30871

فرآوري هيدرومتالورژي مخلوط كنسانتره اسفالريت و كانه منگنز در محلول سولفوريك اسيد به‌منظور بازيابي هم‌زمان روي و منگنز

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي- استخراج فلزات

1399

1402/12/8

عليرضا ذاكري

ندارم

مهندسي مواد و متالورژي

ليچينگ اتمسفري كنسانتره سولفيد روي (كاني اسفالريت) مستلزم به كارگيري يك ماده اكسنده مناسب است، درحاليكه براي كنسانتره منگنز دي‌اكسيد (كاني پيرولوزيت) استفاده از يك ماده كاهنده مناسب ضروري ميباشد. حضور تؤامان اين دو ماده در محيط اسيدي شرايط مناسب براي انحلال همزمان روي و منگنز را بدون نياز به عوامل اكسنده و كاهنده اضافي فراهم مي آورد. هدف پژوهش حاضر، الكترووينينگ محلول باردار حاصل از فرايند ليچينگ مخلوط كنسانتره هاي سولفيد روي و منگنز دي‌اكسيد (حاوي غلظتهاي نسبتاً بالاي يون هاي روي و منگنز) و بازيابي روي در كاتد و منگنز دي‌اكسيد به صورت همزمان در يك سلول، با خلوص و بازده جريان كاتدي و آندي بالا و مصرف ويژه انرژي پائين بوده است. در مرحله نخست، با استفاده از نتايج تحقيقات قبلي، ليچينگ كنسانتره هاي سولفيد روي و منگنز دي‌اكسيد در محلول سولفوريك اسيد و در شرايط نسبت منگنز دي‌اكسيد به روي 1/25، غلظت سولفوريك اسيد 1/25 مولار، دماي ℃ 70 و مدت‌زمان 4 ساعت با بازده انحلال 73/2 درصد براي روي و 60 درصد براي منگنز به انجام رسيد. سپس، فرآيند ترسيب جاروسيت براي حذف آهن به‌عنوان اصلي ترين ناخالصي در دستور كار قرار گرفت كه در نتيجه آن 98 درصد آهن حذف شد. در مرحله اصلي اين تحقيق، الكترووينينگ هم‌زمان روي و منگنز دي‌اكسيد از محلول هاي ساختگي (تهيه شده از نمك هاي سولفات روي و منگنز خالص به دليل جلوگيري از اثرگذاري يون هاي ناخالصي در الكترووينينگ) با غلظت روي ثابت g/L 20 و تحت ‌تأثير متغيرهاي غلظت منگنز (10 تا g/L 14)، غلظت سولفوريك اسيد (15 تا g/L 35)، دما (40 تا ℃ 60) و چگالي جريان (200 تا A/m2 400)، با متدولوژي طراحي آماري آزمايش ها و استفاده از طرح عاملي كامل مورد بررسي قرار گرفت. يافته هاي تحقيق نشان داد كه براي بازده جريان كاتدي، غلظت سولفوريك اسيد اثر كاهنده، دما اثر كاهنده و چگالي جريان اثر افزاينده داشته، حال آنكه براي بازده جريان آندي تأثيرات اين عوامل به ترتيب افزاينده، كاهنده، كاهنده و براي مصرف ويژه انرژي تأثير هر دو عامل دما و چگالي جريان افزاينده بوده است. غلظت منگنز براي هيچ يك از پاسخ ها و عامل غلظت سولفوريك اسيد براي مصرف ويژه انرژي عامل مؤثري شناخته نشد. بر مبناي مدلهاي برازش شده روي داده ها و تحليل واريانس، شرايط بهينه براي بالاترين بازده جريان و كمترين مصرف ويژه انرژي برابر غلظت روي g/L 20، غلظت منگنز g/L 12، غلظت سولفوريك اسيد g/L 14، دماي ℃ 28 و چگالي جريان A/m2 200 تعيين گرديد و در اين شرايط بازده جريان هاي كاتدي و آندي به ترتيب 93/5 درصد و 88/4 درصد و مصرف ويژه انرژي kW.h/kg 2/65 به دست آمد. نتايج اين پژوهش چشم انداز روشني براي امكان استحصال همزمان دو محصول ارزشمند از ادغام دو فرايند هيدرومتالورژي با شرايط متفاوت در يك فرايند واحد و صرفه اقتصادي قابل توجه ارائه مي نمايد.

1403/02/29

Hydrometallurgical processing of a mixture of sphalerite concentrate and manganese ore in sulfuric acid solution for the simultaneous recovery of zinc and manganese

2/26/2025 12:00:00 AM

Atmospheric leaching of zinc sulfide (sphalerite) concentrate requires the usage of a suitable oxidant, while in the case of manganese dioxide (pyrulosite) concentrate, a suitable reductant is required. The presence of these two substances in the acid solution together provides the necessary conditions for the dissolution of both minerals resulting a leach liquor with relatively high concentrations of zinc and manganese ions. The purpose of the present research is electrowinning of such liquor to recover zinc metal at the cathode and manganese dioxide at the anode in a same cell with a high cathodic and anodic current efficiencies as well as a low specific energy consumption. In the first step, using the results of an earlier investigation, sulfuric acid leaching of ZnS and MnO2 concentrates was attempted under the conditions of MnO2/Zn mole ratio of 1.25, acid concentration of 1.25 M, temperature of 70 ℃ and duration of 4 h resulting in dissolution efficiencies of 73.2% for zinc and 60% for manganese. In the main step of the research, synthetic solutions resembling the aforementioned leach solution prepared from pure manganese and zinc sulfate salts (to prevent the effect of impurity ions in the recovery step) were subjected to electrowinning in order to concurrently recover zinc and manganese dioxide. A series of electrowinning tests was designed and performed using statistical design of experiment methodology. A two-level full factorial design was adopted with a constant zinc concentration of 20 g/L under the influence of manganese concentration (10 to 14 g/L), sulfuric acid concentration (15 to 35 g/L), temperature (40 to 60 ℃) and current density (200 to 400 A/m2) as independent factors. The results showed that for cathodic current efficiency, sulfuric acid concentration had a negative, temperature had a negative and current density had a positive effect, while for the anodic current efficiency, these factors were respectively positive, negative and negative, and for specific energy consumption both temperature and current density factors have been positive. Manganese concentration was found to be ineffective for all of the responses and sulfuric acid concentration ineffective for specific energy consumption. Also, based on the models obtained from the analysis of variance, the optimal conditions for the highest current efficiency and the lowest specific energy consumption were zinc concentration 20 g/L, manganese concentration 12 g/L, sulfuric acid concentration 14 g/L, temperature 28 ℃ and the current density was determined to be 200 A/m2. Under these conditions, the cathodic and anodic current efficiencies was 93.5% and 88.4%, respectively, and the specific energy consumption was 2.65 kWh/kg. The results of this research provide a clear perspective for the possibility of simultaneous extraction of two valuable products from the integration of two hydrometallurgical processes with different conditions in a single process and significant economic savings.

ليچينگ سولفوريك اسيدي , اسفالريت , پيرولوزيت , الكترووينينگ هم زمان , توليد روي كاتدي , توليد منگنز دي اكسيد آندي

Leaching , Sphalerite , Pyrolusite , Simultaneous electrowinning , Zinc cathode , Electrolytic manganese dioxide

Hossein Ziya Lame

Dr. Alireza Zakeri