دانشگاه شهید باهنر 

دانشکده فنی و مهندسی

بخش مهندسی شیمی

پایان نامه تحصیلی برای دریافت درجه کارشناسی ارشد رشته مهندسی شیمی گرایش بیوتکنولوژی

بهینه سازی فرآیند بیولیچینگ سرباره  مجتمع مس سرچشمه با استفاده از  روش سطح- پاسخ

استاد راهنما:

دکتر محمدحسن فضائلی پور

چکیده

       این تحقیق به منظور بهینه­سازی پارامترهای عملیاتی جهت استفاده از تکنولوژی بیولیچینگ در استحصال مس از سرباره تولیدی توسط کوره های ذوب انعکاسی مجتمع مس سرچشمه صورت گرفته است. کاربردهای گسترده تکنولوژی لیچینگ باکتریایی کانسنگ­های سولفیدی کم عیار به دلیل کاهش آلودگیهای زیست محیطی و توجیه اقتصادی قابل قبول در مقایسه با سایر روشهای استحصال فلزات در سال­های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. سرباره موجود در دو دامپ مجموعا با ذخیره 6 میلیون تن و عیار متوسط 15/1 درصد وزنی مس ذخیره گردیده است. بیش از 90% کانی­های سولفیدی مس موجود در نمونه کامپوزیت کالکوسیت و کالکوپیریت  می­باشند. بررسی­های اولیه در آزمایش ظروف لرزان در بازه زمانی 15 روز برای گونه­های مختلف میکروارگانیسم­ها صورت گرفت و پارامترهای درصد جامد، pH و درصد تلقیح برای باکتری­های مزوفیل و ترموفیل مورد بررسی قرار گرفت. بیشترین بازیابی مس و آهن در ظروف لرزان برای باکتری­های مزوفیل در دمای 35 درجه سانتیگراد به ترتیب 75% و 30% و برای باکتریهای ترموفیل معتدل در دمای 45 درجه سانتیگراد به ترتیب 78% و 36% بدست آمد. در حالیکه برای نمونه شاهد، در دمای 35  درجه سانتیگراد بیشترین بازیابی مس و آهن به ترتیب 5/34%  و 5/7%  در دمای 45 درجه سانتیگراد بیشترین بازیابی مس و آهن به ترتیب 38%  و 7/9% حاصل شد. انجام آزمایش بیولیچینگ ستونی، نشان داد که در pH برابر 5/1 و دبی 3 میلی لیتردر دقیقه محلول پاششی، در ستون باکتری مزوفیل با دمای 35 درجه سانتیگراد بازیابی 2/51% برای مس و بازیابی 7/10% برای آهن و در ستون شاهد آن ( فاقد باکتری) بازیابی 5/32% برای مس 1/7% برای آهن و در ستون باکتری ترموفیل با دمای 45 درجه سانتیگراد بازیابی 57% برای مس و 7/13% برای آهن در ستون شاهد آن بازیابی 38% برای مس و 2/9% برای فلز آهن بدست آمد.

کلمات کلیدی: بیولیچینگ – سرباره مس– مزوفیل – ترموفیل – روش سطح پاسخ

‹‹فهرست مطالب››

عنوان                                                                                                                صفحه

فصل اول: مقدمه

• تاریخچه هیدرومتالورژی و بیوهیدرومتالورژی در استخراج مس…………………. 2
• مقایسه فرآیندهای هیدرومتالورژی و پیرومتالورژی…………………………………. 4
• معرفی دامپهای سرباره سرچشمه……………………………………………………….. 6
  • دامپ شمالی……………………………………………………………………… 8
  • دامپ جنوبی……………………………………………………………………. 11

فصل دوم: مبانی نظری و مروری بر کارهای گذشته

• کانی­های اکسیدی مس…………………………………………………………… 14
• کانی­های سولفیدی مس…………………………………………………………. 15
• فروشویی میکروبی کانی­های سولفیدی……………………………………….. 15
• میکروارگانیسم­های مورداستفاده در بیولیچینگ……………………………… 16
• تقسیم بندی بر اساس دما…………………………………………………………. 17
  • باکتری­های مزوفیل………………………………………………………. 17
  • ترموفیل معتدل (moderate thermophile)………………………….. 23
  • ترموفیل مطلق (extreme thermophile)…………………………….. 24
• تقسیم بندی باکتری­های براساس خودکفایی غذایی……………………….. 26
• سازگار کردن باکتری با محیط بیولیچینگ (آداپتاسیون) …………………. 28
• عوامل موثر در فروشویی میکروبی……………………………………………… 29
  • عوامل فیزیولوژیکی محیط فروشویی………………………………… 29
  • پتانسیل اکسیداسیون احیا ………………………………………………. 32
  • اسیدیته محیط……………………………………………………………. 32
  • ترکیبات ممانعت کننده………………………………………………… 33
  • دما…………………………………………………………………………. 34
  • نوع کانه…………………………………………………………………… 35
  • اندازه ذرات………………………………………………………………. 36
• مدل­های انحلال باکتریایی کانه­های سولفیدی……………………………….. 37
  • مکانیسم مستقیم………………………………………………………….. 37
  • مکانیزم غیر مستقیم……………………………………………………… 38
• انحلال بیولوژیکی کانی­های سولفیدی مس……………………………….. 39
  • انحلال بیولوژیکی کالکوپیریت…………………………………….. 39
  • انحلال بیولوژیکی کالکوسیت……………………………………….. 40
  • انحلال بیولوژیکی کوولیت………………………………………….. 40
  • انحلال بیولوژیکی پیریت …………………………………………….. 41
• روش­های مختلف فروشویی میکروبی در مقیاس صنعتی………………… 41
  • فروشویی توده ای (Dump Leaching)…………………………… 41
  • فروشویی کپه ای (Heap Leaching) …………………………….. 42
  • فروشویی در محل (In Situ Leaching) …………………………. 42
  • فروشویی در تانک همزن دار (Tank Leaching)……………… 43
  • فروشویی حوضچه ای (Vat Leaching)…………………………. 43
• طراحی آماری آزمایش­ها (DOE)…………………………………………… 45
• روش سطح پاسخ (RSM)…………………………………………………………………………… 47

فصل سوم: مواد و روش تحقیق

• دستورالعمل تهیه نمونه معرف از دامپ‌های موجود………………………………. 49
• شناسایی و تعیین خواص خردایشی و مطالعات فرآوری مقدماتی……………… 56
• آزمایشات فروشویی میکروبی در مقیاس آزمایشگاهی …………………………. 58
  • آزمایش بطری غلتان…………………………………………………………. 58
  • ظروف لرزان (Shaking Flask)…………………………………………… 59
  • آزمایش­های ستون…………………………………………………………….. 61

فصل چهارم: ارائه نتایج و تحلیل یافته ها

• نتایج حاصل از آنالیز ابعادی…………………………………………………………. 66
• نتایج حاصل از آنالیزهای شیمیایی و کانی شناسی………………………………. 67
  • آنالیز مینرالوژی و مطالعات میکروسکپی نمونه سرباره………………… 67
  • آنالیز شیمیایی……………………………………………………………………… 67
• آزمایش­های ظروف لرزان…………………………………………………………….. 68
  • طرح و نتایج آزمایش ظروف لرزان باکتری­های مزوفیل……………….. 68
  • بررسی تغییرات pH ، Eh و درصد بازیابی نسبت به زمان……………… 72
  • طرح و نتایج آزمایش ظروف لرزان باکتری­های ترموفیل معتدل……… 75
  • بررسی تغییرات pH ، Eh و درصد بازیابی نسبت به زمان……………… 78
• نتایج آنالیز بطری غلتان………………………………………………………………… 81
• نتایج آزمایش ستون…………………………………………………………………….. 81

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهاد

• نتیجه گیری……………………………………………………………………… 86
  • بررسی حاصل از مطالعات کانی شناسی سرباره…………………… 86
  • بررسی نتایج حاصل از آزمایش­های ظرف لرزان…………………. 86
  • بررسی نتایج حاصل از آزمایش بطری غلتان……………………….. 87
  • بررسی نتایج حاصل از آزمایش ستون………………………………… 87
• پیشنهادات……………………………………………………………………….. 88

منابع و ماخذ………………………………………………………………………………………..89

پیوست ………………………………………………………………………………………………9

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.