.. 86
۵-۲- محلول آلومینات سدیم.. 86
۵-۳- مواد شیمیایی.. 86
۵-۴- تجهیزات.. 87
۵-۵- روش انجام آزمایشها.. 88
۵-۵-۱- رسم دیاگرام سه فازی.. 88
۵-۵-۲- استخراج حلالی گالیم.. 89
۵-۵-۳- روش آنالیز.. 89
۵-۶- روش محاسبات.. 90
فصل ششم: نتایج و بحث
۶-۱- مشخصات محلول آلومینا.. 94
۶-۲- رسم دیاگرام سه فازی.. 94
۶-۳- آزمایشهای اولیهی استخراج.. 100
۶-۴- آزمایشهای استخراج با بوتانل.. 105
۶-۴-۱- بوتانول با نسبت ۲= C/S. 105
۶-۴-۱-۱- تاثیر درصد وزنی C/S بر روی استخراج.. 107
۶-۴-۱-۲- تاثیر درصد وزنی OF بر روی استخراج.. 108
۶-۴-۱-۳- مدل سازی استخراج گالیم و آلومینیوم با کمک سطح ساز بوتانل در ۲ = C/S. 110
۶-۴-۱-۴- رسم منحنیهای هم تراز برای استخراج گالیم و آلومینیم 111
۶-۴-۱-۵- بررسی فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم.. 113
۶-۴-۲- بوتانول با نسبت ۴ = C/S. 115
۶-۴-۲-۱- تاثیر درصد وزنی C/S بر روی استخراج.. 117
۶-۴-۲-۲- تاثیر درصد وزنی OF بر روی استخراج.. 118
۶-۴-۲-۳- مدل سازی استخراج گالیم و آلومینیوم با کمک سطح ساز بوتانل در ۴ = C/S. 120
۶-۴-۲-۴- رسم منحنیهای هم تراز برای گالیم و آلومینیم.. 121
۶-۴-۲-۵- بررسی فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم.. 122
۶-۵- آزمایشهای استخراج با دکانول، نسبت ۲ = C/S. 124
۶-۵-۱- تاثیر درصد وزنی C/S بر روی استخراج.. 126
۶-۵-۲- تاثیر درصد وزنی OF بر روی استخراج.. 127
۶-۵-۳- مدل سازی استخراج گالیم و آلومینیوم با کمک سطح ساز دکانول در ۲ = C/S. 128
۶-۵-۴- رسم منحنیهای هم تراز برای گالیم و آلومینیوم.. 129
۶-۵-۵- بررسی فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم.. 131
۶-۶- بررسی رگرسیون و پارامترهای مرتبط.. 134
۶-۶-۱- بررسی ضرایب مدلهای بدست آمده توسط رگرسیون.. 135
۶-۷- فرایند اسکراب و استریپ.. 135
۶-۸- مقایسهی نتایج حاصل از سیستم میکروامولسیون با استخراج حلالی مرسوم 136
فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادات
۷-۱- نتیجه گیری.. 142
۷-۲- پیشنهادات.. 143
مراجع.. 145
فهرست جدولها
جدول ۱-۱: كشورها و شركتهای تولید كنندهی گالیم.. 10
جدول ۳-۱: طبقه بندی کاربرد سطح ساز توسط استفاده از عدد HLB سطح ساز 54
جدول ۳-۲: عدد HLB برای گروههای شیمیایی مختلف.. 55
جدول ۳-۳: مطالعات انجام شده بر روی استخراج فلزات توسط سیستم میکروامولسیون 73
جدول ۵-۱: مشخصات مواد شیمیایی استفاده شده در تحقیق.. 87
جدول ۵-۲: مشخصات تجهیزات مورد استفاده در تحقیق.. 87
جدول ۶-۱: آنالیز شیمیایی محلول آلومینات سدیم جاجرم.. 94
جدول ۶-۲: مشخصات نقاط آزمایش شده برای رسم دیاگرام سه فازی با بوتانل و نسبت ۲ = C/S. 95
جدول ۶-۳: مشخصات نقاط آزمایش شده برای رسم دیاگرام سه فازی با دکانول و نسبت ۴ = C/S. 96
جدول ۶-۴: مشخصات نقاط آزمایش شده برای رسم دیاگرام سه فازی با دکانول و نسبت ۲ = C/S. 96
جدول ۶-۵: ترکیب نقاط انتخاب شده روی دیاگرام سه فازی.. 101
جدول ۶-۶: ترکیب نقاط انتخاب شده و درصد استخراج گالیم و آلومینیوم 106
جدول ۶-۷: آزمون انحراف مدل رگرسیونی برای استخراج گالیم و آلومینیوم 111
جدول ۶-۸: دادههای فاکتور جدایش برای سیستم حاوی بوتانول، با نسبت ۲ = C/S 114
جدول ۶-۹: ترکیب نقاط انتخاب شده و درصد استخراج گالیم و آلومینیوم 116
جدول ۶-۱۰: آزمون انحراف مدل رگرسیونی برای درصد استخراج گالیم و آلومینیوم 120
جدول ۶-۱۱: دادههای فاکتور جدایش برای سیستم حاوی بوتانول، با نسبت ۲ = C/S 123
جدول ۶-۱۲: ترکیب نقاط انتخاب شده و درصد استخراج گالیم و آلومینیوم 124
جدول ۶-۱۳: آزمون انحراف مدل رگرسیونی برای درصد استخراج گالیم و آلومینیوم 129
جدول ۶-۱۴: دادههای فاکتور جدایش برای سیستم حاوی دکانول، با نسبت ۲ = C/S 132
جدول ۶-۱۵: مقادیر ضریب همبستگی برای روشهای مختلف رگرسیون 135
جدول ۶-۱۶: ضرایب مدلهای بدست آمده برای گالیم.. 135
جدول ۶-۱۷: غلظت گالیم و آلومینیوم در فاز آبی و آلی قبل و بعد از استخراج 138
جدول ۶-۱۸: غلظت گالیم و آلومینیوم در فاز آبی و آلی قبل و بعد از اسکراب 138
جدول ۶-۱۹: غلظت گالیم و آلومینیوم در فاز آبی و آلی قبل و بعد از استریپ 138
فهرست شکلها
شكل ۱-۱: فرآیند ترسیب بیجا برای بازیابی گالیم از محلول حاصل از فرآیند بایر.. 14
شكل۱-۲: فرآیند الكترولیز برای بازیابی گالیم از مایعات فرآیند بایر 16
شکل ۲-۱: طرح شماتیک از آزمایش استخراج با حلال.. 21
شکل ۲-۲: دیاگرام مک کیب – تیل.. 23
شکل ۲-۳: فرمول عمومی هیدروکسی کوینولین جانشین شده.. 26
شکل ۲-۴: ساختار اجزاء اصلی تشکیل دهندهی ۱۰۰ kelex .. 27
شکل ۲-۵: ساختمان مونو و دی- اکتیل فنیل فسفریک اسید.. 39
شکل ۳-۱: دیاگرام سه فازی شماتیک از سیستم میکروامولسیون روغن-آب-سطح ساز 49
شکل ۳-۲: انواع میکروامولسیونهای وینسور.. 50
شکل ۳-۳: طبقه بندی وینسور و توالی فاز میکروامولسیونها بر اساس دما یا درجهی شوری به ترتیب برای سطح سازهای غیر یونی و یونی.. 51
شکل ۳-۴: دیاگرام سه فازی انواع مختلف سیستمهای میکروامولسیون که توسط وینسور طبقه بندی شدهاند.. 52
شکل ۳-۵: دیاگرام سه فازی که ناحیهی میکروامولسیون روغن در آب، L1 و ناحیهی میکروامولسیون آب در روغن، L2 را نشان میدهد.. 57
شکل ۳-۶: میکروامولسیون آب در روغن.. 59
شکل ۳-۷: میکروامولسیون روغن در آب.. 60
شکل ۳-۸: موقعیتهای ممکن قابلیت حل شدن در یک میسل.. 62
شکل ۳-۹: دیاگرام سه فازی استخراج تنگستن و نقاط انتخاب شده بر روی آن 67
شکل ۳-۱۰: منحنی هم تراز استخراج تنگستن.. 68
شکل ۳-۱۱: منحنی هم تراز استریپینگ تنگستن.. 68
شکل ۴-۱: نمایی از واحد دریافت و خردایش سنگ بوکسیت.. 77
شکل ۴-۲: واحد انحلال لولهای.. 78
شکل ۴-۳: واحد تجزیهی محلول و ترسیب.. 79
شکل ۴-۴: واحد تکلیس هیدرات و تولید آلومینا.. 80
شکل ۴-۵: واحد ته نشینی گل قرمز.. 81
شکل ۴-۶: واحد تبخیر و تغلیظ و بازیابی سود سوز آور.. 82
شکل ۴-۷: فرایند تولید آلومینا از بوکسیت.. 83
شکل ۵-۱: محیط نرم افزار Origin Pro 8.6. 91
شکل ۵-۲: محیط نرم افزار IBM SPSS Statistice 22. 91
شکل ۶-۱: دیاگرام سه فازی مربوط به کمک سطح سازهای بوتانل و دکانول 97
شکل ۶-۲: دیاگرام سه فازی برای سیستم شامل آب/کروزین/SCO+الکل 98
شکل ۶-۳: تاثیر نسبت C/S بر روی منطقهی میکروامولسیون برای سیستم شامل آب/کروزین/SCO+بوتانول.. 99
شکل ۶-۴: دیاگرام سه فازی؛ سیستم I: شامل SCO/بوتانول/کروزین/محلول بایر؛ سیستم II: شامل Kelex-100/بوتانول/کروزین/محلول بایر.. 100
شکل ۶-۵: نقاط انتخاب شده روی دیاگرام سه فازی برای آزمایشهای اولیه 102
شکل ۶-۶: تغییرات استخراج نسبت به زمان برای نقطهی A از شکل ۶-۵ 103
شکل ۶-۷: تغییرات استخراج نسبت به زمان برای نقطهی F از شکل ۶-۵ 103
شکل ۶-۸: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم بر حسب نوع کمک سطح ساز 104
شکل ۶-۹: مولکول بوتانول.. 105
شکل ۶-۱۰: مشخصات نقاط انتخاب شده بر روی دیاگرام سه فازی بوتانول با نسبت ۲ = C/S برای استخراج گالیم.. 106
شکل ۶-۱۱: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم به صورت تابعی از درصد وزنی C/S در درصد وزنی فاز آبی ثابت.. 107
شکل ۶-۱۲: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به تغییرات درصد وزنی C/S، OF = 10%.. 108
شکل ۶-۱۳: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم به صورت تابعی از درصد وزنی OF، AF = 20%.. 109
شکل ۶-۱۴: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم به صورت تابعی از درصد وزنی OF، C/S = 20%.. 109
شکل ۶-۱۵: منحنی هم تراز استخراج گالیم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۲ = C/S. 112
شکل ۶-۱۶: منحنی هم تراز استخراج آلومینیوم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۲ = C/S. 112
شکل ۶-۱۷: منحنی هم تراز فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۲ = C/S. 115
شکل ۶-۱۸: مشخصات نقاط انتخاب شده بر روی دیاگرام سه فازی بوتانول با نسبت ۴ = C/S برای استخراج گالیم.. 116
شکل ۶-۱۹: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به تغییرات درصد وزنی C/S، AF = 20%.. 117
شکل ۶-۲۰: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به تغییرات درصد وزنی C/S، OF = 10%.. 118
شکل ۶-۲۱: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به تغییرات درصد وزنی OF، AF = 20%.. 119
شکل ۶-۲۲: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به تغییرات درصد وزنی OF، C/S = 20%.. 119
شکل ۶-۲۳: منحنی هم تراز استخراج گالیم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۴ = C/S. 121
شکل ۶-۲۴: منحنی هم تراز استخراج آلومینیوم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۴ = C/S. 122
شکل ۶-۲۵: منحنی هم تراز فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۴ = C/S. 123
شکل ۶-۲۶: مولکول دکانول.. 125
شکل ۶-۲۷: مشخصات نقاط انتخاب شده بر روی دیاگرام سه فازی دکانول با نسبت ۲ = C/S. 125
شکل ۶-۲۸: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به درصد وزنی C/S، AF = 20%.. 126
شکل ۶-۲۹: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به درصد وزنی C/S، OF = 10%.. 127
شکل ۶-۳۰: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به درصد وزنی OF، AF = 20%.. 128
شکل ۶-۳۱: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به درصد وزنی OF، C/S = 20%.. 128
شکل ۶-۳۲: منحنی هم تراز استخراج گالیم برای سیستم حاوی دکانول با نسبت ۲ = C/S. 130
شکل ۶-۳۳: منحنی هم تراز استخراج آلومینیوم برای سیستم حاوی دکانول با نسبت ۲ = C/S. 131
شکل ۶-۳۴: منحنی هم تراز فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم برای سیستم حاوی دکانول با نسبت ۲ = C/S. 132
پیشگفتار
۱- پیشینه، ضرورت و اهداف
در سال ۲۰۰۲ دانتس و همکاران بر روی استخراج گالیم از محلول بایر با استفاده از میکروامولسیون مطالعاتی را انجام دادند. سیستم مورد استفاده در این تحقیقات شامل بوتانول به عنوان کمک سطح ساز و کروزین به عنوان فاز آلی بود. آنها از Kelex-100 و SCO نیز به عنوان سطح ساز استفاده کردند. نتایج حاصل از کار آنها نشان داد که سیستم میکروامولسیون قادر به استخراج ۱۰۰ درصد گالیم در مدت زمان ۱۰ تا ۳۰ دقیقه است.
در سال ۱۳۸۴، طرح مطالعاتی استخراج گالیم از محلول بایر کارخانهی آلومینا جاجرم، در جهاد دانشگاهی دانشگاه تربیت مدرس توسط نادری و عبدالهی اجرا شد. شکل ۱ فلوشیت فرایند طراحی شده جهت استخراج گالیم را نشان میدهد. در این فرایند از روش استخراج با حلال به وسیلهی استخراج کنندهی Kelex-100، استفاده شد. ترکیب آلی استفاده شده شامل ۱۰٪ حجمی Kelex-100، ۱۰٪ حجمی اتانول و مابقی کروزین میباشد. فرایند به مدت یک ساعت و در دمای محیط اجرا میشود. این فرایند منجر به استخراج ۹۳٪ گالیم به همراه ۳۴٪ آلومینیوم شده است.
در سال ۱۳۸۵، به منظور بر طرف کردن برخی مشکلات فرایند فوق، از قبیل اتلاف بالای آلومینیوم، آلوده شدن استخراج کننده توسط آلومینیوم و تشکیل فاز سوم در مرحلهی شستشوی اسیدی گالیم از فاز آلی، مطالعات تکمیلی در این زمینه انجام شد. در نتیجه مشخص شد استفاده از ایزودکانول به عنوان تعدیل کننده به جای اتانول باعث افزایش قابلیت استخراج انتخابی توسط Kelex-100 میشود. ترکیب آلی استفاده شده شامل ۱۲٪ حجمی Kelex-100، ۵٪ حجمی ایزودکانول و مابقی کروزین میباشد. در این شرایط بازیابی گالیم و آلومینیوم ۹۲٪ و ۶٪ میباشد.
با توجه به قابلیتها و تواناییهای سیستم میکرواموسیون در زمینه کاهش زمان فرایند استخراج فلزهای گوناگون از جمله گالیم در دمای محیط و توانایی آن در استخراج عناصر از محلولهای رقیق، نیاز به مطالعات جامع در مورد این سیستمها وجود دارد.
شکل ۱: فلوشیت طراحی شده جهت استحصال گالیم از محلول آلومینات سدیم به روش استخراج با حلال ]۲[
هدف از انجام این مطالعات بررسی تاثیر شرایط میکروامولسیون بر روی استخراج گالیم و آلومینیوم از محلول آلومینات سدیم واقعی است. برای این منظور، ابتدا شرایط لازم برای تشکیل محیط میکروامولسیون مناسب بدست آمد و سپس به بررسی تاثیر پارامترهایی از قبیل زمان، نوع فاز آبی، نوع کمک سطح ساز و نوع سیستم میکروامولسیون تشکیل شده پرداخته شد.
