بهینه سازی لیچینگ آهن از لجن کنورتور ذوب آهن اصفهان

همراه با تولید آهن و فولاد، مقادیر قابل توجهی باطله¬ی جامد به شکل غبار و لجن تولید می¬شود و میزان این باطله¬ها هر سال رو به افزایش است. دفع این باطله¬ها یا استفاده مجدد از آن¬ها از مهمترین دغدغه¬های صنایع آهن و فولاد است. روش معمول برای دفع این باطله¬ها، انباشت کردن آن¬ها در نزدیکی کارخانه فولاد است. اما امروزه در اکثر کشورهای صنعتی غبار کارخانه¬های تولید آهن و فولاد جزء پسماندهای خطرناک محسوب می¬شود، زیرا عناصر سمی از جمله فلزات سنگین را به همراه دارد. بنابراین باید در مناطق مشخصی انباشت شوند. این امر دفع آن¬ها را پر هزینه می¬کند. از طرف دیگر غبارهای فولاد سازی معمولاً حاوی منابع مفیدی همچون آهن، کلسیم، روی، سرب و ... هستند که می¬توان آن¬ها را بازیابی کرد و مورد استفاده مجدد قرار داد. اگر باطله¬ها دفع شوند فلزات با ارزش از دست خواهند رفت. مسائل و مشکلات زیست محیطی مربوط به انباشت کردن لجن کنورتور و همچنین پتانسیل بالای لجن به منظور بازیابی آهن با توجه به محتوی آهن بسیار بالای آن، بازیابی و جداسازی آهن از لجن کنورتور را به یک ضرورت تبدیل کرده است. هدف از انجام این پروژه بررسی فرایند لیچینگ آهن از لجن کنورتور(کوره پایه اکسیژن) ذوب آهن اصفهان و بهینه سازی پارامترهای موثر بر آن جهت بازیابی حداکثری آهن است. در این پژوهش بازیابی آهن از لجن کنورتور ذوب آهن اصفهان با لیچینگ توسط اسید سولفوریک بررسی شده است. آزمایش¬های لیچینگ مقدماتی، برای تعیین اسید مناسب و بررسی اثر افزاینده¬ها و آزمایش¬های بهینه سازی، جهت بررسی پارامترهای موثر بر لیچینگ و تعیین شرایط بهینه انجام شدند. آزمایش¬ها در محفظه¬ی نیم لیتری با همزن مکانیکی و در فشار اتمسفری انجام گردیدند. در آزمایش¬های مقدماتی از اسید سولفوریک، اسید نیتریک و اسید کلریدریک به منظور تعیین نوع اسید مناسب استفاده شد. همچنین تأثیر افزایش کلرید سدیم و سولفات سدیم بر بازیابی آهن در سیستم لیچینگ مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمایش¬های لیچینگ مقدماتی نشان داد که مناسب¬ترین عامل انحلال، اسید سولفوریک است. به طوری که پس از 30 دقیقه، بازیابی آهن در محیط¬های اسید سولفوریک، اسید کلریدریک و اسید نیتریک به ترتیب برابر با %85، %71 و % 39 بدست آمد. همچنین مشاهده گردید که افزودنی¬ها تأثیر چندانی بر افزایش بازیابی آهن ندارند. بازیابی آهن در زمان 30 دقیقه، در هنگام استفاده از سدیم کلرید و سولفات سدیم به ترتیب برابر با %60 و %69 بدست آمد. در مرحله¬ی بعد با استفاده از طرح آزمایشی مرکب مرکزی تأثیر پارامتر های غلظت اسید، درصد جامد، دما و زمان فرآیند بر بازیابی آهن، مورد بررسی قرار گرفت. بازه¬های در نظر گرفته شده برای پارامترهای موثر به این صورت است: غلظت اسید از 1 تا 3 مول بر لیتر، درصد جامد %10 تا %20، دما 70 تا 90 درجه سانتیگراد و زمان 30 تا 90 دقیقه بودند. جهت تعیین شرایط بهینه¬ی لیچینگ، تعداد 30 آزمایش انجام گرفت. نتایج داده های آزمایشگاهی با استفاده از روش آنالیز واریانس (anova) تحلیل شده و مناسب ترین مدل با توجه به سطح اطمینان بالای %95 برای تحلیل پاسخ های به دست آمده استفاده شد. مدل مناسب برای بازیابی آهن، مدل درجه دوم به دست آمد. نتایج نشان داد که پارامترهای غلظت اسید و درصد جامد موثرترین عوامل بر کارایی لیچینگ هستند. تأثیر این پارامترها به این صورت است که افزایش غلظت اسید باعث افزایش بازیابی آهن و افزایش درصد جامد باعث کاهش بازیابی آهن می¬شود. دما و زمان، تأثیر کمتری بر بازیابی آهن داشتند. مطابق مدل آماری، بیشترین بازیابی آهن از پسماند لجن کنورتور در غلظت اسید 95/2 مول بر لیتر، درصد جامد %17/10، دمای 89 درجه سانتیگراد و زمان 80 دقیقه بدست می¬آید. بازیابی آهن در این شرایط به %95/88 می¬رسد. آزمایش¬های سینتیکی برای تعیین مدل لیچ و محاسبه انرژی فعال¬سازی انجام گرفتند. آزمایش¬ها با شرایط فرآیندی یکسان و در دماهای 45، 60، 75 و 90 درجه سانتیگراد انجام گرفتند. مشخص شد که واکنش لیچینگ آهن از لجن کتورتور از مدل هسته منقبض شونده پیروی می¬کند، و نفوذ در لایه محصول، کنترل کننده¬ی واکنش است. انرژی فعالسازی محاسبه شده برای واکنش لیچینگ آهن از لجن کنورتور برابر با 31/55 کیلوژول بر مول بدست آمد. آزمایش¬های چند مرحله¬ای لیچینگ به منظور بررسی بازیابی آهن از جامد باقی مانده انجام گرفتند. بازیابی آهن برای مراحل اول تا سوم به ترتیب، برابر با %85/61، %14/77 و %10/91 بدست آمد. میزان جامد باقی مانده در مراحل اول تا سوم به ترتیب، %3/60، %15/48 و %80/24 جامد اولیه است.