گروه:
فناوری‌های شیمیایی سبز
مجری(های) طرح (داخل پژوهشکده):
ناظر طرح (داخل پژوهشکده):
دکتر زرین نصری
دکتر مريم رنجبر
تاریخ شروع:
1400
تاریخ خاتمه:
1401
وضعیت:
خاتمه یافته
محل تامین اعتبار:
شرکت کیمیاداران کویر
بودجه طرح:
2050000000
اعتبار داخلی:
0
اعتبار خارجی:
2050000000
فسفوژیپسوم به عنوان پسماند حاصل از فرایند تولید کود شیمیایی فسفاته، حاوی مقادیر قابل توجهی از عناصر نادر خاکی می باشد. با رشد صنایع پیشرفته در دنیا، مصرف عناصر نادر خاکی افزایش یافته و مصرف آن به بیش از 240000 تن در سال رسیده است. پیش بینی های صورت گرفته نشان می دهد که رشد سالانه مصرف این عناصر در حدود 6% بوده و تا سال 2035 مصرف این عناصر به دو برابر مقدار فعلی خواهد رسید. با توجه به این موضوع و محدود بودن منابع تولید این عناصر، توجه ویژه ای به فسفوژیپسوم به عنوان یک منبع ثانویه از سوی پژوهشگران و شرکت های مرتبط گردیده است و در سالیان اخیر مطالعات متعددی بر روی جداسازی این عناصر از فسفوژیپسوم صورت گرفته است.
بررسی مطالعات صورت گرفته در این زمینه نشان می دهد که مطالعات بر دو حوزه لیچینگ و انحلال عناصر نادر خاکی در اسیدهای معدنی و همچنین استخراج حلالی این عناصر از محلول لیچ، متمرکز گردیده است که در این پروژه این منابع به تفصیل بررسی شده اند.
از نقاط مختلف خط تولید کود شیمیایی شرکت کیمیاداران کویر نمونه برداری شد و آنالیزهای لازم بر روی آن ها انجام گردید تا توزیع عناصر نادر خاکی در طول خط تولید مشخص گردد. نتایج به دست آمده نشان داد که تقریبا همه عناصر نادر خاکی موجود در خوراک ورودی با فسفوژیپسوم خارج می گردند.
همچنین نمونه برداری های متعددی از سطح و عمق فسفوژیپسوم دپو شده (حدود 40 نمونه) انجام شد که نشان داد تفاوت چشمگیری در غلظت عناصر نادر خاکی بین نمونه های دپو شده و نمونه تازه تولید شده وجود ندارد و با اطمینان بالایی می توان فعالیت پژوهشی را بر روی نمونه تازه متمرکز کرد و نتایج حاصله را به همه نمونه ها تعمیم داد. وجود مقادیر بالای عنصر نئودیمیوم به عنوان یک عنصر گران قیمت در فسفوژیپسوم شرکت کیمیاداران کویر که امروزه قیمتی در حدود 96 دلار به ازای هر کیلوگرم دارد، می تواند به اقتصادی شدن فرایند بازیابی عناصر نادر خاکی از فسفوژیپسوم کمک نماید.
در ادامه فرایند لیچینگ فسفوژیپسوم و انحلال عناصر نادر خاکی توسط اسیدهای سولفوریک، نیتریک و کلریدریک انجام شد. به منظور دستیابی به فرایند بهینه پس از طراحی آزمایش در نرم افزار Design Expert، در هر مورد تاثیر پارامترهای دما، نسبت فاز مایع به جامد، مدت زمان هم زدن و غلظت اسید با انجام 90 آزمایش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که در شرایط بهینه، اسید نیتریک با اختلاف جزئی از دو اسید دیگر بهتر عمل می نماید و مقادیر بیشتری از عناصر نادر خاکی را در خود حل می نماید.
عملیات استخراج حلالی عناصر نادر خاکی از فاز آبی به دست آمده در مرحله قبل توسط دو استخراج کننده D2EHPA و PC88A در رقیق کننده کروزین انجام شد. برای این منظور به کمک طراحی آزمایشات، تاثیر پارامترهای غلظت استخراج کننده، نسبت فاز آلی به فاز آبی و pH اسید مورد استفاده، طی 40 آزمایش بررسی گردیدند. نتایج به دست آمده نشان داد که به طور کلی استخراج کننده D2EHPA بسیار بهتر از استخراج کننده PC88A عمل می نماید و با استفاده از آن در مراحل مختلف می توان مقادیر زیادی از عناصر نادر خاکی را از فاز آبی جدا نمود. همچنین نتایج به دست آمده نشان دادند که مقادیر زیادی از عناصر نادر خاکی در مرحله تنظیم pH رسوب می نمایند. لذا تصمیم گرفته شد تا فرایند رسوب دهی در همین مرحله توسط عوامل مختلف صورت گیرد.
برای اجرای فرایند رسوب دهی از ترکیبات سود، آمونیاک، بی کربنات آمونیوم و اسید اگزالیک استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که آمونیاک می تواند به عنوان ماده رسوب دهنده اقتصادی به کار گرفته شود. رسوب حاصل از این مرحله دارای حدود 24% از عناصر نادر خاکی بود. میزان نئودیمیوم در این رسوب حدود 3.5% بود که مقدار بالایی برای این عنصر می باشد.
بررسی مطالعات صورت گرفته در این زمینه نشان می دهد که مطالعات بر دو حوزه لیچینگ و انحلال عناصر نادر خاکی در اسیدهای معدنی و همچنین استخراج حلالی این عناصر از محلول لیچ، متمرکز گردیده است که در این پروژه این منابع به تفصیل بررسی شده اند.
از نقاط مختلف خط تولید کود شیمیایی شرکت کیمیاداران کویر نمونه برداری شد و آنالیزهای لازم بر روی آن ها انجام گردید تا توزیع عناصر نادر خاکی در طول خط تولید مشخص گردد. نتایج به دست آمده نشان داد که تقریبا همه عناصر نادر خاکی موجود در خوراک ورودی با فسفوژیپسوم خارج می گردند.
همچنین نمونه برداری های متعددی از سطح و عمق فسفوژیپسوم دپو شده (حدود 40 نمونه) انجام شد که نشان داد تفاوت چشمگیری در غلظت عناصر نادر خاکی بین نمونه های دپو شده و نمونه تازه تولید شده وجود ندارد و با اطمینان بالایی می توان فعالیت پژوهشی را بر روی نمونه تازه متمرکز کرد و نتایج حاصله را به همه نمونه ها تعمیم داد. وجود مقادیر بالای عنصر نئودیمیوم به عنوان یک عنصر گران قیمت در فسفوژیپسوم شرکت کیمیاداران کویر که امروزه قیمتی در حدود 96 دلار به ازای هر کیلوگرم دارد، می تواند به اقتصادی شدن فرایند بازیابی عناصر نادر خاکی از فسفوژیپسوم کمک نماید.
در ادامه فرایند لیچینگ فسفوژیپسوم و انحلال عناصر نادر خاکی توسط اسیدهای سولفوریک، نیتریک و کلریدریک انجام شد. به منظور دستیابی به فرایند بهینه پس از طراحی آزمایش در نرم افزار Design Expert، در هر مورد تاثیر پارامترهای دما، نسبت فاز مایع به جامد، مدت زمان هم زدن و غلظت اسید با انجام 90 آزمایش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که در شرایط بهینه، اسید نیتریک با اختلاف جزئی از دو اسید دیگر بهتر عمل می نماید و مقادیر بیشتری از عناصر نادر خاکی را در خود حل می نماید.
عملیات استخراج حلالی عناصر نادر خاکی از فاز آبی به دست آمده در مرحله قبل توسط دو استخراج کننده D2EHPA و PC88A در رقیق کننده کروزین انجام شد. برای این منظور به کمک طراحی آزمایشات، تاثیر پارامترهای غلظت استخراج کننده، نسبت فاز آلی به فاز آبی و pH اسید مورد استفاده، طی 40 آزمایش بررسی گردیدند. نتایج به دست آمده نشان داد که به طور کلی استخراج کننده D2EHPA بسیار بهتر از استخراج کننده PC88A عمل می نماید و با استفاده از آن در مراحل مختلف می توان مقادیر زیادی از عناصر نادر خاکی را از فاز آبی جدا نمود. همچنین نتایج به دست آمده نشان دادند که مقادیر زیادی از عناصر نادر خاکی در مرحله تنظیم pH رسوب می نمایند. لذا تصمیم گرفته شد تا فرایند رسوب دهی در همین مرحله توسط عوامل مختلف صورت گیرد.
برای اجرای فرایند رسوب دهی از ترکیبات سود، آمونیاک، بی کربنات آمونیوم و اسید اگزالیک استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که آمونیاک می تواند به عنوان ماده رسوب دهنده اقتصادی به کار گرفته شود. رسوب حاصل از این مرحله دارای حدود 24% از عناصر نادر خاکی بود. میزان نئودیمیوم در این رسوب حدود 3.5% بود که مقدار بالایی برای این عنصر می باشد.
Gallery:
نوع کارفرما:
صنعت/مشارکت سازمان و صنعت
نام کارفرما:
کیمیاداران کویر
درصد مشارکت کارفرما:
100%
