ارائه راهکار عملی برای حل مشکلات زیست محیطی ناشی از پسماند (کیک) حاصل از فرایند تصفیه سرد در فرآیند تولید روی

محورهای موضوعی : پسماند

کیوان شایسته ¹ , پوریا عباسی ² , وحید وحید فرد ³ , مهدی حسینی ⁴

1 - استادیار مهندسی شیمی، گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران. *(مسوول مکاتبات)
2 - دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.
3 - دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.
4 - استادیار شیمی تجزیه، گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه آیت ا...بروجردی، بروجرد، ایران.

تاریخ دریافت : 1397/09/04 تاریخ پذیرش : 1398/03/01 تاریخ انتشار : 1400/01/01

کلید واژه: حذف نیکل-کادمیوم, تصفیه سرد, فرآیند تولید روی, سمنتاسیون,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: در پسماند حاصل از فرایند تصفیه سرد در کارخانه های تولیدی روی، حدود 40 تا 50% روی و سایر فلزات سنگین مضر مانند کادمیم و نیکل وجود دارد. کادمیم و نیکل از جمله فلزات سنگین بوده که در مقادیر بالای غلظت برای سلامتی انسان ها مضر است. حذف آلودگی های زیستی ناشی از این پسماندها، یکی از دغدغه های صنعت روی می باشد. هدف از این پژوهش حذف نیکل و کادمیوم به عنوان ناخالصی در فرایند تولید روی با روش سمنتاسیون می باشد.روش بررسی: روش کار شامل سه مرحله لیچینگ کیک تصفیه سرد، تصفیه ناخالصی ها و الکترولیز می باشد. ابتدا کیک با اسید سولفوریک لیچ شده و محلول حاصل حاوی یون روی به همراه ناخالصی هاینیکل و کادمیوم می باشد. شرایط بهینه برای حذف ناخالصی ها با روش رویه سطح پاسخ (RSM) به دست آمد، سپس توسط روش سمنتاسیون فرایند تصفیه انجام و ناخالصی ها حذف شد و در پایان محلول جهت تولید روی الکترولیز گردید.با استفاده از نرم افزار طراحی آزمایش Design Expert (DOE)، پارامترهای موثر بر فرآیند تصفیه مانند دما، غلظت پودر روی، زمان ماند و غلظت افزودنی بررسی شد.یافته ها: طبق نتایج بیشترین تاثیرگذاری به ترتیب متعلق به زمان ماند، دما، مقدار پودر روی و غلظت افزودنی می باشد. همچنین شرایط بهینه برای حذف نیکل و کادمیوم شامل دمای 85 درجه سانتی گراد، غلظت 63/6 گرم بر لیتر از پودر روی، زمان ماند 100 دقیقه و غلظت 29/10 میلی گرم بر لیتر از افزودنی حاصل شد. تحت این شرایط، ناخالصی ها به حد مجاز برای الکترولیز رسیده و روی موجود در کیک قابل استحصال/بازیابی می باشد.نتیجه گیری: با استفاده از روش سمنتاسیون با حذف ناخالصی ها و سپس با بازیابی روی، علاو بر حل بخشی از مشکلات زیست محیطی ناشی از کیک، بازیابی این فلزات از نظر اقتصادی دارای اهمیت زیادی می باشد.

چکیده انگلیسی:

Background and Objective: In the waste from the cold treatment process in zinc production plants, there is about 40 to 50% of zinc and other harmful heavy metals such as cadmium and nickel. Cadmium and nickel are among the heavy metals that are harmful to human health in high concentrations. Removal of bio-pollutants from these wastes is one of the concerns of the zinc industry. The purpose of this study is to remove nickel and cadmium as impurities in the zinc production process by cementation method.Methodology:The procedure consists of three steps: cold purification cake leaching, impurity purification and electrolysis. The cake is first liquefied with sulfuric acid and the resulting solution contains zinc ions along with nickel and cadmium impurities. Optimal conditions for the removal of impurities were obtained by the surface response method (RSM), then the filtration process was performed by the cementation method and the impurities were removed and finally the solution was electrolyzed to produce zinc. Using Design Expert (DOE) test design software, the parameters affecting the filtration process such as temperature, zinc powder concentration, retention time and additive concentration were investigated.Findings: It was found that most influences related to contact time, temperature, zinc powder amount and additive concentration, respectively. So, optimum conditions for removal of nickel and cadmium containing temperature of 85 centigrade, concentration of 6.63 mg L-1 of zinc powder, contact time of 100 min and concentration of 10.29 mg L-1 for additive were obtained. At these conditions, impurities amounts were reached to the allowed limit for electrolysis and zinc in the cake was recovery.Conclusions: Using cementation method by removing impurities and then recovering zinc, in addition to solving some of the environmental problems caused by the cake, the recovery of these metals is of great economic importance.

منابع و مأخذ:

1. Kadirvelu, K., Thamaraiselvi, K., Namasivayam, C. 2001. Removal of heavy metals from industrial wastewaters by adsorption onto activated carbon prepared from an agricultural solid waste. Bioresource technology, Vo1. 76, pp. 63-65.


2. Fu, F., Wang, Q. 2011. Removal of heavy metal ions from wastewaters: a review. Journal of environmental management, Vol. 92, pp. 407-418.


3. Da̧browski, A. 2004. Selective removal of the heavy metal ions from waters and industrial wastewaters by ion-exchange method. Chemosphere, Vol. 56, pp. 91-106.


4. Mulligan, C.N., Yong, R.N., Gibbs, B.F. 2001. Heavy metal removal from sediments by biosurfactants. Journal of hazardous materials, Vol. 85, pp. 111-125.


5. Rana, S. 2006. Environmental pollution: Health and toxicology. Alpha Science Int'l Ltd.


6. Liu, Y.G. 2006. Removal of cadmium and zinc ions from aqueous solution by living Aspergillus niger. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 16, pp. 681-686.


7. Safarzadeh, M.S. 2011. Reductive leaching of cobalt from zinc plant purification residues. Hydrometallurgy, Vol. 106, pp. 51-57.


8. Fattahi, A., Rashchi, F., Abkhoshk, E. 2016. Reductive leaching of zinc, cobalt and manganese from zinc plant residue. Hydrometallurgy, Vol. 161, pp. 185-19.


9. Agarwal, M., Singh, K. 2017. Heavy metal removal from wastewater using various adsorbents: a review. Journal of Water Reuse and Desalination, Vol. 7, pp. 387-419.


10. Azimi, A. 2017. Removal of heavy metals from industrial wastewaters: a review. Chemical and Biochemical Engineering Reviews, Vol. 4, pp. 37-59.


11. Singh, R., Mahandra, H., Gupta, B. 2017. Solvent extraction studies on cadmium and zinc using Cyphos IL 102 and recovery of zinc from zinc-plating mud. Hydrometallurgy, Vol. 172, pp. 11-18.


12. Vahidi, E., Rashchi, F., Moradkhani, D. 2009. Recovery of zinc from an industrial zinc leach residue by solvent extraction using D2EHPA. Minerals Engineering, Vol. 22, pp. 204-206.


13. Madrzak-Litwa, I., Borowiak-Resterna, A. 2018. Solvent extraction of zinc from chloride solutions using dialkyl derivatives of 2,2′-bibenzimidazole as extractants. Hydrometallurgy, Vol. 182, pp. 8-20.


14. Keshavar-Alamdari, E. 2000. Solvent extraction of zinc from sulfuric acid aqeous media using organophosphures solvents. Annaly 4^th congress of Iranian Metallurgical Engineers.


15. Friedrich, B., Kruger, J., Mendez-Bernal, G., 2002. Alternative solution purification in the hydrometallurgical zinc production. Metalurgija, Vol. 8, pp. 85-101.


16. Makhloufi, L. 1998. Cementation of Ni²⁺ ions from acidic sulfate solutions onto a rotating zinc disc. Electrochimica acta, Vol. 43, pp. 3159-3164.