33040

مطالعه آزمايشگاهي و مدل‌سازي تجربي استحصال گاليم از محلول آلومينات سديم به روش تبادل يوني

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1400

1403/06/26

سلمان موحدي راد

حسام الدين گرزين

مهندسي شيمي ، نفت و گاز

گاليم به‌عنوان فلزي كمياب و ارزشمند در صنايع پيشرفته كاربرد دارد و با توجه به تقاضاي جهاني و محدوديت منابع، بهينه‌سازي روش‌هاي جذب آن اهميت ويژه‌اي دارد. محلول فرآيند باير يكي از منابع مهم گاليم است كه در ميان روش‌هاي مختلف استحصال گاليم از محلول باير، روش تبادل يوني به دليل مزايايي مانند مدار فرآيندي جمع‌وجور، سينتيك سريع، بازيابي بالا و گزينش‌پذيري مناسب گاليم نسبت به آلومينيوم و واناديم، به¬عنوان كارآمدترين روش شناخته شده است. در اين مطالعه، از جاذب آميدوكسيم TY-CH550 براي جذب گاليم استفاده شد و آزمايش‌ها در دو سيستم ناپيوسته و پيوسته (مقياس آزمايشگاهي و بنچ) انجام گرفت. در سيستم ناپيوسته، با استفاده از نرم‌افزار ديزاين اكسپرت و روش سطح پاسخ (RSM)، شرايط بهينه عملياتي تعيين شد. نتايج نشان داد كه در شرايط بهينه دماي ℃ 30 ، زمان تماس min 200، غلظت سديم هيدروكسيد g L-1 350و نسبت فاز مايع به جامد ml g-1 400، بازدهي فرآيند جذب به حدود 20% و ظرفيت جذب گاليم به mg g-1 1/13 مي‌رسد. در سيستم پيوسته، آزمايش‌ها در دو مقياس آزمايشگاهي و بنچ انجام شد. مدل سينتيكي توماس بهترين تطابق را با داده‌هاي تجربي نشان داد. در مقياس آزمايشگاهي، بهترين شرايط با ارتفاع ستون جاذب g 5/3 و دبي جريان ml min-1 5 به‌دست‌آمد. در مقياس بنچ پيوسته نيز پس از عمليات جذب، فرآيند دفع و رسوب¬دهي گاليم انجام شده است و ميزان g 3/2 گاليم هيدروكسيد ناخالص به¬دست آمد. در اين سيستم نيز مدل توماس به دليل اينكه از سينتيك شبه مرتبه دوم پيروي مي¬كند، تطابق بيشتري با داده¬هاي تجربي داشته است.

1403/11/07

Laboratory study and experimental modeling of gallium extraction from sodium aluminate solution by ion exchange method

9/16/2025 12:00:00 AM

Gallium, as a rare and valuable metal, finds applications in advanced industries. Given the global demand and limited resources, optimizing its extraction methods is of particular importance. The Bayer solution is one of the significant sources of gallium. Among the various methods for extracting gallium from Bayer process solutions, the ion exchange method is recognized as the most efficient due to its advantages such as compact process circuit, rapid kinetics, high recovery, and appropriate selectivity of gallium over aluminum and vanadium. In this study, amidoxime TY-CH550 adsorbent was used for gallium adsorption, with experiments conducted in both batch and continuous systems at laboratory and bench scales. In the batch system, operational conditions were optimized using Design Expert software and the response surface methodology (RSM). The results indicated that under optimal conditions, including a temperature of 30°C, a contact time of 200 minutes, a sodium hydroxide concentration of 350 g L⁻¹, and a liquid-to-solid phase ratio of 400 ml g⁻¹, the adsorption process efficiency reached approximately 20%, and the gallium adsorption capacity was 13.1 mg g⁻¹. In the continuous system, experiments were conducted at both the laboratory and bench scales. The Thomas kinetic model exhibited the highest accuracy in matching the experimental results. At the laboratory scale, the optimal conditions were found with an adsorbent column height of 3.5 g and a flow rate of 5 ml min⁻¹. At the bench scale, after the adsorption process, gallium was desorbed and precipitated, resulting in 2.3 g of impure gallium hydroxide. The Thomas model proved to be more consistent with the experimental data in this system as well.

جذب سطحي گاليم، محلول باير، ظرفيت جذب، بازدهي جذب، منحني رسوخ

Gallium Adsorption, Bayer Solution, Adsorption Capacity, Adsorption Efficiency, Break through Curve

mohadeseh babaei layaei

salman movahedirad