SUPERVISOR
Ali Ahmadi ameleh
علي احمدي عامله (استاد راهنما)
STUDENT
Ebrahim Mahmoodian
ابراهيم محموديان
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده معدن
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
ptimizing the leaching of Iron from ZOB AHAN Converter sludge
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 توليد آهن و فولاد، مقادير قابل توجهي باطله ي جامد به شکل غبار و لجن توليد مي شود و ميزان اين باطله ها هر سال رو به افزايش است. دفع اين باطله ها يا استفاده مجدد از آن ها از مهمترين دغدغه هاي صنايع آهن و فولاد است. روش معمول براي دفع اين باطله ها، انباشت کردن آن ها در نزديکي کارخانه فولاد است. اما امروزه در اکثر کشورهاي صنعتي غبار کارخانه هاي توليد آهن و فولاد جزء پسماندهاي خطرناک محسوب مي شود، زيرا عناصر سمي از جمله فلزات سنگين را به همراه دارد. بنابراين بايد در مناطق مشخصي انباشت شوند. اين امر دفع آن ها را پر هزينه مي کند. از طرف ديگر غبارهاي فولاد سازي معمولاً حاوي منابع مفيدي همچون آهن، کلسيم، روي، سرب و ... هستند که مي توان آن ها را بازيابي کرد و مورد استفاده مجدد قرار داد. اگر باطله ها دفع شوند فلزات با ارزش از دست خواهند رفت. مسائل و مشکلات زيست محيطي مربوط به انباشت کردن لجن کنورتور و همچنين پتانسيل بالاي لجن به منظور بازيابي آهن با توجه به محتوي آهن بسيار بالاي آن، بازيابي و جداسازي آهن از لجن کنورتور را به يک ضرورت تبديل کرده است. هدف از انجام اين پروژه بررسي فرايند ليچينگ آهن از لجن کنورتور(کوره پايه اکسيژن) ذوب آهن اصفهان و بهينه سازي پارامترهاي موثر بر آن جهت بازيابي حداکثري آهن است. در اين پژوهش بازيابي آهن از لجن کنورتور ذوب آهن اصفهان با ليچينگ توسط اسيد سولفوريک بررسي شده است. آزمايش هاي ليچينگ مقدماتي، براي تعيين اسيد مناسب و بررسي اثر افزاينده ها و آزمايش هاي بهينه سازي، جهت بررسي پارامترهاي مؤثر بر ليچينگ و تعيين شرايط بهينه انجام شدند. آزمايش ها در محفظه ي نيم ليتري با همزن مکانيکي و در فشار اتمسفري انجام گرديدند. در آزمايش هاي مقدماتي از اسيد سولفوريک، اسيد نيتريک و اسيد کلريدريک به منظور تعيين نوع اسيد مناسب استفاده شد. همچنين تأثير افزايش کلريد سديم و سولفات سديم بر بازيابي آهن در سيستم ليچينگ مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج آزمايش هاي ليچينگ مقدماتي نشان داد که مناسب ترين عامل انحلال، اسيد سولفوريک است. به طوري که پس از 30 دقيقه، بازيابي آهن در محيط هاي اسيد سولفوريک، اسيد کلريدريک و اسيد نيتريک به ترتيب برابر با %85، %71 و % 39 بدست آمد. همچنين مشاهده گرديد که افزودني ها تأثير چنداني بر افزايش بازيابي آهن ندارند. بازيابي آهن در زمان 30 دقيقه، در هنگام استفاده از سديم کلريد و سولفات سديم به ترتيب برابر با %60 و %69 بدست آمد. در مرحله ي بعد با استفاده از طرح آزمايشي مرکب مرکزي تأثير پارامتر هاي غلظت اسيد، درصد جامد، دما و زمان فرآيند بر بازيابي آهن، مورد بررسي قرار گرفت. بازه هاي در نظر گرفته شده براي پارامترهاي مؤثر به اين صورت است: غلظت اسيد از 1 تا 3 مول بر ليتر، درصد جامد %10 تا %20، دما 70 تا 90 درجه سانتيگراد و زمان 30 تا 90 دقيقه بودند. جهت تعيين شرايط بهينه ي ليچينگ، تعداد 30 آزمايش انجام گرفت. نتايج داده هاي آزمايشگاهي با استفاده از روش آناليز واريانس (ANOVA) تحليل شده و مناسب ترين مدل با توجه به سطح اطمينان بالاي %95 براي تحليل پاسخ هاي به دست آمده استفاده شد. مدل مناسب براي بازيابي آهن، مدل درجه دوم به دست آمد. نتايج نشان داد که پارامترهاي غلظت اسيد و درصد جامد مؤثرترين عوامل بر کارايي ليچينگ هستند. تأثير اين پارامترها به اين صورت است که افزايش غلظت اسيد باعث افزايش بازيابي آهن و افزايش درصد جامد باعث کاهش بازيابي آهن مي شود. دما و زمان، تأثير کمتري بر بازيابي آهن داشتند. مطابق مدل آماري، بيشترين بازيابي آهن از پسماند لجن کنورتور در غلظت اسيد 95/2 مول بر ليتر، درصد جامد %17/10، دماي 89 درجه سانتيگراد و زمان 80 دقيقه بدست مي آيد. بازيابي آهن در اين شرايط به %95/88 مي رسد. آزمايش هاي سينتيکي براي تعيين مدل ليچ و محاسبه انرژي فعال سازي انجام گرفتند. آزمايش ها با شرايط فرآيندي يکسان و در دماهاي 45، 60، 75 و 90 درجه سانتيگراد انجام گرفتند. مشخص شد که واکنش ليچينگ آهن از لجن کتورتور از مدل هسته منقبض شونده پيروي مي کند، و نفوذ در لايه محصول، کنترل کننده ي واکنش است. انرژي فعالسازي محاسبه شده براي واکنش ليچينگ آهن از لجن کنورتور برابر با 31/55 کيلوژول بر مول بدست آمد. آزمايش هاي چند مرحله اي ليچينگ به منظور بررسي بازيابي آهن از جامد باقي مانده انجام گرفتند. بازيابي آهن براي مراحل اول تا سوم به ترتيب، برابر با %85/61، %14/77 و %10/91 بدست آمد. ميزان جامد باقي مانده در مراحل اول تا سوم به ترتيب، %3/60، %15/48 و %80/24 جامد اوليه است.