عنوان

بررسی استخراج بیولوژیکی مس از کانی کالکوپریت و انتگراسیون فرآیندهای شیمیایی و زیستی در شرایط بهینه

IR

۴۰۴۴پ

فارسی

IR

بررسی استخراج بیولوژیکی مس از کانی کالکوپریت و انتگراسیون فرآیندهای شیمیایی و زیستی در شرایط بهینه

[پایان‌نامه]

Investigation of biological extraction of copper from chalcopyrite ore and integration of chemical and biological stages under optimum conditions

/محسن یاوری

: مهندسی شیمی

، ۱۳۹۸

۱۰۳ص.

:

زبان: فارسی

زبان چکیده: فارسی

چاپی - الکترونیکی

مصور، جدول، نمودار

دکتری

مهندسی شیمی

۱۳۹۸/۰۹/۰۱

صنعتی سهند

استخراج بیولوژیکی مس، علیرغم مزایای بسیار، دارای سرعت پایینی نسبت به دیگر فرآیندهای استخراج است که گاه کاربردهای اقتصادی آن را محدود می‌کند .بنابراین، لازم است پارامترهای موثر در فرآیند برای تسریع عملیات استخراج زیستی بهینه‌سازی شود تا این روش را قابل رقابت با فرآیندهای متداول نماید .مکانیزم استخراج زیستی شامل دو مرحله مستقل شیمیایی و زیستی است .یکی از راهکارهای پیشنهادی برای افزایش سرعت و ظرفیت استخراج، مستقل نمودن این دو مرحله از یکدیگر است تا امکان بهینه‌سازی هرمرحله بسادگی فراهم شود .در این تحقیق بهینه‌سازی جداگانه مراحل زیستی وشیمیایی استخراج بیولوژیکی مس از کانه کالکوپریت حاصله از معدن سونگون استان آذربایجان شرقی مورد بررسی قرار گرفت .در بخش زیستی به عملکرد نسبی دو راکتور بستر متحرک بر پایه بیوفیلم و یک راکتور بیوفیلم بستر ثابت در استخراج زیستی مواد معدنی سولفیدی در اکسیداسیون یون آهن دوظرفیتی پرداخته شده است .مقادیر نرخ بارگیری Fe(II) در محدوده ۱۲۰-۸ مول بر مترمکعب بر ساعت با باکتری Acidithiobacillus ferrooxidans استقرار پیدا کرده برروی آکنه‌های مختلف در سه بیوراکتور به کار گرفته شد .عملیات پیوسته موفقیت‌آمیز بیورآکتورها برای مدت طولانی ۱۲۰ روز به اثبات رسید .در بیشتر موارد دو منطقه مختلف آغازین و انتهایی برمبنای نرخ بارگذاری برای سرعت اکسیداسیون آهن دوظرفیتی شناسایی شد به‌نحوی که عملیات پس از نرخ تبدیل ۹۵ تقریبا به سطح ثابت خود رسید .حداکثر سرعت اکسیداسیون به‌دست‌آمده در کار حاضر در زمان اقامت هیدرولیک ۱/۲ ساعت در بیوراکتورهای بستر ثابت، بستر متحرک ۱ و بستر متحرک ۲ به ترتیب معادل ۹۱، ۶۸ و ۵۱ مول بر مترمکعب بر ساعت بود .از سوی دیگر، میزان تبدیل آهن دوظرفیتی در بیوراکتور بستر ثابت در طی ۱۰ روز دوره راه‌اندازی به ۹۵ رسید .این در حالی است که زمان متناظر در بیوراکتور بستر متحرک ۲ از ۴۰ روز نیز تجاوز نمود .بنابراین در شرایط عملیاتی یکسان، بیوراکتور بستر ثابت عمدتا به دلیل شکل‌گیری سریع بیوفیلم، تشکیل بیوفیلم ضخیم و حساسیت کمتر به تنش برشی در مقایسه با بیوراکتورهای بستر متحرک برتری داشت .این مطلب در مجموع زمان راه‌اندازی و بهره‌وری تولید در بیوراکتور بستر ثابت را افزایش داد .نهایتا سینتیک دوره راه‌اندازی به‌صورت رضایت‌بخشی با استفاده از معادله لاجیستیک تعمیم‌یافته توصیف شد .سینتیک حالت پایدار سه سیستم بیوراکتور به‌طور مناسبی توسط مدل جونز- کلی با مفروضات راکتورهای ایده‌آل جریان درهم و قالبی توصیف شده است .در بخش شیمیایی عوامل موثر بر سرعت اکسیداسیون کالکوپریت، شامل دمای انجام واکنش، اندازه ذرات کالکوپریت، pHمحلول استخراج، غلظت یون آهن سه ظرفیتی واختلاف پتانسیل اکسایش-کاهش بصورت جداگانه مورد آزمایش قرارگرفتند و مقداربهینه هریک مشخص شد .با افزایش دما و ثابت نگهداشتن سایر پارامترها، سرعت اکسیداسیون کالکوپریت افزایش یافت .همچنین مشاهده شد که با کاهش اندازه ذرات کالکوپریت، نرخ استخراج شتاب بیشتری می‌گیرد .مقدار مناسب pHبرای اکسیداسیون کالکوپریت ۱/۸ بدست آمد که در مقادیر بالاتر وپایین تر از آن، سرعت اکسیداسیون کالکوپریت کاهش یافت .مقدار بهینه غلظت یون آهن سه ظرفیتی حدود ۰/۱ مقدار استوکیومتری آن بدست آمد که در مقادیر بالاتر از این مقدار به دلیل تشکیل رسوب و در مقادیر پایین‌تر به دلیل کاهش تعداد برخورد یون‌ها با ذرات کالکوپریت، سرعت استخراج کاهش یافت .نقش اختلاف پتانسیل اکسایش- کاهش درسرعت استخراج بسیار زیاد بوده و بویژه در بازه ۴۰۱ تا ۴۰۶ میلی‌ولت میزان سرعت استخراج تا حدود سه برابر دیگر بازه ها افزایش می‌یابد

406 mV. Overall, the effect of redox potential on the extraction rate was the most pronounced such that the leaching rate was increased by about three times in the potential range of 401.0405.8 mV relative to other ranges.~ C, the ore particle size of 0.65 m, pH of 1.8 in the leaching solution, ferric ion concentration of 0.1 of the stoichiometric value (0.0022 mol per gram of chalcopyrite), and redox potential░ 1000 m2/m3) was addressed. The bioreactors operated under ferrous iron loading rates in the range of 8120 mol Fe(II)/m3h. Acidithiobacillus ferrooxidans cells immobilized in the three bioreactors afforded the reactions for an extended period of 120 days of continuous operation at the dilution rates of 0.2, 0.4, 0.7, 1 and 1.2 h1. The maximum ferrous iron oxidation rates achieved in this study at a hydraulic residence time of 1.2 h were about 91, 68 and 51 mol Fe(II)/m3h for the fixed bed, airlift1, and airlft2 bioreactors, respectively. The performance data from the fixed-bed bioreactor offered a higher potential for ferrous iron oxidation because of fast biofilm development, the formation of a thick biofilm, and lower sensitivity to shear, which enhanced the startup time of the bioreactor and the higher reactor productivity. Proper kinetic models were also presented for both the startup period and the steady-state process. In the chemical stage, the factors affecting the rate of oxidation of chalcopyrite including the reaction temperature, particle size of chalcopyrite, pH of the extraction solution, ferric iron concentration, and redox potential were analyzed and optimized with a (realistic) priori prepared bio-related medium. The optimized variables included the reaction temperature of 70~( A one-stage process for the bioleaching of copper from chalcopyrite has a low leaching rate compared to the conventional smelting, pressure oxidation, and roasting routes, thus reducing the economic viability of the process. It is, therefore, crucial to optimize the process and the associated rate-influencing factors to make it competitive with the traditional, proven technologies. A strategy to intensify the extraction process is the decoupling of the chemical and biological stages, which expands the attainable region for the optimization of the variables. In the present research, the decoupled optimization of the chemical stage in the copper bioleaching of a chalcopyrite ore from the Iranian Sungun mine at East Azerbaijan was investigated. In the biological stage, the relative performance of two biofilm-based airlift reactors using different kinds of packing materials and one fixed bed biofilm reactor with a homemade packing material of high specific area

ba

Investigation of biological extraction of copper from chalcopyrite ore and integration of chemical and biological stages under optimum conditions

استخراج بیولوژیکی

سولفات آهن

کالکوپریت

سولفید مس

بهینه‌سازی فرایند

راکتور

بیوفیلم

Bioleaching; Ferrous iron; Chalcopyrite; Copper sulfide; Process optimization; Reactor; Biofilm :

استخراج بیولوژیکی، سولفات آهن، کالکوپریت، سولفید مس، بهینه‌سازی فرایند، راکتور، بیوفیلم

یاوری، محسن

ابراهیمی، سیروس، استاد راهنما

آقازاده، والح، استاد مشاور

ایران

20230912

شیمی ،۲۰۹۴۱ ،۱۳۹۸

ه‌نیهب‍ طیارش‍ رد ی‌تسیز و ی‌یایمیش‍ ی‌اهدنیآرف‍ ن‌ویسارگتنا و ت‌یرپوکلاک‍ ی‌ناک‍ زا س‌م‍ ی‌کیژولویب‍ ج‌ارختسا ی‌سررب‍.pdf

عادی

عادی

4044.pdf

pch20941.pdf

0

ایمانی

متن

0

پ۴۰۴۴

فارسی

نمایه‌سازی قبلی

pe

TF

92029

1

a

Y