SUPERVISOR
Ali Ahmadi ameleh,Seyed mohamad raouf Hosseini
علی احمدی عامله (استاد راهنما) سیدمحمدرئوف حسینی (استاد مشاور)
STUDENT
Soroush Rahmati shahreza
سروش رحمتی شهرضا
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده معدن
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392
TITLE
Designing, Developing, and Investigating the Mechanism of Air-Assisted Solvent Extraction Process in a Continuous-Mode for Copper Extraction from Dilute Solutions
Air-assisted solvent extraction (AASX) has been introduced as a new method for the selective extraction of metals from dilute solutions in order to overcome the economic and technical problems of the conventional processes. Producing organic coated bubbles in AASX can increase the specific surface area which reduces the organic phase consumption and enhances the floatability of the organic phase. The main objective of this research is to identify the mechanisms of Cu extraction from dilute solutions in AASX process. For this purpose, the effect of chemical and operational parameters on Cu recovery, organic phase recycling, as well as the size and distributions of the bubbles in a continuous AASX process were investigated at a pilot scale. Furthermore, the selectivity of Cu extraction from the pregnant leach solution (PLS) of the heap and the raffinate stream of solvent extraction plant of the Sarcheshmeh copper complex was studied. A response surface methodology was used to investigate the influence of aqueous phase flowrate, extractant concentration and silicone oil dosage in the organic phase, organic phase level in the organic coating cylinder (OCC), and Cu concentration in the aqueous phase as independent variables. The results showed that increasing OCC level and silicone oil dosage reduced the aqueous to organic phase ratio (A/O). This reduction occurred as a result of reducing the surface tension of the organic phase in the presence of silicone oil, increasing the coating degree of bubbles, and reducing the coalescence of coated bubbles. Moreover, increasing the extractant concentration and the silicone oil dosage improved the Cu recovery. Increasing the organic phase loading capacity and coating degree could be mentioned as the main reasons for this behavior. The optimized results revealed that 78% of Cu recovery and 38% of organic phase recycling could be achieved from 50 mg/L of Cu solution at A/O phase ratio of 83. The surface phenomena of AASX process were examined in the presence of various additives including frothers, salts, and silicone oil. The results indicated that the surface tension of the aqueous phase has been reduced strongly by a rise in the frother dosage, where the most and least effective frothers were Dowfax-2A1 and Flomin-F742, respectively. Besides, the reduction of organic phase surface tension in the presence of silicone oil led to the reduction in A/O phase ratio. The size and distributions of bubbles were enhanced by increasing the silicone oil dosage. In the optimized condition (using 50 mg/L of pine oil and silicone oil), 61% Cu recovery and 72% organic phase recycling were attained through synthetic leach solution (150 mg/L Cu). Subsequently, a second column was added to AASX apparatus to improve the Cu recovery and organic phase recycling. The effects of liquid and air flowrates on the efficiency of the developed AASX apparatus were studied. The organic phase recycling has been significantly improved through the rise in retention time of the fluids in the columns (i.e. reduction in the liquid flowrates), collecting the small coated bubbles, and reducing the portion of uncoated organic phase which is resulted in enhancing the air flowrates. At the optimum conditions, 98% of Cu and 83% of organic phase were recovered from 50 mg/L of Cu solution. Furthermore, the Cu recovery values from the solutions with 100 and 150 mg/L concentrations were obtained 94% and 84.7%, respectively. Moreover, the selectivity of the AASX process was examined for Cu extraction from raffinate of SX plant and PLS of the heap-leaching of the Sarcheshmeh copper complex. Treatment of raffinate solution (contained 47 mg/L of Cu) and PLS (~890 mg/L of Cu) showed that ~90 and 95% of Cu could be recovered in AASX process. High A/O phase ratio, high efficiency, and continuous operation could be mentioned as the advantages of AASX process. Besides, this method has a high potential for selective extraction of valuable metals from dilute solutions such as acid mine drainage and leach solutions of low-grade and complex ores.
روش استخراج با حلال هوایار به عنوان یک راهکار نوین جهت رفع مشکلات فنی و اقتصادی روش استخراج با حلال برای بازیابی فلزات از محولهای رقیق آبی معرفی شده است. حبابهای پوشش داده شده تولیدی در این روش موجب افزایش سطح تماس ویژه فازها شده که این موضوع کاهش مصرف فاز آلی و افزایش قابلیت شناوری فاز آلی را به همراه دارد. در این پژوهش سعی شد مکانیسمهای حاکم بر این فرآیند جهت جدایش مس از محلولهای رقیق آبی مورد بررسی قرار گیرد. بدین منظور تأثیر پارامترهای شیمیایی و عملیاتی بر میزان بازیابی مس و فاز آلی و همچنین اندازه و دامنه توزیع حبابها در روش استخراج با حلال هوایار در سیستم پیوسته و مقیاس نیمهصنعتی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین میزان انتخاب پذیری استخراج مس از محلول رافینت میکسر-ستلر صنعتی و همچنین محلول باردار هیپ لیچینگ مجتمع مس سرچشمه بررسی شد. تأثیر پارامترهای شیمیایی و عملیاتی فرآیند استخراج با حلال هوایار ازجمله دبی فاز آبی، غلظت استخراج کننده (نسبت استخراج کننده به کروزین) و روغن سیلیکون در فاز آلی، سطح فاز آلی در مخزن پوشش دهی و غلظت مس در فاز آبی طی آزمایشهای طراحی شده به روش باکس بهنکن (سطح پاسخ) بررسی شد. نتایج نشان دادند که افزایش مقادیر سطح فاز آلی در مخزن پوشش دهی و غلظت روغن سیلیکون در فاز آلی موجب کاهش نسبت فاز آبی به آلی شد. کاهش این نسبت را میتوان به دلیل کاهش کشش سطحی فاز آلی در حضور روغن سیلیکون، افزایش درجه پوشش دهی حبابها و کاهش ادغام حبابهای پوشش داده شده دانست. افزایش سطوح پارامترهای غلظت استخراج کننده و غلظت روغن سیلیکون در فاز آلی نیز موجب افزایش بازیابی مس شد که این موضوع به دلیل افزایش قابلیت استخراج فاز آلی و درجه پوشش دهی حبابها رخ داد. نتایج آزمایش در شرایط بهینه (محلول mg/L 50 مس)، بازیابی 78% مس و 38% فاز آلی را نشان داد. تأثیر پدیدههای سطحی و بین سطحی بر عملکرد فرآیند استخراج با حلال هوایار در حضور انواع کف ساز، روغن سیلیکون و نمکهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که کشش سطحی فاز آبی با افزایش غلظت کف ساز بشدت کاهش یافته به نحوی که بیشترین کاهش کشش سطحی در حضور Dowfax-2A1 و کمترین آن در حضور Flomin-F742 رخ داد. افزایش روغن سیلیکون نیز موجب کاهش کشش سطحی فاز آلی شد که این موضوع کاهش نسبت فاز آبی به آلی را نیز به همراه داشت. اندازه و دامنه توزیع حبابها نیز در حضور روغن سیلیکون افزایش یافت. در حضور mg/L 50 روغن کاج و روغن سیلیکون، 72% فاز آلی و 61% مس بازیابی شد. همچنین مشخص شد حبابهایی تولیدی در این فرآیند لازم است دارای دامنه توزیع ابعادی محدود با کوچکی کافی بوده تا از یکسو زمان ماند کافی در ستون داشته باشند و از سوی دیگر موجب افزایش بازیابی فاز آلی شوند. جهت بهبود بازیابی مس و فاز آلی در فرآیند استخراج با حلال هوایار، ستون دوم به مدار استخراج با حلال هوایار پیوسته برای باریابی فلزات از محلولهای رقیق آبی اضافه شد. در این بخش از پژوهش، تأثیر دبی فازهای مایع و هوادهی در ستونها بر عملکرد فرآیند مورد بررسی قرار گرفت. افزایش زمان ماند فازها در ستونها (کاهش دبی فازهای مایع) و همچنین جمع آوری حبابهای ریز پوشش داده شده و کاهش سهم فاز آلی غیر پوششی (افزایش نرخ هوادهی) موجب افزایش بازیابی فاز آلی شد. با توجه به نتایج بدست آمده، وجود ستون دوم باعث تغییر محسوسی در میزان بازیابی مس نشد. در وضعیت بهینه پارامترهای دبی فازهای مایع (L/min 18)، نرخ هوادهی در ستون اول (L/min 15) و ستون دوم (L/min 30)، بازیابی مس از محلول حاوی mg/L 50، 100 و 150 به ترتیب برابر با 98، 94 و 85% بود. در این حالت 83% فاز آلی نیز بازیابی شد. میزان انتخاب پذیری فرآیند استخراج با حلال هوایار با استفاده از محلول رافینت و محلول باردار هیپ لیچینگ مجتمع مس سرچشمه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند. حدود 90% مس را از این محلول رافینت میکسر ستلر صنعتی (mg/L 47 مس) و 95% مس از محلول هیپ لیچینگ (mg/L 890 مس) به روش استخراج با حلال هوایار قابل بازیابی است. نسبت فاز آبی به آلی زیاد، بازیابی بالای فلز، عملکرد پیوسته، انتخاب پذیری بالا، شرایط عملیاتی آسان و هزینه سرمایه گذاری کم را میتوان به عنوان مزایای روش استخراج با حلال هوایار در سیستم پیوسته برشمرد. روش استخراج با حلال هوایار دارای پتانسیل بالایی در ارتباط با استخراج انتخابی فلزات ارزشمند از محلولهای رقیق آبی مانند زهاب اسیدی معادن و محلول لیچینگ کانسنگهای کم عیار با ساختار پیچیده است.