امکان‌سنجی استحصال آلومینا از کائولن به روش تکلیس، انحلال و استخراج حلالی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه فرآوری مواد معدنی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

2 استاد، گروه فرآوری مواد معدنی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

3 استادیار، گروه فرآوری مواد معدنی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

چکیده

در این مقاله استحصال آلومینا از کائولن از طریق فرآیند لیچینگ اسیدی بررسی می‌شود. نمونه کائولن مورد استفاده در این مطالعه از معدن کائولن زنوز (شرکت صنایع خاک چینی ایران)، در اندازه ذرات کوچک‌تر از 150 میکرون تهیه شد. کلسیناسیون نمونه کائولن در دمای C° 700 به مدت 2 ساعت انجام شد. لیچینگ آلومینیم از کائولن کلسینه شده با محلول‌ اسیدی H2SO4 انجام شد. دما و مدت زمان لیچینگ، غلظت اسید و نسبت مایع به جامد، به عنوان پارامترهای لیچینگ مورد بررسی قرار گرفتند. شرایط بهینه لیچینگ در دمای C° 90، مدت زمان 3 ساعت، غلظت اسید M 5/2، نسبت مایع به جامد ml/g 7 و سرعت همزنی rpm 600 تعیین شد و تحت این شرایط، بازیابی لیچینگ آلومینیم 87/94% به دست آمد. برای حذف ناخالصی آهن که در لیچینگ به محلول انتقال می‌یابد، محلول لیچینگ باردار تحت فرآیند تخلیص قرار گرفت. تخلیص با روش استخراج حلالی با فاز آلی تشکیل شده از دپا به عنوان استخراج‌کننده و نفت به عنوان رقیق‌کننده انجام و 71/88% آهن حذف شد. با ترسیب آلومینیم هیدروکسید از محلول‌ آلومینیم سولفات به وسیله سدیم هیدروکسید و به دنبال آن با کلسیناسیون آلومینیم هیدروکسید تولید شده در دمای C° 1200 به مدت 2 ساعت، آلومینایی با خلوص 97% تولید شد. بازیابی کلی استحصال آلومینا از کائولن مورد مطالعه، در شرایط بهینه 46/89% به دست آمد که مطلوب است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A Feasibility Study of Extracting Alumina from Kaolin by Calcination, Dissolution, and Solvent Extraction

نویسندگان [English]

  • S. Azizi 1
  • M. Abdollahy 2
  • M. Mohseni 3
1 M.Sc, Dept. of Mining Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Professor, Dept. of Mining Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Dept. of Mining Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

This paper studies the extraction of alumina from kaolin through an acidic leaching process. The kaolin sample used in this study was taken from the Zonuz kaolin mine (Iran Porcelain Industries Company) at particle sizes smaller than 150 microns. Calcination of the kaolin sample was conducted at 700 ºC for 2 hours. Aluminum was leached from calcined kaolin with an H2SO4 acid solution. Temperature and time of leaching, acid concentration, and liquid-to-solid ratio were investigated as leaching parameters. The optimal leaching conditions were considered at 90 °C, 3 hours duration, 2.5 M acid concentration, 7 ml/g liquid-to-solid ratio, and 600 rpm stirring speed, and under these conditions, aluminum leaching recovery was obtained at 94.87%. To remove the iron impurity that is transferred to the solution during leaching, the pregnant leaching solution was purified. Purification was done by solvent extraction with an organic phase containing D2EHPA as an extractant and oil as a diluent, iron removal was achieved at 88.71%. By precipitating the aluminum hydroxide from a solution of aluminum sulfate with sodium hydroxide followed by calcination of the produced aluminum hydroxide at a temperature of 1200 °C for 2 hours, alumina with a purity of 97% was produced. The total recovery of alumina obtained from the studied kaolin under optimal conditions was 89.46%, which is desirable.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Alumina
  • Kaolin
  • Calcination
  • Acidic leaching
  • Precipitation

مراجع

  1. Davis, K. (2010). “Material Review: Alumina (Al2O3)”. School of Doctoral Studies European Union Journal. 2010(2): pp. 109.
  2. Al-Sumaidaie, D. M. O. (2017). “Study of alumina prepared from Iraqi kaolin”. Iraqi Journal of Physics, 15(34): 148-152.
  3. حسینی، س. ع.، چیتان، م.؛ 1395؛ "آلومینا، روشهای تهیه و خواص سطحی آن". فصلنامه سرامیک ایران، دوره دوم، شماره 46، ص 51-44.
  4. Pereira, J. A. M., Schwaab, M., Dell’Oro, E., Pinto, J. C., Monteiro, J. L. F., and Henriques, C. A. (2009). “The kinetics of gibbsite dissolution in NaOH”. Hydrometallurgy, 96(1-2): 6-13.
  5. شفائی، س. ض.، عبدالهی، م.؛ 1396؛ "هیدرومتالورژی: کلیات و لیچینگ کانی‌های مختلف". انتشارات دانشگاه صنعتی شاهرود، سمنان، 400 صفحه.
  6. طهرانچی، ف.؛ 1394؛ "بررسی جامع صنعت آلومینیوم در ایران و جهان". گزارش واحد خدمات سرمایه گذاری کارگزاری تامین سرمایه نوین، 32 صفحه.
  7. ساریخانی، ا.، عزیزی، ه.، تخم‌چی، ب.؛ 1383؛ "آلومینیم، واقعیات راهکار توسعه". کنفرانس مهندسی معدن ایران.
  8. Bradt, R. C. (2008). “The sillimanite minerals: andalusite, kyanite, and sillimanite”. In Shackelford, J. F., Doremus, R. H. (Eds.): Ceramic and glass materials, Springer, Boston, MA, 41-48.
  9. Bagani, M., Balomenos, E., and Panias, D. (2021). “Nepheline syenite as an alternative source for aluminum production”. Minerals, 11(7): 734.
  10. رضوی، م. ح.؛ 1393؛ "کانی شناسی سیلیکات‌ها". دانشگاه تربیت معلم (خوارزمی)، تهران، 351 صفحه.
  11. بصیری، م.، نبییان جوردی، ف. س.؛ 1383؛ "بررسی مزیت نسبی معادن درحال بهره برداری کائولن ایران با استفاده از روش هزینه منابع داخلی (DRC)". کنفرانس مهندسی معدن ایران.
  12. نوری، ت.، معصومی، ر.؛ 1397؛ "ارزیابی پتانسیل‌های اکتشافی ذخایر کائولن در استان اردبیل". دانشگاه محقق اردبیلی.
  13. Ali, A. H., AL-Taie, M. H., and Ayoob, I. F. (2019). “The Extraction of Alumina from Kaolin”. Engineering and Technology Journal, 37(4A): 133-139.
  14. Tuncuk, A., Ciftlik, S., and Akcil, A. (2013). “Factorial experiments for iron removal from kaolin by using single and two-step leaching with sulfuric acid”. Hydrometallurgy, 134: 80-86.
  15. مجیدی، ط.، فاضلی، م. س.؛ 1398؛ "گزارش وضعیت کائولن در ایران و جهان". وزارت صنعت، معدن و تجارت.
  16. Nnanwube, I. A., Keke, M., and Onukwuli, O. D. (2022). “Assessment of Owhe kaolinite as potential aluminium source in hydrochloric acid and hydrogen peroxide solutions: Kinetics modeling and optimization”. Cleaner Chemical Engineering, 2: 100-022.
  17. Maria, B., Efthymios, B., and Dimitrios, P. (2021). “Exploitation of Kaolin as an Alternative Source in Alumina Production”. Materials Proceedings, 5(1): 24.
  18. Xu, K., Li, J., and Zhang, Y. (2021). “Preparation of Spherical Sub-Micron Alumina from Hainan Kaolin”. Converter Magazine, 2021(3): 317-325.
  19. Toama, H. Z., Al-Ajeel, A., and Jumaah, A. H. (2018). “Studying the efficiency of lime-soda sinter process to extract alumina from colored kaolinite ores using factorial technique of design of experiments”. Engineering and Technology Journal, 36(5 Part A): 500-508.
  20. Tantawy, M. A., and Alomari, A. A. (2019). “Extraction of alumina from nawan kaolin by acid leaching”. Oriental Journal of Chemistry, 35(3): 10-13.
  21. Al-Harahsheh, M., Olaem, N. A., Tahat, O., and Altarawneh, M. (2023). “Pressure leaching of aluminum from kaolin by HCl: Experimental and DFT study”. Hydrometallurgy, 221: 106122.
  22. Hulbert, S., and Huff, D. (1970). “Kinetics of alumina removal from a calcined kaolin with nitric, sulphuric and hydrochloric acids”. Clay Minerals, 8(3): 337-345.
  23. Bhattacharyya, S., and Behera, P. S. (2017). “Synthesis and characterization of nano-sized α-alumina powder from kaolin by acid leaching process”. Applied Clay Science, 146: 286-290.
  24. Hosseini, S. A., Niaei, A., and Salari, D. (2011). “Production of γ-Al2O3 from Kaolin”. Open Journal of Physical Chemistry, 1(2): 23-27.
  25. Zhao, Y., Zheng, Y., He, H., Sun, Z., and Li, A. (2021). “Effective aluminum extraction using pressure leaching of bauxite reaction residue from coagulant industry and leaching kinetics study”. Journal of Environmental Chemical Engineering, 9(2): 104770.
  26. Al-Ajeel, A. W. A., Abdullah, S. Z., Muslim, W. A., Abdulkhader, M. Q., Al-Halbosy, M. K., and Al-Jumely, F. A. (2014). “Extraction of Alumina from Iraqi colored kaolin by lime-sinter process”. Iraqi Bulletin of Geology and Mining, 10(3): 109-117.
  27. Cao, P., Luo, J., Jiang, H., Zhang, X., Rao, M., and Li, G. (2022). “Extraction of alumina from low-grade kaolin in the presence of lime and NaOH via multi-stage hydrothermal process”. Applied Clay Science, 229: 106675.
  28. ElDeeb, A., Brichkin, V. N., Bertau, M., Savinova, Y. A., and Kurtenkov, R. V. (2020). “Solid state and phase transformation mechanism of kaolin sintered with limestone for alumina extraction”. Applied Clay Science, 196: 105-771.
  29. Lin, M., Liu, Y.-Y., Lei, S.-M., Ye, Z., Pei, Z.-Y., and Li, B. (2018). “High-efficiency extraction of Al from coal-series kaolinite and its kinetics by calcination and pressure acid leaching”. Applied Clay Science, 161: 215-224.
  30. Khaled, Z., Mohsen, A., Soltan, A., and Kohail, M. (2023). “Optimization of kaolin into Metakaolin: Calcination Conditions, mix design and curing temperature to develop alkali activated binder”. Ain Shams Engineering Journal, 14(6): 102142.
  31. Johnston, C. J., Pepper, R. A., Martens, W. N., and Couperthwaite, S. (2022). “Relationship between thermal dehydroxylation and aluminium extraction from a low-grade kaolinite: Role of clay chemistry and crystallinity”. Hydrometallurgy, 214: 105967.
  32. Rao, B., Dai, H., Gao, L., He, F., Zhang, M., Gan, F., Zhang, Q., Liu, M., and Yin, Z. (2023). “A novel combined metallurgy-beneficiation method for the facile and low-cost comprehensive resource utilization of low-grade kaolin solid wastes”. Journal of Environmental Management, 345: 118650.
  33. www.morgantechnicalceramics.com, Advanced Thinking in Technical Ceramics, Morgan Advanced Materials Company.
  34. Kyriakogona, K., Giannopoulou, I., and Panias, D. (2017). “Extraction of aluminium from kaolin: A comparative study of hydrometallurgical processes”. In: Proceedings of the 3rd World Congress on Mechanical, Chemical, and Material Engineering (MCM’17), Rome, Italy, Citeseer.
  35. Wang, H., Li, C., Peng, Z., and Zhang, S. (2011). “Characterization and thermal behavior of kaolin”. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 105(1): 157-160.
  36. Chandrasekhar, S., and Ramaswamy, S. (2002). “Influence of mineral impurities on the properties of kaolin and its thermally treated products”. Applied Clay Science, 21(3-4): 133-142.
  37. Eskelinen, A., Hearle, J., Zakharov, A., and Jamsa-Jounela, S.-L. (2015). “Dynamic modeling of a multiple hearth furnace for kaolin calcination”. AIChE Journal, 61(11): 3683-3698.
  38. شفائی، س. ض.، عبدالهی، م.؛ 1393؛ "هیدرومتالورژی: عمل‌آوری محلول‌های لیچینگ". انتشارات دانشگاه صنعتی شاهرود، سمنان.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 21 مرداد 1402
  • تاریخ بازنگری: 09 مهر 1403
  • تاریخ پذیرش: 23 اسفند 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار