RSS 2.0
عمران-معماری

بررسي فرايند فروشويي ميكروبي غبار كوره ريورب مجتمع مس سرچشمه

چكيده
غبار حاصل از كوره ريورب مجتمع مس سرچشمه كه داراي ۳۰% مس مي باشد با تناژ ۳۰ به كمك فيلتر هاي الكترو استاتيكي از گازهاي خروجي كوره ها جدا مي شود و بدون هيچگونه فرآوريي به سيستم برگردانده ميشود. اين فرايند مضرات زير را در بر دارد:
۱- اتلاف مس موجود

۲- آلودگي محيط زيست
۳- تخريب آجرهاي نسوز كوره ريورب
مطالعات انجام شده نشان داده است كه با فروشويي ميكروبي تا ۹۰% مس را ميتوان در شرايط بهينه استحصال نمود.
شرايط بهينه عبارت است از:

– محيط كشت ۹k. كه محتويات آن عبارتند از:
ca(NO3)2.H2 Kcl K2HPO4
mgSO4.7H2O
(NH4)2SO4 تركيب نمكي ۹k
0.01 0.1 0.5 0.5 3 درصد

– دانسيته پالپ ۵% ( )
– باكتري هاي تيوباسيلوس فرواكسيدانس و تيوباسيلوس تيواكسيدانس
– گوگرد عنصري و سولفات آهن به عنوان منبع انرژي باكتري
مراحل بررسي آزمايشگاهي اين فرآيند عبارت است از:
۱- فروشويي اسيديgr 150 غبار+cc 600 اسيدسولفوريك N به مدت ۱ ساعت، به منظور حذف فاز اكسيدي مس، زير را باكتري ها حداكثر ۱۳ مس را در محيط تحمل مي كنند.

۲- جداسازي فاز جامد و مايع و خشك كردن جامد باقيمانده
۳- فروشويي ميكروبي جامد باقيمانده با دانسيته پالپ ۵% به مدت ۶ روز در بيوراكتور ۵۰ ليتري در اشل آزمايشگاهي
۴- و در انتها مس موجود در فاز مايع حاصل از فروشويي ميكروبي، توسط الكتروليز جدا مي شود.(۱)

در اين تحقيق سعي شده است اين فرآيند در مقياس واقعي بررسي فني شود. طبق محاسبات انجام شده ابتدا به يك مخزن اسيد شويي به حجمm3 5.29 ترجيحاً از نوع lift air كه هزينه عملياتي كمتر و كاربرد راحتتري دارد، احتياج است و سپس به ۱۲ بيورآكتور m3300 نياز است و نيز براي جداسازي فازهاي جامد و مايع به تيكنري به قطر m10 و به فيلتري از نوع استوانه دوار با سطح فيلتراسيون m22 نياز است.

البته مي توان با صرفنظر از بازيابي ۹۰ درصدي مس و اكتفا كردن به بازيابي ۸۰-۷۰ درصدي مس تعداد مخازن و همچنين هزينه اقتصادي را كاهش داد.
البته اگر عمليات فروشويي ميكروبي را در مدت ۳ روز (زمان هر Batch) انجام دهيم به ۹ مخزن m3200 نياز است.

طبق بررسي انجام شده:
۱- مخصوص واقعي غبار ۴٫۲۹
۲- سرعت ته نشيني ذرات ۷۳
۳- وزن غبار بعد از يك ساعت فروشويي از gr150 بهgr 130 كاهش يافت.

مقدمه
با افزايش نيازهاي بشر و پيشرفت تكنولوژي و صنعت نياز به مواد معدني بيشتر مي شود و از آنجا كه در مجتمع مس سرچشمه،غبار توليدي در كوره هاي ريورب تناژي معادل ۳۰ با متوسط عيار مس ۳۰% را دارا‏ست كه از نظر اقتصادي داراي ارزش بالايي مي باشد و نيز اين مسئله كه همراه با اين غبار هر ساعت ۱۳۶۰۰۰ متر مكعب گاز از دودكش اين كوره خارج مي شود كه ۲٫۶% اين گازها را تشكيل مي دهد كه اثرات ناشي از گاز بر محيط زيست باعث صدمه مستقيم به گياهان، ايجاد بارانهاي اسيدي، بالا رفتن pH خاك و از بين رفتن پوشش گياهي منطقه و نيز بروز عوارض مختلف در انسان از جمله پيري زودرس، سقط جنين و ناراحتي ريه مي شود. با توجه به تحقيقات انجام شده مقدار غلظت استاندارد ساليانه گاز ppbSO2 30 مي باشد در حاليكه متوسط غلظت ساليانه اين

آلودگي در سطح مجتمع مس سرچشمه گاهي به ppb 170 مي‏رسد.(۴)
با توجه به عيار بالاي مس در غبار خروجي كوره ريورب و همچنين غلظت بالاي آلودگي محيط توسط كه به دليل استحصال فلز با روش پيرومتا لورژي (استخراج فلزات به كمك حرارت) ايجاد مي‏شود، جايگزيني روش هيدرومتالورژي و بيوهيدرومتالورژي ضروري به نظر مي رسد.
هيدرومتالورژي در لغت به معناي فن استخراج فلزات به صورت مرطوب مي باشد و داراي سه مرحله است:
۱- حل كردن (فروشويي)

۲- تصفيه و پر عيار كني
۳- بازيابي فلز از محلول
يكي از روشهاي مناسب حل كردن يا فروشويي، ليچينگ (Leaching) مي باشد. ليچينگ يكي از روشهاي فرآوري مواد معدني مي باشد كه صنايع متالورژي (فلز شناسي) بيشترين استفاده كننده از اين عمليات مي باشد .مواد معدني با ارزش به نسبت زيادي با اجزاء ناخواسته مخلوط بوده كه روش ليچينگ براي جداسازي اجزاء با ارزش مناسب مي باشد.

ليچينگ به معني استخراج از جامد مي باشد و با توجه به روش كار اسامي مختلفي به آن اطلاق مي‏شود. از جمله: فروشويي، استخراج، آب شويي.
ليچينگ عبارتست از حل شدن انتخابي يك يا چند جزء از يك مخلوط جامد كه در تماس با يك محلول مايع قرار گرفته است. از اين فرايند به اهداف زير مي توان دست يافت:

۱- باز كردن كانسنگها ،كنستانتره ها يا محصولات ذوب (سرباره، غبار، گاز…) براي انحلال فلز محتوي
۲- انحلال اجزاء قابل حل يك كانسنگ (معمولاً كاني هاي باطله همراه) براي افزايش عيار و توليد كنستانتره
۳- در مرحله دوم يا تصفيه و پر عيار كني پس از اتمام استخراج، جهت جداسازي فازهاي جامد و مايع عمل ته نشيني ذرات در دستگاه تيكنر انجام مي شود. تيكنر يك واحد صنعتي است كه در آن غلظت سوسپانسيون بوسيله ته نشيني با تشكيل مايعي شفاف افزايش پيدا مي كند.

جهت محاسبه سطح تيكنر، بايد سرعت ته نشين شدن ذرات معلوم باشد كه اندازه گيري اين سرعت در قسمت محاسبات آمده است.
سرعت ته نشيني ذرات بستگي

به عوامل متعددي از قبيل: ابعاد، شكل، اختلاف وزن مخصوص جامد و مايع، خاصيت جذب حباب هوا، خاصيت مغناطيسي ذرات و…دارد.
براي بازيابي حلال در ته تيكنر ناگزير از فيلتر كردن مي باشيم. فيلتر عبارت است از سطحي كه داراي منافذ بسيار مي باشد، ابعاد اين منافذ طوري است كه مولكولهاي مايع قادر به عبور از آن مي باشند در حاليكه ذرات جامد داراي ابعاد بزرگتر از اين منافذ بوده و در نتيجه در روي اين سطح باقي مي مانند. عبور مولكولهاي آب از سطح فيلتر ناشي از اختلاف فشار در دو طرف سطح مي باشد. معمولاً مخلوط فازهاي جامد ومايع با فشار بر روي سطح فيلتر وارد شده و مولكولهاي آب از منافذ سطح فيلتر عبور ميكنند.

در مرحله آخر كه بازيابي فلز از محلول است، بوسيله الكتروليز، فلز را از محلول جدا مي كنند.(۲)

شرح مطالعات و اقدامات انجام شده
فروشويي اسيدي غبار به منظور حذف مقادير قابل توجه فاز اكسيدي موجود لازم است زيرا فاز اكسيدي مس براحتي در اسيد سولفوريك حل شده و توليد مس مي كند كه مي تواند در مرحله بعد بر روي فعاليت باكتريها اثر منفي داشته باشد. به همين دليل فروشويي اسيدي غبار به منظور حذف مقادير قابل توجه فاز اكسيدي به روش زير انجام شد.(۲)
ابتدا ۱۵۰ گرم غبار با ۶۰۰ سي سي اسيد سولفوريك ۰٫۲۵ نرمال در مدت يكساعت در يك بطري غلتان تحت فرايند فروشويي اسيدي قرار گرفت. پس از ته نشيني كامل فاز جامد، نمونه جامد گرفته شد و در فيلتر فشاري فشرده شده سپس خشك و توزين شد. نتيجه حاصله ۱۳۰ گرم جامد بدست آمد. نمونه حاصل خشك شده مورد تجزيه شيميايي و كاني شناسي قرار گرفت و نتيجه حاصله در جدول ۱-۱ آورده شده است.

درصد وزني تركيب
۲۵٫۱۴۴ Cu2s
0.065 CuS
6.084 CuFeS2
1.045 Fe2O3
35.788 Fe 3O4
76.977 جمع كل كانيهاي فلزي
۱۶٫۰۶۴ جمع كل كانيهاي غير فلزي
۶٫۹۵۹ جمع كل كانيهاي اكسيدي
جدول ۱-۱، آناليز كاني شناسي غبار فروشويي شده(۱)

درصد وزني تركيب
۲۹٫۷ مس كل
۱۳٫۹ مس اكسيدي
۲۲٫۵۳ آهن كل
جدول ۲-۱ آناليز در صد مس و آهن موجود در غبار اوليه(۱)

همچنين مقدار مس و آهن در غبار اوليه اندازه گيري شد كه نتيجه آن در جدول ۲-۱ آمده است.
محصول مرحله فروشويي اسيدي و فروشويي ميكروبي جهت جدايش ذرات جامد باقيمانده به تيكنر و فيلتر هدايت مي شود. محلول حاوي مس نيز به منظور استحصال مس موجود به واحد هاي استخراج با حلال (solvent extraction) منتقل مي شود. در نهايت غبار باقيمانده بر روي فيلتر به هيپ بيوليچينگ معدن افزوده مي گردد.

تست ته نشيني ذرات غبار
ته نشين كردن ذرات در دستگاه تيكنر براي به دست آوردن بيشترين محصول ممكن بايد تا حد امكان زياد باشدكه در صنعت از روشهاي مختلفي مانند هم زدن آرام توسط پره هاي همزن و يا گرم كردن محلول به منظور كاهش گرانروي سوسپانسيون و يا افزايش مقدار كمي از يك الكتروليت كه باعث جدا سازي جسم از ذرات كلوئيدي وتشكيل فولكه ها مي شود، استفاده مي شود. همچنين اندازه گيري سرعت ته نشيني به دليل اينكه در محا سبات سطح تيكنر مورد نياز است ضروري مي باشد.

در فرمول (۵) كه براي اندازه گيري سطح تيكنر استفاده مي شود بايد سرعت ته نشيني ذرات غبار را به صورت تجربي بدست آوريم.
براي انجام تست ته نشيني غبار، ابتدا مي بايست وزن مخصوص واقعي آن محاسبه شود. لذا مقاديــــر زيـر توســط تــرازوي آزمايشگاهــي (دقــت ۰٫۰۱) اندازه گيــري شـــد و در رابطـــه قرار داده شد.

وزن پيكنومتر = P0
وزن جامد + وزن پيكنومتر= Ps
وزن مايع + وزن پيكنومتر= Pw
وزن جامد + وزن مايع + وزن پيكنومتر= PP
gr76/26= P0
gr86/35= Ps
gr26/67= Pw
gr44/74= PP
gr/cc
در اينجا براي اينكه مايع با غبار واكنش ندهد و از جرم آن نكاهد از نفت به عنوان مايع استفاده شد. در ضمن براي اينكه هنگام ريختن مايع روي غبار، مايع در تمام حفره هاي غبار نفوذ كند علاوه بر هم زدن از امواج صوتي نيز براي مستغرق كردن غبار استفاده شد.
براي انجام تست ته نشيني ابتدا طبق روابط زير مقدار معيني از غبار وزن شد.
درصد وزني

بعد كمي آب مقطر (به اندازه اي كه خوب هم بخورد) به آن افزوده شد ودر يك ظرف فلزي بلند و در زير همزن قرار گرفت و حدود ۵ دقيقه با سرعت rpm 40 هم زده شد تا كلوخه اي باقي نماند. سپس در يك مزور cc 500 به حجم مي رسانيم .بعد دهانه مزور را با دست چپ وته مزور را با دست ديگر گرفته و آنرا ۱۲-۱۰ بار سر و ته ميكنيم. سپس از وقتيكه آنرا روي ميز ثابت قرار داديم زمان را اندازه مي گيريم و هر ۳۰ ثانيه ارتفاع خط گل را روي كاغذي كه از قبل روي جدار مزور چسبانده ايم، علامت مي زنيم. در ضمن، با اندازه گيري طول بين cc 500-0 و cc 50 – 0 مزور حجم را به طول تبديل مي كنيم، هر mm1 معادل cc 7،۱ است.

از رسم منحني زمان بر حسب ارتفاع خط گل، سرعت ته نشيني در نقطه شكست منحني (شكل ۱) بدست مي آيد. در اينجا براي پالپ ۵%، gr 26 غبار به حجم cc 500 ر سانده شد، كه نقطه شكست منحني در زمان S240 و ارتفاع CC* 30 بود كه سرعت ته نشيني‏اش m/s0.073= m/s240/ 17.65= t /h =v بدست آمد.