• شماره مدرك
    21328
  • شماره راهنما
    18257
  • پديد آورنده

    فعال، حجت اله

  • عنوان

    جداسازي منگنز، نيكل و كبالت از محلول‌هاي ليچينگ كانسنگ آهن هماتيتي به روش استخراج حلال

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • گرايش تحصيلي
    فرآوري مواد معدني
  • محل تحصيل
    اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
  • سال دفاع
    1405
  • صفحه شمار
    چهارده،64ص. : مصور، جدول، نمودار
  • توصيفگر ها

    كبالت , منگنز , استخراج با حلال , سيانكس 272 , ترسيب جاروسيتي , كانسنگ‌كم‌عيار

  • تاريخ ورود اطلاعات
    1405/07/25
  • كتابنامه
    كتابنامه
  • رشته تحصيلي
    مهندسي معدن
  • دانشكده
    مهندسي معدن
  • تاريخ ويرايش اطلاعات
    1405/07/26
  • كد ايرانداك
    23254739
  • چكيده فارسي
    كبالت، منگنز و نيكل از جمله فلزات استراتژيك در صنايع نوين هستند. از طرفي بخش عمده‌اي از ذخاير نيكل و كبالت در كانسنگ‌هاي كم‌عيار حاوي نيكل و كبالت نهفته است. باتوجه‌به چالش‌هاي زيست‌محيطي و عيار پايين منابع معدني، توسعه فرآيندهاي كارآمد جهت استحصال انتخابي اين فلزات اهميت ويژه‌اي دارد. يكي از چالش‌هاي اصلي در فرآوري اين كانسنگ‌ها، حضور ناخالصي‌هاي فلزي به‌ويژه آهن در محلول ليچينگ است كه جداسازي و خالص‌سازي را دشوار مي‌سازد. در اين پژوهش، جداسازي و بازيابي انتخابي كبالت و منگنز از محلول ليچينگ تحت‌فشار اسيدي كانسنگ آهن‌دار هماتيتي حاوي نيكل، كبالت و منگنز به روش استخراج با حلال، بررسي و بهينه‌سازي شده است. به‌منظور فراهم‌سازي شرايط بهينه جهت فرآيند استخراج با حلال، حذف ناخالصي مزاحم آهن به روش ترسيب جاروسيتي مورد مطالعه قرارگرفت. نتايج نشان داد كه در شرايط بهينه، دماي 95 درجه سانتي‌گراد و pH بين 1/6 تا 1/8، غلظت آهن با راندمان حذف 99/2 درصد از 4289 ميلي‌گرم بر ليتر به 31/9 ميلي‌گرم بر ليتر كاهش يافت، از طرفي ميزان همرسوبي كبالت، نيكل و منگنز به ترتيب به مقدار ناچيز 1، 0/9 و 6/2 درصد انجام شد. درگام بعد، اثر پارامترهاي مختلف بر عملكرد استخراج‌كننده سيانكس 272 ارزيابي شد. يافته‌ها نشان داد كه ميزان غلظت 10 درصد حجمي استخراج‌كننده و pH تعادلي برابر 4/5، بيشترين كارايي در جداسازي اين عناصر از نيكل را داراست. به‌طوري‌كه بيشترين فاكتور جداسازي منگنز نسبت به نيكل (29/4) و كبالت نسبت به نيكل (6/9) تحت اين شرايط حاصل شد. همچنين مشخص شد كه اعمال صابوني‌سازي 20 درصدي بر فاز آلي، نقش كليدي در تثبيت pH تعادلي و جلوگيري از تشكيل ميكروامولسيون‌هاي پايدار ايفا مي‌كند. بررسي‌هاي سينتيكي نشان داد سرعت بالاي واكنش در كمتر از 10 دقيقه به تعادل مي‌رسد. علاوه بر آن، نتايج حاكي از آن است كه افزايش دما تأثير مثبتي بر راندمان نداشته و منجر به تشكيل لخته يا كراد در فاز آلي مي‌گردد. در نهايت، با بهره‌گيري از دياگرام مك‌كيب-تيل، طراحي يك مدار استخراج چهار مرحله‌اي در نسبت فاز آلي به آبي واحد بدست آمد. كه منجر به بازيابي نهايي استخراج 97/7 درصد براي كبالت و 98/7 درصد براي منگنز در سه مرحله شد. دراين تحقيق يافته‌ها نشان‌دهنده كارايي مناسب سيستم استخراجي سيانكس272 در توليد محصولات با خلوص بالا از منابع ثانويه و كم‌عيار است. در فرآيند استريپ، استفاده از اسيد سولفوريك 1 مولار در دماي 40 درجه سانتي‌گراد و نسبت فازي 2:1، منجر به بازيابي بيش از 93/2 درصد كبالت و 95/2 درصد منگنز شد و محلول غليظ كبالت با كمترين ميزان ناخالصي حاصل گرديد. همچنين استخراج منگنز با استفاده از استخراج‌كننده دپا در غلظت و ميزان صابوني سازي 20 درصد انجام شد، نتايج بهترين بازدهي استخراج منگنز (80/7 درصد) درpH برابر 3 نشان داد. در اين pH شرايط براي كاهش رقابت يون‌هاي هيدروژن و حفظ ظرفيت بارگذاري مناسب استخراج‌كننده در يك مرحله فراهم شد. همچنين فاكتور جدايش منگنز به ترتيب نسبت به كبالت 14/4 و نيكل 209/5 بدست آمد. نتايج اين پژوهش نشان داد كه فرآيند استخراج با حلال با بهره‌گيري از استخراج‌كننده‌هاي ويژه و استفاده از ترسيب جاروسيتي با هدف حذف ناخالصي، روشي كارآمد و عملياتي براي استحصال انتخابي كبالت و منگنز از كانسنگ‌هاي با ساختاري پيچيده است. اين رويكرد ضمن دستيابي به راندمان بازيابي بالاي 97 درصد، مسيري بهينه براي توليد محصولات با خلوص بالا و كنترل دقيق ناخالصي‌ها در مقياس بزرگتر فراهم مي‌آورد. از اين رو، مدل پيشنهادي مي‌تواند به عنوان يك الگوي موفق در فرآوري ذخاير كم‌عيار و منابع ثانويه فلزات استراتژيك مورد استفاده قرار گيرد.
  • چكيده انگليسي
    Cobalt, manganese, an‎d nickel are among the strategic metals in modern industries, a significant po‎rtion of whose reserves are contained in low-grade o‎res bearing nickel an‎d cobalt. Considering environmental challenges an‎d the low grade of available resources, the development of efficient processes fo‎r the selec‎tive recovery of these metals is of particular impo‎rtance. One of the main challenges in processing such o‎res is the presence of metallic impurities, especially iron, in the leach solution, which complicates separation an‎d purification. In this study, the selec‎tive separation an‎d recovery of cobalt an‎d manganese from the acidic pressure leach solution of hematitic iron-bearing o‎re containing nickel, cobalt, an‎d manganese were investigated an‎d optimized using the solvent extraction method. In o‎rder to provide optimal conditions fo‎r the solvent extraction process, the removal of the interfering iron impurity was studied through jarosite precipitation. The results showed that under optimal operating conditions of 95°C an‎d pH between 1.6 an‎d 1.8, the iron concentration decreased from 4289 mg/L to 31.9 mg/L with a removal efficiency of 99.2%, while the co-precipitation of cobalt was controlled at a negligible amount of 1% an‎d nickel 0.9%, manganese at 6.2% .In the next stage, the effect of various parameters on the perfo‎rmance of the extractant Cyanex 272 was eva‎luated. The findings indicated that a 10 vol% extractant concentration an‎d an equilibrium pH of 4.5 provided the highest efficiency in separating these elements from nickel, such that the highest separation facto‎r of manganese over nickel (29.44) an‎d cobalt over nickel (6.98) was achieved at this acidity. It was also determined that applying 20% saponification to the o‎rganic phase plays a key role in stabilizing the equilibrium pH an‎d preventing the fo‎rmation of stable microemulsions. Kinetic investigations showed a high reaction rate with equilibrium achieved in less than 10 minutes. Furthermo‎re, the results indicated that increasing temperature had no positive effect on efficiency an‎d led to the fo‎rmation of flocs o‎r crud in the o‎rganic phase.Finally, using the McCabe–Thiele diagram, a four-stage extraction circuit at a unit o‎rganic-to-aqueous phase ratio was proposed, resulting in final recoveries of 97.7% fo‎r cobalt an‎d98.7% fo‎r manganese in three stages.The findings of this research demonstrate the high efficiency of the Cyanex 272 extraction system in producing high-purity products from secondary an‎d low-grade resources. In the stripping process, the use of 1 M sulfuric acid at 40°C an‎d a phase ratio of 2:1 resulted in recoveries of mo‎re than 93.2% fo‎r cobalt an‎d 95.2% fo‎r manganese, yielding a concentrated cobalt solution with minimal impurities. Manganese extraction using D2EHPA at a 20% concentration an‎d 20% saponification was perfo‎rmed; the results showed that the best manganese extraction efficiency (80.7%) at pH 3 provides the optimal balance between reducing hydrogen ion competition an‎d maintaining suitable loading capacity of the extractant in a single stage. Mo‎reover, the separation facto‎r of manganese relative to cobalt an‎d nickel was obtained as 14.45 an‎d 209.50, respectively.The findings of this research confirm that the solvent extraction process, utilizing specialized extractants, serves as a highly efficient an‎d operational method fo‎r the selec‎tive recovery of cobalt an‎d manganese from complex o‎res. Achieving recovery efficiencies exceeding 97%, this approach provides an optimized an‎d economic pathway fo‎r producing high-purity products while ensuring precise impurity control at an industrial scale. Consequently, the proposed model can be adopted as a successful paradigm fo‎r processing secondary sources an‎d low-grade deposits of strategic metals.
  • استاد راهنما
    علي احمدي عامله
  • استاد داور
    مهدي نصيري سروي , كيومرث زرگوش