قاسم معتمدی
عضو جدید
عوامل موثر بر روی لیچینگ اکسید منگنز Mno توسط اسید سولفوریک
چکیده:
پارامترهای موثر بر انحلال اکسید منگنز Mno توسط اسید سولفوریک نظیر غلظت اسید، مقدار نسبت استو کیومتریک اسید، درجه حرارت و مدت زمان لیچینگ مورد بررسی قرار گرفته اند.نتایج حاصله نشان می دهد که غلظت اسید سولفوریک مصرف شده تاثیر اندکی بر میزان انحلال منگنز دارد لذا می توان از اسید رقیق برای لیچینگ استفاده کرد.مقدار اسید مصرفی بر میزان انحلال منگنز موثر می باشد.با افزایش غلظت اسید میزان انحلال آهن افزایش می یابد.در صورتی که مقدار اسید مصرفی کمتر از مقدار 1.3 استوکیومتری باشد کاهش محسوسی در میزان انحلال منگنز مشاهده می شود.با افزایش درجه حرارت لیچینگ ،میزان انحلال منگنز افزایش می یابد. اما این افزایش انحلال تاثیر خود را با افزایش زمان از دست می دهد بعبارتی پس از گذشت نیم ساعت از زمان انحلال،مقدار منگنز محلول در درجه حرارت های مختلف یکسان می باشد.با افزایش زمان نیز میزان انحلال منگنز افزایش می یابد.
مقدمه:
لیچینگ یا حل سازی فرآیندی است که در آن سنگ معدن و یا موادبرگشتی و ضایعات صنعتی حاوی عنصر با ارزش توسط یک حلال مناسب بصورت محلول در آمده و یونهای حاصل از انحلال در مرحله بعد مورد استفاده قرار می گیرند.ناخالصیهای حل شده در حین فرآیند لیچینگ یک کنسانتره ،در فرآیندهای مختلف هیدرومتالورژیکی از آن جدا می شود.عموماً فرآیند حل سازی و لیچینگ مواد معدنی و یا ضایعات صنعتی به یکی از روش های انحلال درجا،انحلال توده ای یا انباشته ای،انحلال مخزنی یا حوضچه ای،انحلال متلاطم،انحلال توسط میکرو اورگانیسم ها و الکترولیچینگ صورت می گیرد.یکی از روشهای رایج انحلال،روش انحلال متلاطم می باشد.این روش برای ذرات بسیار ریز مورد استفاده قرار می گیرد،سنگ معدن مورد نظر تا دانه بندی 100 – 75 میکرون خرد شده و سپس در یک محیط متلاطم قرار می گیرد.زمان انحلال در این روش به علت ریز بودن ذرات و افزایش سطح تماس ذرات با محلول لیچینگ بسیار کوتاه است.در برخی از فرآیندهای لیچینگ متلاطم برای بالا بردن میزان انحلال فشار محیط لیچینگ را افزایش می دهند و درجه حرارت انحلال را به حدود 230-170 درجه سانتیگراد می رسانند.گرمای مورد نیاز در داخل اتو کلاو توسط بخار تامین می شود.در صورتی که واکنشهای گرما زا باشند به سیستم گرمایش نمی باشد.
با استفاده از دادهای ترمودینامیکی می توان شرایطی که در آن انحلال ماده معدنی به سهولت صورت می پذیرد را پیش بینی کرد.اطلاعات ترمودینامیکی معمولاً به صورت دیاگرام های پتانسیل بر حسب Ph محلول آبی ارائه می شوند.سیستم فلز – آب ساده ترین نوع دیاگرام ها هستند.دیاگرام های فوق به دیاگرام پوربه مشهور می باشد و از آنها می توان برای محاسبه میزان انحلال یک ترکیب و تعیین شرایط لیچینگ استفاده کرد.با مطالعه دیاگرام پوربۀ فلز منگنز در پتانسیل خنثی نشان داده اند که تا PH معادل 7.5 یونهای Mn2+ از نظر ترمودینامیکی پایدار می باشند یعنی فلز و اکسید منگنز تمایل دارند که به شکل Mn2+ در آیند.تمامی منطقه پایداری ترم دینامیکی منگنز زیر دامنه پایداری آب قرار دارد که در آنجا گاز هیدروژن با فشار 1 اتمسفر پایدار است. فلز منگنز ،یک فلز احیاء کننده قوی بوده،لذا از نظر ترمودینامیکی در حضور آب بسیار ناپایدار بوده و با آن واکنش داده،گاز هیدروژن آزاد می کند.در عمل سرعت انجام این واکنش خیلی کند است.
منگنز حل شده در فرآیند لیچینگ بعد از عملیات خالص سازی و پر عیار سازی برای تولید منگنز با روش الکترووینینگ مورد استفاده قرار می گیرد.فرآیند انحلال منگنز از کانه های اکسیدی توسط محققین مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.ولی از آنجائیکه عکس العمل مواد معدنی مختلف در شرایط متفاوت بسیار متغیر است،بنابراین این مطالعه انحلال کانه های منگنز ایران می تواند از اهمیت بسیار زیادی برخوردار باشد.
نتایج و بحث:
تاثیر درجه حرارت
نتایج حاصل از بررسی راندمان انحلال Mno در اسید سولفوریک 2 درصد در درجه حرارت 40 و 95 درجه سانتیگراد،در شکل زیر نشان داده شده است.چنانچه در این شکل ملاحظه می شود قبل از زمان حدود 300 ثانیه مقداری اختلاف میان منحنی انحلال در دو درجۀ حرارت بررسی شده وجود دارد.پس از گذشت مدت زمان فوق بدون در نظر گرفتن درجۀ حرارت لیچینگ حدود 63 درصد واکنش انحلال صورت گرفته است.پس از این زمان سرعت واکنش انحلال بسیار کم می شود.بنابراین این نتیجه می شود که با افزایش زمان انحلال،اثر افزایش دما از بین می رود. علاوه بر این باید در نظر داشت که واکنش میان اکسید منگنز و اسید سولفوریک ونهایتاً انحلال سولفات منگنز در آب و یا محلول آبی اسید سولفوریک گرما زا می باشد بنابراین تحت شرایط عملی دمای محلول در حین انجام واکنش به صورت خود به خود از 20 به 45-40 درجه سانتیگراد می رسد.در شرایط آزمایش شده به نظر می رسد که چون دانه بندی ذرات Mno کمتر از 100 میکرون می باشد لذا هنگام انحلال،سطح تماس ذرات جامد با اسید سولفوریک بسیار زیاد بوده و واکنش در لحظات ابتدائی به سرعت انجام می شودبر اساس اطلاعات ارائه شده در شکل فوق مشاهده می شود که سرعت انحلال اکسید منگنز در محلول رقیق شدۀ اسید سولفوریک تا زمان حدود 7 دقیقه بسیار زیاد است.بعد از این زمان مقدار سرعت انحلال اکسید منگنز تا زمان حدود 30 دقیقه تقریباً ثابت می باشد.بعد از این زمان مقدار تغییرات غلظت منگنز حل شده بسیار ناچیزمی باشد به حدی که می توان ادعا کرد که بعد از گذشت 30 دقیقه،واکنش انحلال به حد اشباع خود می رسد.
تاثیر غلظت اسید سولفوریکدر شکل فوق تاثیر غلظت اسید سولفوریک بر روی راندمان انحلال منگنز به صورت تابعی از زمان در دمای 40 درجه سانتیگراد برای مقدار استوکیومتریک اسید مورد نیاز در دمای 40 درجه سانتیگراد نشان داده شده است.چنانچه در این شکل ملاحظه می شود با افزایش غلظت اسید در مقدار استوکیومتریک مورد نیاز،میزان انحلال منگنز تغییر چندانی نمی کند.در شکل زیر نیز تغییرات راندمان انحلال منگنز در بر حسب اسید سولفوریک برای دمای 40 درجه سانتیگراد در زمانهای مختلف نشان داده شده است.چنانچه در این شکل مشاهده می شود تاثیر غلظت در زمانهای پایین بسیار شدیدتر از زمانهای بالاتر است و با افزایش زمان تاثیر غلظت مخصوصاً در غلظت های بالاتر اسید کاهش می یابد.انحلال آهن در محلول لیچینگناخالصیهای موجود در کانۀ استفاده شده برای لیچینگ،به ویژه آهن،مقداری از اسید مورد نیاز فرآیند انحلال منگنز را مصرف کرده و اجازه انحلال بیشتر(حد استوکیومتریک)اکسید منگنز را نمی دهد لذا برای افزایش راندمان انحلال همزمان آهن در غلظت های اولیۀ مختلف اسید سولفوریک نشان داده شده است.همانطور که ملاحظه می شود با گذشت زمان مقدار آهن حل شده در محلول افزایش می یابد.البته باید در نظر داشت که این افزایش انحلال در زمانهای کمتر با شدت زیادتری صورت گرفته است و احتمالاً در زمانهای بررسی شده سیستم به حد اشباع خود نزدیک شده است.علاوه بر این چنانچه در شکل زیر مشاهده می شود با افزایش غلظت اولیۀ اسید سولفوریک در حلال لیچینگ مقدار آهن حل شده به شدت افزایش می یابد.تاثیر نسبت استوکیومتریک اسیدنتایج حاصل از بررسی تاثیر مقدار استوکیومتریک اسید مورد نیاز برای انحلال کل منگنز بر میزان انحلال منگنز توسط اسید سولفوریک 7.5 درصد بعد از زمان 5 دقیقه در شکل زیر نشان داده شده است.چنانچه در این شکل مشاهده می شود با افزایش مقدار اسید،راندمان انحلال منگنز نیز افزایش می یابد.زمانی که مقدار اسید مصرفی کمتر از مقدار 1.3 برابر استو کیومتریک می باشد تغییر بسیار محسوسی در انحلال منگنز مشاهده می شود از طرفی با افزایش مقدار اسید انتظار می رود که مقدار آهن حل شده در محلول لیچینگ افزایش یابد. بنابراین باید مقدار اسید مصرفی در حدود 1.6 برابر مقدار استوکیومتریک انتخاب شود.
