metallurgydata متالورژی دیتا

هیدرو به معنی آب و هیدرومتالورژی، علم و هنر انتقال فلزات از کانه های آنها به محیطهای آبی توسط روشهای شیمیایی و در ادامه استخراج آنها از این محیط ها می باشد.

دیگر روش های استخراجی عبارتند از:

پیرومتالورژی به روش های حرارتی و الکترومتالورژی که به روش های الکترولیتی اطلاق می شود.

به طور کلی هیدرومتالورژی شامل دو مرحله مجزاء می باشد:

1-انحلال انتخابی فلز از کانه یا فرآیند لیچینگ

2-بازیابی انتخابی فلز از محلول، فرآیندی که شامل روش ترسیب می باشد.

حلالیت (اساسی ترین مفهوم در این بحث)

 حلالیت هر ماده در آب بستگی به قطبی بودن آب و پیوندهای هیدروژنی تشکیل شده از تجمع مولکولهای آب خواهد داشت.

قوانین عمومی

محلولهای آبی با پخش یکنواخت یک ماده در آب، بطوریکه هیچگونه واکنش شیمیایی (شکستن پیوندها و یا انتقال الکترون) رخ ندهد، تولید می شوند. قوانین عمومی حلالیت به شرح ذیل است:

گازها: مولکولهای کوچک موجود در آب مانند O₂ و H₂  با قرار گرفتن در حفره ها و نقاط خالی ساختمان آب حل می شوند. حلالیت این مولکولها کم بوده و با افزایش دما کاهش می یابند. زیرا نیروهای ضعیفی این مولکولها را در حفره ها و نقاط خالی نگه می دارند.

مولکولهای قطبی و غیر قطبی: مولکولهای قطبی مانند استون یا الکل و باز مانند NH₃ با تشکیل پیوندهای هیدروژنی در آب حل می شوند. همچنین با توجه به سست بودن این پیوندها در مقابل ارتعاشات حرارتی، حلالیت آنها با افزایش دما  
کاهش می یابد. اسیدهای بی آب (غیر اکسیژن دار) مانند HCl که یک مولکول قطبی است ضمن واکنش متقابل با آب و تشکیل H₃O⁺ و Cl^- در آب حل می شوند. مولکولهای غیر قطبی مانند تتراکلرید کربن CCl₄ یا بنزن C₆H₆ بعلت اینکه آب قادر به تشکیل پیوند هیدروژنی با این مولکولها نیست در آب غیر محلول می باشند.

و قوانین در مورد بلورهای یونی و غیر یونی: ....

 تعریف:

فرآیند لیچینگ یا (فروشست)، به استخراج یک ماده یا مجموعه ای از مواد خاص از ماده دربرگیرنده آن (سنگ، فلز) و انتقال آن به فاز مایع گفته می شود. این فرآیند بسته به مشخصات ماده دربرگیرنده فلز مورد نظر توسط حلالهای متفاوتی انجام می پذیرد. 

تعریف دیگر: به فرآیند استخراج یک جزء به صورت محلول از جامد با استفاده از یک حلال اطلاق می شود که در این رابطه یکی از دو هدف ذیل قابل دستیابی خواهد بود:

- تجزیه کانه، کنسانتره یا محصولات متالورژیکی برای محلول کردن فلز موجود در آن

-لیچینگ ترکیباتی (معمولاً کانیهای باطله) از یک کانه یا کنسانتره که به آسانی قابل حل باشد جهت تولید کنسانتره با غلظت زیاد. به عبارت دیگر روش بهره وری شیمیایی از یک کانه

تقسیم بندی لیچینگ بر اساس عامل لیچ کننده یا (لیچنت) (داروی مصرفی):

1-لیچینگ اسیدی (اسید سولفوریک، کلریک)

2-لیچینگ بازی (سود، هیدروکیسد آمونیوم، هیدروکسید کلسیم)

3-لیچینگ با آب

4-لیچینگ با باکتری

منابع تامین لیچنت اسیدی:

-یکی در خود پروسه لیچینگ که منجر به تولید آن و دوباره مصرف می شود.

-دیگری، در کنار عملیات لیچ، یک پروسه ای ایجاد می شود تا اسید تولید شود.

به چه دلیلی خودمان در سایت اسید تولید می کنیم:

1-حمل و نقل

2-لوازم مخصوص

3-ریسک وخطرناک می باشد

4-نگهداری (از آنجاییکه کارخانه وابسته به کارخانه ای در دور دست می شود، می بایستی نگهداری انجام دهیم)

دلایل افزایش مصرف اسید

1-تصاعد اسید در حین انجام عملیات

2-رسوب نمودن در طول انجام عملیات

3-ته نشینی اسید در حین عملیات

4-در اثر فیلتراسیون موجب از دست رفتن عامل اسیدی (رطوبت) خواهد بود

اسید مصرفی در حین عملیات از چند جا تامین می شود؟

1-از اسید برگشتی از فرآیند (بعد از تصفیه ناخالصیهای آن)

2-اسید تازه

به 2 طریق اسید را تصفیه می کنیم

1-رسوب ناخالصیها به طرق مختلف

2-فیلتر کردن ناخالصیها

-اگر دانه های جامد در محلول باشد می توان توسط فیلتر جداسازی را انجام داد

-اگر دانه های ناخالص حل شده و یون تشکیل دهند، توسط داروهایی آنها را رسوب می دهیم

-یکی از دلایل تصفیه و فیلتر آن مشکلات زیست محیطی می باشد

لیچ توسط اسیدها

اسید کلریک:

مسائل و مشکلات آن سمی بودن کلر موجود در ترکیب می باشد که با تصاعد آن موجب خطرناک شدن محیط می شود.

لیچینگ برخی از کانیها توسط آن:

لیچ توسط بازها:

سعی بر آن می شود که از ارزانترین آن استفاده شود، مثل شیر آهک، هیدروکسید کلسیم.

یکی از معروفترین روشهای لیچینگ، لیچینگ بازی اکسید آلومینیوم توسط سود می باشد که بروش بایر معروف است.

 عوامل فیزیکی موثر در فرآیند لیچینگ 2 عامل فشار و حرارت می باشد:

1)لیچ در شرایط محیطی (دما 25 درجه، فشار 1 اتمسفر)، بنام لیچ معمولی

2)لیچ در شرایط: 

1-2 ) حرارت + فشار

2-2 ) حرارت + فشار اتمسفر

3-2) حرارت محیط + فشار

از شماره 1 به 2 هزینه عملیات و زمان به ترتیب بیشتر و کمتر می شود. عموماً با اعمال بخار آب و  همزمان همزدن انجام می گیرد.

در مورد جنس و مقاومت وسائل مورد استفاده در شرایط مختلف می بایستی تحقیقاتی صورت پذیرد. همچنین در مورد مسمومیت و خورندگی در شرایط اسیدی مختلف می بایستی از تانکهای ضد اسید (استیل، آجر ضد اسید، کاشی ضد اسید، اپوکسی، لابر، شیشه) استفاده شود.

برای اسید:

عمداً در تانکهای لیچ اسیدی ار بتن استفاده می شود که توسط پوشش های چوب، آجر ضد اسید، اپوکسی و ... آن را درست می کنند. جدیداً از اپوکسی و لابر (مواد شیمیایی که بصورت درجا مثل رنگ روی بتن می نشانند) استفاده می شود.

تانکهای شیشه ای بسیار گران قیمت که فقط در مورد مواد دارویی استفاده می شود نیز از دیگر تجهیزات این فرآیند می باشد.

برای سود:

عمداً تانکهای سود و هیدروکسید آمونیوم از جنس استیل می باشد

در کارخانه لیچینگ دستگاههایی که مصرف می شود:

1-تانکها و لوازم وابسته به آن ها (پمپ ها، لوله ها، شفت و همزن)

2-کمپرسورها برای هوا

3-دستگاههای گرمایش و سرمایش

4-لوله های انتقال با شرایط ساختاری مثل تانکها

5-در هیپ دوشها که عمدا از لوازم شیمیایی شبیه لابر و اپوکسی می باشند

عامل لیچینگ گازی

گاز آمونیاک از این نوع مواد می باشد که می تواند علاوه بر انجام عمل انحلال ماده مورد نظر، به منظور گردش و اعمال درجه حرارت به کار گرفته شود.

خوراک در لیچینگ به 3 قسمت تقسیم می شود:

1-سنگ معدن- لیچ مستقیم- لیچ درجا

2-کنسانتره (پیش فرآوری شده)

3- منابع ثانویه (باطله کارخانجات، معدنی و دیگر کارخانه ها مثل قراضه کارخانه ورق، ریخته گری، سرباره، ته پاتیل، لجن حاصل از تانکهای الکترولیز که به صورت رسوب خواهیم داشت). همچنین مایع خروجی کارخانجات پتروشیمی، نفت.

هیدرومتالوژی فلزات

مس: از فلزات اساسی و بنیادین که رنج مصرف آن بعد از فولاد و آلومینیوم (سوین رتبه) را دارا می باشد.

معادن مس:

1-معادن اکسیدی

2-معادن سولفیدی- اکسیدی

3-معادن سولفیدی

از دید دیگر:

1-کانسار پرفیری

2-کانسار رگه ای

 از نظر فرآوری

معادن مس سولفیدی، اولین خط تولیدی فلوتاسیون که به صورت کنسانتره در می آید و کنسانتره آن توسط پیرو و یا هیدرو به شمش تبدیل می شود. در صورتیکه در معادن مخلوط ، ابتدا کنسانتره سولفیدی (مس) و بعد کنسانتره اکسیدی مس و در نهایت برای مرحله فرآوری می رود (اکسیدی برای لیچینگ، سولفیدی برای لیچینگ یا پیرومتالوژی).

ذخایر جهان

در مورد مس 6/1 میلیارد تن گفته شده و حدود یک سوم اینان اقتصادی بوده و بقیه تا بحال اقتصادی نیست و اینان زیر 1/0 درصد عیار دارند.

تولید کنندگان

شیلی، آمریکا، روسیه، چین

از نظر روباز و زیرزمینی باید گفته شود که 80 درصد آن روباز می باشد.

سرچشمه، میدوک، سونگون، دره زرشک، علی آباد، چهار گنبد، بایچه باغ، تکنارد، قلعه زری

 کانیهای مهم سولفیدی مس

 

 کانیهای اکسیدی

  در بحث سولفیدی و اکسیدی اگر سنگی دارای مس بیشتری باشد برای لیچینگ و فرآوری بهتر است. ولی می بایستی کانیهای همراه که می تواند مزاحم باشند در نظر گرفت. ولی روی هم رفته درصد بالایی از مس دارای ناخالصی کمتری هست.

 عمدتا در کانیهای مس لیچینگ توسط اسید سولفوریک می باشد بطوریکه:

 روش بازیابی مس از محلول باردار(Pregnant)

-رسوب دادن

-الکترولیز مستقیم

- S.X

در روش رسوب دادن عمدتا از یک کانی ارزاتنر از آن برای جایگزینی انتخاب می کنند که در مورد مس بیشتر از آهن استفاده می شود بطوریکه:

بطوریکه در کاتد مس دو ظرفیتی دو الکترون گرفته و تبدیل به مس صفر می شود و مولکلول آب هیدرولیز می شود:

در مورد روش S.X فازهای آلی بکار می رود که از جمله آن می توان به، (Lix66N), (kelex 100,120)

به صورت:

لیچینگ کانیهای سولفیدی مس:

لیچینگ کانیهای اکسیدی و سولفیدی بوسیله فشار:

لیچینگ اکسید مس سرچشمه

- تولید بر این اساس 15000 تن در سال می باشد ولی معروف است به 14000 تن در سال.

- پروژه 5000 تن مس میدوک که قول 85 به هبره برداری برسد را داده اند.

- لیچینگ میکروبی که در سرچشمه و دره زار انجام شده.

- پروژه 3000 تنی در سونگون که بیولیچینگ کانیهای سولفیدی مس می باشد

هیدرومتالوژی روی

روی فلزی است صنعتی که به میزان زیادی در صنعت و در زندگی بشر مصرف می شود. کانیهای روی را می توان (عمدا به صورت صنعتی مصرف می شود) به دو گروه :

اکسیدی (اکسید + کربنات + سیلیکات)

-زینکیت  

-اسمیت زونیت

-هیدروزینکیت

-همی مورفیت(کالامین)

-دیلمایت

 کانیهای باطله همراه اکسیدی

کلسیت، دولومیت، کوارتز، کائولینیت، گوتیت، لیمونیت و سولفاتها

 عناصر همراه

سرب، کادمیوم، کبالت، نیکل، ژرمانیم، ایندیم، آرسنیک، باریوم، فلوئور وکلر

در بحث انحلال:

چنانکه میزان کربنات بیشترباشد و همچنین کلسیت و دولومیت، قبل از انحلال مرحله تشویه یا کلسیناسیون انجام می گیرد که شبیه آهک پزی می باشد، بطوریکه خاک را در شرایط حرارت قرار می دهند تا دی اکسید کربن آن خارج شود و بصورت:

در همین حین چنانکه دارای هیدرو و همی مورفیت باشد آب و دی اکسید کربن آنها خارج شده و همچنین سیلیس با روی و دو ناخالصی گوتیت و لیمونیت (آهن) به فریک (آهن، سیلیس، روی) تشکیل می شود بنابراین از یک طرف مفید واز طرف دیگر برای کانیهای دارای ناخالصیهای آهن دار مضر می باشد

لیچینگ کانیهای روی با اسید:

که در این فرآیند میزان اسید مصرفی زیاد می باشد و هرچه ناخالصیهای کلسیت و دولومیت بیشتر شود مصرف اسید هم زیاد خواهد شد.

همچنین با خروج گاز ظرفیت هم که می شود.

سومین عامل تولید گچ (سولفات کلسیم) که در لوله های واسطه، پمپ ها وکف سلولها رسوب کرده و گرفتگی لوله ها و ... را به بار می آورد.

راه حل:

1)مرحله کلسیناسیون

2)نگهداری پالپ برای رسوب گچ و خارج شدن گاز دی اکسید کربن

اگر سنگ ویلمایت داشته باشیم:

توجه:

اگر ما کانی همی مورفیت داشته باشیم می بایستی کلسیناسیون انجام بدهیم

اسید سیلیسیک

از مهمترین مزاحم هایی است که در لیچینگ با آن مواجه هستیم که به صورت ژل بوده (نه یون و نه جامد ته نشین شده) و مزاحمت هایی همچون : ماندگی در تانک که موجب کاهش ظرفیت و همچنین تله ای برای روی در می آید که روی را در خود نگه داشته و موجب کاهش راندمان می شود. بعضی از این ژلها قابل فیلتر هستند ولی با این کار راندمان همچنان کگم خواهد بود.

در بعضی از کارخانه ها کاری می کنند که از ژل شدن سیلیس جلوگیری بعمل می آید.

ناخالصیهای آهن

گوتیت و لیمونیت

برای خارج کردن آهن، آهن فرو را به فریک تبدیل کرده و با بالا بردن pH اکسید آهن سه را تشکیل داده که یک رسوب سفید رنگ می باشد و بعد آن را فیلتر و از محیط خارج می کنیم.

دومین خاصیت این کار اینست که بعضی از عناصر مثل نیکل، کبالت، آرسنیک در آب، را هم رسوب می دهیم.(بدلیل بارهای سطحی دو جانبه).

کلسیم، سرب، باریم

اینان اکثرا بصورت سولفات، رسوب تشکیل می دهند.

تصفیه:

به 2 بخش:

1-تصفیه سرد

2-تصفیه گرم

تصفیه یا پالایش سرد

در درجه 50- 40 درجه انجام می گیرد، بطوریکه ابتدائی ترین کار رسوب آهن می باشد (بصورت اکسید آهن سه ظرفیتی) که این توسط فرآیند اکسیداسیون انجام می گیرد بهمین دلیل از یک اکسیدانت استفاده می کنند که از آنها می توان به اکسید منگنز یا پرمنگنات منگنز نام برد.

روش دیگر برای رسوب دادن آهن 3

1)یا کنترل pH می باشد که در این حالت می بایستی در محدوده 2-5/5 تنظیم کرد ولی مناسب ترین آن برای حداکثر کردن راندمان 5- 5/5 می باشد

2)روش دیگر افزایش پودر روی می باشد که خاصیت آن:

در اینجا سولفات روی حاصل شده در محلول را می توان (می کنند) به شمش تبدیل کرد که در حالت عناصری مثل فلوئور و کلر نیز رسوب می کنند.

تصفیه گرم

1)در درجه حرارت 50- 70 انجام می گیرد. در این مرحله کادمیوم، قسمتی از نیکل و مس رسوب می کند که این امر با افزایش گرما (توسط المنت ها ی برق) صورت می گیرد.

2)مرحله دوم در درجه حرارت 90  - 95 انجام می گیرد که در آن نیکل ، کوبالت، آرسنیک، ژرمانیوم، ایندیم و استیبنیت رسوب می کند که در بعضی ازکارخانه ها به آن تصفیه نیکل، کبالت می گویند

بعد از مرحله خالص سازی کنترل میزان یونهای محلول به منظور روانه شدن به مرحله الکترولیز می باشد که اینان:

1-روی: 60 – 65 گرم بر لیتر

2-میزان اسیدیته: 160 گرم بر لیتر

3-میزان عناصر مجاز: (گرم بر لیتر)

کلر 300 - فلوئور 150- نیکل 0.8- کلسیم 500- مس 0.5- استیبنیت0.2- کادمیوم 0.2- منگنز 7 - آهن 30- آرسنیک 2

 در صورتیکه بیش از آن باشند:

- کلر: موجب خوردگی آند و میزان رسوب در محلول بیشتر می شود که برای کم کردن آن افزایش منگنز را پیشنهاد کرده اند

- فلوئور: تخریب کاتد که برای رفع آن باز هم افزایش منگنز را پیشنهاد می کنند

- کبالت: انحلال مجدد روی و ایجاد حفره در کاتد ( انحلال مجدد رسوب روی روی کاتد که این هم موجب ایجاد حفره می گردد). برای جلوگیری از آن صمغ عربی (گلو) چسب به آن اضافه می کنند.

- نیکل: همانند کبالت

- کلسیم: که ایجاد رسوب در محیط می شود

- مس: کاهش راندمان جریان الکتریسیته

- آرسنیک: کاهش راندمان جریان الکتریسیته و انحلال مجدد روی

- استیبنیت: انحلال مجدد روی

- کادمیوم: کاهش عیار روی

- منگنز: مشکل ایجاد نمی کند

- آهن: کاهش عیار روی

 توجه: کاهش جریان الکتریسیته برابر کاهش عیار روی، روی صفحه کاتد می باشد.

کانیهای سولفیدی روی

-اسفالریت ..

-مارمانیت

کانیهای همراه:

پیریت، کاکوپیریت، پیروتیت و گالن

کانیهای گانگ:

کلسیت، دولومیت، کوارتز، فلوئوریت و باریت