SUPERVISOR
Ali Ahmadi ameleh,Seyed mohamad raouf Hosseini
علي احمدي عامله (استاد راهنما) سيدمحمدرئوف حسيني (استاد مشاور)
STUDENT
Soroush Rahmati shahreza
سروش رحمتي 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 هوايار به عنوان يک راهکار نوين جهت رفع مشکلات فني و اقتصادي روش استخراج با حلال براي بازيابي فلزات از محولهاي رقيق آبي معرفي شده است. حبابهاي پوشش داده شده توليدي در اين روش موجب افزايش سطح تماس ويژه فازها شده که اين موضوع کاهش مصرف فاز آلي و افزايش قابليت شناوري فاز آلي را به همراه دارد. در اين پژوهش سعي شد مکانيسمهاي حاکم بر اين فرآيند جهت جدايش مس از محلولهاي رقيق آبي مورد بررسي قرار گيرد. بدين منظور تأثير پارامترهاي شيميايي و عملياتي بر ميزان بازيابي مس و فاز آلي و همچنين اندازه و دامنه توزيع حبابها در روش استخراج با حلال هوايار در سيستم پيوسته و مقياس نيمهصنعتي مورد بررسي قرار گرفت. همچنين ميزان انتخاب پذيري استخراج مس از محلول رافينت ميکسر-ستلر صنعتي و همچنين محلول باردار هيپ ليچينگ مجتمع مس سرچشمه بررسي شد. تأثير پارامترهاي شيميايي و عملياتي فرآيند استخراج با حلال هوايار ازجمله دبي فاز آبي، غلظت استخراج کننده (نسبت استخراج کننده به کروزين) و روغن سيليکون در فاز آلي، سطح فاز آلي در مخزن پوشش دهي و غلظت مس در فاز آبي طي آزمايشهاي طراحي شده به روش باکس بهنکن (سطح پاسخ) بررسي شد. نتايج نشان دادند که افزايش مقادير سطح فاز آلي در مخزن پوشش دهي و غلظت روغن سيليکون در فاز آلي موجب کاهش نسبت فاز آبي به آلي شد. کاهش اين نسبت را ميتوان به دليل کاهش کشش سطحي فاز آلي در حضور روغن سيليکون، افزايش درجه پوشش دهي حبابها و کاهش ادغام حبابهاي پوشش داده شده دانست. افزايش سطوح پارامترهاي غلظت استخراج کننده و غلظت روغن سيليکون در فاز آلي نيز موجب افزايش بازيابي مس شد که اين موضوع به دليل افزايش قابليت استخراج فاز آلي و درجه پوشش دهي حبابها رخ داد. نتايج آزمايش در شرايط بهينه (محلول mg/L 50 مس)، بازيابي 78% مس و 38% فاز آلي را نشان داد. تأثير پديدههاي سطحي و بين سطحي بر عملکرد فرآيند استخراج با حلال هوايار در حضور انواع کف ساز، روغن سيليکون و نمکهاي مختلف مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان دادند که کشش سطحي فاز آبي با افزايش غلظت کف ساز بشدت کاهش يافته به نحوي که بيشترين کاهش کشش سطحي در حضور Dowfax-2A1 و کمترين آن در حضور Flomin-F742 رخ داد. افزايش روغن سيليکون نيز موجب کاهش کشش سطحي فاز آلي شد که اين موضوع کاهش نسبت فاز آبي به آلي را نيز به همراه داشت. اندازه و دامنه توزيع حبابها نيز در حضور روغن سيليکون افزايش يافت. در حضور mg/L 50 روغن کاج و روغن سيليکون، 72% فاز آلي و 61% مس بازيابي شد. همچنين مشخص شد حبابهايي توليدي در اين فرآيند لازم است داراي دامنه توزيع ابعادي محدود با کوچکي کافي بوده تا از يکسو زمان ماند کافي در ستون داشته باشند و از سوي ديگر موجب افزايش بازيابي فاز آلي شوند. جهت بهبود بازيابي مس و فاز آلي در فرآيند استخراج با حلال هوايار، ستون دوم به مدار استخراج با حلال هوايار پيوسته براي باريابي فلزات از محلولهاي رقيق آبي اضافه شد. در اين بخش از پژوهش، تأثير دبي فازهاي مايع و هوادهي در ستونها بر عملکرد فرآيند مورد بررسي قرار گرفت. افزايش زمان ماند فازها در ستونها (کاهش دبي فازهاي مايع) و همچنين جمع آوري حبابهاي ريز پوشش داده شده و کاهش سهم فاز آلي غير پوششي (افزايش نرخ هوادهي) موجب افزايش بازيابي فاز آلي شد. با توجه به نتايج بدست آمده، وجود ستون دوم باعث تغيير محسوسي در ميزان بازيابي مس نشد. در وضعيت بهينه پارامترهاي دبي فازهاي مايع (L/min 18)، نرخ هوادهي در ستون اول (L/min 15) و ستون دوم (L/min 30)، بازيابي مس از محلول حاوي mg/L 50، 100 و 150 به ترتيب برابر با 98، 94 و 85% بود. در اين حالت 83% فاز آلي نيز بازيابي شد. ميزان انتخاب پذيري فرآيند استخراج با حلال هوايار با استفاده از محلول رافينت و محلول باردار هيپ ليچينگ مجتمع مس سرچشمه مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان دادند. حدود 90% مس را از اين محلول رافينت ميکسر ستلر صنعتي (mg/L 47 مس) و 95% مس از محلول هيپ ليچينگ (mg/L 890 مس) به روش استخراج با حلال هوايار قابل بازيابي است. نسبت فاز آبي به آلي زياد، بازيابي بالاي فلز، عملکرد پيوسته، انتخاب پذيري بالا، شرايط عملياتي آسان و هزينه سرمايه گذاري کم را ميتوان به عنوان مزاياي روش استخراج با حلال هوايار در سيستم پيوسته برشمرد. روش استخراج با حلال هوايار داراي پتانسيل بالايي در ارتباط با استخراج انتخابي فلزات ارزشمند از محلولهاي رقيق آبي مانند زهاب اسيدي معادن و محلول ليچينگ کانسنگهاي کم عيار با ساختار پيچيده است.