پایان نامه رایگان با موضوع تولیدات صنعتی، نمونه برداری، متغیر مستقل

کارخانهی تولید آلومینا در ایران است]۱۶[.

۴-۲- شرح فرآیند
آماده سازی مواد: سنگ بوکسیت که از معدن به وسیلهی کامیون به کارخانه حمل میگردد، پس از خردایش و هموژنیزاسیون وارد آسیاهای گلولهای تر میگردد. محلول قلیایی سود برگشتی و آهک پخته شده در واحد پخت آهک نیز به آسیا اضافه میگردد. دوغاب خروجی از آسیا به منظور سیلیس زدایی به مدت ۸ ساعت در دمای ۱۰۰ درجهی سانتیگراد نگهداری میشود]۱[.

شکل ۴-۱: نمایی از واحد دریافت و خردایش سنگ بوکسیت]۱[

انحلال سنگ: دوغاب سیلیس زدایی شده به وسیلهی پمپهای فشار قوی با فشار حدود ۱۴۵ بار وارد مرحلهی انحلال میگردد. این مرحله شامل پیش گرمکنهای لوله در لوله است که به وسیلهی بخار ایجاد شده از خود دوغاب پس از انحلال گرم میشود و به دمای حدود ۲۲۵ درجهی سانتیگراد میرسد. دوغاب گرم شده وارد کورههای انحلال که در آن لولههای دوغاب پس از عبور از کوره به دمای ۲۷۵ درجهی سانتیگراد که دمای انحلال است میرسد و پس از آن از یک سیستم راکتور لولهای با زمان نگهداری ۴۵ دقیقه عبور مینماید. در این مرحله اکسید آلومینیم سنگ بوکسیت در محلول حل میشود و بقیهی سنگ به شکل باطله در دوغاب باقی میماند]۱[.
سپس دوغاب را مرحله به مرحله در فلاش تانکها افت فشار داده و بخار ایجاد شده در هر یک از این مراحل را در پیش گرمکنها برای گرم کردن دوغاب مورد استفاده قرار میدهند.

شکل ۴-۲: واحد انحلال لولهای]۱۶[

جداسازی گل باطله: دوغاب خنک شده جهت جدا سازی باطله پس از رقیق سازی و سیلیس زدایی ثانویه به وسیلهی سر ریز تیکنرها وارد تیکنرهای ته نشین کنندهی باطله یا به اصطلاح گل قرمز میشود. گل قرمز پس از جدا شدن در ۳ تیکنر شستشو کاملا شسته میشود تا موادی نظیر سود و آلومینا کاملا بازیابی گردد و سپس به وسیلهی پمپهای فشار بالا به سد باطله منتقل میگردد]۱[.
تجزیهی محلول و ترسیب هیدرات آلومینیم: محلول آلومینات سدیم جدا شده از گل پس از فیلتراسیون و خنک شدن جهت رسوب دادن هیدرات به مخازن ترسیب که شامل ۲۱ مخرن ۲۷ متری مجهز به هم زن هستند منتقل میگردد]۱[.
محلول آلومینات جهت ترسیب هیدرات در دو مرحله پس از جداسازی از گل و پس از آگلومراسیون خنک میشود و در دو مرحلهی آگلومراسیون و رشد رسوب میکند و به اندازهی ذرات مناسب میرسد. بخش درشت هیدرات پس از طبقه بندی به عنوان هیدرات محصول و بقیه به عنوان جوانه در فرآیند مصرف میگردند]۱[.

شکل ۴-۳: واحد تجزیهی محلول و ترسیب]۱۶[

تبخیر محلول برگشتی: محلول قلیایی جدا شده از هیدرات که رقیق شده است جهت تغلیظ مجدد و رسیدن به غلظت محلول انحلال در تبخیر کنندهها بوسیلهی بخار بویلر مورد تبخیر قرار گرفته و پس از رسیدن به غلظت مناسب به مدار بر میگردد]۱[.
تکلیس هیدرات و تولید آلومینا: محلول هیدرات میتواند مستقیما به فروش برسد ولی بخش عمدهی آن جهت تکلیس و تولید آلومینا به کورهی تکلیس که از نوع کورههای ثابت با ذرات معلق میباشند انتقال مییابد. تکلیس در حدود دمای ۱۱۰۰ درجهی سانتیگراد انجام میگیرد و آلومینای متالورژیکی با مشخصات حدود ۹۰ – ۸۰% آلومینای گاما و ۲۰ – ۱۰% آلومینای آلفا تولید میگردد]۱[.

شکل ۴-۴: واحد تکلیس هیدرات و تولید آلومینا]۱۶[

از آنجا که هدف از این طرح استحصال گالیم از محلول حاصل از فرآیند بایر می‌باشد مهمترین واحدهای مورد بررسی عبارتند از: واحد جداسازی گل‌ قرمز از آلومینات (PU13)، واحد فیلتراسیون هیدرات (PU17) و واحد تبخیر و تغلیظ و بازیافت سود سوزآور (PU18).
در اینجا به شرح هر یک از این واحدها پرداخته می‌شود.
الف- واحد ته‌نشینی گل‌قرمز (PU13)
در این واحد جداسازی گل‌ قرمز از محلول آلومینات انجام می‌گیرد. پالپ آلومینات به طور پیوسته از تانکرهای رقیق‌سازی به این بخش پمپاژ شده و با افزودن مواد منعقد کننده به آن در تیکنرها، مواد جامد آن ته‌نشین شده و مداوما به بخش شستشو و فیلتراسیون گل انتقال می‌یابد. سرریز تیکنرها نیز جهت حذف مواد جامد باقیمانده به بخش فیلتراسیون محلول آلومینات برای تأمین خوراک بخش ترسیب هیدرات آلومینیوم به بخش مربوطه هدایت می‌گردد. این واحد برای جداسازی گل از ۱۹۵۰۰ تن پالپ در روز در نظر گرفته شده است که ۲۴ ساعته و در تمام ایام سال مشغول کار می‌باشد]۱[.

شکل ۴-۵: واحد ته نشینی گل قرمز]۱۶[

ب- واحد فیلتراسیون هیدرات آلومینیوم (PU17)
در این واحد عملیات زیر انجام می‌شود]۱[:‌
– تولید هیدرات آلومینیوم محصول که برای کلسیناسیون و تولید آلومینا فرستاده می‌شود.
– تهیهی پالپ جوانهی ریز بلور هیدرات که به اولین مرحلهی ترسیب و طبقه‌بندی هیدرات ارسال می‌گردد.
– تهیه پالپ جوانهی درشت بلور هیدرات که به دومین مرحلهی ترسیب هیدرات آلومینیوم فرستاده می‌شود.
– هیدرات محصول که روی فیلتر کاملاً شسته شده است، توسط نوار نقاله جهت انبارسازی و یا تکلیس حمل می‌‌گردد. محلول قلیایی رقیق حاصل از فیلتراسیون به واحد تبخیر و تغلیظ فرستاده می‌شود.
ج- واحد تبخیر و تغلیظ و بازیابی سود سوزآور (PU18)
در این واحد، تبخیر و تغلیظ محلول قلیایی رقیق برگشتی از مرحلهی ترسیب و نهایتاً حذف املاح کریستالیزه در محلول قلیایی تغلیظ شده انجام می‌شود]۱[.
برای این واحد دو خط تبخیر پیش‌بینی شده است که در هر کدام عملیات تبخیر و تغلیظ به صورت جریان متقابل انجام می‌شود. هر خط تبخیر دارای ۵ ب
دنهی تبخیر و به ظرفیت ۶۴/۹۷ تن محلول رقیق در ساعت است. کلاً در این واحد یک خط نمک‌زدایی وجود دارد]۱[.
واحد تبخیر به طور پیوسته و ۸۷۶۰ ساعت در سال کار می‌کند. محلول قلیای غلیظ به دست آمده از این واحد به واحد سیلیس‌زدایی مقدماتی ارسال می‌گردد تا با پالپ بوکسیت خروجی از آسیا مخلوط گردد]۱[.

شکل ۴-۶: واحد تبخیر و تغلیظ و بازیابی سود سوز آور]۱۶[

شکل ۴-۷: فرایند تولید آلومینا از بوکسیت]۱[

فصل پنجم
مواد، تجهیزات و روشها

۵-۱- مقدمه
در کارخانه‌ی تولید آلومینا از بوکسیت جاجرم روزانه چندین مترمکعب محلول قلیایی حاصل از فرآیند بایر تولید می‌شود. اندازه‌گیریهای انجام شده نشان می‌دهد که میزان گالیم در این محلول حدود ppm ۱۲۰ می‌باشد. مطالعات انجام شده نشان میدهد که با گذشت زمان غلظت گالیم در محلول بایر افزایش پیدا میکند به طوری که ممکن است غلظت آن به ppm ۱۷۰ نیز برسد.

۵-۲- محلول آلومینات سدیم
نمونه گیری از نقطهی 17-T-03 (بعد از مرحلهی فیلتراسیون آلومینا) در کارخانهی آلومینای جاجرم انجام شد. مقدار ۳ لیتر از محلول تهیه و به آزمایشگاه ارسال شد. بر اساس نمونه برداریهای قبلی]۱[، نقطهی 17-T-03 مناسبترین نمونه را برای مطالعه به دست میدهد، دلیل این امر غلظت مناسب Na2O و Al2O3 در نمونهی این قسمت است]۱[.

۵-۳- مواد شیمیایی
بر اساس مطالعات قبلی]۱[ استخراج کنندهی Kelex 100 به عنوان سطح ساز اصلی در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفت. از بوتانول و دکانول نیز به عنوان کمک سطح ساز برای ایجاد محیط میکروامولسیون استفاده شد. جدول ۵-۱ مشخصات مواد شیمیایی مورد استفاده را نشان میدهد.

جدول ۵-۱: مشخصات مواد شیمیایی استفاده شده در تحقیق
ردیف
نوع مادهی شیمیایی
فرمول
مشخصات شیمیایی
کشور سازنده
۱
کروزین
هیدروکربنهای پارافینی حداقل ۷۰٪، هیدروکربنهای آروماتیک حداکثر ۲۰٪، هیدروکربنهای الفینی حداکثر ۵٪
دانسیته کمتر از ۱ g/ml ، ویسکوزیته ۷/۲ cSt در °C۲۰
شرکت فلوکا، آلمان
۲
Kelex 100
7-(4-ethyl-1-methyloctyl)-8-quinolino
دانسیته ۱ g/ml
شرکت شیمیایی ادیسه، چین
۳
بوتانول
C4H10O
دانسیته ۸۱/۰ g/ml
شرکت مرک،‌آلمان
۴
دکانول
C10H22O
دانسیته ۸۲/۰ g/ml
شرکت مرک، آلمان
۵
هگزانول
C6H14O
دانسیته ۸۲/۰ g/ml
شرکت مرک، آلمان
۶
اسید کلریدریک
HCl
۹۹٪
شرکت مرک، آلمان

۵-۴- تجهیزات
جدول ۵-۲ مشخصات تجهیزات مورد استفاده در این تحقیق را نشان میدهد.

جدول ۵-۲: مشخصات تجهیزات مورد استفاده در تحقیق
ردیف
نام دستگاه
کشور سازنده
محل تامین
۱
هات پلیت مغناطیسی
آلمان
دانشگاه یزد
۲
قیف دکانتور
ایران
دانشگاه یزد
۳
شیکر آزمایشگاهی
ایران
دانشگاه یزد
۴
سمپلر ۱۰۰-۱۰۰۰ µl
آلمان
دانشگاه یزد

۵-۵- روش انجام آزمایشها
۵-۵-۱- رسم دیاگرام سه فازی
برای بدست آوردن نواحی مناطق وینسوری نیاز به رسم دیاگرامهای سه فازی است.
دیاگرام فازی95، نمایش گرافیکی از داده است که اطلاعات قابل ملاحظهای دربارهی یک ترکیب یا طبیعت تاثیرات متقابل بین بیش از یک ترکیب را فراهم میآورد. دیاگرامهای فازی نقشههای راهنمایی هستند که به کمک آنها تشکیل و پایداری فازهای مختلف بررسی میشوند. این نمودارها در شرایط تعادلی به دست میآیند و به همین دلیل آنها را نمودارهای تعادلی فازی مینامند. اگر چه در بسیاری از فرآیندها و تولیدات صنعتی شرایط تعادلی به طور کامل پدید نمیآید ولی با استفاده از دیاگرامهای تعادلی فازی اطلاعات مفیدی از ترکیب، مقدار، تعداد و پایداری حرارتی فازهایی که ریز ساختار ماده را تشکیل میدهند به دست خواهد آمد. به جرات میتوان گفت که بدون وجود دیاگرامهای فازی پیش بینی رفتار مواد در مجاورت هم و در دماهای بالا امکان پذیر نیست.
برای رسم دیاگرامهای سه فازی عمدتا به این صورت عمل میشود که دو فاز قابل انحلال در یکدیگر حل شده و فاز سوم به تدریج به آنها اضافه میشود. سیستم مدام در حال هم زدن است. در این حالت در اثر اضافه نمودن تدریجی فاز سوم محلول به حالت شفاف در میآید. با ادامهی روند تیتراسیون و ثبت تغییرات سیستم میتوان دیاگرام سه فازی را رسم کرد. دیاگرام سه فازی اطلاعات مناسبی را در مورد رفتار سیستم نشان میدهد.
روش کار: مقدار مشخصی از فاز آلی با مقدار مشخصی از فاز سطح ساز/کمک سطح ساز مخلوط شده و محلول تا شفاف شدن توسط فاز آبی تیتر شد. مقدار حجمی فاز آبی اضافه شده یادداشت شد و سپس تیتراسیون تا کدر شدن محلول ادامه پیدا کرد و مجددا مقدار حجمی فاز آبی اضافه شده ثبت شد. دیاگرام سه فازی با رسم مقادیر فاز آبی، فاز آلی و فاز سطح ساز/کمک سطح ساز به دست میآید. در این مطالعه برای رسم دیاگرام سه فازی از کروزین به عنوان فاز آلی، محلول بایر به عنوان فاز آبی، Kelex 100 به عنوان سطح ساز و یک الکل به عنوان کمک سطح ساز استفاده شد. محلول بدست آمده توسط شیکر آزمایشگاهی به هم زده شد تا فاز آلی یکنواخت بدست آید. سپس به محلول حاصل مرحله به مرحله فاز آبی اضافه شد تا منطقهی وینسوری مورد نظر تشکیل شود. وزن فاز آبی استفاده شده ثبت شد. با ادامهی این روند و بدست آوردن نقاط مختلف، دیاگرام سه فازی توسط نرم افزار Sigma Plot نسخهی 12 رسم شد.

۵-۵-۲- استخراج حلالی گالیم
برای استخراج گالیم از محلول بایر مقدار مشخصی از
فاز آلی به همراه فازهای آبی، سطح ساز و کمک سطح ساز وزن شده درون یک بشر ۵۰ میلی لیتری و با استفاده از مگنت و دستگاه هات پلیت در دمای محیط تحت همزنی قرار گرفتند. پس از طی شدن زمان مشخص محلول به منظور جدایش فازها داخل قیف دکانتور ریخته شد و پس از سپری شدن زمان لازم برای جدایش، فاز آبی تهی شده از گالیم جدا شده و برای آنالیز ارسال شد.

۵-۵-۳- روش آنالیز
آنالیز عناصر آلومینیوم و گالیم در محلولها در آزمایشگاه دانشگاه تربیت مدرس با استفاده از دستگاه ICP مدل ورین96 ساخت کشور استرالیا انجام شد.

۵-۶- روش محاسبات
کاربرد یک یا چند متغیر برای پیش بینی متغیر دیگر را رگرسیون گویند. رگرسیون با استفاده از مقادیر متغیرهای مشخص (متغیر مستقل) مقدار متغیر دیگر (متغیر وابسته) را بدست میآورد. رگرسیون بصورت دو متغیره و چند متغیره محاسبه مى‌شود. در رگرسیون دو متغیره، یک متغیر مستقل و یک متغیر تابع وجود دارد؛ ولى در رگرسیون چند متغیره یک متغیر تابع و چند متغیر مستقل وجود دارند. خط رگرسیون منعکس‌کنندهی مسیر حرکت کلى نقاط پراکنده در دستگاه مختصات اسمى است که مى‌تواند مبین

دیدگاهتان را بنویسید