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