مطالعه سینتیکی فرآیند فروشویی کانه کم‌عیار اکسید مس در اسیدسولفوریک

محورهای موضوعی : روش های نوین در استخراج فلزات

سید محسن موسوی نژاد ^{1 *} , رضا ایرانخواه ²

1 - مجتمع آموزش عالی گناباد
2 - دانشگاه سمنان

تاریخ دریافت : 1402/05/21 تاریخ پذیرش : 1402/09/05 تاریخ انتشار : 1403/10/12

کلید واژه: فروشویی مس اسیدسولفوریک سینتیک سنگ معدن.,

چکیده مقاله :

در این پژوهشی، فرآیند فروشویی سنگ معدن اکسیدی کم‌عیار مس در اسیدسولفوریک 1 مولار در بازه دمایی  55-25 از منظر سینتیکی مورد مطالعه قرار گرفت. اثر دما و نسبت مایع به جامد بر سرعت انحلال بررسی شد. از مدل هسته­ی کوچک شونده جهت بررسی سازوکار واکنش و استخراج معادلات حاکم بر فرآیند استفاده گردید. نتایج نشان می­دهد افزایش نسبت مایع به جامد تا ml/g 8 باعث افزایش بازدهی فرآیند انحلال مس شده اما افزایش بیشتر آن تأثیری بر بازدهی فرآیند نخواهد داشت. بیشترین درصد بازیابی مس پس از یک ساعت فروشویی در اسیدسولفوریک یک مولار، سرعت هم زدن rpm 350 و نسبت مایع به جامد ml/g 8 به میزان 95% برای دمـــای  55 به‌دست‌آمده است. نتایج همچنین نشان می­دهد مدل ریاضی سرعت فرآیند انحلال، منطبق بر مدل سینتیکی گامپرتز است. بررسی‌های سینتیکی حاکی از آن است که واکنش تحت کنترل نفوذ هم‌زمان در لایه مرزی مایع (فیلم مایع) و در لایه­ی خاکستر (لایه­ی محصولات جامد) است. مقدار انرژی فعال­سازی kJ/mol 5/12 برای واکنش به دست آمد.

چکیده انگلیسی:

In this research, the leaching process of low-grade copper oxide ore in dilute sulfuric acid in the temperature range of 25-55 ℃ was studied from a kinetic’s point of view. The effect of temperature and liquid to solid ratio on dissolution rate was investigated. Shrinking core model (SCM) was used to investigate the reaction mechanism and to extraction of kinetic equations governing the process. The results show that increasing the liquid to solid ratio up to 8 ml/g increases the efficiency of the copper dissolution process, but its further increase will not affect the process efficiency. Maximum copper recovery equal to 95 wt% was achieved after one hour of leaching in 1 M sulfuric acid at 55 ℃, stirring speed of 350 rpm and liquid to solid ratio of 8 ml/g. The results also show that Mathematical model of dissolution rate, can be described by Gumpertz equation. Kinetic studies indicate that the reaction is controlled by simultaneous diffusion in the liquid boundary layer (liquid film) and in the ash layer (solid products layer). The activation energy of 12.5 kJ/mol was obtained for the process.

منابع و مأخذ:

[1] M. K. Tanaydin, Z. B. Tanatdin & N. Demirkiran, "Optimization of process parameters and kinetic modelling for leaching of copper from oxidized copper ore in nitric acid solutions", Transaction of Nonferrous Metals Society of China. vol. 32, pp. 1301-1313, 2022.

[2] M. Saldana, E. Galvez, P. Robles, J. Castillo & N. Toro, "Copper Mineral Leaching Mathematical Models—A Review", MDPI Materials, vol. 15, no. 5, pp. 1757.

[3] M. Hosseinzadeh, A. Entezari, L.S. Pasquier & A. Azizi, "Kinetic Investigation on leahing of copper from low-grade copper oxide deposit in sulfuric acid solution: A case study of the crushing circuit reject of a copper heap leaching plant", Journal of Sustainable Metallurgy, vol. 7, pp. 1154-1168, 2021.

[4] ص. محمدیان، ع. سعیدی، ر. ابراهیمی، ه. ناصری و ص. زیدآبادی، "استخراج مس از کنسانتره سولفیدی اکتیو شده مکانیکی از طریق فروشویی در اسیدسولفوریک"،

[5] S. Bai, X. Fu, C. Li & S. Wen, "Process improvement and kinetic study on copper leaching from low-grade cuprite ores", Physicochemical Problems of Mineral Processing, vol. 54, no. 2, pp. 300-310, 2018.

[6] D. Wu, S. Wen, J. Yang, J. Deng & L. Jiang, "Dissolution Kinetics of Malachite as an Alternative Copper Source with an Organic Leach Reagent", Journal of Chemical Engineering of Japan, vol. 46, no. 10, pp. 677–682, 2013.

[7] H. K. Haghighi, D. Moradkhani, B. Sedaghat, M. Rajaie & A. Behnamfard, "Production of copper cathode from oxidized copper ores by acidic leaching and two-step precipitation followed by electrowinning", Hydrometallurgy, vol. 133, pp. 111-117, 2013.

[8] B. Bayati, A. Azizi & M. karamoozian, "A comprehensive study of the leaching behavior and dissolution kinetics of copper oxide ore in sulfuric acid lixiviant", Scientica Iranica C, vol. 25, no. 3, pp. 1412-1422, 2018.

[9] F. K. Crundwell, "The mechanism of dissolution of minerals in acidic and alkaline solutions: Part III. Application to oxide, hydroxide and sulfide minerals", Hydrometallurgy, vol. 149, pp. 71-81, 2014.

[10] F. K. Crundwell, "The mechanism of dissolution of minerals in acidic and alkaline solutions: Part VI a molecular viewpoint", Hydrometallurgy, vol. 161, pp. 34-44, 2016.

[11] O. N. Ata, S. Colak & Z. Ekinci, "Determination of the optimum condition for leaching of malachite ore in H2SO4 solution," Chemical Engineering & Technology, vol. 24, no.4, pp. 409-413, 2001.

[12] D. Bingol & M. Canbazoglu, "Dissolution kinetics of malachite in sulphuric acid", Hydrometallurgy, vol 72, No. 1-2, pp. 159-165, 2004.

[13] H. Razavizadeh & M. R. Afshar, "Leaching of Sarcheshmeh copper oxide ore in sulfuric acid solution", Minerals and Metallurgical Processing, vol. 25, no. 2, pp. 85-90, 2008.

[14] Y. Wang, S. Wena, Q. Feng, Y. Xiana & D. Liu, "Leaching Characteristics and Mechanism of Copper Flotation Tailings in Sulfuric Acid Solution", Russian Journal of Non-Ferrous Metals, vol. 56, no. 2, pp. 127–133, 2015.

[15] A. Ekmekyapar, N. Demirkıran, A. Künkül & E. Aktaş, "Leaching of malachite ore in ammunium sulfate solutions and production of copper oxide", Brazilian Journal of Chemical Engineering, vol. 32, no. 1, pp. 155-165, 2015.

[16] M. J. Nicol, "The kinetics of the dissolution of malachite in acid solutions", Hydrometallurgy, vol. 177, pp. 214–217, 2018.

[17] و. آقازاده و ع. نبی زاده، "مطالعه و انتخاب روش مناسب برای انحلال مس از کانسنگ معدن مس قره‌تپه"، نشریه مهندسی معدن، دوره 10، شماره 28، صفحه 42-35، 1394.

[18] O. Levenesipel, "Chemical Reaction Engineering", John Wiley & Sons, 3rd edition, 1999.

[19] R. Gouda, H. Baishya & Z. Qin, "Application of Mathematical Models in Drug Release Kinetics of Carbidopa and Levodopa ER Tablets", Journal of Developing Drugs, vol. 6, no. 2, pp. 171, 2017.

[20] H. Lokhandwala, A. deshpande & S. deshpande, "Kinetic modeling and dissolution profiles comparision: An Overview", International Journal of Pharma and Bio Sciences, vol. 4, no. 1, pp. 728-737.

[21] C. F. Dickinson & G. R. Heal, "Solid-liquid diffusion controlled rate equations", Thermochemica Acta, vol. 340-341, pp. 89-103, 1999.

[22] F. Habashi, "Kinetics of metallurgical processes", Métallurgie Extractive Québec Pub, 1999.