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

پایان نامه

بخش هایی از متن پایان نامه :

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

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 بهره گیری 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

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

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

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

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 واکاوی واریانس مدل­ها……………………………………………….88

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

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

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

4-7-3 مطالعه 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 بهره گیری می‏گردد. استحصال این فلز به لحاظ اهمیت آن از کانه‏های با عیار پایین دارای توجیه اقتصادی می‏باشد. در پژوهش حاضر امکانسنجی پرعیارسازی کانسنگ منگنز معدن محمدآباد جیرفت مورد مطالعه قرار گرفته می باشد. بر اساس آنالیزهای شیمیایی، عیار منگنز در نمونه 21 درصد، اکسید آهن­ 66/19 درصد و اکسید سیلیس 07/32 درصد به دست آمده می باشد. 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 آغاز با بهره گیری از جداکننده جیگ بر روی محدوده‏ی دانه بندی1000+3000- میکرون انجام گردید. عیار منگنز در کنسانتره جیگ به 61/23 درصد منگنز رسید. دربازه‏­های 1000- 300+ ، 300- و 100- میکرون با بهره گیری از میزلرزان آزمایش­­های پرعیارسازی انجام گردید، بهترین نتیجه­ی کنسانتره منگنز در این مرحله، عیار 14/31 درصد و بازیابی 43/30 درصد به دست آمد. به مقصود افزایش بازیابی منگنز، از جداکننده‏های مغناطیسی خشک و تر برای پرعیارسازی محصول میانی میزلرزان در محدوده ابعادی 300- میکرون بهره گیری گردید. در مرحله­ی بعد، آزمایش‏های فلوتاسیون بر روی محدوده­ی ابعاد 100- میکرون انجام پذیرفت که در بهترین حالت عیار منگنز 59/27 درصد گردید. به دلیل دست نیافتن به نتیجه­ی مطلوب از روش­های رایج پرعیارسازی فیزیکی و فلوتاسیون می­توان این­گونه نتیجه گرفت که این نوع کانسنگ در گروه کانی­های سخت منگنز قرار داد و بایستی روش­های شیمیایی مانند لیچینگ احیایی را برای پرعیارسازی کانسنگ منگنز معدن محمدآباد جیرفت انتخاب نمود. در بخش نهایی این پژوهش، مراحل روش لیچینگ احیایی مطالعه و نتایج آن تحلیل گردید. در روش لیچینگ احیایی بیش­ترین بازیابی منگنز نسبت به سایر روش‏ها به دست آمد. کاهنده­ی موثر در این روش اسیداکسالیک انتخاب گردید، هم­چنین عامل کنترل لیچینگ تعیین گردید. با بهره گیری 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 می باشد. 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 می باشد. با در نظر داشتن کاهش ذخایر معدنی پرعیار فلزی، بالا بودن هزینه‌های معدنکاری و مقرون ‌به ‌صرفه نبودن معدنکاری در معادن فلزی با عیار پایین، بهره گیری 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 قابل‌بهره گیری‌ی 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 قابل‌بهره گیری نیست.

هدف از این پژوهش معرفی روش­هایی کارآمد برای پرعیارسازی کانسنگ منگنز معدن محمدآباد جیرفت، امکان‌سنجی بهره گیری از روش لیچینگ در استحصال منگنز از کانه و دست­یابی به مشخصات مورد نیاز در صنايع مصرف‌کننده می باشد.

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

نمونه­ی معرف تهیه ‌شده، جهت انجام مطالعات شناسایی نمونه به­‌گونه کامل مورد تجزیه قرار گرفته و خصوصیات آن به گونه دقیق مطالعه گردید. در مرحله بعد از شناسایی نمونه، مطالعه 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 پژوهش به‌مقصود امکان‌سنجی پرعیارسازی و با نتیجه­ی حاصل که قابل ‌بهره گیری کردن سنگ استخراجی معدن منگنز محمدآباد جیرفت می باشد، در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده می باشد. در فصل اول به کلیاتی در مورد منگنز و کانی­های منگنز پرداخته شده می باشد. در فصل دوم ، با تصریح به مطالعات انجام شده توسط دیگر محققین، انواع روش­های فرآوری استحصال منگنز از کانسنگ منگنز معرفی شده می باشد. فصل سوم این پژوهش شامل معرفی نمونه مورد آزمایش و مواد و تجهیزات به کار برده شده هم­چنین تشریح روش انجام پژوهش می باشد. در فصل چهارم نتایج آزمایش­ها به همراه بحث در مورد نتایج آورده شده می باشد. و در نهایت در فصل آخر نتیجه گیری و پیشنهادات موردنظر مطرح شده می باشد.

فصل اول: منگنز و کانی های منگنز

1-1- آشنایی

نام منگنز[1] از واژه لاتين Magnes (Magnet)گرفته شده می باشد که به خواص مغناطيسي پيرولوزيت (کانه اصلي منگنز) تصریح 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 در نظر داشتن 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 می باشد، 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 اقدام مي­كنند، درحالي كه منگنزچنين نيست. علت عملكرد منگنز در اين حالت اين می باشد كه در شرايط عادي ترتيب قرارگيري اتم­هاي منگنز در ساختمان بلورين آن به گونه­اي می باشد كه منگنز معمولاً فلزي شكننده و غيرقابل انعطاف و شكل گيري مي‌باشد. اما وقتي كه منگنز با آهن (و فولادآلومينيوم و ساير فلزات غير آهني تشكيل آلياژ مي­دهد­، باعث بهبود خواص فيزيكي آلياژ مي‌گردد.

خواص شیمیایی

این فلز با اسید واکنش پذیری بالا و با آب به آهستگی تجزیه می­گردد. در ارتباط با دما منگنز به شكل‌هاي آلفا ، بتا و گاما ديده مي‌گردد. 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 مي‌گردد. دماي تغيير شكل الفا به بتا، بتا به گاما و گاما به الفا به ترتيب 720، 1100، 1236 و 1244 درجه سانتي­گراد می باشد.

3-1- کانی شناسی

منگنز در بسياري از کاني­هاي موجود در پوسته زمين هست. 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 می باشد. 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 نمي­گردد و بيشتر به صورت اکسيد، کربنات و سيليکات هست. منگنز از لحاظ ژئو شیمیایی یک عنصر لیتوفیل قوی با اندکی خصوصیات کالکوفیل می باشد.

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 مي­گردد، اما در pH و Eh بالا به دليل تحرك بالا، ته نشيني آهن در آغاز انجام مي­گردد و سپس منگنز ته نشين مي­گردد. چنان­چه وقتي فعاليت­هاي آتش­فشاني زير دريايي به محيط آب وارد مي­شوند، در آغاز آهن در فاصله نزديک منشأ فعاليت آتش فشاني برجاي گذاشته مي­گردد 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 مي­گردد. شکل1-1 محدوده پايداري يون­هاي منگنز را نشان مي­دهد كه طبق آن پايداري Mn2+ در آب­هاي سطحي و درياها به نسبت زياد می باشد.

در شرايط عادي PH و Eh، ترکيبات کربناته و سيليکاته منگنز رسوب مي­کنند. در شرايط اکسيدان قوي از پايداري منگنز کاسته مي­گردد 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 گردد 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 می باشد. برخلاف آهن که در محيط احيايي بيشتر به صورت سولفيد ديده مي­ گردد، منگنز به صورت اکسيد و کربنات يافت مي­گردد.

[1] Manganese

[2] Transition Metals

تعداد صفحه : 141