بهینه سازی لیچینگ آهن از لجن کنورتور ذوب آهن اصفهان

STUDENT

DEGREE

YEAR

Significant amount of solid wastes in form of dust and sludge is generated whit steel and iron production, and quantity of these wastes increase yearly. Dispose of these wastes or recycling of them is one of the important issues in iron and steel industries. Usual method for dispose these wastes is dumping them near the factory. But nowadays, this dusts and sludge is The aim of this work is investigating the leaching of Iron from converter sludge of ZOB AHAN, and optimization of effective parameter on it to recover maximum of Iron. In this research, leaching of iron from BOF sludge whit sulfuric acid was investigated. Primary experiments was done to determine the suitable acid and investigate effect of additions, and the optimization experiments was done to study effective parameter on leaching and determine the optimum conditions. Experiments were carried out in container with the capacity of 0.5 lit by stirrer at atmospheric pressure. Primary experiments was done by using sulphuric, nitric and chloridric acid. Also the effect of adding the sodium chloride and sodium solphate on iron recovery in the leach system was studied. The results of primary experiments showed that sulphuric acid is the best choice for leaching. 30 min after starting the experiment, recovery of Fe in sulphuric acid, chloridric acid and nitric acid system was 85, 71 and 39%, respectively. Also it was seen that additions has no effect on the leaching. Recovery of Iron was 60% for using the sodium chloride and 69% for using the sodium sulphate. At the next step, the effect of acid concentration, solid percent, temperature and time was studied by using the center composite design. Ranges that proposed for the parameters is: 1-3 mol/lit for acid concentration, solid percent from 10 to 20%, temperature from 70 to 90 ?C and the time from 30 to 90 minuet. To determine the optimum condition, 30 experiments have been done. Results of the experimental data were analyzed by analysis of variance (ANOVA) and the most appropriate model with a confidence level of 95% was used. The suitable model for responses of iron recovery was quadratic. Results showed that the parameters of acid concentration and solid percent had the most effect on Iron recovery efficiencies. Increasing the acid concentration and solid percent, increase and decrease the Fe recovery, respectively. Temperature and time have low effect on Fe recovery. Maximum recovery was obtained in 2.95 mol/lit acid concentration, 10.17% solid percent, 89 ?C and 80 minute. In this conditions, the recovery of iron exceed to 88.95%.

همراه با تولید آهن و فولاد، مقادیر قابل توجهی باطله ی جامد به شکل غبار و لجن تولید می شود و میزان این باطله ها هر سال رو به افزایش است. دفع این باطله ها یا استفاده مجدد از آن ها از مهمترین دغدغه های صنایع آهن و فولاد است. روش معمول برای دفع این باطله ها، انباشت کردن آن ها در نزدیکی کارخانه فولاد است. اما امروزه در اکثر کشورهای صنعتی غبار کارخانه های تولید آهن و فولاد جزء پسماندهای خطرناک محسوب می شود، زیرا عناصر سمی از جمله فلزات سنگین را به همراه دارد. بنابراین باید در مناطق مشخصی انباشت شوند. این امر دفع آن ها را پر هزینه می کند. از طرف دیگر غبارهای فولاد سازی معمولاً حاوی منابع مفیدی همچون آهن، کلسیم، روی، سرب و ... هستند که می توان آن ها را بازیابی کرد و مورد استفاده مجدد قرار داد. اگر باطله ها دفع شوند فلزات با ارزش از دست خواهند رفت. مسائل و مشکلات زیست محیطی مربوط به انباشت کردن لجن کنورتور و همچنین پتانسیل بالای لجن به منظور بازیابی آهن با توجه به محتوی آهن بسیار بالای آن، بازیابی و جداسازی آهن از لجن کنورتور را به یک ضرورت تبدیل کرده است. هدف از انجام این پروژه بررسی فرایند لیچینگ آهن از لجن کنورتور(کوره پایه اکسیژن) ذوب آهن اصفهان و بهینه سازی پارامترهای موثر بر آن جهت بازیابی حداکثری آهن است. در این پژوهش بازیابی آهن از لجن کنورتور ذوب آهن اصفهان با لیچینگ توسط اسید سولفوریک بررسی شده است. آزمایش های لیچینگ مقدماتی، برای تعیین اسید مناسب و بررسی اثر افزاینده ها و آزمایش های بهینه سازی، جهت بررسی پارامترهای مؤثر بر لیچینگ و تعیین شرایط بهینه انجام شدند. آزمایش ها در محفظه ی نیم لیتری با همزن مکانیکی و در فشار اتمسفری انجام گردیدند. در آزمایش های مقدماتی از اسید سولفوریک، اسید نیتریک و اسید کلریدریک به منظور تعیین نوع اسید مناسب استفاده شد. همچنین تأثیر افزایش کلرید سدیم و سولفات سدیم بر بازیابی آهن در سیستم لیچینگ مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمایش های لیچینگ مقدماتی نشان داد که مناسب ترین عامل انحلال، اسید سولفوریک است. به طوری که پس از 30 دقیقه، بازیابی آهن در محیط های اسید سولفوریک، اسید کلریدریک و اسید نیتریک به ترتیب برابر با %85، %71 و % 39 بدست آمد. همچنین مشاهده گردید که افزودنی ها تأثیر چندانی بر افزایش بازیابی آهن ندارند. بازیابی آهن در زمان 30 دقیقه، در هنگام استفاده از سدیم کلرید و سولفات سدیم به ترتیب برابر با %60 و %69 بدست آمد. در مرحله ی بعد با استفاده از طرح آزمایشی مرکب مرکزی تأثیر پارامتر های غلظت اسید، درصد جامد، دما و زمان فرآیند بر بازیابی آهن، مورد بررسی قرار گرفت. بازه های در نظر گرفته شده برای پارامترهای مؤثر به این صورت است: غلظت اسید از 1 تا 3 مول بر لیتر، درصد جامد %10 تا %20، دما 70 تا 90 درجه سانتیگراد و زمان 30 تا 90 دقیقه بودند. جهت تعیین شرایط بهینه ی لیچینگ، تعداد 30 آزمایش انجام گرفت. نتایج داده های آزمایشگاهی با استفاده از روش آنالیز واریانس (ANOVA) تحلیل شده و مناسب ترین مدل با توجه به سطح اطمینان بالای %95 برای تحلیل پاسخ های به دست آمده استفاده شد. مدل مناسب برای بازیابی آهن، مدل درجه دوم به دست آمد. نتایج نشان داد که پارامترهای غلظت اسید و درصد جامد مؤثرترین عوامل بر کارایی لیچینگ هستند. تأثیر این پارامترها به این صورت است که افزایش غلظت اسید باعث افزایش بازیابی آهن و افزایش درصد جامد باعث کاهش بازیابی آهن می شود. دما و زمان، تأثیر کمتری بر بازیابی آهن داشتند. مطابق مدل آماری، بیشترین بازیابی آهن از پسماند لجن کنورتور در غلظت اسید 95/2 مول بر لیتر، درصد جامد %17/10، دمای 89 درجه سانتیگراد و زمان 80 دقیقه بدست می آید. بازیابی آهن در این شرایط به %95/88 می رسد. آزمایش های سینتیکی برای تعیین مدل لیچ و محاسبه انرژی فعال سازی انجام گرفتند. آزمایش ها با شرایط فرآیندی یکسان و در دماهای 45، 60، 75 و 90 درجه سانتیگراد انجام گرفتند. مشخص شد که واکنش لیچینگ آهن از لجن کتورتور از مدل هسته منقبض شونده پیروی می کند، و نفوذ در لایه محصول، کنترل کننده ی واکنش است. انرژی فعالسازی محاسبه شده برای واکنش لیچینگ آهن از لجن کنورتور برابر با 31/55 کیلوژول بر مول بدست آمد. آزمایش های چند مرحله ای لیچینگ به منظور بررسی بازیابی آهن از جامد باقی مانده انجام گرفتند. بازیابی آهن برای مراحل اول تا سوم به ترتیب، برابر با %85/61، %14/77 و %10/91 بدست آمد. میزان جامد باقی مانده در مراحل اول تا سوم به ترتیب، %3/60، %15/48 و %80/24 جامد اولیه است.