28121

بازيابي آهن از پسماند فرآيند توليد آلوميناي جاجرم (گل قرمز) از طريق ليچينگ با اگزاليك اسيد

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1398

1401/08/30

دكتر عليرضا ذاكري

مهندسي مواد و متالورژي

گِل قرمز يا پسماند بوكسيت در فرآيند توليد آلومينا به روش باير امروزه به عنوان يكي از چالش‌هاي اين صنعت به شمار مي‌رود. گِل قرمز به طور معمول در سدهاي باطله ذخيره شده كه علاوه بر اشغال مساحت زيادي از زمين، مي‌تواند عامل آلودگي آب و خاك محيط اطراف و خطرآفرين باشد. همچنين نگهداري آن به صورت گِل از چالش‌هاي ديگر اين صنعت است. از طرفي اين پسماند حاوي فلزات قابل استحصال است كه مي‌تواند مورد بازيابي قرار گيرد كه در اين بين آهن بيشترين درصد وزني را به خود اختصاص داده است. در كار حاضر نمونه گِل قرمز كارخانه آلوميناي ايران (شهرستان جاجرم) حاوي 32/20% آهن و 81/9% آلومينيوم به منظور بازيابي آهن تحت فرآوري هيدرومتالورژيكي قرار گرفت. جهت كاهش عوامل قليايي موجود در نمونه ابتدا گل قرمز در يك پيش عمليات و طي دو مرحله، ابتدا توسط آب در دماي 70 درجه سانتيگراد و سپس توسط هيدروكلريك اسيد با غلظت 1 مولار و در دماي 45 درجه سانتيگراد شسته شد كه در نتيجه مقدار آهن در جامد باقيمانده به حدود 27% وزني افزايش پيدا كرد. سپس آزمايش‌هاي ليچينگ در محلول حاوي مخلوط اگزاليك اسيد و سولفوريك اسيد به منظور بازيابي آهن صورت گرفت. اين آزمايش‌ها در قالب يك طرح مركب مركزي (CCD) شامل متغيرهاي غلظت اگزاليك اسيد، زمان، غلظت سولفوريك اسيد و دما مورد بررسي قرار گرفت و در هر آزمايش درصد انحلال آهن و آلومينيوم به عنوان متغيرهاي پاسخ اندازه‌گيري شدند. مطابق اين آزمايش‌ها بيشترين ميزان انحلال آهن 04/82% و بيشترين ميزان انحلال آلومينيوم 11/80% به دست آمد. همچنين از تجزيه و تحليل آماري داده‌ها به هر پاسخ مدلي برازش گرديد و شرايط بهينه جهت بيشترين بازيابي آهن به دست آمد. در مرحله بعد، محلول‌ حاوي آهن اگزالات به منظور ترسيب فتوكاتاليستي به مدت 2 روز مقابل نور خورشيد قرار گرفت و پس از اين مدت رسوب زرد رنگي تشكيل شد كه به تأييد آزمون XRD آهن (II) اگزالات آبدار بود. نتايج آناليز جذب اتمي نيز نشان داد كه حدود %72 از آهن موجود در محلول حاصل از ليچينگ از طريق ترسيب به آهن اگزالات تبديل شده است. به كمك فرايند مورد بررسي در اين پژوهش اولاً از حجم گل قرمز و چالش هاي نگهداشت آن به مقدار قابل توجهي كاسته ميشود و ثانياً يك محصول قابل عرضه به بازار توليد ميگردد.

1402/01/27

Recovery of Iron from the Waste of Jajarm Alumina Production Process (Red Mud) through Leaching with Oxalic Acid

11/21/2023 12:00:00 AM

Red mud or bauxite residue is considered as one of the challenges of Bayer process. Being hazardous, red mud should be stored in tailings dams, which occupies a large area of land and can be the cause of water and soil pollution in the environment. Also, maintaining it in the form of mud is one of the other challenges of this industry. On the other hand, this residue contains various metals that can be recovered. In this work, a red mud sample from Iran Alumina Company (Jajarm, North Khorasan Province, Iran) containing 20.32% iron and 9.81% Al was subjected to a hydrometllurgical processing aiming at recovery of the iron content. In order to reduce the alkaline factors in the sample, the red mud first pre-treated in two stages; first by water leaching (70 ℃) and then by hydrochloric acid leaching (1 M, 45 ℃). As a result, the iron content in the remaining mass increased to about 27% by weight. Then, leaching experiments were carried out with the help of oxalic acid and sulfuric acid mixtures. Leaching experiments were designed and carried out using the central composite design (CCD) methodology. The variables were oxalic acid concentration, time, sulfuric acid concentration and temperature, and the dissolution percent of Fe and Al were measured as responses in each experiment. According to these experiments, the highest dissolution recovery of Fe and Al was 82.04% and 80.11%, respectively. From the statistical analysis of the data, a model was fitted to each response, and the conditions for achieving maximum iron recovery in optimal conditions were obtained. In the next step, the PLS containing iron (III) oxalate was exposed to sunlight for 2 days for photocatalytic precipitation. As a result, a yellow precipitate was formed, which contained aqueous Iron (II) oxalate as evidenced by XRD analysis.

گل قرمز، هيدرومتالورژي، ليچينگ با اگزاليك اسيد ، ليچينگ با سولفوريك اسيد، طراحي آزمايش، روش رويه پاسخ

Red mud, hydrometallurgy, oxalic acid leaching, sulfuric acid leaching, design of experiments, response surface methodology

Mohammadkazem Jokar

Dr. Alireza Zakeri