شماره ركورد
34424
پديد آورنده
شايان بابايي ريابي
عنوان
بررسي تأثير پيشفرايند كربوترمي و پخت اسيدي در محيط مايكروويو بر بازيابي تيتانيم و اسكانديم از گل قرمز
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مواد و متالورژي- گرايش استخراج فلزات
سال تحصيل
1404
تاريخ دفاع
1404/7/26
استاد راهنما
عليرضا ذاكري
استاد مشاور
ندارد
دانشكده
مهندسي مواد و متالورژي
چكيده
گل قرمز يا پسماند كانه بوكسيت در فرايند توليد آلومينا به روش باير، علاوه بر مقادير شايانتوجه آهن و آلومينيم، حاوي عناصر ارزشمندي همچون تيتانيم و عناصر نادر خاكي مانند اسكانديم است. توليد جهاني اين پسماند به بيش از 200 ميليون تن در سال تخمين زده ميشود. بنابراين بازگرداني و استفادۀ از اين منبع بزرگ و دردسترس گام مهمي براي تحقق اقتصاد چرخهاي در صنعت آلومينيوم اوليه بهشمار ميرود. هدف اين پژوهش بررسي مقايسهاي پيشفرايندهاي كربوترمي و پخت اسيدي تحت گرمايش مايكروويو، بهصورت جداگانه و توامان، بر بازده استخراج آهن، آلومينيم، تيتانيم و اسكانديم از گل قرمز كارخانه جاجرم بوده است. با مشخص شدن برتري روش كربوترمي-پخت اسيدي بهصورت همزمان، يك رشته آزمايش در قالب طرح فاكتوريل كامل دو سطحي با سه متغير زمان گرمايش مايكروويو، مقدار ماده كربني (دوده) و مقدار سولفوريك اسيد طراحي و اجرا شد و نمونههاي پيشفرآوري شدۀ حاصل تحت ليچينگ آبي قرار گرفتند. نتايج طراحي آزمايش نشان داد كه مقدار ماده كربني فقط بر بازده انحلال آهن تأثيرگذار بوده، درحالي كه زمان گرمايش و مقدار اسيد در بازده انحلال همه عناصر يادشده مؤثر بودهاند. همچنين اثر متقابل مقدار اسيد-زمان گرمايش در بازده انحلال تمام عناصر مؤثر شناخته شد. نتايج همچنين نشان داد كه انحنا عامل معناداري نبوده و مدل مرتبه اول براي بيان تأثيرپذيري پاسخها از متغيرهاي آزمايش در شرايط مورد بررسي كافي است. بهترين نتيجه در شرايط 4 ميليليتر بر گرم سولفوريك اسيد، 6 درصد ماده كربني، و 20 دقيقه گرمادهي حاصل شد كه در آن بازده انحلال آهن، آلومينيم، تيتانيم و اسكانديم در آب، به ترتيب 7/98، 5/93، 0/48 و 8/21 درصد بود. در ادامه، بازيابي تيتانيم به روش هيدروليز روي محلول ساختگي شبيهسازي شده با محلول حاصل از ليچينگ مورد آزمايش قرار گرفت كه در نتيجۀ آن، محصول تيتانيم دياكسيد به شكل آناتاز با بازده 8/95 درصد و خلوص 94 درصد به دست آمد. همچنين، به منظور استحصال تيتانيم و اسكانديم باقيمانده در جامد بهجامانده از ليچينگ آبي، پسماند مذكور توسط محلول سولفوريك اسيد 2 مولار مورد عمل قرار گرفت و تيتانيم و اسكانديم، بهترتيب به ميزان 8/26 و 6/41 درصد استخراج شدند. در تلاش براي بهينهسازي فرايند پخت اسيدي-كربوترمي، آزمايش تحت شرايط 6% ماده كربني، 8 ميليليتر بر گرم سولفوريك اسيد، و 40 دقيقه گرمايش مايكروويو (به صورت چهار گرمايش 10 دقيقهاي) انجام گرفت و بازده انحلال آهن، آلومينيم و تيتانيم در آب، به ترتيب به 4/99، 8/99 و 0/69 افزايش يافت.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/05
عنوان به انگليسي
Investigation of the Effect of Carbothermic and Acid Baking Pre-treatment in a Microwave Environment on Titanium and Scandium from Red Mud
تاريخ بهره برداري
10/18/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
شايان بابائي ريابي
چكيده به لاتين
Red mud, or bauxite residue from the Bayer process of alumina production, contains not only significant amounts of iron and aluminum but also valuable elements such as titanium and rare earth elements like scandium. The global production of this residue is estimated to exceed 200 million tons annually. Therefore, recycling and utilizing this large and accessible resource is a critical step toward achieving a circular economy in the primary aluminum industry. This research aims to comparatively investigate the pre-treatment processes of carbothermic reduction and acid baking under microwave heating, both individually and simultaneously, on the extraction efficiency of iron, aluminum, titanium, and scandium from the red mud of the Jajarm plant. After establishing the superiority of the simultaneous carbothermic-acid baking method, a series of experiments was designed and executed based on a two-level full factorial design with three variables: microwave heating time, the amount of carbonaceous material, and the quantity of sulfuric acid. The pre-processed samples were then subjected to water leaching. The results from the experimental design indicated that the carbon amount only influenced the dissolution of iron and was found to be insignificant for the dissolution efficiency of the other elements. In contrast, both heating time and the amount of acid consumed were effective on the dissolution of all aforementioned elements. The optimal results were achieved under the following conditions: 4 mL/g of sulfuric acid, 6% carbonaceous material, and a heating time of 20 minutes. Under these conditions, the dissolution efficiencies of iron, aluminum, titanium, and scandium in water reached 98.7%, 93.5%, 48.0%, and 21.8%, respectively. Subsequently, the recovery of titanium from a synthetic solution simulating the optimal leachate was tested via hydrolysis, which resulted in the production of anatase titanium dioxide with a 95.8% yield and 94% purity. Furthermore, to extract the remaining titanium and scandium from the solid residue after water leaching, the residue was treated with a 2 Molar sulfuric acid solution, which dissolved 26.8% of the titanium and 41.6% of the scandium. Under optimal conditions including 6% carbon content, 8 mL/g acid, and 40 minutes of microwave heating in four stages, the dissolution efficiencies of iron, aluminum, and titanium in water were 99.4, 99.8, and 69.0%, respectively.
كليدواژه هاي فارسي
گل قرمز , فرآوري مايكروويو , پخت اسيدي , كربوترمي , تيتانيم , اسكانديم
كليدواژه هاي لاتين
Red mud , Microwave processing , Acid baking , Carbothermic reduction , Titanium , Scandium
Author
Shayan Babaei Riyabi
SuperVisor
Dr. Alireza Zakeri