مقاله بازیافت کبالت از ضایعات فرآیند تولید روی با استفاده از دی -٢-اتیل هگزیل فسفریک اسید و تری بوتیل فسفات

بازیافت کبالت از ضایعات فرآیند تولید روی با استفاده از دی -٢-اتیل هگزیل فسفریک اسید و تری بوتیل فسفات
چکیده :
در این کار تحقیقاتی اکسید کبالت از ضایعات کارخانجات تولید روی ایران با روش استخراج حلالی بازیافت شده است . فیلتر کیک گرم که حاوی ١.۴٣ درصد کبالت است به عنوان ماده اولیه برای تهیه اکسید کبالت استفاده شد. در مرحله اول فیلترکیک تازه تهیه شده پس از شتشو با آب مقطر با اسید سولفوریک غلیط هضم شد و فلزات موجود در آن به صورت محلول در آب درآمد. سپس حذف منگنز و آهن با استفاده از آمونیم سوپرسولفات در pH برابر ۴.۵ و دمای ٩۵ درجه انجام شد. جداسازی انتخابی کبالت از بین کاتیونهای Zn،Ca ،Ni ، وCd، با حلالی از گروه اسیدهای آلی فسفردار به نام دی -٢-اتیل هگزیل فسفریک اسید (D2EHPA) به عنوان استخراج کننده ، تری بوتیل فسفات (TBP) به عنوان اصلاح کننده و یک حلال هیدروکربنی از تولیدات شرکت ملی پتروشیمی ایران به عنوان رقیق کننده صورت گرفت . در مرحله استخراج با حلال ، کبالت به طور انتخابی در pH برابر ۵ با استخراج کننده تشکیل کمپلکس داده و به فاز آلی انتقال مییابد. عمل استخراج کبالت از طریق تنظیم دقیق pH، غلظت مواد واکنش کننده ، مدت زمان و دمای تماس دو فاز آلی و آبی بهینه سازی شد. انتقال کبالت از فاز آلی به فاز آبی با محلول اسید کلریدریک M٣ انجام شد و در مرحله آخر ترسیب کبالت به صورت اگزالات ، با کمک محلول آمونیم اگزالات انجام شد و در نهایت با کلسینه کردن اگزالات کبالت در ۶۵٠ درجه اکسید کبالت با راندمان کلی ٩٧ درصد به دست آمد. در انتها فلوچارت تهیه اکسید کبالت از فیلتر کیک گرم نیز پیشنهاد شد.
واژه کلیدی: استخراج حلالی – بازیافت کبالت – ضایعات فرآیند تولید روی – دی -٢-اتیل هگزیل فسفریک اسید

١. مقدمه
بازیافت کبالت از منابع ثانویه از نظر مسائل زیست محیطی و اقتصادی بسیار حائز اهمیت است [١-٧].
در فرآیند تصفیه محلول الکترولیت ، دفع گونه های فلزی که همراه سنگ معدن روی در اثر واکنش با اسید سولفوریک در محلول الکترولیت به همراه سولفات روی وجود دارد ضروری است . کبالت یکی از خطرناکترین ناخالصیهائی است که وجود آن حتی در مقادیر بسیار جزئی نیز مزاحمتهای زیادی را در تولید شمش روی ایجاد میکند. در کارخانجات تولید روی ایران در مرحله تصفیه گرم کبالت موجود در محلول الکترولیت با افزودن پرمنگنات پتاسیم و پودر روی سیمانته شده و به صورت فیلتر کیک از خط تولید روی حذف میشود [٨]. در حال حاضر در ایران کلیه تولید کنندگان روی کشور این فیلتر کیکها را به عنوان مواد زائد دپو کرده و در نهایت دور میریزند. این مواد ضمن آلوده کردن محیط زیست ، حاوی مقادیر قابل توجهی فلزات با ارزش میباشد. کادمیم و نیکل موجود در محلول الکترولیت نیز عمدتا طی فرآیند تصفیه سرد از محلول الکترولیت جدا شده و به صورت فیلتر کیک سرد از فرآیند تولید روی جدا میشود. هدف از اجرای این کار تحقیقاتی یافتن روشی عملی و اقتصادی برای یازیافت کبالت از فیلتر کیک گرم حاصل از فرآیند تولید روی بوده است .
همچنین با انجام این کار از افزایش آلودگی محیط زیست با وارد شدن فلزات سمی نظیر کبالت ، کادمیم و نیکل جلو گیری میشود.
در این کار تحقیقاتی فلزات موجود در فیلتر کیک تازه تهیه شده ، با کمک اسید سولفوریک غلیظ هضم – شده و به فاز آبی راه مییابند. استخراج انتخابی و بازیافت کبالت از محلول فوق با روش استخراج با حلال آلی با کمک دی -٢-اتیل هگزیل فسفریک اسید به عنوان استخراج کننده ، تری بوتیل فسفات به عنوان اصلاح کننده و یک حلال هیدروکربنی مورد مطالعه بررسی قرار گرفته است . قبل از عمل استخراج حلالی، آهن و منگنز با کمک آمونیم سوپرفسفات از محلول واکنش حذف شد. اثر فاکتورهای موثر در راندمان عمل استخراج مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت . مسائل اقتصادی حاکم بر استخراج و بازیافت کبالت نیز مورد توجه و دقت نظر بوده است .
فلوشیت جداسازی و بازیافت کبالت از فیلتر کیک گرم نیز ارائه شد.
٢. روش انجام آزمایش ها
نمونه ی فیلتر کیک کبالت مورد استفاده در این کار تحقیقاتی، از کارخانه ی سرب و روی زنجان تهیه شدکه به صورت تازه تهیه شده مورد آزمایش قرار گرفت . این نمونه در طی فرآیند تولید روی بدست آمده است :
درصد فلزات موجود در کیک گرم به شرح زیر گزارش شده است :

چون مقدار کلرور کم است ، عمل تصفیه ی کلرور با استفاده از سولفات مس و پودر روی انجام نمی شود، بنابر این مقدار مس در فیلتر کیک ناچیز است .
٢-١ عملیات شستشو و لیچینگ با اسید سولفوریک
از نمونه ی کیک کبالت مقدار مشخصی (۵٠ گرم ) وزن شد و با آب مقطر دو مرتبه شستشو داده شد.
درصد عناصر اصلی نمونه فیلتر کیک گرم کبالت به روش جذب اتمی در جدول زیر آمده است :

سپس محتوی فیلتر کیک شسته شده با سولفوریک اسید ١:١ در دمای ٩٠ درجه روی بن ماری به مدت ٢ روز تا خشک شدن کامل ، تحت واکنش قرار گرفت . سپس ماده جامد به دست آمده با آب مقطر به حجم ١٠٠ میلی لیتر رسانده شد و از صافی عبور داده شد. محلول زیر صافی و رسوب های جمع آوری شده ، برای جذب اتمی و اندازه گیری غلظت یون کبالت آماده شد. جامد باقی مانده را نیز در داخل دسیکاتور قرار داده و پس از خشک شدن به مدت یک ساعت در کوره با دمای ۵۵٠ درجه حرارت داده شد. ماده ی جامد را در HCl١١ حل کرده و محلول روی حمام بن ماری خشک گردید. سپس رسوب با کمترین مقدار HCl ٠.١ نرمال شسته و از صافی عبور داده میشود. محلول زیر صافی را به حجم ml ۵٠ رسانده و غلظت یون کبالت در آن اندازه گیری شد.
برای تنظیم pH واکنش ها مقادیر مناسبی از سود جامد و اسید سولفوریک غلیط استفاده شد (به منظور اجتناب از تغییر حجم ).
٢-٢- حذف آهن و منگنز از محلول لیچینگ
پس از عمل هضم فیلتر کیک با سولفوریک اسید ١:١ ماده ی بدست آمده را دوباره در کوره با دمای ۴۵٠ درجه سانتیگراد قرار دادیم و پس از خارج کردن از کوره با آب مقطر رقیق کردیم . برای حذف یون های آهن و منگنز ١٠٠میلی لیتر از این محلول را با ٠.۵ گرم آمونیوم سوپرسولفات مخلوط کردیم . سپس در دمای ثابت ٩۵ درجه pH این محلول را با کربنات سدیم آنقدر تغییر دادیم که رسوب تشکیل شود. مقدار pH برابر ۴.۵ بدست آمد. محصول را صاف کرده و بعد از آن با محلول زیر صافی که عاری از یون های آهن و منگنز است عمل استخراج ادامه یافت .
٢-٣- استخراج با استفاده از D2EHPA و TBP
در این مرحله از D2EHPA و TBP به عنوان استخراج کننده و حلال AW ۴٠٢که کمترین مقدار ترکیبات آروماتیک را دارد، به عنوان رقیق کننده استفاده شد. حجم فاز آبی و فاز آلی بکار برده شده به میزان مساوی و برابر و در مجموع ١٠٠ میلی لیتر در نظر گرفته شد. غلظت های متفاوتی از D2EHPA وTBP به فاز آلی افزوده شد و بر روی هیتر استیرر با سرعت ٢٠٠ دور در دقیقه در دماهای ٢۵ ،۴٠ و ۶٠ درجه به مدت یک ساعت حرارت داده شد و برای کنترل درجه ی حرارت از یک حمام بن ماری استفاده گردید. سپس مخلوط واکنش در دکانتور ریخته شد تا فازهای آلی و آبی آن از هم جدا شوند. در ابتدا و انتهای تماس دو فاز نیز pH فاز آبی اندازه گیری و تنظیم شد.

Facebook Twitter Google+ LinkedIn Pinterest Print