Skip to main content
SUPERVISOR
Kayghobad Shams
کیقباد شمس اسحاقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Elaheh Safaeikouchaksaraei
الهه صفائی کوچکسرائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Zeolite synthesis from Isfahan Mobarake Steel Complex induction furnace slag
Nowadays, one of the environmental problems is spread of waste or side products of industries. Reuse of these wastes can reduce environmental pollution, maintain non-replaceable natural resources, and restores the energy consumed during production of these wastes. One of the most important industrial wastes in Iran is the slag of steel companies, which are the by-product of induction furnaces and contain significant amounts of important elements such as SiO 2 , Al 2 O 3 , FeO and CaO. Slags also have low amounts of MgO, MnO and TiO 2 . Electric Arc Furnace (EAF) slag is a potential raw material for zeolite synthesis. In this study, the synthesis of zeolite A was carried out using acid leaching of slag and adding sodium hydroxide and sodium aluminate to the solid leftover of acid leaching. In this process, sodalite is produced as a byproduct. Zeolite 4A is used in detergents due to its ion exchange capacity, and sodalite is also used in some industries as adsorbent, catalyst, and ion converter catalyst due to its large surface area and large active sites. In all experiments, mass balances of elements were fully considered. In each leaching run, 150 g of pulverized slag was washed with 3600 ml of 8 M acetic acid at 110 o C for 2 h and the solid part was separated by simple paper filtration, followed by leaching the solids with 5000 ml of 5 M hydrochloric acid for 2 h at 110 o C. The final solid was paper filtered and washed with copious DM water, and saved for characterization and zeolite synthesis. To observe silicon to aluminum ratio of one for synthesis of 4A zeolite, 643 ml of sodium aluminate and 102.88 g of 4 M sodium hydroxide was added to the leached slag to prepare gel samples for crystallization. Gel samples were placed in oven for different time intervals for crystallization. After crystallization, the products were separated by paper filtration, washed with DM water and dried; the final product was saved for characterization. XRF, XRD, SEM and EDAX were used for characterization. Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) was used to analyze the liquid leftover of acid leaching. Results of AAS tests showed that there exists 1.7 % wt Fe, 0.3% wt Ca, 0.14% wt Al, 0.19 % wt Mg, 0.12 % wt Ti, and 0.0009% wt Mn in the second acid leaching liquid phase. XRF results indicated that the composition of SiO 2 , FeO, and CaO in solid phase of after final leaching was 93.5%, 0.784%, and 0.746% wt, respectively. By analyzing the XRD patterns and Si/Al ratio by EDAX proved the formation of 4A zeolite. XRD patterns showed that sodalite, Bicchulite, TiO2, FeO, and MgO are also present in the final product as impurities. Studies of crystallization time showed that by increasing the crystallization time, the crystal size became larger, and the zeolite phase of sodalite was increased. Material balances showed that the highest conversion of slag to zeolite 4A and sodalite was obtained at crystallization times of 6 and 12 h, respectively. Finally, the collective yield of 38.7 % was achieved for conversion of slag to 4A zeolite and sodalite.
امروزه یکی از مشکلات محیط زیستی، ضایعات موجود در صنایع می باشند که استفاده بهینه از ضایعات صنعتی منجر به کاهش آلودگی های محیط زیستی، حفظ و نگه داری منابع طبیعی غیر قابل جایگزین و بازیابی انرژی های صرف شده در طی تولید این ضایعات می شود. یکی از ضایعات مهم صنعتی در ایران، سرباره شرکت های فولادسازی است که محصول جانبی کوره های آهن گدازی هستند و حاوی مقدار قابل توجهی از اکسیدهای عناصر مهم مانند سیلیسیم، آلومینیوم، آهن و کلیسم هستند. سرباره کوره القایی یک ماده خام مناسب برای سنتز زئولیت می باشد. در این پژوهش با استفاده از اسیدشویی سرباره و افزودن سدیم هیدروکسید و سدیم آلومینات، مراحل سنتز زئولیت 4a انجام شد و سودالیت به عنوان یک ماده جانبی در این پژوهش می باشد. زئولیت 4a توجه به خاصیت تعویض یونی، در شوینده ها به کار می رود و همچنین به دلیل مساحت سطح داخلی و سایت های فعال زیادی که زئولیت سودالیت دارد، در صنایع به عنوان کاتالیست جاذب و مبدل یونی کاربرد دارد. در تمامی مراحل آزمایش ها موازنه جرمی انجام و لحاظ شده است. جهت سنتز این گونه از زئولیت ها مقدار 150 گرم سرباره در مرحله ی اول با 3600 میلی لیتر استیک اسید و در مرحله دوم با 5000 میلی لیتر هیدروکلریک اسید در دمای 110درجه سانتی گراد و به مدت 2 ساعت شستشو داده شد. با توجه به اینکه از ابتدا محاسبات انجام شده برای سنتز زئولیت 4a انجام شد و جهت برقراری نسبت سیلیسیم به آلومینیوم 1، در مرحله بعد با افزودن 643 میلی لیتر سدیم آلومینات و 102.88 گرم سدیم هیدروکسید 4 مولار نمونه های ژلی تهیه شدند. سپس جهت انجام بلورینگی نمونه ها با مدت زمان های مختلف در آون قرار داده شدند. پس ازصاف کردن و شستشو با آب مقطر و خشک کردن، نمونه های نهایی تهیه و شناسایی شدند. برای شناسایی نمونه ها از آزمون های XRF، XRD، SEM و EDAX استفاده شد و همچنین برای شناسایی فاز مایع حاصل از اسیدشویی از آزمون AAS استفاده شد. نتایج آزمون AAS نشان دادند که مقدار 1.7% وزنی آهن، 0.31% وزنی کلسیم، 0.14% وزنی آلومینیوم، 0.19% وزنی منیزیم، 0.12% وزنی تیتانیوم و 0.0009% وزنی منگنز در مایع حاصل از اسیدشویی ثانویه موجود است و آزمون XRF نشان داد که در نهایت با اسیدشویی ثانویه مقدار 93.5% وزنی سیلیسم اکسید، 0.784% وزنی اکسید آهن و 0.746% وزنی کلسیم اکسید حاصل می شود. نتایج الگوی xrdحاصل از نمونه ها و همچنین نسبت سیلیسیم به آلومینیوم در EDAX نشان داند که زئولیت 4a که فرم سدیم زئولیت می باشد حاصل شد. همچنین افزایش زمان بلورینگی نشان داد که با افزایش زمان بلورینگی اندازه دانه ها درشت تر می شود و فاز زئولیت سودالیت از زئولیت بیشتر می شود. در نهایت، میزان تبدیل سرباره به زئولیت در زمان های مختلف بلورینگی محاسبه شد. محاسبات نشان داد که بالاترین درصد تبدیل سرباره به زئولیت 4aو سودالیت به ترتیب در زمان های بلورینگی 6 ساعت و 12 ساعت حاصل شد. در نهایت بازده تبدیل سرباره به زئولیت 4a سودالیت 38.7% محاسبه شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی