پایان نامه ارشد مهندسی معدن: امکان سنجی فرآوری کانه سخت منگنز جیرفت

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی معدن

گرایش : فرآوری مواد معدنی

عنوان : امکان سنجی فرآوری کانه سخت منگنز جیرفت

دانشگاه کاشان

دانشکده مهندسی

گروه مهندسی معدن

پايان نامه

جهت اخذ درجه كارشناسي ارشد

در رشته مهندسی معدن – فرآوری مواد معدنی

عنوان:

امکان سنجی فرآوری کانه سخت منگنز جیرفت

استاد راهنما:

دکتر علی اکبر عبدالله زاده

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

مقدمه………………………………………………………………………………………………1

فصل اول ………………………………………………………………………………………3

1-1آشنایی………………………………………………………………………………………..4

1-2خواص…………………………………………………………………………………….4

1-3کانی شناسی………………………………………………………………………………5

1-4ژئوشیمی………………………………………………………………………. ..5

1-5زمین شناسی اقتصادی…………………………………………………………….6

1-5-1- تقسیم بندی کانسارهای منگنز (پارک و مک دیارمید 1975) ……………….8

1-5-2تقسیم بندی کانسارهای منگنز (گیلبرت و پارک 1977) ……………………8

1-6 اکتشاف و ارزیابی ذخایر منگنز……………………………………………………14

1-7روش های عمده استخراج منگنز……………………………………………………14

1-8کاربردهای منگنز………………………………………………………………………….15

1-9توزیع منگنز در دنیا……………………………………………………………………..16

1-9-1تولید منگنز در ایران……………………………………………………………..17

1-9-2 تولید منگنز در دنیا و توسعه های اخیر………………………………….18

فصل دوم……………………………………………………………………………….21

روش های فرآوری منگنز

2-1 مقدمه…………………………………………………………………………………..22

2-2 سنگ جوری…………………………………………………………………………..22

2-3 پرعیارسازی به روش ثقلی…………………………………………………………22

2-4 پرعیارسازی به روش مغناطیسی………………………………………24

2-5 پرعیارسازی به روش فلوتاسیون……………………………………………….24

2-6 روش تشویه………………………………………………………………………24

2-7 پرعیارسازی به روش لیچینگ…………………………………………………25

2-7-1 لیچینگ کاهشی با محلول یون آهن………………………………………28

2-7-2 لیچینگ کاهشی توسط سولفور دی­اکسید یا محلول­های سولفیت………….30

2-7-3 لیچینگ کاهشی با استفاده از کاهنده­های ارگانیک………………………..31

2-7-4 لیچینگ الکترو-کاهشی…………………………………………………………..39

2-7-5 لیچینگ همزمان منگنز (IV) و کانی­های سولفیدی………………………………39

2-7-6 لیچینگ با هیدروژن پراکسید…………………………………………………….40

2-7-7 لیچینگ در محلول اسید هیدروکلریک…………………………………………..42

2-7-8 لیچینگ با نیتروژن دی­اکسید و محلول نیتریک اسید…………………………43

2-8 استحصال منگنز از محلول های لیچینگ…………………………………………..45

2-8-1 بازیابی منگنز به روش استخراج حلالی…………………………………………46

2-8-2 بازیابی منگنز به روش رسوب شیمیایی………………………………………….46

2-8-3 بازیابی منگنز به روش تبادل یونی………………………………………………… 47

2-8-4 مطالعه انجام شده برای بازیابی منگنز……………………………………………47

2-8-4-1 ترسیب منگنز و آهن…………………………………………………………….48

2-9 تولید منگنز الکترولیتی………………………………………………………………….49

2-10 تولید منگنزدی اکسید الکترولیتی ………………………………………………50

2-11 تولید منگنز دی اکسید شیمیایی………………………………………………………50

فصل سوم……………………………………………………………………………………51

معرفی مواد،روش ها و تجهیزات

3-1 مقدمه……………………………………………………………………………………….52

3-2 تهیه نمونه…………………………………………………………………………………. 52

3-3 شناسایی نمونه…………………………………………. ……………………………… 52

3-3-1 تجزیه شیمیایی نمونه…………………………… ………………………….. 52

3-3-2 مطالعات پراش پرتو ایکس(XRD) ……………………………………………..

3-3-3 مطالعات میکروسکوپی…………………………………………………………….53

3-3-4 تجزیه سرندی و تعیین دانه بندی و عیار کانسنگ منگنز…………………….55

3-3-5 مطالعات درجه آزادی…………………………………………………………57

3-4 پرعیارسازی منگنز……………………………………………………………………58

3-4-1 آزمایش پرعیارسازی با جیگ……………………………………………………..58

3-4-2 آزمایش های پرعیارسازی با میزلرزان…………………………………………59

3-4-3 آزمایش های پرعیارسازی به روش مغناطیسی……………………………….59

3-4-4 انجام آزمایش های پرعیارسازی به روش فلوتاسیون………………………….60

3-4-5 روش آزمایش های پرعیارسازی به روش لیچینگ…………………………..60

3-4-5-1 تئوری سینتیک لیچینگ…………………………………………………..61

الف- نفوذ از لایه مایع…………………………………………………………………….63

ب-نفوذ از میان خاکستر…………………………………………………………..64

ج- واکنش شیمیایی……………………………………………………………………64

3-4-6 روش انجام آزمایش های سینتیک………………………………………….66

3-4-7 نرم افزار طراحی آزمایش………………………………………………. 66

3-4-8 روش انجام آزمایش­ها ………………………………………………………..69

فصل چهارم………………………………………………………………………………..70

بحث و نتایج

4-1 مقدمه………………………………………………………………………………….71

4-2 آزمایش های جیگ……………………………………………………………………71

4-3 نتایج آزمایش های میزلرزان……………………………………………………72

4-4 نتایج آزمایش های پرعیار سازی به روش مغناطیسی…………………….77

4-5 نتایج آزمایش های پرعیار سازی به روش فلوتاسیون……………………..80

4-6 نتایج آزمایش های پرعیار سازی به روش لیچینگ………………………….82

الف) تعیین ماده کاهنده……………………………………………………………..82

ب) تعیین عامل کنترل لیچینگ………………………………………………………..83

4-6-1 طراحی آزمایش………………………………………………………………86

4-6-1-1 آنالیز واریانس مدل­ها……………………………………………….88

4-7 بررسی اثر پارامترهای عملیاتی………………………………………………….91

4-7-1 بررسی اثر پارامترهای عملیاتی بر بازیابی منگنز…………………………….91

4-7-2 بررسی اثر پارامترهای عملیاتی بر بازیابی آهن…………………………….96

4-7-3 بررسی اثر پارامترهای عملیاتی بر بازیابی سیلیس…………………………99

4-8 بهینه سازی……………………………………………………………………………..99

فصل پنجم………………………………………………………………………………….102

نتایح و پیشنهادات

5-1 مقدمه……………………………………………………………………………….103

5-2 نتایج و پیشنهادات…………………………………………………………..103

مراجع………………………………………………………………………………………106

چکیده:

منگنز به دلايل اقتصادي و داشتن خصوصيات فيزيكي و شيميايي خاص به عنوان يكي از فلزات کاربردی و مهم در صنايع متالورژي و آلياژهاي غير آهني استفاده می‏شود. استحصال این فلز به لحاظ اهمیت آن از کانه‏های با عیار پایین دارای توجیه اقتصادی می‏باشد. در تحقیق حاضر امکانسنجی پرعیارسازی کانسنگ منگنز معدن محمدآباد جیرفت مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس آنالیزهای شیمیایی، عیار منگنز در نمونه 21 درصد، اکسید آهن­ 66/19 درصد و اکسید سیلیس 07/32 درصد به دست آمده است. مطالعات کانی­شناسی نمونه نشان از حضور بلورهای ریز کانی­های منگنزدار و هم­چنین درگیری با کانی­های گانگ نمونه دارد، در نتایج آزمایش پراش پرتو ایکس کانی­های منگنز به دلیل آمورف بودن و پایین بودن کریستالینیتی بلورها تشخیص داده نشد. آزمایش‏های ثقلی ابتدا با استفاده از جداکننده جیگ بر روی محدوده‏ی دانه بندی1000+3000- میکرون انجام شد. عیار منگنز در کنسانتره جیگ به 61/23 درصد منگنز رسید. دربازه‏­های 1000- 300+ ، 300- و 100- میکرون با استفاده از میزلرزان آزمایش­­های پرعیارسازی انجام شد، بهترین نتیجه­ی کنسانتره منگنز در این مرحله، عیار 14/31 درصد و بازیابی 43/30 درصد به دست آمد. به منظور افزایش بازیابی منگنز، از جداکننده‏های مغناطیسی خشک و تر برای پرعیارسازی محصول میانی میزلرزان در محدوده ابعادی 300- میکرون استفاده شد. در مرحله­ی بعد، آزمایش‏های فلوتاسیون بر روی محدوده­ی ابعاد 100- میکرون انجام پذیرفت که در بهترین حالت عیار منگنز 59/27 درصد شد. به دلیل دست نیافتن به نتیجه­ی مطلوب از روش­های رایج پرعیارسازی فیزیکی و فلوتاسیون می­توان این­طور نتیجه گرفت که این نوع کانسنگ در گروه کانی­های سخت منگنز قرار داد و باید روش­های شیمیایی مانند لیچینگ احیایی را برای پرعیارسازی کانسنگ منگنز معدن محمدآباد جیرفت انتخاب کرد. در بخش نهایی این تحقیق، مراحل روش لیچینگ احیایی بررسی و نتایج آن تحلیل شد. در روش لیچینگ احیایی بیش­ترین بازیابی منگنز نسبت به سایر روش‏ها به دست آمد. کاهنده­ی موثر در این روش اسیداکسالیک انتخاب شد، هم­چنین عامل کنترل لیچینگ تعیین شد. با استفاده از نرم­افزار طراحی آزمایش روش CCD با انجام 30 آزمایش لیچینگ،در آزمایش­های اعتبارسنجی با 4/14 درصد جامد، 60 گرم بر لیتر اسیدسولفوریک، 93/49 گرم بر لیتر اسید اکسالیک در دمای 70 درجه سانتی­گراد، بازیابی منگنز به 4/88 درصد، بازیابی آهن 57/6 درصد و بازیابی سیلیس به 66/0 درصد رسید.

مقدمه:

هدف از فرآوري کانه منگنز توليد محصول با مشخصات موردنیاز در صنايع مصرف‌کننده است. به دليل پايين بودن عيار منگنز در اكثر كانسارهاي شناسایی ‌شده در ايران و نياز به محصول با عيارهاي بسيار بالا در اغلب صنايع مصرف‌کننده منگنز، به ‌کارگیری روش‌های مختلف پرعيارسازي براي تغليظ سنگ استخراج‌ شده لازم و ضروري است. با توجه به کاهش ذخایر معدنی پرعیار فلزی، بالا بودن هزینه‌های معدنکاری و مقرون ‌به ‌صرفه نبودن معدنکاری در معادن فلزی با عیار پایین، استفاده از روش­هایی که بتوانند فلزات ارزشمند را از منابعی با عیار کم و یا کانسنگ‌های سخت (که پرعیارسازی آن‌ها دارای پیچیدگی هست) تغلیظ کند، لازم و مفید خواهد بود.

کانسنگ منگنز استخراجی از معدن محمدآباد جیرفت، با عیار تقریبی 21 درصد، می‌تواند از منابع مهم قابل‌استفاده‌ی ذخایر سنگ منگنز در ایران باشد. در حال حاضر به دلیل پایین بودن عیار، ترکیب خاص کانی‌های منگنزدار و نوع درگیری آن‌ها با سایر کانی‌های باطله، سنگ معدن استخراجی از این معدن در صنايع مصرف‌کننده قابل‌استفاده نیست.

هدف از این تحقیق معرفی روش­هایی کارآمد برای پرعیارسازی کانسنگ منگنز معدن محمدآباد جیرفت، امکان‌سنجی استفاده از روش لیچینگ در استحصال منگنز از کانه و دست­یابی به مشخصات مورد نیاز در صنايع مصرف‌کننده است.

پرعیارسازی کانسنگ منگنز معمولاً با ترکیبی از روش‌ها شامل میز لرزان، جیگ، جدایش مغناطیسی شدت بالای خشک و تر، فلوتاسیون و تشویه کاهشی با استفاده از داروهای ویژه انجام می‌شود.

نمونه­ی معرف تهیه ‌شده، جهت انجام مطالعات شناسایی نمونه به­‌طور کامل مورد تجزیه قرار گرفته و خصوصیات آن به طور دقیق بررسی شد. در مرحله بعد از شناسایی نمونه، بررسی پرعیارسازی کانسنگ منگنز معدن جیرفت به روش‌های ثقلی شامل: جیگ، میز لرزان، روش‌های مغناطیسی و سایر روش‌های فرآوری مواد معدنی مانند فلوتاسیون و لیچینگ انتخابی انجام می­گیرد. در روش‌های مذکور، پارامترهای عملیاتی مؤثر در بازیابی منگنز مورد ارزیابی و بهینه‌سازی قرار می­گیرند.

این تحقیق به‌منظور امکان‌سنجی پرعیارسازی و با نتیجه­ی حاصل که قابل ‌استفاده کردن سنگ استخراجی معدن منگنز محمدآباد جیرفت است، در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده است. در فصل اول به کلیاتی در مورد منگنز و کانی­های منگنز پرداخته شده است. در فصل دوم ، با اشاره به مطالعات انجام شده توسط دیگر محققین، انواع روش­های فرآوری استحصال منگنز از کانسنگ منگنز معرفی شده است. فصل سوم این تحقیق شامل معرفی نمونه مورد آزمایش و مواد و تجهیزات به کار برده شده هم­چنین تشریح روش انجام تحقیق است. در فصل چهارم نتایج آزمایش­ها به همراه بحث در مورد نتایج آورده شده است. و در نهایت در فصل آخر نتیجه گیری و پیشنهادات موردنظر مطرح شده است.

فصل اول: منگنز و کانی های منگنز

1-1- آشنایی

نام منگنز[1] از واژه لاتين Magnes (Magnet)گرفته شده است که به خواص مغناطيسي پيرولوزيت (کانه اصلي منگنز) اشاره مي­کند. با نماد Mn، عدد اتمي 25، وزن اتمي94/54، وزن مخصوص 43/7 گرم بر سانتي­متر مکعب، سختي6 در مقياس موس، جلاي فلزي، شكننده و غير قابل انعطاف، نقطه جوش 1962 درجه سانتي­گراد و نقطه ذوب 1244 درجه سانتي­گراد. منگنز در گروه 7 جدول تناوبي به عنوان فلز [2]بوده و در دوره 4 قرار دارد. محتواي ايزوتوپي منگنز معمولاً با محتواي ايزوتوپي کروم تلفيق شده و در زمين شناسي ايزوتوپي به کار مي­رود. نسبت­هاي ايزوتوپي Mn-Cr شواهدي را از Al26 وPd107 به عنوان تاريخ آغاز بيستم خورشيدي تقويت مي­کند. تغييرات در نسبت هاي Cr53/Cr52 و Mn/Cr از انواع متئوريت­ها، نسبت اوليه Mn53/Mn55 را نشان مي­دهد که سيستم ايزوتوپي Mn-Cr را پيشنهاد مي­کند چند ظرفيتي بودن منگنز به دليل به اشتراك گذاردن 7 الکترون در دو لايه خارجي، با توجه به توزيع 25 الكترونی منگنز، مي­باشد. شش ايزوتوپ پايدار منگنز Mn51، Mn52 ،Mn53،Mn54،Mn55 و Mn56 مي­باشند[1].

2-1- خواص

خواص فیزیکی

منگنز فلزي به رنگ سفيد، خاکستري – نقره ای با هاله مايل به صورتي است، که با فلز كروم در گروه ششم و با فلز آهن در گروه هشتم هم­جوار بوده و از نقطه نظر شيميايي شباهت­هاي زيادي به آن دارد. با اين وجود، از نظر خواص متالورژيكي منگنز تفاوت­هايي با آهن و فلزات نزديك به آن دارد. چرا كه آهن، كبالت و نيكل خواص مفيد فيزيكي خود را به عنوان يك فلز حفظ كرده و در اكثر آلياژها به عنوان عنصر پايه عمل مي­كنند، درحالي كه منگنزچنين نيست. علت عملكرد منگنز در اين حالت اين است كه در شرايط عادي ترتيب قرارگيري اتم­هاي منگنز در ساختمان بلورين آن به گونه­اي است كه منگنز معمولاً فلزي شكننده و غيرقابل انعطاف و شكل گيري مي‌باشد. اما وقتي كه منگنز با آهن (و فولاد)، آلومينيوم و ساير فلزات غير آهني تشكيل آلياژ مي­دهد­، باعث بهبود خواص فيزيكي آلياژ مي‌شود.

خواص شیمیایی

این فلز با اسید واکنش پذیری بالا و با آب به آهستگی تجزیه می­شود. در ارتباط با دما منگنز به شكل‌هاي آلفا ، بتا و گاما ديده مي‌شود. شكل‌هاي آلفا و بتا شكننده هستند. شكل گاما نرم و پايداراست و در صورتي كه درجه حرارت پايين نگهداري نشود، سريعاً به شكل آلفا تبديل مي‌شود. دماي تغيير شكل الفا به بتا، بتا به گاما و گاما به الفا به ترتيب 720، 1100، 1236 و 1244 درجه سانتي­گراد است.

3-1- کانی شناسی

منگنز در بسياري از کاني­هاي موجود در پوسته زمين وجود دارد. علارغم اين که بيش از 300 کاني حاوي منگنز شناسايي شده­اند، اما تعداد کاني­هاي منگنزدار داراي ارزش اقتصادي کمتر از 12 مي­باشد. مهم­ترين كاني­هاي اقتصادي منگنز عبارتند از: اکسیدها شامل کاني­هاي پيرولوزيت، پسيلوملان، هوسمانيت، براونيت، واد، فرانکلينيت، هيدروكسيدها (منگانيت)، كربنات­ها (رودوكروزيت)، سيليكات­ها (ردونيت) و سولفورها (آلابانديت)[2].

4-1- ژئوشیمی

منگنز از نظر فراواني، دوازدهمين عنصر فراوان در پوسته زمين است. کلارک منگنز در تركيب پوسته جامد زمين 1/0% و در سنگ­هاي مافيک و اولترامافيک تا 5/1% مي­رسد. کانی­های منگنز به صورت گسترده پراکنده شده­اند. اين عنصر در طبيعت به صورت خالص تشکيل نمي­شود و بيشتر به صورت اکسيد، کربنات و سيليکات وجود دارد. منگنز از لحاظ ژئو شیمیایی یک عنصر لیتوفیل قوی با اندکی خصوصیات کالکوفیل است.

منگنز در شرايط pH و Eh پائين (احيا) به دليل پتانسيل يوني نسبتاً پائين، حلاليت بيش­تري نسبت به آهن دارد و آسان­تر از آهن از سنگ منشأ ليچ مي­شود، اما در pH و Eh بالا به دليل تحرك بالا، ته نشيني آهن در ابتدا انجام مي­شود و سپس منگنز ته نشين مي­شود. چنان­چه وقتي فعاليت­هاي آتش­فشاني زير دريايي به محيط آب وارد مي­شوند، در ابتدا آهن در فاصله نزديک منشأ فعاليت آتش فشاني برجاي گذاشته مي­شود و سپس منگنز به دليل حلاليت (تحرک پذيري) بيشتر با فاصله زيادتري رسوب مي­کند. به عنوان مثال در بخش بالايي کانسارهاي ماسيوسولفيد (تيپ کوروکو)، آهن در بالاي کانسار قرار مي­گيرد در حالي که منگنز در حاشيه آن تشکيل مي­شود. شکل1-1 محدوده پايداري يون­هاي منگنز را نشان مي­دهد كه طبق آن پايداري Mn2+ در آب­هاي سطحي و درياها به نسبت زياد است.

در شرايط عادي PH و Eh، ترکيبات کربناته و سيليکاته منگنز رسوب مي­کنند. در شرايط اکسيدان قوي از پايداري منگنز کاسته مي­شود و Mn2+ به Mn4+ تبديل شده و در نتيجه اکسيد منگنز (پيرولوزيت) يا اشکال ديگر MnO2 رسوب مي­کنند. در شرايط احيا کننده، يونMn+2 به صورت محلول باقي مي­ماند مگر اين که اين يون با مقدار کافي کربنات حل شده و يا با سيليس تركيب شود كه در نتيجه رودوکروزيت (MnCO3) يا کاني­هاي سيليکاته منگنزدار را تشکيل دهد. در محيط احياکننده قوي نيز کاني­هاي آلابانديت (MnS) يا منگانوزيت (MnO) شکل مي­گيرند. البته به نظر نمي­رسد که محيط رسوب­گذاري مناسبي براي آلابانديت يا منگانوزيت (احيا کننده قوي) وجود داشته باشد. شرايط و محدوده تشکيل سولفيد منگنز MnS بسيار محدود است. برخلاف آهن که در محيط احيايي بيشتر به صورت سولفيد ديده مي­ شود، منگنز به صورت اکسيد و کربنات يافت مي­شود.

[1] Manganese

[2] Transition Metals

تعداد صفحه : 141

قیمت:14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :              [email protected]