پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی مواد با عنوان استحصال مس به روش هیدرومتالورژی از کانه‌های اکسیدی

مهندسی مواد
دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی مواد استحصال مس به روش هیدرومتالورژی از کانه‌های اکسیدی چکیده کانسارپرفیری مس سونگون در استان آذربایجان شرقی و در 75 کیلومتری شمال غرب شهرستان اهر واقع می باشد. این کانسار با داشتن 7/1 میلیارد تن ذخیره ، از بزرگترین ذخایر مس پرفیری جهان می باشد. در این معدن حدود 5/18 میلیون تن مس اکسیدی با عیار 4/0 درصد مس وجود دارد برای استحصال مس کانسنگ های سولفیدی مس در معدن مس سونگون کارخانه پر عیار سازی در دست احداث است، اما هیچگونه فعالیتی برای استحصال مس از منابع اکسیدی در این معدن انجام نگرفته است. با توجه به اینکه روش استحصال مس از منابع اکسیدی کم عیار، معمولا فروشویی توده ای ، استخراج با حلال و الکترونینگ می باشد، بنابراین مطالعه استحصال مس بروش گفته شده از منابع اکسیدی مس سونگون در این پروژه انجام گرفته است. برای این منظور بعد از نمونه گیری از دامپ اکسیدی پرعیار مس سونگون 3 مرحله تست با بطری غلطان ، لیچینگ ستونی و آزمایش استخراج با حلال انجام گرفت . در آزمایش های انجام گرفته با بطری غلطان تاثیر پارامتر های زمان ، غلظت اسید مصرفی ، درصد جامه و ابعاد ذرات روی بازیابی مس ، آهن و میزان اسید مصرفی توسط ماده معدنی بررسی شد. برای بررسی بیشتر قابلت لیچینگ و انتخاب پارامترهای بهینه فروشویی توده ای در مقیاس آزمایشگاهی هفت تست ستونی بصورت مدار بسته و باز بر روی ماده معدنی با ابعاد ذرات کوچکتر از 4/25 و 7/12 میلیمتر با غلظت های مختلف اسید صورت گرفت. برای بررسی احتمال ایجاد اشکال در عملیات لیچینگ با اندازه ذرات کوچکتر از 4/25 میلیمتر که ابعاد مناسب برای عملیات لیچینگ تشخیص داده شد و تست نفوذ پذیری با ابعاد مذکور انجام گرفت . همچنین تست هایی بر روی PLS بدست آمده از مرحله لیچینگ ستونی با استخراج با حلال انجام گرفت و تعداد مراحل استخراج و شستشو ، سرعت واکنش و جدایش فازها در مرحله استخراج و شستشو بررسی شد. نتایج نهایی نشان داد که با استفاده از روش هیپ لیچینگ می توان بالای 70 درصد مس کانسنگ اکسیدی سونگون را استحصال نمود . بعلاوه با استفاده از حلال آلی LIX989N بالای 90 درصد مس از محلول حاصل از لیچینگ قابل بازیابی است. کلمات کلیدی: مس کانه‌های اکسیدی روش هیدرومتالورژی استخراج و استحصال مس مقدمه کانسار مس سونگون در استان آذربایجان شرقی و در مختصات 46 درجه و 43 دقیقه طول و 38 درجه و 43 دقیقه عرض جغرافیایی واقع شده است. این ناحیه در شمال غربی ایران و در همسایگی جمهوری های آذربایجان و ارمنستان قرار دارد. راه اصلی دسترسی به معدن از طریق جاده تبریز ـ ورزقان ـ سونگون میباشد. از این طریق فاصله شهر تبریز (مرکز استان آذربایجان شرقی) تا معدن سونگون حدود 135 کیلومتر می باشد. منطقه سونگون در 32 کیلومتر شمال شهر ورزقان واقع شده و حدود 12 کیلومتر از جاده ورزقان ـ سونگون آسفالته و بقیه شوسه درجه یک می باشد. فاصله معدن سونگون تا شهر اهر از طریق شهر ورزقان حدود 75 کیلومتر بوده و از طریق جاده قدیمی کوهستانی و میان بر این فاصله در حدود 45 کیلومتر می باشد. کانسار مس سونگون حدود 2700 متر از سطح دریا میباشد. دامنه ای که کانسار در آن واقع شده دارای شیبی در حدود 30 الی 40 درجه می باشد. منطقه دارای آب و هوای سرد تا معتدل و مرطوب می باشد. میزان بارندگی سالیانه در این منطقه بین 300 تا 400 میلی‌متر و رطوبت هوای منطقه 35 تا 85 درصد گزارش شده است. منطقه بعلت کوهستانی بودن حدود 3 الی4 ماه در سال پوشیده از برف است. درجه حرارت هوای منطقه از 35+ درجه سانتی گراد در تابستان تا 25- درجه سانتی گراد در زمستان متغیر می باشد. شیب توپوگرافی شدید منطقه و نزولات جوی فراوان باعث فرسایش شدید و ایجاد دره های عمیق شده که خود بر شدت عوارض توپوگرافی می افزاید. بعلت وجود آب و هوای مرطوب که تحت تاثیر جریانات جوی ناشی از دریای سیاه می باشد. پوشش گیاهی متنوع منطقه از تراکم شدید برخوردار است. حوضه آبریز منطقه معدن بطور کلی از دو رودخانه سونگون چای (شرق توده معدنی) و پاخیر چای (شمال توده معدنی) و سرشاخه های آنها تشکیل شده است. این دو رودخانه پس از بهم پیوستن در شمال شرق منطقه معدن به رودخانه ایگلینه چای ریخته و در نهایت به رودخانه ارس می پیوندند. فعالیت های معدنی در محدود کانسار سنگون را می توان به دو دوره فعالیت های قدیمی و محدود بهره برداری در حاشیه شرقی و شمال کانسار و دوره فعالیت های اکتشافی بر اساس روش های نوین و سیستماتیک تا زمان حاضر تقسیم نمود. عملیات معدنکاری قدیمی (شدادی) در منطقه سونگون را بوضوح از وجود تونل ها و حفریات معدنی و همچنین آثار کوره‌های ذوب و سرباره های آن می توان استنتاج کرد. این آثار فعالیت های معدنی را تا حدود دوره قاجاریه نشان میدهد. در سال های 1290 تا 1320 عملیات بهره برداری منظم تر در منطقه سونگون ادامه داشته و پس از آن از سال 1337 تا 1351 نیز عملیات بهره برداری از سنگ هایپر عیار مس متناوبا انجام گرفته است. پس از این تاریخ عملیات معدنکاری کاملا متوقف گردید. عملیات اکتشافی بر اساس روش های نوین و سیستماتیک اولین بار در سال 1352 و 1353 در این منطقه بصورت اکتشافات ژئوشیمیایی توسط سازمان زمین شناسی کشور انجام گرفته است. برای اولین بار در سال 1356 وجود ذخایر مس از نوع پرفیری و مشابه کانسار سرچشمه توسط یکی از کارشناسان سازمان زمین شناسی اعلام گردید. در سال 1357 اولین نقشه منطقه سونگون در مقیاس 10020000 توسط همین سازمان تهیه و پس از آن در فاصله سالهای 1367 تا 1370 نقشه های زمین شناسی در مقیاس 10010000 و 1005000 تهیه و ارائه گردیده است. فهرست مطالب عنوان صفحه چکیده 1 مقدمه 2 فصل اول: مروری بر منابع 1-1-تولید مس به روش هیدرومتالورژی 8 1-2- روش‌های لیچینگ برای کانه‌های اکسیدی مس 12 1-2-1- لیچینگ درجا 13 1-2-1-1- روش افشانه‌ای 14 1-2-1-2- روش تزریقی 14 1-2-2- انحلال توده‌ای 16 1-2-2-1- لیچینگ توده‌ای کانه‌های مس 17 1-2-3- انحلال انباشته‌ای 18 1-2-4- انحلال مخزنی کانه‌های اکسیدی مس 18 1-2-5- انحلال متلاطم کانیهای پر عیار شده اکسیدی 20 1-2-6- اثر زمان لیچینگ 21 1-2-7- اثر غلظت اسید سولفوریک 22 1-2-8- اثر سرعت هم زدن 23 1-2-9- اثر نسبت جامد به مایع 24 1-2-10- اثر دما 24 1-2-11- اثر اندازه ذرات 25 1-2-12- تشریح روش‌های انحلال 26 1-3- بازیابی مس از محلول‌های رقیق انحلال 26 1-3-1- سمنتاسیون 27 1-3-1-1- شیمی سمنتاسیون 28 1-3-1-2- فنون صنعتی سمنتاسیون 29 1-3-1-3- خلوص رسوب 32 1-3-2- استخراج از حلال 32 1-3-2-1- شیمی فرآیند استخرا از حلال 33 1-3-2-2- مقایسة حلالهای لیکس و کلکس برای عمل بر روی محلولهای رقیق حاصل از انحلال 37 1-3-2-3- فنون صنعتی استخراج از حلال 38 1-3-3- استفاده از روش استخراج از حلال برای محلولهای قوی حاصل از انحلال40 1-4- استخراج الکترولیتی مس 41 1-4-1- واکنش‌های استخراج الکترولیتی 41 1-4-2- ولتاژ سلول و انرژی مصرفی 45 1-4-3- بازده‌ی جریان کاتدی، واکنش‌های تداخلی آهن 46 1-4-4- خلوص کاتد- رفتار ناخالصیهای الکترولیت 47 1-4-5- عملیات استخراج الکترولیتی 48 فصل دوم- روش تحقیق مواد 2-1-تهیه و آماده سازی نمونه 50 2-2- شناسایی نمونه 51 2-3- آزمایش‌های بطری غلطان (Bottle Rolling) 54 2-3-1- روش انجام آزمایش 54 2-4- تست‌های ستونی 58 2-4-1- اصول انجام تست‌های ستون 58 2-4-2- آزمایش‌های ستونی 59 2-4-3- آزمایش‌های استخراج با حلال 62 فصل سوم – ارائه یافته‌ها و نتایج 3-1-نتایج آزمایش‌های بطری غلطان 65 3-1-1- نتایج مرحله اول 65 3-1-2- نتایج مرحله دوم 66 3-1-3- نتایج مرحله سوم 67 3-1-4- نتایج مرحله چهارم 68 3-2- نتایج حاصل از تست‌های ستونی 69 3-2-1- دبی پاشش در ستون‌ها 69 3-2-2- حجم PLS جمع‌آوری شده در زیر ستون‌ها 69 3-2-3- تغییرات PH در PLS خروجی از زیر ستون‌ها 70 3-2-4- بازیابی مس در ستون‌ها 70 3-2-5- بررسی بازیابی ابعبادی در ستون‌ها 77 3-2-6- نتایج حاصل از تست نفوذ‌پذیری (Dercolation) 78 3-2-7- میزان محلول نگه داشته شده و میزان محلول جهت اشباع ماده معدنی در ستون‌ها 79 3-2-8- نتایج کلی حاصل از تست‌های ستونی 79 3-3- نتایج حاصل از تست‌های استخراج با حلال 80 3-3-1- نتایج مرحله اول 80 3-3-2- نتایج مرحله دوم 82 3-3-3- نتایج مرحله سوم 83 نتیجه ‌گیری و پیشنهادات 85 فهرست منابع 88