به‌دست آمد. هم‌چنين سينتيك فرايند الكتروليچينگ مورد بررسي قرار گرفت و مشخص شد كه سينتيك الكتروليچينگ كنسانتره موليبدنيت از مدل هسته كوچك شونده كنترل شونده به‌وسيله واكنش شيميايي تبعيت مي‌كند. با استفاده از معادله آرينيوس انرژي فعال‌سازي فرايند 2/29 كيلوژول بر مول تعيين شد. علاوه بر آن، آناليزهاي الكتروشيميايي ولتامتري چرخه اي با الكترود كاري خمير كربن كنسانتره موليبدنيت انجام شد و رفتار اكسيداسيوني و احيايي موليبدنيت در دو سطح از نرخ اسكن (1/0 و 05/0 ولت بر ثانيه) و دو نوع محلول (محلول سديم كلريد و سديم هيپوكلريت) مطالعه شد. نتايج نشان داد كه با افزايش پتانسيل تا 3/0+ ولت، نرخ جريان افزايش يافت. با افزايش بيشتر پتانسيل از 3/0 به 5/0 ولت، نرخ جريان احتمالاً به دليل تشكيل لايه‌هاي سولفوري بر روي سطح الكترود كاهش يافت. با افزايش پتانسيل مجددا نرخ جريان افزايش پيدا كرد. در ادامه، تأثير امواج اولتراسونيك بر انحلال الكتروشيميايي موليبدنيت مورد بررسي قرار گرفت و با ساخت يك سيستم آزمايشگاهي، آزمايش‌هاي سونوالكتروليچينگ به‌منظور مطالعه پارامترهاي غلظت سديم كلريد، pH، ولتاژ اعمالي، نسبت مايع به جامد و دماي واكنش به صورت سينتيكي انجام شدند. آناليزهاي SEM، XRD و ICP-OES جهت بررسي اثرات فيزيكي و شيميايي امواج اولتراسونيك انجام شدند. مشخص شد كه امواج اولتراسونيك به طرز معناداري باعث كاهش اندازه ذرات، كاهش شدت پيك‌هاي كريستالي موليبدنيت، ايجاد پديده تورق در ذرات موليبدنيت، ايجاد درزه/شكاف/حفره مي‌شود. به نظر مي رسد امواج اولتراسونيك باعث تشكيل راديكال‌هاي آزاد مانند OH و H و توليد عامل اكسيد كننده قوي H2O2 در حين فرايند مي شود كه منجر به بهبود سرعت ليچينگ مي گردد. نتايج نشان داد كه اثرات فيزيكي و شيميايي ايجاد شده بر اثر امواج اولتراسونيك در فرايند سونوالكتروليچينگ منجر به افزايش ميزان استخراج موليبدن از 3/85 % در فرايند الكتروليچينگ (در 4 ساعت) به 9/99 % در فرايند سونوالكتروليچينگ (در 2 ساعت) شد. هم چنين حداكثر ميزان استخراج موليبدن در شرايط آزمايشگاهي g/L 30، نسبت مايع به جامد mL/g 1000، ولتاژ اعمالي V 4، pH برابر با 8، دماي ºC 30 و در مدت زمان 2 ساعت به دست آمد. نتايج تحقيق بيانگر آن است كه امواج التراسونيك پتانسيل مناسبي در بهبود شرايط انحلال كانيهاي سرسخت نظير موليبدنيت دارد.

212614

فرآوري مواد معدني

مهندسي معدن

دانشگاه صنعتي اصفهان

محمد رئوف حسيني، معصومه ترابي پاريزي

بهرام رضايي، مهدي احمديان، ابراهيم عظيمي

علي احمدي عامله