با همکاری مشترک انجمن علوم و فناوری‌های شیمیایی ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

چکیده

یکی از مراحل موثر و مهم تولید روی در کارخانجات روی، مرحله تصفیه برای حذف ناخالصی ­های متداول مانند کبالت، نیکل و کادمیم است که می ­تواند در فرآیند الکترووینینگ باعث ایجاد مشکل شود. در کارخانجات روی ایران، ابتدا در مرحله تصفیه ­گرم کبالت به­روش منگانومتری و سپس در مرحله تصفیه ­سرد، نیکل و کادمیم به ­روش سیمنتاسیون با کمک پودر روی، حذف می­ شود. هدف از این مطالعه بررسی قابلیت استفاده از روش سمنتاسیون به ­جای روش منگانومتری است. در این مقاله، پارامترهای مهم و موثر مانند مانند دما، مقدار پودر روی، زمان اختلاط، مقدار آنتیموان تری­اکسید، اثر سولفات­مس، اندازه ذرات، غلظت یون روی، سرعت اختلاط و pH محلول سولفات­روی مورد مطالعه و بهینه­ سازی قرار گرفت. حالت بهینه در دمای 85 درجه سانتی­گراد، 4.5=pH، غلظت 20 میلی­گرم در لیتر Sb2O3، 8 گرم در لیتر پودر روی، سرعت اختلاط 600 دور در دقیقه،  در 75 دقیقه به­دست آمد. کاهش اندازه ذرات پودر روی راندمان حذف را افزایش داد؛ اما افزایش غلظت سولفات­مس و یون روی باعث کاهش راندمان شد. نتایج نشان داد که راندمان حذف کبالت، نیکل و کادمیم برای روش منگانومتری به­ترتیب برابر 99، 0، و 20 درصد و برای روش سمنتاسیون به­ترتیب 99.5، 99.7 و 99.9 درصد بود. همچنین نتایج نشان داد که روش سمنتاسیون به ­دلیل افزایش غلظت روی محلول. عدم حذف یون منگنز، حذف همزمان ناخالصی ­هایی مانند کبالت، نیکل و کادمیم در یک مرحله و صرفه ­جویی در زمان و هزینه، عملکرد بهتری نسبت به روش منگانومتری دارد.

کلیدواژه‌ها

  • Behnajady, and J. Moghaddam, Statistical evaluation and optimization of zinc electrolyte hot purification process by Taguchi method. J. Cent. South Univ. 22(2015) 2066-2072.
  • S. Boyanov, V. V. Konareva, and N. K. Kolev, Purification of zinc sulfate solutions from cobalt and nickel through activated cementation. Hydrometallurgy. 73(2004) 163-168.
  • Behnajady, A. A. Balesini, and J. Moghaddam, A new approach to the optimisation of zinc electrolyte cold purification process by Taguchi’s method. Can. Metall. Q. 53(2014) 333-339.
  • Dib, and L. Makhloufi, Mass transfer correlation of simultaneous removal by cementation of nickel and cobalt from sulfate industrial solution containing copper: Part I: Onto rotating zinc electrode disc. Chem. Eng. J. 130(2006) 39-44.
  • Bae, and K. Yoo, Leaching behavior of valuable metals from by-product generated during purification of zinc electrolyte. Geosystem Eng. 19(2016) 312-316.
  • Zeng, J. P. Zou, Q. Peng, Z. H. Wen, and Y. Xie, Reaction mechanism of cobalt cementation from high cobalt zinc sulfate solution by zinc dust. Can. Metall. Q. 50(2011) 91-93.
  • Friedrich, J. Kruger, and G. Mendez-Bernal, Alternative solution purification in the hydrometallurgical zinc production. Metalurgija, 8(2002) 85-101.
  • Y. Wang, W. H. Gui, K. L. Teo, R. Loxton, and Ch. H. Yang, Optimal control problems arising in the zinc sulfate electrolyte purification process. J. Glob. Optim. 54(2012) 307-323.
  • Xu, K. Ma, and Z. Guo, Activation mechanism of Sb2O3 during removal of cobalt from zinc sulfate solution. Hydrometallurgy. 82(2006) 150-153.
  • Fattahi, F. Rashchia, and E. Abkhoshk, Reductive leaching of zinc, cobalt and manganese from zinc plant residue. Hydrometallurgy. 161(2016) 185-192.
  • Vahidfard, "In study alternative cementation process with using manganometry for removing Cobalt from ZnSO4 solution", M.S. dissertation, University of Mohaghegh Ardabili (2019).
  • Abbasi, K. Shayesteh, V. Vahidfard, and M. Hosseini, Optimization of the nickel removal process from zinc sulfate solution using central composite design of experiments. Iran. J. Anal. Chem. 81(2021) 17-28.
  • Shayesteh, P. Abbasi, V. Vahidfard, and M. Hosseini, Providing practical instruction for solving environmental problems from residue (cake) of cold purification process in zinc production process. J. Environ. Sci. Technol. 23(2021) 53-63.
  • Abbasi, K. Shayesteh, V. Vahidfard, and M. Hosseini, Optimization and comparison of Ni and Cd removal using zinc powder with the response surface methodology. Iran. J. Chem. Eng. 17(2020) 3-20.
  • Güler, and A. Seyrankaya, Precipitation of impurity ions from zinc leach solutions with high iron contents-A special emphasis on cobalt precipitation. Hydrometallurgy, 164(2016 (118-124.
  • Krause, and R. Sandenbergh, Optimization of cobalt removal from an aqueous sulfate zinc leach solution for zinc electrowinning. Hydrometallurgy. 155(2015) 132-140.
  • Zaheri, "High temperature and high pressure cobalt cementation onto zinc dust", M.S. dissertation, University of British Columbia (2015).
  • Dib, and L. Makhloufi, Mass transfer correlation of simultaneous removal by cementation of nickel and cobalt from sulfate industrial solution containing copper: Part II: Onto zinc powder. Chem. Eng. J. 123(2007) 53-58.
  • Casaroli, B. Cohen, A. R. Tong, and P. Linkson, Cementation for metal removal in zinc electrowinning circuits. Miner. Eng. 18(2005) 1282-1288.
  • Boyanov, V. Konareva, and N. Kolev, Removal of cobalt and nickel from zinc sulfate solutions using activated cementation. J. Min. Metall. B. 40(2004) 41-55.
  • B. Kayin, "Removal of cobalt from zinc sulfate solution by cementation prior to zinc electrowinning", M.S. dissertation, Middle East Technical University (2003).
  • Bøckman, T. Østvold, G. A. Voyiatzis, and G. N. Papatheodorou, Raman spectroscopy of cemented cobalt on zinc substrates. Hydrometallurgy. 55(1) (2000) 93-105.
  • Raghavan, P. K. Mohanan, and S. K. Verma, Modified zinc sulfate solution purification technique to obtain low levels of cobalt for the zinc electrowinning process. Hydrometallurgy, 51(1999) 187-206.
  • Nelson, "Novel activators in cobalt removal from zinc electrolyte by cementation", M.S. dissertation, McGill University Montreal PQ (1999).
  • Lu, D. B. Dreisinger, and W. C. Cooper, Cobalt precipitation by reduction with sodium borohydride. Hydrometallurgy. 45(1997) 305-322.
  • Singh, Technological innovation in the zinc electrolyte purification process of a hydrometallurgical zinc plant through reduction in zinc dust consumption. Hydrometallurgy. 40(1996) 247-262.
  • M. Polcaro, S. Palmas, and S. Dernini, Kinetics of cobalt cementation on zinc powder. Ind. Eng. Chem. Res. 34(1995) 3090-3095.
  • Van Der Pas, "A fundamental study of cobalt cementation with zinc dust in the presence of copper and antimony additives", M.S. dissertation, University of British Columbia (1995).
  • W. Lew, "The removal of cobalt from zinc sulfate electrolytes using the copper-antimoney process", M.S. dissertation, University of British Columbia (1994).
  • Tozawa, T. Nishimura, M. Akahori, and M. A. Malaga, Comparison between purification processes for zinc leach solutions with arsenic and antimony trioxides. Hydrometallurgy. 30(1992) 445-461.
  • S. Blaser, and T. J. O’Keefe, Screening design test for cobalt cementation from zinc electrolyte. Metall. Mater. Trans. B. 14(1983) 495-497.
  • Nelson, W. Wang, G. P. Demopoulos, and G. Houlachi, The removal of cobalt from zinc electrolyte by cementation: a critical review. Miner. Process. Extr. Metall. Rev. 20(2000) 325-356.
  • J. Krause, "Optimisation of the purification process of a zinc sulfate leach solution for zinc electrowinning", M.S. dissertation, University of Pretoria (2014).
  • Yang, G. Xie, G. Zeng, J. Wang, and R. Li, Mechanism of cobalt removal from zinc sulfate solutions in the presence of cadmium. Hydrometallurgy. 81(2006) 62-66.
  • Zeng, G. Xie, D. Yang, J. Wang, X. Li, and R. Li, The effect of cadmium ion on cobalt removal from zinc sulfate solution. Miner. Eng. 19(2006) 197-200.
  • Shayesteh, P. Abbasi, V. Vahidfard, and M. Shahedi Asl, Simultaneous removal of nickel and cadmium during the cold purification of zinc sulfate solution. Arab. J. Sci. Eng. 45(2020) 587-598.
  • Vahidfard, K. Shayesteh, P. Abbasi, and M. Hosseini, Analysis of effective parameters on cadmium cementation reaction from the perspective of diffusion. Journal of Particle Science & Technology. 6(2021) 81-93.
  • Hosseini, K. Shayesteh, V. Vahidfard, and P. Abbasi, Feasibility of zinc recovery from hot-filtrate cake (waste) as practical approach to resolve of environmental problems in zinc industry. J. Environ. Sci. Technol. In press.