دانلود رایگان متن کامل پایان نامه ارشد : بهينه سازي فرآيند بيوليچينگ سرباره مجتمع مس سرچشمه

دانلود رایگان متن کامل پایان نامه مقطع ارشد مهندسی شیمی 

گرایش : بيوتکنولوژي

عنوان : بهينه سازي فرآيند بيوليچينگ سرباره  مجتمع مس سرچشمه

دانشگاه شهید باهنر 

دانشکده فني و مهندسي

بخش مهندسي شيمي

پايان نامه تحصيلي براي دريافت درجه کارشناسي ارشد رشته مهندسي شيمي گرايش بيوتکنولوژي

بهينه سازي فرآيند بيوليچينگ سرباره  مجتمع مس سرچشمه با استفاده از  روش سطح- پاسخ

استاد راهنما:

دکتر محمدحسن فضائلي پور

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکيده

       اين تحقيق به منظور بهينه­سازي پارامترهاي عملياتي جهت استفاده از تکنولوژي بيوليچينگ در استحصال مس از سرباره توليدي توسط کوره هاي ذوب انعکاسي مجتمع مس سرچشمه صورت گرفته است. کاربردهاي گسترده تکنولوژي ليچينگ باکتريايي کانسنگ­هاي سولفيدي کم عيار به دليل كاهش آلودگيهاي زيست محيطي و توجيه اقتصادي قابل قبول در مقايسه با ساير روشهاي استحصال فلزات در سال­هاي اخير مورد توجه قرار گرفته است. سرباره موجود در دو دامپ مجموعا با ذخيره 6 ميليون تن و عيار متوسط 15/1 درصد وزني مس ذخيره گرديده است. بيش از 90% کاني­هاي سولفيدي مس موجود در نمونه کامپوزيت کالکوسيت و کالکوپيريت  مي­باشند. بررسي­هاي اوليه در آزمايش ظروف لرزان در بازه زماني 15 روز براي گونه­هاي مختلف ميکروارگانيسم­ها صورت گرفت و پارامترهاي درصد جامد، pH و درصد تلقيح براي باکتري­هاي مزوفيل و ترموفيل مورد بررسي قرار گرفت. بيشترين بازيابي مس و آهن در ظروف لرزان براي باکتري­هاي مزوفيل در دماي 35 درجه سانتيگراد به ترتيب 75% و 30% و براي باکتريهاي ترموفيل معتدل در دماي 45 درجه سانتيگراد به ترتيب 78% و 36% بدست آمد. در حاليكه براي نمونه شاهد، در دماي 35  درجه سانتيگراد بيشترين بازيابي مس و آهن به ترتيب 5/34%  و 5/7%  در دماي 45 درجه سانتيگراد بيشترين بازيابي مس و آهن به ترتيب 38%  و 7/9% حاصل شد. انجام آزمايش بيوليچينگ ستوني، نشان داد که در pH برابر 5/1 و دبي 3 ميلي ليتردر دقيقه محلول پاششي، در ستون باکتري مزوفيل با دماي 35 درجه سانتيگراد بازيابي 2/51% براي مس و بازيابي 7/10% براي آهن و در ستون شاهد آن ( فاقد باکتري) بازيابي 5/32% براي مس 1/7% براي آهن و در ستون باکتري ترموفيل با دماي 45 درجه سانتيگراد بازيابي 57% براي مس و 7/13% براي آهن در ستون شاهد آن بازيابي 38% براي مس و 2/9% براي فلز آهن بدست آمد.

کلمات کليدي: بيوليچينگ – سرباره مس– مزوفيل – ترموفيل – روش سطح پاسخ

‹‹فهرست مطالب››

عنوان                                                                                                                صفحه

فصل اول: مقدمه

  • تاريخچه هيدرومتالورژي و بيوهيدرومتالورژي در استخراج مس…………………. 2
  • مقايسه فرآيندهاي هيدرومتالورژي و پيرومتالورژي…………………………………. 4
  • معرفي دامپهاي سرباره سرچشمه……………………………………………………….. 6
    • دامپ شمالي……………………………………………………………………… 8
    • دامپ جنوبي……………………………………………………………………. 11

فصل دوم: مباني نظري و مروري بر كارهاي گذشته

  • کاني­هاي اکسيدي مس…………………………………………………………… 14
  • کاني­هاي سولفيدي مس…………………………………………………………. 15
  • فروشويي ميکروبي کاني­هاي سولفيدي……………………………………….. 15
  • ميکروارگانيسم­هاي مورداستفاده در بيوليچينگ……………………………… 16
  • تقسيم بندي بر اساس دما…………………………………………………………. 17
    • باکتري­هاي مزوفيل………………………………………………………. 17
    • ترموفيل معتدل (moderate thermophile)………………………….. 23
    • ترموفيل مطلق (extreme thermophile)…………………………….. 24
  • تقسيم بندي باکتري­هاي براساس خودکفايي غذايي……………………….. 26
  • سازگار كردن باكتري با محيط بيوليچينگ (آداپتاسيون) …………………. 28
  • عوامل موثر در فروشويي ميكروبي……………………………………………… 29
    • عوامل فيزيولوژيكي محيط فروشويي………………………………… 29
    • پتانسيل اكسيداسيون احيا ………………………………………………. 32
    • اسيديته محيط……………………………………………………………. 32
    • تركيبات ممانعت كننده………………………………………………… 33
    • دما…………………………………………………………………………. 34
    • نوع کانه…………………………………………………………………… 35
    • اندازه ذرات………………………………………………………………. 36
  • مدل­هاي انحلال باكتريايي کانه­هاي سولفيدي……………………………….. 37
    • مکانيسم مستقيم………………………………………………………….. 37
    • مکانيزم غير مستقيم……………………………………………………… 38
  • انحلال بيولوژيکي کاني­هاي سولفيدي مس……………………………….. 39
    • انحلال بيولوژيکي کالکوپيريت…………………………………….. 39
    • انحلال بيولوژيکي کالکوسيت……………………………………….. 40
    • انحلال بيولوژيکي کووليت………………………………………….. 40
    • انحلال بيولوژيکي پيريت …………………………………………….. 41
  • روش­هاي مختلف فروشويي ميکروبي در مقياس صنعتي………………… 41
    • فروشويي توده اي (Dump Leaching)…………………………… 41
    • فروشويي كپه اي (Heap Leaching) …………………………….. 42
    • فروشويي در محل (In Situ Leaching) …………………………. 42
    • فروشويي در تانك همزن دار (Tank Leaching)……………… 43
    • فروشويي حوضچه اي (Vat Leaching)…………………………. 43
  • طراحي آماري آزمايش­ها (DOE)…………………………………………… 45
  • روش سطح پاسخ (RSM)…………………………………………………………………………… 47

فصل سوم: مواد و روش تحقيق

  • دستورالعمل تهيه نمونه معرف از دامپ‌هاي موجود………………………………. 49
  • شناسايي و تعيين خواص خردايشي و مطالعات فرآوري مقدماتي……………… 56
  • آزمايشات فروشويي ميكروبي در مقياس آزمايشگاهي …………………………. 58
    • آزمايش بطري غلتان…………………………………………………………. 58
    • ظروف لرزان (Shaking Flask)…………………………………………… 59
    • آزمايش­هاي ستون…………………………………………………………….. 61

فصل چهارم: ارائه نتايج و تحليل يافته ها

  • نتايج حاصل از آناليز ابعادي…………………………………………………………. 66
  • نتايج حاصل از آناليزهاي شيميايي و کاني شناسي………………………………. 67
    • آناليز مينرالوژي و مطالعات ميکروسکپي نمونه سرباره………………… 67
    • آناليز شيميايي……………………………………………………………………… 67
  • آزمايش­هاي ظروف لرزان…………………………………………………………….. 68
    • طرح و نتايج آزمايش ظروف لرزان باکتري­هاي مزوفيل……………….. 68
    • بررسي تغييرات pH ، Eh و درصد بازيابي نسبت به زمان……………… 72
    • طرح و نتايج آزمايش ظروف لرزان باکتري­هاي ترموفيل معتدل……… 75
    • بررسي تغييرات pH ، Eh و درصد بازيابي نسبت به زمان……………… 78
  • نتايج آناليز بطري غلتان………………………………………………………………… 81
  • نتايج آزمايش ستون…………………………………………………………………….. 81

فصل پنجم: نتيجه گيري و پيشنهاد

  • نتيجه گيري……………………………………………………………………… 86
    • بررسي حاصل از مطالعات کاني شناسي سرباره…………………… 86
    • بررسي نتايج حاصل از آزمايش­هاي ظرف لرزان…………………. 86
    • بررسي نتايج حاصل از آزمايش بطري غلتان……………………….. 87
    • بررسي نتايج حاصل از آزمايش ستون………………………………… 87
  • پيشنهادات……………………………………………………………………….. 88

منابع و ماخذ………………………………………………………………………………………..89

پيوست ………………………………………………………………………………………………91

ذخايرجهاني­کانه­هاي با عيار بالا بتدريج رو به كاهش گذاشته و عيار سنگهاي معدني كاهش يافته است. يکي­از مشکلات بازيابي مواد از کانه­هاي کم عيار با تکنيک­هاي معمول، گران قيمت بودن به دليل مصرف انرژي بالا و نياز به هزينه­هاي سرمايه­اي بالا مي­باشد. از مشکلات ديگر هزينه­هاي محيط­ زيستي به سبب بالا بودن آلود­گي با استفاده از اين تکنولوژي­هاست. بيوتکنولوژي يکي از اميدبخش­ترين روشها براي حل اين مشکلات در مقايسه با پيرومتالوژي بوده و قرن حاضر قرن شکوفايي اين نوع تکنولوژي­هاست. تکنولوژي­هايي که هم جهت تامين امکانات رفاهي بكار مي آيند و هم حفظ محيط زيست را مورد توجه قرار ميدهند. فعاليت­هاي انساني خواسته يا ناخواسته منجر به توليد آلودگي محيطي مي­شود که آسيب­هاي جبران ناپذيري به محيط زيست و خود انسان وارد مي­کند. کارخانه­هاي صنعتي بيشترين سهم را در اين آلودگي دارند. استخراج فلزات هم بخش مهمي از اين آلودگي­ها را دامن ميزنند. محققان زيادي از اواسط قرن گذشته تلاش خود را در راستاي يافتن راههايي براي کاهش اين آلودگي­ها که در بخش استخراج فلزات حاصل مي­شود، آغاز کردند. در صنعت استخراج مس که معمولاً از روش­هاي حرارتي استفاده مي­شود، روش­هاي هيدرومتالورژي، الکتريکي و غيره جهت کاهش اين آلودگي­ها پيشنهاد شده است. در چند دهه اخير دانش بيوتکنولوژي به عنوان يک تکنولوژي کليدي، تحول شگرفي در عرصه زندگي انسان­­ها گذاشته است. مهمترين ابزار اين علم، ميکروارگانيسم­ها مي­باشند. با استفاده از ميکروارگانيسم­ها، فرآورده­هاي مختلف غذايي، دارويي، شيميايي، معدني در مقياس صنعتي توليد مي­گردد]1[.

بيوليچينگ يکي از روش هاي استخراج فلزات از ماده معدني با استفاده از ميکروارگانيسم در محيط آبي به همراه هوا مي‌باشد. در اين روش ماده معدني حاوي آهن و گوگرد (پيريت، کالکوپيريت و غيره) به وسيله گونه‌هاي خاصي از باکتري مزوفيل از قبيل اسيدي تيوباسيلوس فرواکسيدانس، اسيدي تيوباسيلوس تيواکسيدانس و لپتوسپريليوم فرواکسيدانس، گونه‌هاي ترموفيل معتدل از قبيل سولفوباسيلوس و گونه ترموفيل مطلق از قبيل سولفولوبوس و اسيديانوس بريرلي مورد انحلال قرار مي‌گيرد. اين گونه ميکروارگانيسم ها، انرژي زيستي خود را از اکسيداسيون يون فرو و يا اکسيداسيون گوگرد به همراه دي‌اکسيدکربن مورد نياز، تأمين مي‌کنند. در انحلال کاني هاي سولفيدي به وسيله ميکروارگانيسم ها دو مکانيسم اصلي، مستقيم و غيرمستقيم، مورد تأييد محققين مي‌باشد. در مکانيسم اول يعني مستقيم، فعاليت باکتري و اتصال آن به سطح کاني سبب انحلال شده و در مکانيسم دوم فعاليت باکتري در انحلال به صورت غيرمستقيم بوده و از راه تبديل آهن فرو به فريک (اکسيداسيون) انجام مي‌شود. فرآيند انحلال ميکروبي (بيوليچينگ) و اکسيداسيون ميکروبي (بيواکسيداسيون) به دليل مزيت هايي که از لحاظ زيست محيطي، تکنولوژيکي و اقتصادي نسبت به ديگر روش هاي استحصال عناصر از کاني‌هاي سولفيدي و حتي غيرسولفيدي (ذوب و غيره) دارند، جايگزين روش هاي متداول (در فرآوري کانسنگ کم عيار) شده‌اند[2]. استخراج مس معمولاً با استفاده از دو روش پيرو متالورژي و هيدرومتالورژي انجام مي­شود. در روش پيرومتالورژي با استفاده از فرآيندهاي ذوب و پالايش؛ مس کاتد با عيار 99/99 درصد توليد مي­شود اما آلودگي­هاي زياد اين فرآيند­ها، که عمدتا منجر به توليد گازهاي سمي و باران­هاي اسيدي است و بدون هيچ محدوديتي در محيط رها سازي مي­شود، باعث شده است که طي دهه­هاي اخير اين صنعت مورد بازنگري قرار گرفته و بدنبال روشهاي جايگزيني براي توليد مس و ساير فلزات برآيند. هيدرومتالورژي ميتواند در اين راستا بسيار كمك نمايد. روش­هاي هيدرومتالورژي به دو صورت شيميايي و بيولوژيکي انجام مي­گيرد. روش بيولوژيکي در مورد کاني­هاي سولفيدي کم عيار و همچنين کاني­هاي مقاوم مناسب مي باشد ]3و4[.

بيوليچينگ، استخراج فلزات از كانيها يا تركيبات فلزي سولفيدي يا كنسانتره‫ها با استفاده از اجزايي كه به آساني در محيط يافت مي‫شوند، شامل آب، هوا و باكتري‫ها مي‫باشد. سرعت ليچينگ كانيهاي سولفيدي غير‫محلول يا كم‫محلول در اسيد، مانند كالكوپيريت، با فعاليت انواع بخصوصي از باكتري‌ها كه قادرند از طريق اكسيداسيون اين كانيها انرژي كسب نمايند، تسريع مي‌گردد.

1-1-  تاريخچه هيدرومتالورژي و بيوهيدرومتالورژي در استخراج مس

استخراج هيدرومتالورژيكي (ليچينگ) مس از كانسنگ و رسوب دادن مس از محلول حاصل از ليچينگ، توسط آهن فلزي (سمنتاسيون) يك تكنولوژي قديمي است. تجربه چيني­ها در استفاده از اين تكنولوژي به 200-100 سال قبل از ميلاد و حتي ماقبل آن برمي­گردد. اين موضوع كه مي­توان مس را از محلول آبي رنگ استخراج كرد بايد يك كشف اتفاقي باشد كه تماس آهن فلزي با چنين محلولي باعث رسوب مس مي­گردد]5[.

احتمالا ليچينگ تنها روش استحصال مس از كانسنگ­هاي سولفيدي درگذشته بوده است، زيرا در زمان­هاي گذشته عمليات ذوب در كوره­هاي روباز صورت مي­گرفته و اين تكنولوژي تنها براي كانسنگ­هاي اكسيدي و كربناته مس اثربخش است. اما امروزه با استفاده از كوره­هاي ذوب جديد مي­توان كاني­هاي سولفيدي را هم ذوب كرد]6[.

از آغاز قرن حاضر، بيوليچينگ جايگاه ويژه­اي در فناوري استخراج فلزات پيدا كرده و استفاده از آن در حال پيشرفت است. امروزه انحلال ميكروبي فلزات يك فناوري نويدبخش جهت استفاده از کانسنگ‌هاي كم­عيار و باطله­هاي صنايع با حداقل انرژي مي‌باشد، ضمن اين كه از نظر زيست­محيطي داراي اين مزيت است كه جزء بهترين فناوري‌هاي شناخته شده مي­باشد. طبق تعريف، استفاده از انواع گوناگون ميكروارگانيسم­ها، به‌ويژه باكتري­ها در فرآيند اكسيداسيون سولفيدهاي فلزي، بيوليچينگ ناميده مي‫شود. كاربرد ميكروارگانيسم­ها در انحلال سولفيدهاي فلزي به دوران باستان برمي‌گردد، خيلي پيش از آن كه وجود آنها كشف و تأثير آنها شناخته شده باشد. البته تا سال 1947 كه براي اولين بار گونه‌اي از باكتري­هاي مزوفيل را از پساب­هاي معادن جداسازي و شناسايي كردند، اين نقش هم چنان ناشناخته بود. در مقياس صنعتي مي‌توان از معدن مس ريوتينتو[1] اسپانيا به‌عنوان اولين معدني كه در آن از ميكروارگانيسم­ها براي استخراج فلز استفاده شد، نام برد. ملاحظه مي‌شود استفاده اقتصادي از اين روش با موفقيت در بسياري از نقاط جهان ادامه دارد و اين خود آينده استفاده از بيوتکنولوژي در فرآيند بيوليچينگ را مثبت جلوه مي‌دهد]2[. شکل 1-1 بصورت شماتيک بيوليچينگ توده اي را نشان ميدهد.

تأثير ميكروارگانيسمها بر روي فلزات، اولين بار بعنوان پديده اي در پمپها و خطوط لوله معادن داراي آب اسيدي شناخته شد كه بعدها براي استخراج كانه كم عيار از آنها استفاده گرديد. در سال 1940 چندين گزارش از مشاهده ميكروارگانيسمها در كانه سولفيدي زغال و ورود اسيد سولفوريك توليد شده توسط اين ميكروارگانيسمها به رودخانه اوهايو به ثبت رسيد تا اينكه در سال 1947 ميكروبيولوژيستهاي امريكايي باكتري تيوباسيلوس فرواكسيدانس را جداسازي نموده و به عملكرد آنها در اكسيداسيون يون فرو پي بردند] 7[.

تعداد صفحه :108

دانلود رايگان اين پايان نامه

 

براي ديدن ليست بقيه پايان نامه هاي رشته مهندسی شیمی اينجا کليک کنيد

 

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :

 
 

مطالب مشابه را هم ببینید

 

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید

1 پاسخ

بخش دیدگاه ها غیر فعال است.