18807

2109 دكتري

دكتري

مهندسي شيمي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1402

دوازده، 99 ص. : مصور، جدول، نمودار

1402/06/26

كتابنامه

مهندسي شيمي

مهندسي شيمي

1402/07/09

2954217

در تحقيق حاضر فرآيند سولفاتي توليد اكسيد تيتانيوم در راستاي افزايش ايمني و سازگاري بيشتر با محيط زيست اصلاح شد. در اين فرآيند، به منظور استخراج تيتانيوم از ايلمنيت با استفاده از اسيد سولفوريك نسبتا رقيق 50 درصد وزني، از تركيب راكتورهاي همزن دار معمولي (STR) و راكتورهاي همزن دار پرشده (SMR) استفاده شد، كه در آن STR محل انجام واكنش شيميايي و SMR مكان فعالسازي سطح ذرات بود. راندمان كل فرآيند سولفاتي اصلاح شده برابر 76/5 درصد بود. اسيد سولفوريك دورريز مرحله هيدروليز kg/ton TiO2 100 بود، در حالي كه اين مقدار در فرآيند صنعتي حدود kg/ton TiO2 1000 است. مصرف آهك در مرحله خنثي سازي پساب اسيدي نيز به مقدار kg/ton TiO2 600 كاهش يافت. بررسي اقتصادي نشان داد كه استفاده از فرآيند پيشنهادي حدود US $/ton TiO2 175 سود به همراه دارد. در ادامه يك مدل سينتيكي شامل سطح فعال متغير براي ليچينگ ذرات فعال شده توسعه داده شد. در اين مدل سطح هندسي ذرات كه در مدل هسته كوچك شونده ثابت در نظر گرفته شده است، با سطح فعال ذرات جايگزين شد. مدل پيشنهادي به خوبي بر نتايج آزمايشگاهي ليچينگ ذرات ايلمنيت فعال شده منطبق بود و سطح فعال ذرات در زمان ليچينگ محاسبه شد. نتايج نشان داد كه برخلاف افزايش اندك سطح ويژه با افزايش زمان فعالسازي، سطح فعال افزايش چشمگيري دارد. اين امر نشان دهنده آن است كه بي نظمي ساختاري (افزايش درجه آمرف بودن، كاهش اندازه كريستالها، و افزايش كرنش شبكه) حاصل از فعالسازي مكانيكي سبب افزايش فعاليت ايلمنيت شده و تاثير بيشتري نسبت به سطح ويژه در بهبود نرخ واكنش انحلال دارد. نتايج نشان داد كه با افزايش كرنش شبكه و درجه آمرف شدگي و كاهش اندازه كريستال ذرات، راندمان ليچينگ افزايش مي يابد. براي زمان هاي آسياب طولاني مدت، تاثير اندازه كريستال بر راندمان ليچينگ ناچيز بود در حالي كه در چنين شرايطي، كرنش شبكه و درجه آمرف شدگي تاثير بيشتري بر سينتيك ليچينگ داشتند.

Current research was aimed at developing a safe and more environmentally-friendly sulfate process for production of titanium oxide. In this process, to leach titanium from ilmenite by relatively dilute sulfuric acid (50 wt.%), a two-step leaching scheme using stirred tank reactor (STR) and vertical stirred media reactors (SMR) was devised, in which STR and SMR carried out the chemical reaction, and particle activation, respectively. The proposed modified sulfate process (MSP) efficiency was 76.5%. Discarded sulfuric acid (100 wt.%) from hydrolysis step per ton of TiO2 was about 100 kg, while this amount is about 1000 kg in conventional sulfate process. About 600 kg quick lime per ton of TiO2 is also saved in the waste acid neutralization section. The cost analysis indicated that processing by the MSP bring about 175 US $/ton TiO2 extra profit. Next, a variable surface reactivity kinetics model for leaching of activated particles was developed. The geometrical surface of particles considered constant in shrinking core model (SCM) was replaced by reactive surface. As a result, SCM was modified to variable surface reactivity-shrinking core model (VSR-SCM), which was in good agreement with experimental measurements of the leaching of ilmenite activated particles. Despite the slight increase in specific surface area with activation time, the significant increase in reactive surface indicated that the structural distortion had a more substantial effect on the leaching kinetics. The results revealed that leaching efficiency increases with an increase in lattice strain and amorphization degree and with a decrease in crystal size. For prolonged milling time, the crystal size effect on leaching efficiency was negligible, whereas lattice strain and amorphization degree became more influential on leaching kinetics.

محسن نصراصفهاني

احمد محب , محمدرضا احساني , علي احمدي عامله , محمدصادق حاتمي پور