عنوان

مدل‌سازی ترمودینامیکی فرآیند کربونیزاسیون و تهیه نمک‌های کربناته در تولید آلومینا از نفلین سینیت

IR

۳۸۸۹پ

فارسی

IR

مدل‌سازی ترمودینامیکی فرآیند کربونیزاسیون و تهیه نمک‌های کربناته در تولید آلومینا از نفلین سینیت

[پایان‌نامه]

Thermodynamic Modeling of Carbonation Process and Carbonate Salts Preparation in Alumina Production from Nepheline Syenite

/سمیه شایان‌فر

: مهندسی معدن

، ۱۳۹۷

۱۴۲ص.

:

زبان: فارسی

زبان چکیده: فارسی

چاپی - الکترونیکی

مصور، جدول، نمودار

دکتری

مهندسی معدن- فرآوری مواد معدنی

۱۳۹۷/۰۶/۰۱

صنعتی سهند

کربونیزاسیون یکی از روش‌های اصلی تولید آلومینا از محلول آلومینات حاصل از لیچینگ نفلین سینیت است .با توجه به مطالعات و تحقیقات کم در مورد فرآیند تولید آلومینا از نفلین سینیت در دنیا و به خصوص ایران و همچنین مکانیسم پیچیده فرآیند کربونیزاسیون، لزوم تحقیقات بیشتر برای شناخت هرچه بهتر فرآیند، ضروری است .هدف اصلی این پژوهش، شناخت بهتر فرآیند کربونیزاسیون جهت تولید هیدروکسید آلومینیم با بررسی‌های ترمودینامیکی و آزمایشگاهی است .شرایط مناسب کربونیزاسیون با استفاده از دو مدل آبی و مخلوط حلال موجود در نرم‌افزارOLI Analyzer و نظریه SIT موجود در نرم‌افزار Visual MINTEQپیش‌بینی شد .نتایج حاصل از مدل‌ها، در مقادیر pH بیشتر از ۱۱، تشکیل هیدروکسید آلومینیم و در مقادیر کمتر از اینpH ، داسونیت را پیش‌بینی کردند .آزمایش‌های کربونیزاسیون جهت تولید هیدروکسید آلومینیوم با خلوص بالا با استفاده از نتایج به دست آمده از مدل‌سازی ترمودینامیکی در محدوده ۹-۱۱ =pHو دماهای۷۰، ۷۵ و۸۰ درجه سانتی‌گراد انجام گردید .آنالیز XRD محصولات حاصل ازکربونیزاسیون تأییدکننده نتایج مدل‌سازی ترمودینامیکی بود و داسونیت را به عنوان فاز پایدار در ۹ =pH، داسونیت همراه با مقدار کمی ایموگولیت در۱۰ =pHو بایریت را به عنوان فاز اصلی هیدروکسید آلومینیوم در ۱۱ =pHنشان داد .مقایسه نتایج مدل‌سازی و آزمایشگاهی نشان داد که نتایج مدل آبی با نتایج آزمایشگاهی تطابق بیشتری دارد .اثر دمای کربونیزاسیون و ترکیب محلول بر روی ویژگی‌های هیدروکسید آلومینیم در ۱۱ =pHو محدوده دمایی۶۰-۹۰ درجه سانتی‌گراد و خنک کردن تا دمای اتاق به مدت ۸ ساعت بر اساس نتایج به دست آمده از مدل آبی بررسی شد .نتایج مدل‌سازی و آزمایشگاهی نشان داد که بایریت فاز غالب هیدروکسید آلومینیم در محدوده دمایی مورد نظر است و با توجه به ترکیب محلول، مقدار گاز دی اکسید کربن برای رسیدن به pH ترسیب هیدروکسید آلومینیم متفاوت است .در دمای ثابت ۸۰ درجه سانتی‌گراد در طول کربونیزاسیون، مخلوطی از بایریت و گیبسیت تشکیل شد .برای بررسی اثر زمان کربونیزاسیون، آزمایش‌هایی در ۱۱ =pH، دمای اولیه ۸۰ درجه سانتی‌گراد و محدوده زمانی ۲-۱۰ ساعت انجام شد .بایریت فاز اصلی هیدروکسید آلومینیوم در محدوده زمانی مورد نظر بود .با افزایش دما از ۶۰-۸۰ درجه سانتی‌گراد و زمان کربونیزاسیون از ۲ تا ۱۰ ساعت، علاوه بر افزایش ابعاد ذرات، مقدار آلومینیوم در محصولات افزایش و مقدار سیلیس کاهش یافت .مورفولوژی بایریت شامل ذرات کوچک کروی شکل و ذرات بزرگ‌تر تخم‌مرغی شکل و گیبسیت ذرات شبه هگزاگونال بود .طبق نتایج مدل‌سازی ترمودینامیکی و آزمایشگاهی در ۱۱ =pHو دمای ۸۰ درجه سانتی‌گراد و خنک کردن تا دمای اتاق در طی ۸ ساعت، بایریت تک فازی با ذرات درشت و خلوص بالا می‌تواند تولید شود .در ادامه تولید نمک‌های کربنات سدیم و پتاسیم توسط مدل مخلوط حلال مدل‌سازی شد .دما و چگالی مناسب برای ترسیب کربنات سدیم ۱۱۵-۱۲۰درجه سانتی‌گراد و ۱/۵-۲ گرم بر سانتی‌مترمکعب، نمک دوگانه کربنات سدیم و پتاسیم ۱۳۵درجه سانتی‌گراد و ۱/۵-۱/۲۸ گرم بر سانتی‌مترمکعب، کربنات پتاسیم ۱/۵ آبه و کربنات پتاسیم به ترتیب ۱۴۵و ۱۵۰درجه سانتی‌گراد و چگالی ۱/۷۹-۱/۸۵ گرم بر سانتی‌مترمکعب پیش‌بینی شد .

Carbonation is one of the main methods used for alumina production from aluminate solution of nepheline syenite leaching. According to little amount of studies and research on process of alumina production from nepheline syenite in the world and specially in Iran, and also complexity of carbonation mechanism, more research is necessary for understanding the process. The main objective of this thesis is investigation of carbonation process thermodynamically and experimentally. Optimum conditions of carbonation process were predicted by using Aqueous and Mixed Solvent Electrolyte of OLI software and SIT equations of Visual MINTEQ software. The results of the models predicted the formation of aluminum hydroxide at pH values above 11 and dawsonite at lower values of pH 11. By increasing the temperature, the amount of aluminum hydroxide decreased while the amount of dawsonite and silica compounds increased. Carbonation experiments were carried out at pH 11 and the temperatures of 70, 75 and 80 C based on the data obtained from thermodynamic modeling results. XRD analysis of products of carbonation process confirmed the results of thermodynamic modeling and showed that bayerite was the main phase of aluminum hydroxide at pH and dawsonite was the stable phase at pH values of 9 and 10; A small amount of imogolite was formed with dawsonite at pH 10. The results of the Aqueous model with results obtained in the laboratory, was a good agreement. The effect of carbonation temperature and composition of solution on the properties of aluminum hydroxide was studied based on the results of thermodynamic modeling using the Aqueous model and carbonation experiments were done at pH 11 and temperature range of 60-90 C and cooling to room temperature during 8 h. Experimental results showed that bayerite was the dominant phase of aluminum hydroxide at all temperatures and based on composition of auminate solution, the amount of CO2 gas was different to reach the pH of the aluminum hydroxide precipitation. At a constant temperature of 80 C during carbonation, a mixture of bayerite and gibbsite was formed. To investigate the effect of carbonation time, experiments were performed at pH 11, temperature of 80 C and time range of 2-10 hours. The bayerite was the main phase of aluminum hydroxide for all products. By increasing the temperature from 60 to 80 C and the carbonation time from 2 to 10 hours, in addition to increasing the particle size, the aluminum content in the products increased, while the amount of silica decreased. The bayerite morphology consisted of small spherical and coarse ovoid shaped particles and gibbsite consisted of pseudo hexagonal particles. According to the results of thermodynamic and laboratory modeling, at pH 11, temperature of 80 C and cooling to room temperature during 8 hours, single phase of bayerite with coarse particles and high purity can be produced. The production of carbonate salts was modeled by Mixed Solvent Electrolyte model. The suitable temperatures and density for production of sodium carbonate 115-120 C and 1.5-2 g/cm3, double salt of sodiumpotassium carbonate 135 C and 1.5-1.28 g/cm3, potassium carbonate-1.5-hydrate and potassium carbonate were 145 and 150 C and 1.79-1.85 g/cm3, respectively.

ba

Thermodynamic Modeling of Carbonation Process and Carbonate Salts Preparation in Alumina Production from Nepheline Syenite

نفلین سینیت

محلول آلومینات

کربونیزاسیون

مدل‌سازی ترمودینامیکی

هیدروکسید آلومینیوم

Nepheline Syenite, Aluminate solution, Carbonation, Thermodynamic modeling, Aluminum Hydroxide

نفلین سینیت، محلول آلومینات، کربونیزاسیون، مدل‌سازی ترمودینامیکی، هیدروکسید آلومینیوم

شایان‌فر، سمیه

آقازاده، والح، استاد راهنما

الله‌یاری، سمیه، استاد مشاور

ایران

20230617

معدن ،۵۰۲۶۳ ،۱۳۹۷

ت‌ینیس‍ ن‌یلفن‍ زا انیمولآ دیلوت‍ رد ه‌تانبرک‍ ی‌اهک‌من‍ ه‌یهت‍ و ن‌ویسازینوبرک‍ دنیآرف‍ ی‌کیمانیدومرت‍ ی‌زاسل‌دم‍.pdf

عادی

عادی

3889.pdf

p50263.pdf

0

ایمانی

متن

0

پ۳۸۸۹

فارسی

نمایه‌سازی قبلی

pe

TF

92029

1

a

Y