جستجو در سایت :   

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 گیری از  روش سطح- پاسخ

استاد راهنما:

دکتر محمدحسن فضائلی پور

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

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

چکیده

       این پژوهش به مقصود بهینه­سازی پارامترهای عملیاتی جهت بهره گیری از تکنولوژی بیولیچینگ در استحصال مس از سرباره تولیدی توسط کوره های ذوب انعکاسی مجتمع مس سرچشمه صورت گرفته می باشد. کاربردهای گسترده تکنولوژی لیچینگ باکتریایی کانسنگ­های سولفیدی کم عیار به دلیل کاهش آلودگیهای زیست محیطی و توجیه اقتصادی قابل قبول در مقایسه با سایر روشهای استحصال فلزات در سال­های اخیر مورد توجه قرار گرفته می باشد. سرباره موجود در دو دامپ مجموعا با ذخیره 6 میلیون تن و عیار متوسط 15/1 درصد وزنی مس ذخیره گردیده می باشد. بیش از 90% کانی­های سولفیدی مس موجود در نمونه کامپوزیت کالکوسیت و کالکوپیریت  می­باشند. مطالعه­های 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 مطالعه 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 حالیکه 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 گردید. 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 کارهای 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 کردن باکتری با محیط بیولیچینگ (آداپتاسیون) …………………. 28
  • عوامل موثر در فروشویی میکروبی……………………………………………… 29
    • عوامل فیزیولوژیکی محیط فروشویی………………………………… 29
    • پتانسیل اکسیداسیون احیا ………………………………………………. 32
    • اسیدیته محیط……………………………………………………………. 32
    • ترکیبات ممانعت کننده………………………………………………… 33
    • دما…………………………………………………………………………. 34
    • نوع کانه…………………………………………………………………… 35
    • اندازه ذرات………………………………………………………………. 36
  • مدل­های انحلال باکتریایی 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 کپه ای (Heap Leaching) …………………………….. 42
    • فروشویی در محل (In Situ Leaching) …………………………. 42
    • فروشویی در تانک 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 پژوهش

  • دستورالعمل تهیه نمونه معرف از دامپ‌های موجود………………………………. 49
  • شناسایی و تعیین خواص خردایشی و مطالعات فرآوری مقدماتی……………… 56
  • آزمایشات فروشویی میکروبی 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 واکاوی ابعادی…………………………………………………………. 66
  • نتایج حاصل از آنالیزهای شیمیایی و کانی شناسی………………………………. 67
    • واکاوی مینرالوژی و مطالعات میکروسکپی نمونه سرباره………………… 67
    • واکاوی شیمیایی……………………………………………………………………… 67
  • آزمایش­های ظروف لرزان…………………………………………………………….. 68
    • طرح و نتایج آزمایش ظروف لرزان باکتری­های مزوفیل……………….. 68
    • مطالعه تغییرات pH ، Eh و درصد بازیابی نسبت به زمان……………… 72
    • طرح و نتایج آزمایش ظروف لرزان باکتری­های ترموفیل معتدل……… 75
    • مطالعه تغییرات pH ، Eh و درصد بازیابی نسبت به زمان……………… 78
  • نتایج واکاوی بطری غلتان………………………………………………………………… 81
  • نتایج آزمایش ستون…………………………………………………………………….. 81

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهاد

  • نتیجه گیری……………………………………………………………………… 86
    • مطالعه حاصل از مطالعات کانی شناسی سرباره…………………… 86
    • مطالعه نتایج حاصل از آزمایش­های ظرف لرزان…………………. 86
    • مطالعه نتایج حاصل از آزمایش بطری غلتان……………………….. 87
    • مطالعه نتایج حاصل از آزمایش ستون………………………………… 87
  • پیشنهادات……………………………………………………………………….. 88

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

پیوست ………………………………………………………………………………………………91

ذخایرجهانی­کانه­های با عیار بالا بتدریج رو به کاهش گذاشته و عیار سنگهای معدنی کاهش یافته می باشد. یکی­از معضلات 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 معضلات دیگر هزینه­های محیط­ زیستی به سبب بالا بودن آلود­گی با بهره گیری از این تکنولوژی­هاست. بیوتکنولوژی یکی از امیدبخش­ترین روشها برای حل این معضلات در مقایسه با پیرومتالوژی بوده و قرن حاضر قرن شکوفایی این نوع تکنولوژی­هاست. تکنولوژی­هایی که هم جهت تامین امکانات رفاهی بکار می آیند و هم حفظ محیط زیست را مورد توجه قرار میدهند. فعالیت­های انسانی خواسته یا ناخواسته منجر به تولید آلودگی محیطی می­گردد که آسیب­های جبران ناپذیری به محیط زیست و خود بشر 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 کوشش خود را در راستای یافتن راههایی برای کاهش این آلودگی­ها که در بخش استخراج فلزات حاصل می­گردد، آغاز کردند. در صنعت استخراج مس که معمولاً از روش­های حرارتی بهره گیری می­گردد، روش­های هیدرومتالورژی، الکتریکی و غیره جهت کاهش این آلودگی­ها پیشنهاد شده می باشد. در چند دهه اخیر دانش بیوتکنولوژی به عنوان یک تکنولوژی کلیدی، تحول شگرفی در عرصه زندگی بشر­­ها گذاشته می باشد. مهمترین ابزار این علم، میکروارگانیسم­ها می­باشند. با بهره گیری 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 گیری 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 می گردد. 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 گیری از دو روش پیرو متالورژی و هیدرومتالورژی انجام می­گردد. در روش پیرومتالورژی با بهره گیری از فرآیندهای ذوب و پالایش؛ مس کاتد با عیار 99/99 درصد تولید می­گردد اما آلودگی­های زیاد این فرآیند­ها، که اکثرا منجر به تولید گازهای سمی و باران­های اسیدی می باشد و بدون هیچ محدودیتی در محیط رها سازی می­گردد، باعث شده می باشد 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 کمک 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 کانیها یا ترکیبات فلزی سولفیدی یا کنسانتره‫ها با بهره گیری از اجزایی که به آسانی در محیط پیدا نمود می‫شوند، شامل آب، هوا و باکتری‫ها می‫باشد. سرعت لیچینگ کانیهای سولفیدی غیر‫محلول یا کم‫محلول در اسید، مانند کالکوپیریت، با فعالیت انواع بخصوصی از باکتری‌ها که قادرند از طریق اکسیداسیون این کانیها انرژی کسب نمایند، تسریع می گردد.

1-1-  تاریخچه هیدرومتالورژی و بیوهیدرومتالورژی در استخراج مس

استخراج هیدرومتالورژیکی (لیچینگ) مس از کانسنگ و رسوب دادن مس از محلول حاصل از لیچینگ، توسط آهن فلزی (سمنتاسیون) یک تکنولوژی قدیمی می باشد. تجربه چینی­ها در بهره گیری از این تکنولوژی به 200-100 سال قبل از میلاد و حتی ماقبل آن برمی­گردد. این موضوع که می­توان مس را از محلول آبی رنگ استخراج نمود بایستی یک کشف اتفاقی باشد که تماس آهن فلزی با چنین محلولی باعث رسوب مس می­گردد]5[.

احتمالا لیچینگ تنها روش استحصال مس از کانسنگ­های سولفیدی درگذشته بوده می باشد، زیرا در زمان­های گذشته عملیات ذوب در کوره­های روباز صورت می­گرفته و این تکنولوژی تنها برای کانسنگ­های اکسیدی و کربناته مس اثربخش می باشد. اما امروزه با بهره گیری از کوره­های ذوب جدید می­توان کانی­های سولفیدی را هم ذوب نمود]6[.

از آغاز قرن حاضر، بیولیچینگ جایگاه ویژه­ای در فناوری استخراج فلزات پیدا کرده و بهره گیری از آن در حال پیشرفت می باشد. امروزه انحلال میکروبی فلزات یک فناوری نویدبخش جهت بهره گیری از کانسنگ‌های کم­عیار و باطله­های صنایع با حداقل انرژی می‌باشد، ضمن این که از نظر زیست­محیطی دارای این مزیت می باشد که جزء بهترین فناوری‌های شناخته شده می­باشد. طبق تعریف، بهره گیری از انواع گوناگون میکروارگانیسم­ها، به‌ویژه باکتری­ها در فرآیند اکسیداسیون سولفیدهای فلزی، بیولیچینگ نامیده می‫گردد. کاربرد میکروارگانیسم­ها در انحلال سولفیدهای فلزی به دوران باستان برمی‌گردد، خیلی پیش از آن که وجود آنها کشف و تأثیر آنها شناخته شده باشد. البته تا سال 1947 که برای اولین بار گونه‌ای از باکتری­های مزوفیل را از پساب­های معادن جداسازی و شناسایی کردند، این تأثیر هم چنان ناشناخته بود. در مقیاس صنعتی می‌توان از معدن مس ریوتینتو[1] اسپانیا به‌عنوان اولین معدنی که در آن از میکروارگانیسم­ها برای استخراج فلز بهره گیری گردید، نام برد. ملاحظه می گردد بهره گیری اقتصادی از این روش با موفقیت در بسیاری از نقاط جهان ادامه دارد و این خود آینده بهره گیری از بیوتکنولوژی در فرآیند بیولیچینگ را مثبت جلوه می‌دهد]2[. شکل 1-1 بصورت شماتیک بیولیچینگ توده ای را نشان میدهد.

تأثیر میکروارگانیسمها بر روی فلزات، اولین بار بعنوان پدیده ای در پمپها و خطوط لوله معادن دارای آب اسیدی شناخته گردید که بعدها برای استخراج کانه کم عیار از آنها بهره گیری گردید. در سال 1940 چندین گزارش از نظاره میکروارگانیسمها در کانه سولفیدی زغال و ورود اسید سولفوریک تولید شده توسط این میکروارگانیسمها به رودخانه اوهایو به ثبت رسید تا اینکه در سال 1947 میکروبیولوژیستهای امریکایی باکتری تیوباسیلوس فرواکسیدانس را جداسازی نموده و به عملکرد آنها در اکسیداسیون یون فرو پی بردند] 7[.

تعداد صفحه :108

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه ارشد : سنتز مشتقات نفتواکسازین ومشتقات سمی کاربازید

دانلود رایگان این پایان نامه

 

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

 

دسته‌ها: مهندسی شیمی