مهندسی متالورژی

مهندسی متالورژی

جایگزینی فرآیند کلرشویی در بازیافت فلز روی از غبار کوره فولادسازی با روشی دوستدار محیط زیست و مبتنی بر استخراج حلالی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
سعید کریمی 1
پدرام اشتری 2
مهشاد رفعتی نیا 3
زهرا محمد علی‌زاده 4
مریم اکبری 4
صمد قاسمی 1
1 استادیار، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه صنعتی همدان، همدان، ایران.
2 استادیار، گروه مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی همدان، همدان، ایران.
3 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه صنعتی همدان، همدان، ایران.
4 دانشجوی کارشناسی، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه صنعتی همدان، همدان، ایران.
10.22076/me.2023.560065.1358
چکیده
در این تحقیق، بازیافت غبار کوره فولادسازی با استفاده از فرآیند لیچینگ در اسید سولفوریک و جداسازی یون روی به روش استخراج حلالی مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به محتوی بالای یون کلرید در غبار فولادسازی، آب مورد استفاده در آزمایش‌ها پس از اتمام فرآیندها در چرخه اول دوباره به ابتدای فرآیند بازیافت غبار کوره فولادسازی برگردانده شد تا اثر یون کلرید بر درصد استخراج فلز روی مورد بررسی قرار گیرد. تهیه محلول آبی با انحلال غبار کوره فولادسازی در اسید سولفوریک و در ادامه رسوب‌دهی آهن به صورت هیدروکسیدی انجام پذیرفت. جهت جداسازی یون روی از محلول آبی از استخراج کننده D2EHPA در دمای ثابت ºC 25 و نسبت فاز آبی به آلی 1:1 استفاده شد. اثر پارامترهای pH در محدوده 5-1 و غلظت حجمی استخراج کننده 30-5 درصد حجمی بر درصد استخراج فلز روی در سه چرخه آب برگشتی بررسی شدند. طبق نتایج حاصل، با افزایش pH تا حدود 3، درصد استخراج فلز روی بشدت افزایش پیدا کرد و درصد استخراج تقریباً کامل در pHهای بالاتر از 3 حاصل شد. همچنین افزایش غلظت استخراج کننده D2EHPA باعث افزایش درصد استخراج روی شده و بهینه مقدار آن 30 درصد حجمی به دست آمد. محاسبات ترمودینامیکی نشان داد که عمده یون فعال فلز روی در محلول لیچینگ Zn2+ است و در چرخه‌های نخست، مکانیسم جذب توسط استخراج کننده D2EHPA را کنترل می‌کند. برازش داده‌های ترمودینامیکی برای چرخه دهم از افزایش درصد مولی گونه ZnCl+ از 05/2 درصد به 86/12 درصد حکایت دارد.
کلیدواژه‌ها
غبار کوره فولادسازی
بازیافت فلز روی
استخراج حلالی
جداسازی یون کلرید
محاسبات ترمودینامیکی

عنوان مقاله English

Replacement of the Chloride Washing Process in the Recovery of Zinc FromSteel-MakingDust with an Environmentally Friendly Method Based on Solvent Extraction

نویسندگان English

Saeid Karimi 1
Pedram Ashtari 2
Mahshad Mahshad Rafatinia 3
Zahra Mohammad Alizadeh 4
Maryam Akbari 4
Samad Ghasemi 1
1 Assistant Professor, Department of Metallurgy and Materials Engineering, Hamedan University of Technology, Hamedan, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Mining, Hamedan University of Technology, Hamedan, Iran.
3 Master of Science Student, Department of Metallurgy and Materials Engineering, Hamedan University of Technology, Hamedan, Iran.
4 Bachelor of Science Student, Department of Metallurgy and Materials Engineering, Hamedan University of Technology, Hamedan, Iran.
چکیده English

The recycling of steel-making dust was investigated using the leaching process in sulfuric acid and the separation of zinc ions by solvent extraction method. Due to the high chloride content of steel-making dust, the spent used in the experiments after the completion of the processes in the first cycle was returned to the beginning of the steel-making furnace dust recycling process to investigate the effect of chloride ions on the extraction of zinc metal. Aqueous solution was prepared by dissolving steel-making dust in sulfuric acid and followed by precipitation of iron in hydroxide form. To separate zinc from aqueous solution, D2EHPA agent was used at a constant temperature of 25 ºC and the ratio of aqueous to organic phase was 1:1. The effect of pH parameter in the range of 1-5 and volume concentration of extractant 5-30% on the extraction of zinc in three cycles of return spent were investigated. According to the results, an increase in pH up to about 3, the extraction of zinc increased enormousely, and the extraction was almost complete at higher than 3. Also, an increment in D2EHPA concentrationenhanced the zinc extraction and the optimum extraction was found to be 30%. Thermodynamic calculations showed that the main active ion of zinc in the leaching solution is Zn2+ and in the first cycles, it controls the absorption mechanism by the D2EHPA extractant. The fitting of thermodynamic data for the 10th cycle also showed that the molar percentage of ZnCl+ species changes from 2.05 % to 12.86%.

کلیدواژه‌ها English

Steel-Making Dust
Zinc Recycling
Solvent Extraction (SX)
Separation of chloride ion
Thermodynamic Calculation
 [1]     Karimi S, Rashchi F, Moghaddam J. Parameters optimization and kinetics of direct atmospheric leaching of Angouran sphalerite. Int J Miner Process 2017;162:58–68. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2017.03.004.
[2]      Tolcin A. Zinc Statistics and Information. National Information Center, United States Geological Survey 2022.
[3]      Yokoi R, Watari T, Motoshita M. Future greenhouse gas emissions from metal production: gaps and opportunities towards climate goals. Energy Environ Sci 2022;15:146–57. https://doi.org/10.1039/D1EE02165F.
[4]      Montenegro V, Oustadakis P, Tsakiridis PE, Agatzini-Leonardou S. Hydrometallurgical Treatment of Steelmaking Electric Arc Furnace Dusts (EAFD). Metallurgical and Materials Transactions B 2013;44:1058–69. https://doi.org/10.1007/s11663-013-9874-0.
[5]      KiranKumar T, Roy GG. A Review on Processing of Electric Arc Furnace Dust (EAFD) by Pyro-Metallurgical Processes. Transactions of the Indian Institute of Metals 2022;75:1101–12. https://doi.org/10.1007/s12666-021-02465-6.
[6]      Buzin PJWK de, Heck NC, Vilela ACF. EAF dust: An overview on the influences of physical, chemical and mineral features in its recycling and waste incorporation routes. Journal of Materials Research and Technology 2017;6:194–202. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2016.10.002.
[7]      Bakkar A. Recycling of electric arc furnace dust through dissolution in deep eutectic ionic liquids and electrowinning. J Hazard Mater 2014;280:191–9. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.07.066.
[8]      Bakkar A, Neubert V. Recycling of cupola furnace dust: Extraction and electrodeposition of zinc in deep eutectic solvents. J Alloys Compd 2019;771:424–32. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.08.246.
[9]      Khanmohammadi Hazaveh P, Karimi S, Rashchi F, Sheibani S. Purification of the leaching solution of recycling zinc from the hazardous electric arc furnace dust through an as-bearing jarosite. Ecotoxicol Environ Saf 2020;202:110893. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.110893.
[10]    Leclerc N, Meux E, Lecuire J-M. Hydrometallurgical recovery of zinc and lead from electric arc furnace dust using mononitrilotriacetate anion and hexahydrated ferric chloride. J Hazard Mater 2002;91:257–70. https://doi.org/10.1016/S0304-3894(01)00394-6.
[11]    Li C-L, Tsai M-S. A crystal phase study of zinc hydroxide chloride in electric-arc-furnace dust. J Mater Sci 1993;28:4562–70. https://doi.org/10.1007/BF00414243.
[12]    Chen W-S, Shen Y-H, Tsai M-S, Chang F-C. Removal of chloride from electric arc furnace dust. J Hazard Mater 2011;190:639–44. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.03.096.
[13]    Bruckard WJ, Davey KJ, Rodopoulos T, Woodcock JT, Italiano J. Water leaching and magnetic separation for decreasing the chloride level and upgrading the zinc content of EAF steelmaking baghouse dusts. Int J Miner Process 2005;75:1–20. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2004.04.007.
[14]   سعید کریمی. لیچینگ انتخابی فلز روی از غبار فولادسازی کوره القایی با استفاده از محلول یوتکتیک عمیق. دهمین کنفرانس بین‌المللی مهندسی مواد و متالورژی (iMat2021)، تهران: 1400، صفحات 10-1.
[15]   مهدی چرخچی, سعید کریمی, بهروز رحیمی, ابراهیم ابراهیمی. بازیافت غبار کوره القایی تولید آهن شرکت جهان فولاد غرب به روش هیدرومتالورژی و تولید اکسید روی خالص. سیزدهمین کنگره سرامیک ایران و سومین کنفرانس بین المللی سرامیک ایران، تهران: 1401، صفحات 12-1.
[16]    Iacoban C, Macoveanu M. A Comparison of Argentometric Titration and Spectrophotometric Determination of Chloride Concentration in Precipitation Samples. Roumanian Biotechnological Letters 2005;10.
[17]    Novick SG. Complexometric Titration of Zinc: An Analytical Chemistry Laboratory Experiment. J Chem Educ 1997;74:1463. https://doi.org/10.1021/ed074p1463.
[18]    Langer H, Offermann H. On the solubility of sodium chloride in water. J Cryst Growth 1982;60. https://doi.org/10.1016/0022-0248(82)90116-6.
[19]    Jackson E. Hydrometallurgical extraction and reclamation. Ellis Horwood; 1986.
[20]    Jafari H, Abdollahi H, Gharabaghi M, Balesini AA. Solvent extraction of zinc from synthetic Zn-Cd-Mn chloride solution using D2EHPA: Optimization and thermodynamic studies. Sep Purif Technol 2018;197:210–9. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.01.020.
[21]    Parkhurst DL, Appelo CAJ. PHREEQC (Version 3)-A Computer Program for Speciation, Batch-Reaction, One-Dimensional Transport, and Inverse Geochemical Calculations. Modeling Techniques, Book 6 2013.
[22]    Azizitorghabeh A, Rashchi F, Babakhani A, Noori M. Synergistic extraction and separation of Fe(III) and Zn(II) using TBP and D2EHPA. Sep Sci Technol 2017;52:476–86. https://doi.org/10.1080/01496395.2016.1250778.
[23]    Sainz-Diaz CI, Klocker H, Marr R, Bart H-J. New approach in the modelling of the extraction equilibrium of zinc with bis-(2-ethylhexyl) phosphoric acid. Hydrometallurgy 1996;42:1–11. https://doi.org/10.1016/0304-386X(95)00075-R.
[24]    Mellah A, Benachour D. The solvent extraction of zinc and cadmium from phosphoric acid solution by di-2-ethyl hexyl phosphoric acid in kerosene diluent. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 2006;45:684–90. https://doi.org/10.1016/j.cep.2006.02.004.

  • تاریخ دریافت 21 مرداد 1401
  • تاریخ بازنگری 04 دی 1401
  • تاریخ پذیرش 11 دی 1401