دانلود رایگان متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی شیمی 

گرایش : بیوتکنولوژی

عنوان : بهینه سازی فرآیند بیولیچینگ سرباره  مجتمع مس سرچشمه

دانشگاه شهید باهنر 

دانشکده فنی و مهندسی

بخش مهندسی شیمی

پایان نامه تحصیلی برای دریافت درجه کارشناسی ارشد رشته مهندسی شیمی گرایش بیوتکنولوژی

بهینه سازی فرآیند بیولیچینگ سرباره  مجتمع مس سرچشمه با بهره گرفتن از  روش سطح- پاسخ

استاد راهنما:

دکتر محمدحسن فضائلی پور

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

       این تحقیق به منظور بهینه­سازی پارامترهای عملیاتی جهت استفاده از تکنولوژی بیولیچینگ در استحصال مس از سرباره تولیدی توسط کوره های ذوب انعکاسی مجتمع مس سرچشمه صورت گرفته است. کاربردهای گسترده تکنولوژی لیچینگ باکتریایی کانسنگ­های سولفیدی کم عیار به دلیل كاهش آلودگیهای زیست محیطی و توجیه اقتصادی قابل قبول در مقایسه با سایر روشهای استحصال فلزات در سال­های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. سرباره موجود در دو دامپ مجموعا با ذخیره 6 میلیون تن و عیار متوسط 15/1 درصد وزنی مس ذخیره گردیده است. بیش از 90% کانی­های سولفیدی مس موجود در نمونه کامپوزیت کالکوسیت و کالکوپیریت  می­باشند. بررسی­های اولیه در آزمایش ظروف لرزان در بازه زمانی 15 روز برای گونه­های مختلف میکروارگانیسم­ها صورت گرفت و پارامترهای درصد جامد، pH و درصد تلقیح برای باکتری­های مزوفیل و ترموفیل مورد بررسی قرار گرفت. بیشترین بازیابی مس و آهن در ظروف لرزان برای باکتری­های مزوفیل در دمای 35 درجه سانتیگراد به ترتیب 75% و 30% و برای باکتریهای ترموفیل معتدل در دمای 45 درجه سانتیگراد به ترتیب 78% و 36% بدست آمد. در حالیكه برای نمونه شاهد، در دمای 35  درجه سانتیگراد بیشترین بازیابی مس و آهن به ترتیب 5/34%  و 5/7%  در دمای 45 درجه سانتیگراد بیشترین بازیابی مس و آهن به ترتیب 38%  و 7/9% حاصل شد. انجام آزمایش بیولیچینگ ستونی، نشان داد که در pH برابر 5/1 و دبی 3 میلی لیتردر دقیقه محلول پاششی، در ستون باکتری مزوفیل با دمای 35 درجه سانتیگراد بازیابی 2/51% برای مس و بازیابی 7/10% برای آهن و در ستون شاهد آن ( فاقد باکتری) بازیابی 5/32% برای مس 1/7% برای آهن و در ستون باکتری ترموفیل با دمای 45 درجه سانتیگراد بازیابی 57% برای مس و 7/13% برای آهن در ستون شاهد آن بازیابی 38% برای مس و 2/9% برای فلز آهن بدست آمد.

کلمات کلیدی: بیولیچینگ – سرباره مس– مزوفیل – ترموفیل – روش سطح پاسخ

‹‹فهرست مطالب››

عنوان                                                                                                                صفحه

فصل اول: مقدمه

  • تاریخچه هیدرومتالورژی و بیوهیدرومتالورژی در استخراج مس...................... 2
  • مقایسه فرآیندهای هیدرومتالورژی و پیرومتالورژی........................................ 4
  • معرفی دامپهای سرباره سرچشمه................................................................. 6

    • دامپ شمالی................................................................................. 8
    • دامپ جنوبی............................................................................... 11

فصل دوم: مبانی نظری و مروری بر كارهای گذشته

  • کانی­های اکسیدی مس..................................................................... 14
  • کانی­های سولفیدی مس................................................................... 15
  • فروشویی میکروبی کانی­های سولفیدی............................................... 15
  • میکروارگانیسم­های مورداستفاده در بیولیچینگ.................................... 16
  • تقسیم بندی بر اساس دما................................................................... 17

    • باکتری­های مزوفیل................................................................ 17
    • ترموفیل معتدل (moderate thermophile)................................ 23
    • ترموفیل مطلق (extreme thermophile)................................... 24

  • تقسیم بندی باکتری­های براساس خودکفایی غذایی............................. 26
  • سازگار كردن باكتری با محیط بیولیچینگ (آداپتاسیون) ...................... 28
  • عوامل موثر در فروشویی میكروبی...................................................... 29

    • عوامل فیزیولوژیكی محیط فروشویی....................................... 29
    • پتانسیل اكسیداسیون احیا ....................................................... 32
    • اسیدیته محیط...................................................................... 32
    • تركیبات ممانعت كننده......................................................... 33
    • دما..................................................................................... 34
    • نوع کانه.............................................................................. 35
    • اندازه ذرات......................................................................... 36

  • مدل­های انحلال باكتریایی کانه­های سولفیدی...................................... 37

    • مکانیسم مستقیم.................................................................... 37
    • مکانیزم غیر مستقیم............................................................... 38

  • انحلال بیولوژیکی کانی­های سولفیدی مس...................................... 39

    • انحلال بیولوژیکی کالکوپیریت............................................ 39
    • انحلال بیولوژیکی کالکوسیت............................................... 40
    • انحلال بیولوژیکی کوولیت.................................................. 40
    • انحلال بیولوژیکی پیریت ..................................................... 41

  • روش­های مختلف فروشویی میکروبی در مقیاس صنعتی..................... 41

    • فروشویی توده ای (Dump Leaching)................................. 41
    • فروشویی كپه ای (Heap Leaching) ................................... 42
    • فروشویی در محل (In Situ Leaching) ............................... 42
    • فروشویی در تانك همزن دار (Tank Leaching).................. 43
    • فروشویی حوضچه ای (Vat Leaching)............................... 43

  • طراحی آماری آزمایش­ها (DOE)................................................... 45
  • روش سطح پاسخ (RSM)....................................................................................... 47

فصل سوم: مواد و روش تحقیق

  • دستورالعمل تهیه نمونه معرف از دامپ‌های موجود..................................... 49
  • شناسایی و تعیین خواص خردایشی و مطالعات فرآوری مقدماتی.................. 56
  • آزمایشات فروشویی میكروبی در مقیاس آزمایشگاهی ............................... 58

    • آزمایش بطری غلتان................................................................... 58
    • ظروف لرزان (Shaking Flask)................................................... 59
    • آزمایش­های ستون....................................................................... 61

فصل چهارم: ارائه نتایج و تحلیل یافته ها

  • نتایج حاصل از آنالیز ابعادی................................................................... 66
  • نتایج حاصل از آنالیزهای شیمیایی و کانی شناسی..................................... 67

    • آنالیز مینرالوژی و مطالعات میکروسکپی نمونه سرباره..................... 67
    • آنالیز شیمیایی................................................................................. 67

  • آزمایش­های ظروف لرزان....................................................................... 68

    • طرح و نتایج آزمایش ظروف لرزان باکتری­های مزوفیل.................... 68
    • بررسی تغییرات pH ، Eh و درصد بازیابی نسبت به زمان.................. 72
    • طرح و نتایج آزمایش ظروف لرزان باکتری­های ترموفیل معتدل......... 75
    • بررسی تغییرات pH ، Eh و درصد بازیابی نسبت به زمان.................. 78

  • نتایج آنالیز بطری غلتان........................................................................... 81
  • نتایج آزمایش ستون................................................................................ 81

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهاد

  • نتیجه گیری................................................................................. 86

    • بررسی حاصل از مطالعات کانی شناسی سرباره........................ 86
    • بررسی نتایج حاصل از آزمایش­های ظرف لرزان...................... 86
    • بررسی نتایج حاصل از آزمایش بطری غلتان............................. 87
    • بررسی نتایج حاصل از آزمایش ستون....................................... 87

  • پیشنهادات................................................................................... 88

منابع و ماخذ.....................................................................................................89

پیوست ............................................................................................................91

ذخایرجهانی­کانه­های با عیار بالا بتدریج رو به كاهش گذاشته و عیار سنگهای معدنی كاهش یافته است. یکی­از مشکلات بازیابی مواد از کانه­های کم عیار با تکنیک­های معمول، گران قیمت بودن به دلیل مصرف انرژی بالا و نیاز به هزینه­های سرمایه­ای بالا می­باشد. از مشکلات دیگر هزینه­های محیط­ زیستی به سبب بالا بودن آلود­گی با بهره گرفتن از این تکنولوژی­هاست. بیوتکنولوژی یکی از امیدبخش­ترین روشها برای حل این مشکلات در مقایسه با پیرومتالوژی بوده و قرن حاضر قرن شکوفایی این نوع تکنولوژی­هاست. تکنولوژی­هایی که هم جهت تامین امکانات رفاهی بكار می آیند و هم حفظ محیط زیست را مورد توجه قرار میدهند. فعالیت­های انسانی خواسته یا ناخواسته منجر به تولید آلودگی محیطی می­شود که آسیب­های جبران ناپذیری به محیط زیست و خود انسان وارد می­کند. کارخانه­های صنعتی بیشترین سهم را در این آلودگی دارند. استخراج فلزات هم بخش مهمی از این آلودگی­ها را دامن میزنند. محققان زیادی از اواسط قرن گذشته تلاش خود را در راستای یافتن راه هایی برای کاهش این آلودگی­ها که در بخش استخراج فلزات حاصل می­شود، آغاز کردند. در صنعت استخراج مس که معمولاً از روش­های حرارتی استفاده می­شود، روش­های هیدرومتالورژی، الکتریکی و غیره جهت کاهش این آلودگی­ها پیشنهاد شده است. در چند دهه اخیر دانش بیوتکنولوژی به عنوان یک تکنولوژی کلیدی، تحول شگرفی در عرصه زندگی انسان­­ها گذاشته است. مهمترین ابزار این علم، میکروارگانیسم­ها می­باشند. با بهره گرفتن از میکروارگانیسم­ها، فرآورده­های مختلف غذایی، دارویی، شیمیایی، معدنی در مقیاس صنعتی تولید می­گردد]1[.

بیولیچینگ یکی از روش های استخراج فلزات از ماده معدنی با بهره گرفتن از میکروارگانیسم در محیط آبی به همراه هوا می‌باشد. در این روش ماده معدنی حاوی آهن و گوگرد (پیریت، کالکوپیریت و غیره) به وسیله گونه‌های خاصی از باکتری مزوفیل از قبیل اسیدی تیوباسیلوس فرواکسیدانس، اسیدی تیوباسیلوس تیواکسیدانس و لپتوسپریلیوم فرواکسیدانس، گونه‌های ترموفیل معتدل از قبیل سولفوباسیلوس و گونه ترموفیل مطلق از قبیل سولفولوبوس و اسیدیانوس بریرلی مورد انحلال قرار می‌گیرد. این گونه میکروارگانیسم ها، انرژی زیستی خود را از اکسیداسیون یون فرو و یا اکسیداسیون گوگرد به همراه دی‌اکسیدکربن مورد نیاز، تأمین می‌کنند. در انحلال کانی های سولفیدی به وسیله میکروارگانیسم ها دو مکانیسم اصلی، مستقیم و غیرمستقیم، مورد تأیید محققین می‌باشد. در مکانیسم اول یعنی مستقیم، فعالیت باکتری و اتصال آن به سطح کانی سبب انحلال شده و در مکانیسم دوم فعالیت باکتری در انحلال به صورت غیرمستقیم بوده و از راه تبدیل آهن فرو به فریک (اکسیداسیون) انجام می‌شود. فرآیند انحلال میکروبی (بیولیچینگ) و اکسیداسیون میکروبی (بیواکسیداسیون) به دلیل مزیت هایی که از لحاظ زیست محیطی، تکنولوژیکی و اقتصادی نسبت به دیگر روش های استحصال عناصر از کانی‌های سولفیدی و حتی غیرسولفیدی (ذوب و غیره) دارند، جایگزین روش های متداول (در فرآوری کانسنگ کم عیار) شده‌اند[2]. استخراج مس معمولاً با بهره گرفتن از دو روش پیرو متالورژی و هیدرومتالورژی انجام می­شود. در روش پیرومتالورژی با بهره گرفتن از فرآیندهای ذوب و پالایش؛ مس کاتد با عیار 99/99 درصد تولید می­شود اما آلودگی­های زیاد این فرآیند­ها، که عمدتا منجر به تولید گازهای سمی و باران­های اسیدی است و بدون هیچ محدودیتی در محیط رها سازی می­شود، باعث شده است که طی دهه­های اخیر این صنعت مورد بازنگری قرار گرفته و بدنبال روشهای جایگزینی برای تولید مس و سایر فلزات برآیند. هیدرومتالورژی میتواند در این راستا بسیار كمك نماید. روش­های هیدرومتالورژی به دو صورت شیمیایی و بیولوژیکی انجام می­گیرد. روش بیولوژیکی در مورد کانی­های سولفیدی کم عیار و همچنین کانی­های مقاوم مناسب می باشد ]3و4[.

بیولیچینگ، استخراج فلزات از كانیها یا تركیبات فلزی سولفیدی یا كنسانتره‫ها با بهره گرفتن از اجزایی كه به آسانی در محیط یافت می‫شوند، شامل آب، هوا و باكتری‫ها می‫باشد. سرعت لیچینگ كانیهای سولفیدی غیر‫محلول یا كم‫محلول در اسید، مانند كالكوپیریت، با فعالیت انواع بخصوصی از باكتری‌ها كه قادرند از طریق اكسیداسیون این كانیها انرژی كسب نمایند، تسریع می‌گردد.

1-1-  تاریخچه هیدرومتالورژی و بیوهیدرومتالورژی در استخراج مس

استخراج هیدرومتالورژیكی (لیچینگ) مس از كانسنگ و رسوب دادن مس از محلول حاصل از لیچینگ، توسط آهن فلزی (سمنتاسیون) یك تكنولوژی قدیمی است. تجربه چینی­ها در استفاده از این تكنولوژی به 200-100 سال قبل از میلاد و حتی ماقبل آن برمی­گردد. این موضوع كه می­توان مس را از محلول آبی رنگ استخراج كرد باید یك كشف اتفاقی باشد كه تماس آهن فلزی با چنین محلولی باعث رسوب مس می­گردد]5[.

احتمالا لیچینگ تنها روش استحصال مس از كانسنگ­های سولفیدی درگذشته بوده است، زیرا در زمان­های گذشته عملیات ذوب در كوره­های روباز صورت می­گرفته و این تكنولوژی تنها برای كانسنگ­های اكسیدی و كربناته مس اثربخش است. اما امروزه با بهره گرفتن از كوره­های ذوب جدید می­توان كانی­های سولفیدی را هم ذوب كرد]6[.

از آغاز قرن حاضر، بیولیچینگ جایگاه ویژه­ای در فناوری استخراج فلزات پیدا كرده و استفاده از آن در حال پیشرفت است. امروزه انحلال میكروبی فلزات یك فناوری نویدبخش جهت استفاده از کانسنگ‌های كم­عیار و باطله­های صنایع با حداقل انرژی می‌باشد، ضمن این كه از نظر زیست­محیطی دارای این مزیت است كه جزء بهترین فناوری‌های شناخته شده می­باشد. طبق تعریف، استفاده از انواع گوناگون میكروارگانیسم­ها، به‌ویژه باكتری­ها در فرآیند اكسیداسیون سولفیدهای فلزی، بیولیچینگ نامیده می‫شود. كاربرد میكروارگانیسم­ها در انحلال سولفیدهای فلزی به دوران باستان برمی‌گردد، خیلی پیش از آن كه وجود آنها كشف و تأثیر آنها شناخته شده باشد. البته تا سال 1947 كه برای اولین بار گونه‌ای از باكتری­های مزوفیل را از پساب­های معادن جداسازی و شناسایی كردند، این نقش هم چنان ناشناخته بود. در مقیاس صنعتی می‌توان از معدن مس ریوتینتو[1] اسپانیا به‌عنوان اولین معدنی كه در آن از میكروارگانیسم­ها برای استخراج فلز استفاده شد، نام برد. ملاحظه می‌شود استفاده اقتصادی از این روش با موفقیت در بسیاری از نقاط جهان ادامه دارد و این خود آینده استفاده از بیوتکنولوژی در فرآیند بیولیچینگ را مثبت جلوه می‌دهد]2[. شکل 1-1 بصورت شماتیک بیولیچینگ توده ای را نشان میدهد.

تأثیر میكروارگانیسمها بر روی فلزات، اولین بار بعنوان پدیده ای در پمپها و خطوط لوله معادن دارای آب اسیدی شناخته شد كه بعدها برای استخراج كانه كم عیار از آنها استفاده گردید. در سال 1940 چندین گزارش از مشاهده میكروارگانیسمها در كانه سولفیدی زغال و ورود اسید سولفوریك تولید شده توسط این میكروارگانیسمها به رودخانه اوهایو به ثبت رسید تا اینكه در سال 1947 میكروبیولوژیستهای امریكایی باكتری تیوباسیلوس فرواكسیدانس را جداسازی نموده و به عملكرد آنها در اكسیداسیون یون فرو پی بردند] 7[.

تعداد صفحه :108

دانلود رایگان این پایان نامه

 

برای دیدن لیست بقیه پایان نامه های رشته مهندسی شیمی اینجا کلیک کنید

 


1 Comment

Comments are closed.