Skip to main content
SUPERVISOR
سیدمحمد قریشی (استاد راهنما) امیر رحیمی (استاد راهنما) حسن حداد زاده (استاد مشاور)
 
STUDENT
Zahra Sadat Naghavi
زهرا سادات نقوی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1387

TITLE

Experimental study and mathematical modeling of platinum recovery process from spent catalyst by solid-liquid extraction by cyanide solution at high temperature and pressure
One of the methods of the platinum recovery from industrial wastes is the solid-liquid extraction by cyanide solution at high temperatures and pressures. So far, few studies have been conducted in the field of scientific survey of this process, so that some aspects of this process such as the kinetics of the reaction of platinum with sodium cyanide are completely unknown. Accordingly, this research was conducted to study the platinum recovery process from spent catalysts in a fixed bed reactor using solid-liquid extraction by cyanide solution. At the first step, kinetics of thermal decomposition of the cyanide ions in a sodium cyanide solution at high temperatures was studied. The kinetics experiments were carried out under various operating conditions, including the temperature of the solution (120, 140, and 160°C ), and the initial concentration of the cyanide solution (1 and 3.5 wt%). The obtained kinetic data were fitted into an empirical power–law rate equation and kinetic model parameters were evaluated using the experimental data via a non-linear regression analysis. The values of reaction rate order with respect to the cyanide ion and activation energy are 1.63 and 115.9 kJ/mol, respectively. The average error of kinetic model in predicting the experimental data is %9.7. At the second step, the kinetics of platinum extraction from spent catalyst in cyanide solution at temperatures between 100 and 180 ?C was experimentally studied. Based on the design of experiments via response surface methodology (RSM) by computer simulating software “Minitab 16 ” , experiments were carried out at operating conditions including five solution temperatures, five initial concentrations of cyanide solution and five liquid/solid weight ratios. The obtained kinetics data were fitted into an empirical power–law rate equation and the kinetics model parameters were evaluated by using experimental data via non-linear regression analysis. The reaction orders with respect to platinum and cyanide ions were calculated to be 3.62 and 0.192, respectively. Also the activation energy for this reaction was calculated to be 39.54 kJ/mol. The average error of kinetic model in predicting the experimental data is %16.73. At the final step and for surveying the dynamic behavior of a fixed bed reactor with continuous operation, experiments were carried out in a fixed bed reactor in different conditions at varying leaching temperature, cyanide solution concentration and volume flow rate of solution. Next a dynamic mathematical model was developed for platinum extraction in a fixed-bed reactor and the model was programmed and coded for simulation of the process through a homemade modeling environment in Matlab 7.11.0 (R2010b) software. The predicted results by the model are in good agreement with the experimental data with a relative absolute error of less than 10%. This model was applied in assessing the effect of operating parameters. The results show that the optimum values of the inlet sodium cyanide solution temperature and concentration are 160 °C and 1 wt%, respectively. Also varying the volume ?ow rate of solution and Distribution of cyanide solution along the length of the reactor through side stream have no effect on platinum recovery efficiency.
: یکی از روش‌های بازیابی فلز پلاتین از ضایعات صنعتی روش استخراج جامد-مایع سیانوری می‌باشد. اگرچه نتایج تحقیقات اولیه نشان دهنده قابلیت بالای این روش در بازیابی پلاتین می‌باشد اما تاکنون مطالعات اندکی در زمینه بررسی علمی ‌این فرایند انجام گرفته است، به‌گونه ای که برخی از جنبه‌های این فرایند مانند سینتیک واکنش پلاتین با سدیم سیانید کاملاً ناشناخته مانده است. از طرفی دستیابی به اطلاعات مربوط به سینتیک هر واکنش گامی اساسی در جهت مدلسازی و طراحی واحدهای فرایندی آن واکنش می‌باشد. بر این اساس پژوهش حاضر با هدف مطالعه فرایند بازیابی پلاتین از کاتالیست‌های مستعمل در یک راکتور بستر ثابت به روش استخراج جامد-مایع سیانوری انجام شده است. در راستای انجام این پژوهش و برای اولین بار سینتیک واکنش تجزیه حرارتی یون‌های سیانید در محلول سدیم سیانید و سینتیک واکنش بازیابی پلاتین به روش استخراج جامد-مایع سیانوری در یک راکتور بسته مورد مطالعه قرار گرفت و سپس آزمایش‌های لازم جهت بررسی رفتار دینامیک فرایند در یک راکتور بستر ثابت با عملکرد پیوسته از نقطه نظر جریان محلول سدیم سیانید طراحی و انجام شد و در نهایت یک مدل ریاضی جهت بررسی و مطالعه عملکرد این سامانه توسعه داده شد. به منظور دستیابی به مدل سینتیکی واکنش تجزیه حرارتی یون‌های سیانید، آزمایش‌هایی در محدوده دمایی 120 تا 160 درجه سلسیوس در یک راکتور بسته انجام شد. یک معادله توانی برای سرعت واکنش تجزیه حرارتی یون‌های سیانید در نظر گرفته شد و پارامترهای معادله از طریق رگرسیون غیرخطی داده‌های آزمایشگاهی به دست آمد. میانگین خطای مدل سینتیکی به دست آمده در پیش بینی داده‌های آزمایشگاهی 7/9% می‌باشد. پس از آن سینتیک واکنش استخراج جامد-مایع سیانوری پلاتین از کاتالیست‌های مستعمل در دما و فشار بالا به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش‌هایی در محدوده دمایی 100 تا 180 درجه سلسیوس انجام گرفت. در مرحله آزمایشگاهی اثر سه متغیر دمای واکنش، غلظت محلول سدیم سیانید و نسبت وزنی مایع به جامد بر سرعت واکنش بررسی شد. آزمایش‌ها به روش رویه پاسخ طراحی و در یک راکتور بسته انجام شد. سپس یک معادله توانی برای سرعت واکنش استخراج جامد-مایع سیانوری پلاتین در نظر گرفته شد و پارامترهای معادله از طریق رگرسیون غیر خطی داده‌های آزمایشگاهی به دست آمد. میانگین خطای مدل سینتیکی به دست آمده در پیش بینی داده‌های آزمایشگاهی 73/16% می‌باشد. آزمایش‌های لازم جهت بررسی دینامیک فرایند استخراج جامد-مایع سیانوری پلاتین در یک راکتور بستر ثابت که به همین منظور طراحی و ساخته شده است انجام شد. همچنین یک مدل ریاضی جهت بررسی و مطالعه عملکرد این سامانه توسعه داده شد و شبیه سازی راکتور بستر ثابت بر اساس این مدل در محیط Matlab 7.11.0 (R2010b) انجام شد. به کمک این مدل اثر پارامترهای عملیاتی بر متوسط راندمان بازیابی پلاتین مطالعه شد. نتایج این مطالعه نشان ‌می‌دهد که شرایط بهینه برای رسیدن به بیشترین مقدار بازیابی پلاتین دمای 160 درجه سلسیوس و غلظت 1 درصد وزنی محلول سدیم سیانید در ورودی به راکتور می‌باشد و تغییر دبی حجمی ‌محلول ورودی به راکتور اثر چندانی بر راندمان بازیابی پلاتین ندارد. همچنین به کمک این مدل تأثیر توزیع محلول سدیم سیانید در طول بستر از طریق وجود جریان جانبی بر متوسط راندمان بازیابی پلاتین بررسی شد. نتایج نشان می‌دهد که وجود یک یا چند جریان جانبی اثری بر راندمان بازیابی پلاتین ندارد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی