نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی سهند تبریز

2 دانشگاه صنعتی سهند

چکیده

کربنیزاسیون 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 ویژه ایران و همچنین مکانیزم پیچیده و ناشناخته فرآیند کربنیزاسیون، لزوم تحقیقات بیشتر برای شناخت هرچه بهتر فرآیند، ضروری است. هدف اصلی این پژوهش، شناخت بهتر فرآیند کربنیزاسیون و مدلسازی ترمودینامیکی آن‌ با استفاده از نرم‌افزار OLI Analyzer است. شرایط مناسب فرآیند کربنیزاسیون با استفاده از دو مدل آبی و مخلوط حلال موجود در این نرم‌افزار پیش‌بینی شد. با توجه به ترکیب شیمیایی محلول، نسبت قلیا و دما، مقدار گاز دی­اکسید کربن برای کاهش pH و در نتیجه تجزیه محلول آلومینات و ترسیب هیدروکسید آلومینیم متفاوت است. نتایج حاصل از دو مدل، در مقادیر pH بیشتر از 11، تشکیل هیدروکسید آلومینیم و در مقادیر کمتر از این pH، داسونیت را پیش‌بینی کردند. با افزایش دما، مقدار هیدروکسید آلومینیم کاهش و مقدار داسونیت و ترکیبات سیلیس دار افزایش می‌یابد. دمای 75 درجه سانتی‌گراد به عنوان دمای مناسب برای فرآیند کربنیزاسیون انتخاب شد. آزمایش‌های کربنیزاسیون برای تولید هیدروکسید آلومینیوم با خلوص بالا با استفاده از نتایج بدست‌آمده از مدلسازی ترمودینامیکی انجام شد. آنالیز XRD محصولات حاصل از فرآیند کربنیزاسیون، در pHهای بیشتر از 11 بایریت را به عنوان فاز غالب هیدروکسید آلومینیم نشان داد. آنالیز XRF نشان داد هیدروکسید آلومینیم ترسیب شده در pH برابر 11 حاوی 61 درصد Al2O3 است و بازیابی ترسیب هیدروکسید آلومینیم از محلول آلومینات 54 درصد است. نتایج مدل آبی با نتایج آزمایشگاهی تطابق بیشتری داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Thermodynamic Modeling of the Aluminum Hydroxide Precipitation Process from Aluminate Solution by Carbonization Method

نویسنده [English]

  • Valeh Aghazadeh 2

2 Sahand University of Technology

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aluminate solution
  • Carbonization
  • Thermodynamic Modeling
  • Aluminum hydroxide

مراجع
۱[ اشرفی، فریدون؛ طراح، محسن؛ بیطرف، علی؛ ۱3۱۹ ؛ " فناوری [
تولید آلومینا از نفلین سینیت"؛ شرکت ایتوک ایران با همکاری
انتشارات بهمن برنا؛ جلد اول.
]2[ Jorjani, E., Amirhosseini, M. 2007; “Alumina
Production Process from Nepheline Ore in
Razgah (Iran)”; Journal of Mineral Processing
Technology.
]3[ Zander, E.V., Smirnova, T.A. 2011;
“Independence of Aluminum Industry on
Materials as a Prerequisite of Sustaiable
Development of the Region”; Journal of Siberian
Federal University; 4(12): p. 1812-1819.
4[ ملک التجاری، ملیحه؛ ۱3۱4 ؛ " تکنولوژی فرآیند تولید آلومینا و [
محصولات جانبی از سنگ نفلین سینیت "؛ دانشکده مهندسی
معدن، دانشگاه تهران.
]5[ Arlyuk, B., Pivnev, A. 2016; “Efficiency of
nepheline ore processing for alumina
production”; Essential Readings in Light Metals,
Springer: 983-997.
]۹[ Mahin, E.G. Ingraham, D. Stewart, O. 1913;
“The Constitution of Aluminates”; Journal of the
American Chemical Society; 35(1): p. 30-39.
]7[Lajner, A.J; 1961; “Production of Alumina”;
Colored Metallurgy, Moscow.
]۱[Adamson, A; 1963; “Extractive Metallurgy of
Alumina”; Wiley, New York.
]۱[ Rulnova, A.Z; 1968; Cvet. Met; p. 7-58.
]۱1[ Czajkowski, A, Noworyta, A, Krótki, M;
1981; “Studies and modelling of the process of
decomposition of aluminate solutions by
carbonation”; Hydrometallurgy; 7(3): p. 253-261.
]۱۱[ Li, Y.J, Lei, T, Yang, D.J; 2013;
“Radionuclide of Process of Carbon
Decomposition and Anneal of Liquor after
Desilication from Nepheline”;in Applied
Mechanics and Materials; Trans Tech Publ.
]۱2[ Wang, X., Yang, C., Gui, W., Young, B.R.,
Chen, X.D; 2011; “CSTR‐based modelling for the
continuous carbonation of sodium aluminate
solution”; The Canadian Journal of Chemical
Engineering; 89(3): p. 617-624.
]۱3[ Klimenko, A.A., Shapovalov ,V.V., Kolesnik,
T.V., Shapovalova, T.V., Osovska, A.A; 2013;
“The question of the mechanism of allocation
aluminum hydroxide from solutions of sodium
aluminate”; Donetsk National Technical
University; p. 14-21.
]۱4[Wang, X., Yang, C., Gui, W., Young, B.R.,
Chen, X.D; 2011; “CSTR‐ based modelling for
the continuous carbonation of sodium aluminate
solution”; The Canadian Journal of Chemical
Engineering. 89(3): 617-624.
]۱5[Yeboah, I., Addai, E. K., Acquah, F.,
Tulashie, S. K. 2014. “A comparative study of the
super cooling and carbonization processes of the
gibbsitic Ghanaian Bauxite”; International
Journal of Engineering Science and Innovative
Technology. 3.
]۱۹[ Fedorov Lydia, L, Davydov, J.V; “The
process of carbonization of aluminate solutions”;
RU patent: 2424980.
]۱7[ Chen, B., Li, X.-b., Liu, G.-h, Peng, Z.-h.,
Zhou, Q.-s., Xu, X.-h., Liu, X.-m., 2006;
“Investigation on the rate of reaction between gas
( 2 CO ) and liquor (NaOH) phases”; Journal of
Guangdong Non-Ferrous Metals. 3.
]۱۱[ Newton, T; “A Lab in your Laptop: OLI
Simulation for Hydrometallurgy”; Australian
representative for OLI Systems, Inc.
]۱۱[ Bhattacharya, I., Pradhan, J., Gochhayat, P.,
Das, S. 2002; “Factors controlling precipitation
of finer size alumina trihydrate”; International
Journal of Mineral Processing. 65(2): 109-124.
]21[ Li, X., Wang, D., Zhou, Q., Liu, G., Peng, Z.
2011; “Concentration variation of aluminate ions
during the seeded precipitation process of gibbsite
from sodium aluminate solution”
Hydrometallurgy. 106(1): 93-98.
]2۱[ Li, Y., Zhang, Y., Yang, C., Zhang, Y. 2009;
“Precipitating sandy aluminium hydroxide from
sodium aluminate solution by the neutralization of
مدلسازی ترمودینامیکی ترسیب هیدروکسید آلومینیم از محلول آلومینات به روش کربنیزاسیون نشریه علمی_پژوهشی مهندسی معدن
78
sodium bicarbonate”. Hydrometallurgy. 98(1): 52-57.
]22[ Liu, G.-h., Peng, W., Qi, T.-g., Li, X.-b., Lü, T., Zhou, Q.-s., Peng, Z.-h. 2014; “Variation of soda content in fine alumina trihydrate by seeded precipitation”; Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 24(1): 243-249.
]23[ Paspaliaris, I., Panias, D., Amanatidis, A., Mordini, J., Werner, D., Panou, G., Ballas, D. 2000; “Precipitation and calcination of monohydrate alumina from the Bayer process liquors” Eurothen. 99: 532-547.
]24[ Chan, V., Ang, H. 1996; “A laboratory continuous crystallization system for aluminium hydroxide precipitation studies” Journal of crystal growth 166(1): 1009-1014.
]25[ Wang, P, et al; 2008; “A comprehensive model for calculating phase equilibria and thermophysical properties of electrolyte systems”; OLI Systems, Inc; Morris Plains, NJ.
]2۹[ Arrhenius, S; 1887; “On the dissociation of substances dissolved in water”; Zeitschrift für physikalische Chemie;631.
]27[ Hückel ,E. and P. Debye; 1923; “The theory of electrolytes: I. lowering of freezing point and related phenomena”;Phys. Z; 24: p. 185-206.
]2۱[ Bromley, L.A; 1973; “Thermodynamic properties of strong electrolytes in aqueous solutions”; AIChE Journal; 19(2): p. 313-320.
]2۱[ Pitzer, K.S;1973; “Thermodynamics of electrolytes. I. Theoretical basis and general equations”; The Journal of Physical Chemistry; 77(2): p. 268-277.
]31[ Abrams, D.S. and J.M. Prausnitz; 1975; “Statistical thermodynamics of liquid mixtures: a new expression for the excess Gibbs energy of partly or completely miscible systems”; AIChE Journal; 21(1): p. 116-128.
]3۱[ Renon, H. and J.M. Prausnitz; 1986; “Local compositions in thermodynamic excess functions for liquid mixtures”; AIChE journal; 14(1): p. 135-144.
]32[ Wilson, G.M; 1964; “Vapor-liquid equilibrium. XI. A new expression for the excess free energy of mixing”; Journal of the American Chemical Society; 86(2): p. 127-130.
]33[ Sander, B; 1984; “Extended UNIFAC/UNIQUAC models for gas solubility calculations and electrolyte solutions”; Ph. D. Thesis Technical University of Denmark.
]34[ Thomsen, K. and P. Rasmussen; 1999; “Modeling of vapor–liquid–solid equilibrium in gas–aqueous electrolyte systems”; Chemical Engineering Science; 54(12): p. 1787-1802.
]35[ Wang, P, Anderko, A, Young, R.D; 2002; “A speciation-based model for mixed-solvent electrolyte systems”; Fluid Phase Equilibria; 203(1): p. 141-176.
]3۹[ OLI Systems Inc; 2014; “A Guide to Using OLI Studio Including Studio ScaleChem Version 9.2”; New Jersey, USA.
]37[ Mojumdar, S. Papangelakis.V;
“Thermodynamic Modeling and Simulation of Aqueous Processes”; in Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry; University of Toronto.
]3۱[ Anderko, A; 2014; “OLI Simulation Conference, Presentation”; OLI Systems Inc; New Jersey, USA.
]3۱[ Zemaitis Jr, J.F., Clark, D.M., Rafal, M., Scrivner, N.C; 1986; “Handbook of aqueous electrolyte thermodynamics: Theory & application”; John Wiley & Sons.
]41[ Kosinski, J.J, Wang, P., Springer, R.D., Anderko, A; 2007; “Modeling acid–base equilibria and phase behavior in mixed-solvent electrolyte systems”; Fluid phase equilibria; 256(1): p. 34-41.
4۱ [ اشرفی، فریدون؛ بیطرف، علی؛ ۱3۱۱ ؛ "فناوری تولید آلومینا [
از نفلین سینیت "؛ شرکت ایتوک ایران با همکاری انتشارات بهمن
برنا؛ جلد دوم