SUPERVISOR
Ali Ahmadi ameleh,Seyed mohamad raouf Hosseini
علی احمدی عامله (استاد راهنما) سیدمحمدرئوف حسینی (استاد مشاور)
STUDENT
Mohsen Rabbani
محسن ربانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده معدن
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
Investigating the removal of prohibitive precipitates in coal desulfurization by Heap Bioleaching
The formation of inhibitor precipitations is the biggest operation issue during heap bioleaching process that due to increasing concentration of produced cations and anions that during dissolution process is generated and is caused decreasing permeability in system and inactivation of ores surface. Due to oxidation iron and sulfur and dissolution of sulfide ores, the effluent from process typically has a considerable amount of ferric and sulfate ions that will be accumulated and the concentration will be raised to critical amounts by passing time. By circulation of these ions in heap, precipitates such as jarosite, sulfate calcium and elemental sulfur on the particle surface are formed that they may cuase reducing biooxidation rate and process efficiency. Furthermore, the objective of this research was controlling the amount of aqueous iron and sulfate with jarosite and gypsum and additionally determination optimized condition for removing the foregoing ions from solution of biodesulfurization of coal. In this way, the solution of biodesulfurization of coal by using moderate thermophilic and acidophilic oxidizing iron and sulfur microorganisms such as acidithiubacillus caldus, Leptospirillum ferriphilum, Sulfobacillus thermosulfidooxans and ferriphilum was used. Then formation of precipitation of jarosite and sulfate calcium for removing iron and sulfate ions has been carried out. Initially, biodesulfurization in Erlenmeyer flasks with 200 cc Norris culture medium, at 15% inoculum (v/v) and 15% density pulp (W/v) has performed. For microorganism adaptation with coal the flasks were agitated at 45 o C, 150rpm and pH=1/5-1/8. Afterward, for preparing main solution, the biodesulfurziration of high-sulfur coal from Tabas mine (contains 4/6% sulfur) in a 50-L stirred bioreactor with a rotational speed 180 rpm in a with industrial culture medium has done. After 60 days and by separating solid from liquid and analyzing, it was found that the concentration of ferric ions was 2900mg/L and sulfate ions was 12800mg/L. After solid-liquid separation, for precipitating Ammoniom jarosite, the solution of biodesulfurization of coal was used. For this purpose, parameters such as temperature, time, amount of seed and Ammonia to iron molar ratio was investigated by using a response-surface test design. Finally, it was found that in determinate optimized conditions by software at 95 o C, 2/5 hours, Ammonia to iron molar ratio 0/8 and 40g/L seeds, final elimination of iron ions 98.5% was achieved. By increasing temperature from 85 o C to 95 o C and time from 2 to 6 hours, the rate of removing of iron ions from 88% to 98% was increased. By conducting elimination of sulfate ions process by precipitation of sulfate calcium under different determinate conditions of temperature, time, amount of seeds and pH in test plant, it was found that according to offered optimized conditions by software contains 90 o C, 2 hours, pH=3 and 50g/L seed, final elimination of sulfate ions 71% was achieved. For instance, when pH was increased from 1/5 to 3 and temperature was increased from 60 o C to 90 o C, final removed sulfate ions was increasing sharply from 30% to 70%. Finally, during two process of precipitation Ammoniom jarosite and sulfate calcium, approximately 99% ferric ions and 87.2% sulfate ions was eliminated and sulfate concentration reduced from 12800 mg/L to 1640 mg/L.
تشکیل رسوبات ثانویه بازدارنده یکی از مشکلات مهم عملیاتی در حین فرآیند هیپ بیولیچینگ است که درنتیجه افزایش غلظت کاتیونها و آنیونهای تولیدشده در فرآیند انحلال ایجاد میشود و موجب کاهش نفوذپذیری در سیستم و غیرفعال کردن سطح کانیها میشود. به علت اکسیداسیون آهن و گوگرد و انحلال کانی های سولفیدی ، محلول خروجی از فرآیند دارای مقادیر قابلتوجهی از یون های آهن فریک و سولفات است که باگذشت زمان انباشته و غلظت آن به مقادیر بحرانی میرسد. با بازگشت این یون ها به محیط هیپ، رسوباتی مانند جاروسیت، سولفات کلسیم و گوگرد عنصری بر روی سطح ذرات تشکیل می شود که کاهش نرخ بیواکسیداسیون و کارایی فرآیند را در بردارد. لذا این تحقیق باهدف کنترل مقدار آهن و سولفات محلول با فرآیندهای جاروسیت و ژیپس و نیز تعیین شرایط بهینه برای حذف یونهای مذکور از محلول بیوسولفورزدایی زغالسنگ انجام شد. در این راستا از محلول خروجی از بیوسولفورزدایی زغال سنگ بهوسیله میکروارگانیسم های ترموفیل معتدل و اسیددوست اکسیدکننده گوگرد و آهن که شامل چهار گونه اسیدیتیوباسیلوس کالدوس، لپتوسپیریلیوم فریفیلیوم، سولفوباسیلوس ترموسولفیدوکسیدان و فروپلاسما است، استفادهشده است. سپس از طریق فرآیند ترسیب جاروسیت و سولفات کلسیم اقدام به حذف یون آهن و سولفات شد. در ابتدا فرآیند بیوسولفورزدایی در ارلن مایرهای با حجم 200 میلی لیتر، درصد تلقیح %15 (حجمی/حجمی) و دانسیته پالپ %15 (حجمی/وزنی) در دمای o C 45، دورهمزنی 150 دور بر دقیقه و8/1-5/1 pH= در محیط کشت نوریس آزمایشگاهی میکروارگانیسم ها با زغال سنگ سازگار انجام شد. سپس بهمنظور تهیه محلول اصلی، زغال سنگ پرپیریت طبس (محتوای سولفور 6/4%) در بیورآکتور همزن دار 50 لیتری با شرایط با دور همزنی 180 دور بر دقیقه در محیط کشت صنعتی تحت بیوسولفورزدایی قرار گرفت. پس از 60 روز با جدایش جامد از مایع و انجام آنالیز مشخص شد که غلظت یون فریک mg/L2900 و یون سولفات mg/L12800 بود.پس از جدایش جامد از مایع، محلول حاصل از بیوسولفورزدایی زغالسنگ تحت فرآیند ترسیب آمونیاجاروسیت قرار گرفت. برای این منظور با استفاده از یک طرح آزمایشی سطح – پاسخ تأثیر پارامترهای مختلف زمان، دما، مقدار هسته و نسبت مولی آمونیاک به آهن بررسی شد. درنهایت مشخص شد که حذف یون آهن در شرایط بهینه تعیینشده توسط نرمافزار در دمای o C 95، زمان 5/2 ساعت، نسبت مولی آمونیاک به آهن 8/0 و مقدار هسته g/L40، 5%/98 است. غلظت یون سولفات نیز به mg/L5800 کاهش یافته است. محلول خروجی از این فرآیند تحت شرایط بهینه دارای mg/L5800 سولفات و mg/L110 یون آهن است. با انجام فرایند حذف یون سولفات بهوسیله ترسیب سولفات کلسیم تحت شرایط مختلف دما، زمان، مقدار هسته و pH تعیینشده در طرح آزمایشی مشخص شد که مطابق با شرایط بهینه ارائهشده توسط نرم افزار دمای o C 90، زمان 2 ساعت، 3 pH= و مقدار هسته g/L50، مقدار حذف یون سولفات %71 است. همچنین از آنالیزXRD و تصاویر SEM و EDS جهت بررسی و آنالیز رسوبات تشکیل شده در هر یک از فرآیندهای حذف یون فریک و سولفات استفاده شد. درنهایت در طی دو فرآیند ترسیب آمونیاجاروسیت و سولفات کلسیم، مقدار % 99 یون فریک و %2/87 یون سولفات حذف شده است و غلظت آن از mg/L12800 به mg/L1640 کاهش یافته است