امکان فرآوری کانسارهای وانادیوم و تنگستن دار
| دسته بندی | معدن |
| بازدید ها | 0 |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 397 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 63 |
امکان فرآوری کانسارهای وانادیوم و تنگستن دار
کلیات:
وانادیوم یک عنصر شیمیایی است، عدد اتمی این عنصر 23 است و در جدول متناوبی، در گروه 7 است. جرم حجمی آن و رنگ آن خاکستری نقره ای فلزی است، توان اتمی آن 50.9415amu، شعاع اتمی آن 171pm و شعاع کوالانسی آن 125pm می باشد، نقطه ذوب این عنصر 2175k و نقطه جوش آن 3682k می باشد.
وانادیوم یک عنصر کمیاب نرم و هادی می باشد که به صورت ترکیبی با کانیهای خاصی یافت شده و برای تولید آلیاژهایی بکار گرفته می شود.
این عنصر در برابر فرسودگی توسط مواد قلیایی و اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک مقاوم است در k 933 به سرعت اکسید می شود. وانادیوم ساختار محکمی داشته و شکاف نیوترونی ندارد که این خاصیت آن را برای استفاده در زمینه های هسته ای مناسب
می نماید.
حالتهای اکسیداسیون محصول این عنصر + 2 و + 3 و + 4 و + 5 می باشد یک تجربه عمومی با وانادات آمونیوم با فلز روی است که می تواند از طریق همه 4 حالت، اکسیداسیون + 1 نیز برای این عنصر دیده شده است بیش از 80% وانادیوم تولید شده به مصرف فرو وانادیوم که یک ماده افزوده به فلز فولاد می باشد می رسد موارد استفاده دیگر عبارتند از:
در آلیاژها به عنوان
- فلزات ضد خش وسایل جراحی و ابزار آلات
- ماده ضد رنگ و افزایش دهنده سرعت در فلزات
- ماده مخلوط شونده با آلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم برای استفاده در موتورهای جت و هواپیماهای پر سرعت
- آلیاژ فلز وانادیوم در ساخت محورها، میل لنگ دنده ها و ... بکار می رود
- متعادل کننده کاربید در ساخت فلزات
- کاربردهای هسته ای بدلیل نداشتن شکافت نوترونی
- استفاده از ورق وانادیوم در آبکاری تیتانیوم در فلزات
- نوار وانادیوم گالیوم که مگنت ابر رسانا می باشد.
- استفاده از ترکیبات وانادیوم به عنوان کاتالیزور در تولید Moleic Anhydride و اسید سولفوریک
- استفاده از پنتا اکسید وانادیوم به عنوان کاتالیزور در سفالگری
وانادیوم توسط Andres Monuel Del Rio که یک معدن شناس اسپانیایی بود در شهر مکزیکوسیتی در سال 1801 کشف شد، اولین عنصر را سرب ترمز نام نهاد، با انجام آزمایشاتی وی ملاحظه کرد که رنگ این عنصر بدلیل وجود کرومیوم می باشد از این رو او این عنصر را Danchromium نام نهاد وی بعداً این عنصر را به نام Erythronium تغییر داد چرا که بیشتر نمکها با حرارت دادن قرمز می شوند. یک شیمی دان فرانسوی اشتباهاً اعلام کرد که عنصر جدید Rio Del تنها یک کرومیوم ناخالص است. Del Rio نیز گمان داشت که اشتباه کرده است و نظر شیمیدان فرانسوی را قبول کرد.
در سال 1831 سوئد وانادیوم را در اکسید جدیدی که وی به هنگام کار کردن با معادن آهن یافته بود دوباره کشف کرد در همان سال Friedrich W…V کشف سابق Del Rio را تأیید کرد.
وانادیوم فلزی در سال 1867 توسط Henry Enfield Roscoe که کلرید وانادیوم را با هیدروژن تقلیل کرد به صورت جداگانه بدست آمد. نام وانادیوم از کلمه وانادیس الهه زیبایی در اسکاندیناوی گرفته شده است چرا که این عنصر در ترکیبات گوناگون رنگهای الوانی دارد.
در بیولوژی اتم وانادیوم از اجزاء لازم آنزیمها بشمار می رود. به طور خاص Vanadium Nitrogenose توسط میکرو ارگانیسم های ثابت کننده هیدروژن استفاده می شود. وانادیوم برای Ascidianهای لازم است. تمرکز وانادیوم در بدن آنها یک میلیون برابر تمرکز وانادیوم مرکب اطراف آنها می باشد. همچنین موشها و جوجه ها نیز به مقادیر بسیار کمی وانادیوم نیاز دارند و کمبود این عنصر باعث کمبود رشد و تولید مثل معیوب می شود.
وجود ترکیباتD xo Vanadium برای سبک کردن نشانه های بیماری دیابت در برخی نمونه های حیوانی و انسان نشان داده شده است.
وانادیوم هرگز به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی شود اما در 65 گونه کانی های گوناگون بوجود می آید. وانادیوم همچنین در Bouxife و کربن نیز وجود دارد که حاوی ذخایری مانند نفت خام، ذغال سنگ، Oil shale و Tar می شود. طیف وانادیوم در نور خورشید و دیگر ستارگان نیز شناسایی شده است.
بیشتر وانادیوم تولید شده توسط تقلیل کلسیوم از 5O2V در یک لوله فشار می باشد وانادیوم معمولاً به صورت محصولات جنبی بدست می آید. از اینرو منابع جهانی از این عنصر حاکی از وجود ذخایر در دسترس نمی باشد.
وانادیوم طبیعی از یک ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است V-51. برای این عنصر 15 ایزوتوپ رادیو اکتیوی دیگر شناسایی شده است که پایدارترین آنها V-50 با نیمه عمر e171.4 سال و V-49 با نیمه عمر 330 روز و V-48 با نیمه عمر 15.9735 روز می باشند. تمام ایزوتوپهای رادیو اکتیو باقی مانده نیمه عمری کمتر از یک ساعت دارد که نیمه عمر بیشتر آنها کمتر از 10 ثانیه است. این عنصر حالت متا دارد ایزوتوپهای وانادیوم به ترتیب وزن اتمی 43.981amu تا amuV59 59.959 مرتب شده اند. حالت Decay اولیه قبل از فراوان ترین ایزوتوپ V51 الکترون گیری و حالت اولیه بعد از آن Beta Deeay
می باشد محصولات decay اولیه قبل از V51 ایزوتوپهای عنصر تیتانیوم 22 و محصولات اولیه بعد از آن ایزوتوپهای عنصر Chromium 24 می باشد.
ذخایر وانادیوم در ایران:
یکی از عمده ترین منابع وانادیوم سنگ آهن های تیتانیوم و وانادیوم است که ذخایر عظیمی از آن در مناطق آهن دار ایران مرکزی وجود دارد و از جمله می توان به ذخیره سنگ آهن چغارت با عیار V250% 5/0-0/3 اشاره کرد.
همچنین می توان بر کانسارهای اصلی ناحیه بافق – ساغند اشاره کرد که حضور وانادیوم در آنها چشمگیر است در این کانسارها وانادیوم همراهی و مشارکت بسیار خوبی را با کانه های منیتیتی نشان می دهد و میزان این عنصر در این نوع کانه در مقایسه با انواع دیگر بسیار بیشتر است. عیار وانادیوم در کانسنگهای این ناحیه با میزان عیار کهن و تیتانیوم نسبت مستقیم و با میزان فسفر نیست معکوس دارد و به عبارتی می توان گفت سنگ آهنهای پر عیار و کم مستقر دارای مقدار بیشتری وانادیوم در شبکه خود می باشند و همچنین وانادیوم احتمالاً در کانی منییف تمرکز پیدا کرده است. عیار بنتوکسید وانادیوم (V205) در کاسنار چاه گز حدود 0.4 درصد و در معدن چغارت بین 01 درصد در سنگهای آهن کم عیار و پر فسفر تا 5/0 درصد در سنگهای آهن پر عیار و کم فسفر متغییر است و با توجه به اینکه عیار آن در این کانسارها از عیار حد اقتصادی این عنصر در بازارهای جهانی بیشتر است لذا بنظر می رسد که استحصال وانادیوم از کانسنگهای این ناحیه و بخصوص چغارت اقتصادی می باشد.
فصل دوم
فرآوری وانادیوم
2-1- منابع وانادیوم
وانادیوم به طور کلی از منابعی مانند کانه ها ، چگاله ها ، سرباره های فلز کاری، و مواد نفتی منشاء می گیرد. درسال 2001 تولید جهانی به 58000 تن رسید که حاوی وانادیوم استخراج شده ازچند منبع بود وانادیوم دربیش از 50 نوع ازمواد معدنی متفاوت بدست
می آید بیست ودومین عامل موجود درپوسته زمین است با غلظت 150 که مشابه روی وبیش از مس ونیکل است . هرچند که اورانیوم به طور نامتراکم وگسترده توزیع شده است اما هیچ گاه بطور خالص یافت نمی شود. وبیشتر به صورت ترکیباتی ازکارنوتیت دیسکولیت (riscoLit) وانادنیت (Vanadnite) موترآمیت (mottramite) وپاترنیت (Patronite) به عنوان اصلی ترین منابع فلزی ، وجود دارد. درآمریکا دسیکویت دریوتا (Utoh) ویسکولیت، کارنو تیت درکلورادو (CoIorado) ، وردعین حال واندنیت درآریزونا (Arizona) ونیومکزیوک یافت می شود. منابع دیگرشامل خاک معدنی وانادی فردسو وشهاب سنگ ها هستند . ذخایر ماگنتیت تینانی فردوس ماسه سنگ اروانی فروس ، وگل – ماسه حاوی وانادیوم را شامل می شوند. جدایی از وانادیوم موج.د دربرخی سنگ آهن ها وسنگ فسفات این عنصر دربرخی ازانواع نفت خام وبه صورت ترکیبات آلی ، یافت می شود. مقادیر قابل توجهی دربوکیت ومواد کربنی فروس ، ازقبیل زغال سنگ لایه های نفتی وقیرشن ها یافت می شوند. وانادیوم طبیعی دارای دو ایزوتوپ است ( 76/99 %) که نوع اول کمی دارای خاصیت رادیو اکیتو است وتهیه عمر آن بیش از سال است. توضیحی درمورد منابع معمول مواد حا.ی وانادیوم ، روش های فرآوری وتولید فلز وانادویم به وسیله گوپتا ( Gupra) تهیه شد. برنامه ساده شده ای حالتهای جدید تولید وانادیوم وترکیبات همراه آن را نشان می دهد.
کانه های ماگنتیت استرالیا، چین ، روسیه، ونتیرخاک ان دار تیوز بلند شامل منابعی از سرباره های غنی از وانادیوم هستند که بعنوان ماده اولیه ای برای تولید فرو وانادیوم مورد استفاده درصنایع آهن وفولاد، بکارمی روند. فسفات حاوی وانادویوم وکانه اورانیوم درآمریکا منابع اکسید وانودیوم ( 2) فلزوانادیوم وآلیاژ ها ( 3) آلیاژهای برپایه آلومینیوم وانادیوم برای آلیاژهای تیتانویم و (4) مواد شیمیایی وکاتالیزور وانادیوم . پس مانده های وانادیوم مربوط به خاورمیانه وتروئلا به همراه خاکسر ( بدست آمده از ) کارخانه برق وکاتالیزور مصرفی، برای هرفرایند دیگرکارآیی دارد که در اینجا به آن اشاره می شود. درحال حاضر ، فقط فقط چین وآمریکا قادربه بازیافت میزان قابل توجهی ازوانادیوم ازمحتویات پتروشیمی اند. حدود 85 درصد وانادیوم مصرفی ، تولید فولادهای کم آلیاژ با سختی بالا،همراه با فولادهای ( مورد استفاده در) درساخت ابزارهای ریخته گری بکار گرفته می وشد دو درصد نیز در صنایع هوافضا که نیازمند آلیاژهای تیتانیوم – آلومینیوم وبقیه درصنایع شیمیایی مورد استفاده قرارمی گیرد. پس از 1906 کشورپروراولین محل استخراج کانه سولفید پاترونیت برای بازگیری وانادیوم لقب گرفت وتا 1955 به عنوان یک تامین کننده فعال به کار خود ادامه داد. هنگامیکه منابع پرو تمام شده کانه دیسکوزیت درآفریقای جنوبی ، نامیبیا وزامبیا مورد بهره برداری قرارگرفتند. چندسال وانادیوم، محصول جانبی تولید کنندگان اورانیوم درایالات غربی امریکا بود وانادیوم محصول فرعی فرایندهای تجاری ازقبیل تولید روی ازذخیره سنگ آهن درفنلاند ونروژ بوکسید موجود درفرانسه است دومعدن درفنلاند هر نروژ درسال 1980 بسته شدند. یک منبع اصلی وانادویوم کانه های ماگنیت تیتانیوفروس کشف شده دراسترالیا چین ، روسیه وآفریقای جنوبی اند که دراین مقاله توضیح داده خواهند شده وانادیوم اضافی ممکن است .
محتویات موجود درنفت ومحصولات نفتی بازگیرمی شوند. مانند کاری درونزوئلا انجام می شودو کک حاصل از فرایند FIexicoke که در ونزوئلا مورد استفاده قرارمی گیرد به وسیله اسید سولفوریک فروشسته می شود وسپس ازدرون تبادل یوفی جداکننده برای جداسازی آمونیوم وانادیوم عبورداده می شود. ذخیره فعلی وانادیوم درحدود 41-27 میلیون تن تخمین زده می شود که با توجه به مصرف کنونی ، ظاهرا منبع قابل برای چند صد سال آینده باشد.
چون وانادیم ازمحصول جانبی تولید می شود، یک مشخصه واقعی ازمنابع جهای دردست نیست.
آمریکا یکی ازصادرکنندگان کنونی وانادیم است درحالیکه وارد کننده ماده خام وانادیوم است نیازهای داخل به وسیله صادرات خارجی برحسب قیمت تامین می شود. میزانی از موادی مانند فلز وانادیم به همراه پس ماندها، آلیاژاصلی وانادیوم – آلومینیوم، فرووانادیم، پنتاکسید وانادیم ، اکسیدها وهیدروکسیدها دیگر وانادیم به آمریکا واردمی شود. صاردات از امریکا به حدود 11 درصد ازمواد وارداتی می رسد که خود درحدود 7/8 درصد ازتولید جهانی را شامل می شود آمریکا به کانادا جمهوری آلمان ، ژاپن ، کره ، مکزیک ، تایوان صادرات این ماده را انجام می دهد. هشت شرکت صنعت وانادیوم درامرکیا را اداره می کنند و موارد استفاده برای مصرف داخل شامل فولاد کربنی 34درصد ، آلیاژ پایین با استحکام بالا ، 26 درصد ،ِ آلیاژ کامل 19% فولاد ابزاری 6 درصد کاربردهای مختلف ، 15 درصد می باشند. فعالیت وانادیوم درکانادا فقط یک سهم یک درصدی ازکل جهان را به عهده دارد ذخایر سنگ کانادا معمولا شامل ماگنتیت تیتانی فروس درمناطق ازقبیل پایب ستون (Pipeston) و دو معدن در کبک (Qucebec) ولاک دور (Lac Dore) و رودخانه بل (BeII) است . ذخیره لاک دور متعلق به شرکت مکنزی که منابع ان 102 میلیون تن و 4/17 درصد ایلمنت منبع با ارزشی برای تولید دی اکسید تیتانویم ( Tio2 ) است . ظرفیت تخمینی 364 میلیون دلاری ، موضوع تبادل نظر درژوئن 2005 خواهد بود. یک بررسی ازپایه تولید مورد استفاده شرکتهای اصلی درجهان وموارد دیگری ازقبیل قیمت گذاری به وسیله برون (Perron) درسال 2001 انجام شد.
یک تاثیر اقتصادی از تولید ثانویه وانادیوم حاصل می گردد ؛ که از (1) تولیدآهن وفولاد (2) به عهنوان یک محصول متقابل ازتولید اورانیوم و(3) ازبازیافت ناشی می شود. چدن خام درتولید فولاد شامل مقداری زیادی ماده حاوی وانادیوم گداخته شده با سنگ آهن
می باشد. چدن خام ذوب شده ، اکسیژن افکنی می شود تا اینکه سرباره ای شامل 12 تا 24 درصد وانادیوم را تشکیل دهد ، که یا بادمای بالای جریان نزولی ، گداخته شده ویا سرد نشده وسپس برای تولید 7205،ازطریق خروج حلال، فرآوری می گردد. اسید سولفوریک داغ ویک اکسید کننده مانند کلرید سدیم برای فروشویی چگاله کافه اورانیوم برای 24 ساعت ، مورد استفاده قرارمی گیرد. محلول فروشویی شده، با استفاده از حلال آلی به طرف مدار SX هدایت شده وپس از آن ، وانادیوم به شکل پس مانده باقی می ماند. سپس به دایره SX فرستاده می شود وانادیوم درحالت ( فاز ) آلی خارج شده و سپس با 10 درصد حلال خاکستر سودا مخلوط شده وبه همراه سولفات آمونیوم ته نشین می گردد. رسوب متاوا نادیت آمونیوم تصفیه ، خشک وسپس اکسیده شده وپنتااکسید وانادیوم را تولید می کند درطول جریان بازیافت، کاتالیزوومصرف شده ازصنعت پتروشیمی وخاکستر حاصل از اکسید شدن نفت در ایستگاه برق به ماده خام تبدیل میش ودو متاسفانه تا به امروز ، این فعالیت های بازیافتی هرچند غیرقابل اهمیت ، ازنظراقتصادی درهیچ مقیاسی تائید نشده اند. محققین درمکزیک استخراج 7205را ازپس مانده های کارخانه برق ، ازطریق فروشویی وفعالیتهای واحدهای دیگرمورد بررسی قرارداده اند. ترکیبات وانادیوم به دلیل خطرهای جانی ، تنها درجاهایی که بازیافتشان بدون قرارگرفتن درمعرض آنها ممکن باشد، مورد بازیافت قرارمی گیرندو شرکت مواد وانادیوم را برای استخراج موادی بازیافت می کند که دربازهای جهانی بکارمی رود. فرایندهای شیمیایی برای پردازش کالتالیزرهای Ni/mo و CO/MO دربازگیری وانادیوم درتبدیل به اکسید وجداسازی نیکل، کبالت ومقادیری از مولبیدن بکار می روند.