19717

2246 دكتري

دكتري

مهندسي شيمي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1403

هشت، 124ص. : جدول، نمودار

1403/07/03

كتابنامه

مهندسي شيمي

مهندسي شيمي

1403/07/07

23067080

خالص¬سازي و استخراج نيكل از سنگ معدن اين فلز يكي از دغدغه¬هاي مهم فعاليت¬هاي معدني است كه كشور ايران نيز به عنوان يكي از دارندگان منابع بزرگ اين كاني درگير آن است. در عمليات مرسوم بعد از حذف ناخالصي¬هاي گوناگون شامل انواع فلزات، از روش استخراج چند مرحله¬اي با حلال¬هاي گران قيمت براي جداسازي نهايي كبالت از نيكل استفاده مي¬شود. در اين مطالعه از يك فرآيند تركيبي با محوريت الكترودي¬يونيزاسيون در حضور عامل كمپلكس¬ساز EDTA براي افزايش خلوص نيكل در محلول شستشوي حامل (PLS) ساختگي استفاده شد. براي اين منظور يك سل الكترودي¬يونيزاسيون سه محفظه¬اي طراحي و ساخته شد و آزمايشات براي بهينه سازي پارامترهاي عملياتي شامل ولتاژ و pH بر روي محلول حاوي ppm 950 نيكل و ppm 100 كبالت انجام شد. نتايج اين بخش نشان داد كه با اعمال ولتاژ 7 ولت و تنظيم pH بر روي مقدار 5/2 و با نسبت مولي 1:1 براي نيكل و EDTA جداسازي نسبي قابل قبولي بين كاتيون¬هاي نيكل و كبالت حاصل مي¬گردد. در ادامه به منظور ارتقا خلوص هر يك از اين كاتيون¬ها در محلول¬هاي دربرگيرنده آنها، عمليات تكميلي بر روي محلول خوراك رقيق شده خروجي از محفظه خور اك و همچنين محلول خروجي از محفظه كاتدي انجام شد. بدين منظور از يك مرحله جذب با رزين تبادل كاتيوني براي حذف كبالت همراه با كمپلكس Ni-EDTA و متعاقب آن فرايند فنتون براي شكستن كمپلكس مورد اشاره استفاده شد. انجام اين بخش منجر به دسترسي به نيكل اكسيد در اندازه ذرات نانو با خلوص 100% و با اندازه متوسط nm55 گرديد. از طرفي در موردي كه فرآيند فنتون پس از اعمال يك مرحله EDI انجام شد، نانوذرات نيكل اكسيد با اندازه متوسط nm 45 و محدوده خلوص 12/98-61/98 % توليد شد. بررسي نتايج حاصل از آناليزهاي مشخصه¬يابي XRD و FESEM كاملاً در توافق با يكديگر در خصوص خلوص و اندازه ذرات نيكل اكسيد حاصله بودند. همچنين نتايج آناليز ICP نيز تائيد كننده مقادير خلوص بدست آمده بود. اين نتايج نشان داد كه استفاده نوآورانه از EDTA در محلول PLS براي تسهيل جداسازي از طريق يك سيستم EDI، همراه با تخريب بعدي از طريق فرآيند فنتون، نشان دهنده يك رويكرد جديد در توليد نانوذرات نيكل اكسيد با خلوص بالا از محلول PLS است. از طرف ديگر با اعمال تنها 3 مرحله استخراج با محلول حاوي سيانيكس 272 بر روي محلول شستشو دهنده كاتد كه عمدتاً حاوي كاتيون كبالت بود % 5/65 از كبالت اوليه وارد شده با محلول خوراك با خلوص 100% بازيابي شد. در مجموع مي¬توان اينگونه ادعا نمودكه با كاربرد فرايند تركيبي پيشنهادي در اين پژوهش مي¬توان به صورت مستقيم نانو ذرات نيكل اكسيد را با خلوص 100% از محلول PLS ساختگي كه حاوي كاتيون كبالت نيز هست بدست آورد.

The purification and extraction of nickel from its ore is a significant concern in mining activities, including Iran mining industry as one of the countries rich in nickel resources. Conventional methods typically involve the removal of various impurities, including different metals, followed by a multi-stage extraction process using expensive solvents for the final separation of cobalt from nickel. In this study, a hybrid process based on electrodeionization (EDI) in the presence of EDTA as a complexing agent was employed to enhance the purity of nickel in the pregnant leach solution (PLS). To this aim, a three-chamber electrodeionization cell was designed and constructed, and experiments were conducted on a synthetic PLS containing 950 ppm nickel and 100 ppm cobalt and the optimum values for operational parameters, including voltage and pH were determined. The results indicated that by applying a voltage of 7 volt and adjusting the pH to 2.5, with a molar ratio of 1:1 for nickel and EDTA, a satisfactory separation between nickel and cobalt cations can be achieved. To further improve the purity of these cations in the resulting solutions, additional treatments were performed on the diluted feed solution exiting from the EDI feed chamber, as well as on the solution obtained in the cathode chamber. For this purpose, an ion exchange step with cation exchange resin was used to remove cobalt cations remained in the diluted feed solution containing negatively charged Ni-EDTA complex, followed by implementing the Fenton process to break down the complex. This approach resulted in the production of nickel oxide nanoparticles with 100% purity and an average size of 55 nm. Alternatively, when the Fenton process was applied after the EDI process, nickel oxide nanoparticles with an average size of 45 nm and a purity range of 98.12-98.61% were obtained. The XRD and FESEM characterization analyses were consistent in confirming the purity and size of the nickel oxide particles. Additionally, ICP analysis validated the purity values obtained. These findings demonstrate that the innovative use of EDTA in the PLS solution to facilitate separation via the EDI system, coupled with subsequent degradation through the Fenton process, represents a novel approach to producing high-purity nickel oxide nanoparticles from PLS. Furthermore, by applying only three extraction steps using a solution containing Cyanex 272 on the cathode rinse solution, which primarily contained cobalt cations, 65.5% of the initial cobalt introduced with the initial feed solution was recovered with 100% purity. In conclusion, it can be claimed that the hybrid process proposed in this research enables the direct production of nickel oxide nanoparticles with 100% purity from synthetic PLS solutions containing cobalt cations.

احمد محب , علي احمدي عامله

كيومرث زرگوش

سهيل ضرغامي , اسماعيل حيدري , غلامحسين محمدنژاد شيرازي