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

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي معدن

كارشناسي ارشد

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.

238467

فرآوري مواد معدني

مهندسي معدن

دانشگاه صنعتي اصفهان