احياي كربوترميك كنسانتره سلستيت معدن ليكك نادر ستوده*1، محمد علي عسكري زماني2 و عباس محصل2

چكيده
مخلوطهايي از كنسانترهي سلستيت (خلوص 98 درصد ) معدن ليكك و كربن اكتيو (98 درصد كـربن) تهيـه و در اتمـسفرآرگن (خلوص 99/99 درصـد) احيـا شـدند. محـصولات واكـنش اح يـاي كربوترميـك بـه وسـيلهي آزمـايشهـاي (XRD) و (TGA/DTA) بررسي شدند . نتايج آناليزهاي حرارتي و پراش اشعهي ايكس محصولات نـشان داد كـه نخـستين نـشانههـايتشكيل سولفيد استرانسيم (SrS) در دماي C0 720 مشاهده ميشود. واكنش احيا ي كربوترميك به صورت مرحلـه بـه مرحلـهپيش مي رود و در دماي حدودC0 1100 به پايان ميرسد. نتايج آناليز پراش اشعهي ايكس و آناليزهـاي ترمودينـاميكي نـشاندادند كه تنها محصول جامد بدست آمده سولفيد استرانسيم است و هيچگونه تركيب مياني در مسير احيا مشاهده نشد.

واژههاي كليدي : احياي كربوترميك، سولفات استرانسيم، كنسانترهي سلستيت، سولفيد استرانسيم.

استاديار، گروه مهندسي مواد، دانشكده ي مهندسي، دانشگاه ياسوج.
مربي، گروه مهندسي مواد، دانشكده ي مهندسي، دانشگاه ياسوج.
nsetoudeh@mail.yu.ac.ir :نويسندهي مسئول مقاله -*
پيشگفتار
سلـستيت بـا فرمـول شـيميايي ۴SrSO ، مهـمتـرين كانهي استرانسيم در طبيعت است كه از آن بـراي تهيـهي تركيبات استرانسيم و توليـد استرانـسيم خـالص اسـتفادهمــيشــود [1]. از ميــان تركيبــات استرانــسيم، كربنــاتاسترانسيم (٣SrCO) يكي از مهمترين آنهاسـت كـه بـه دليل كـاربردش در صـنايع گونـاگون از جملـه سـراميك،الكترونيك، لعاب سازي و… اهميتي ويژه پيدا كرده اسـت[1] . تاكنون دو روش در مقيـاس صـنعتي بـراي تهيـهي كربنات استرانـسيم از كنـسانترهي سلـستيت ارايـه شـدهاست. در نخستين و متداولترين روش كه بـه نـام فرآينـدخاكستر سياه معروف است، كنسانترهي خالص سلستيت بايك ماده ي كربن دار احيا ميشود. در اثر فرآيند احيـا كـهبيشتر در دمايي بالاتر ازC0 1000 انجـام شـده، مـادهي سياه رنگ سولفيد استرانسيم (SrS) كـه در آب داغ قابـلحل است، بدست ميآيد. با حل كردن سولفيد استرانـسيمدر آب داغ (دمــاي حــدود C0 80) مــيتــوان كــاتيوناستران سيم را ب ه وس يلهي اف زودن تركيب اتي از جمل ه خاكستر سودا، بي كربنات آمونيم و يا دي اكسيد كربن بـه صورت كربنات استرانسيم رسوب داد [1-6]. در روش دومذرات بسيار ريز سلستيت بـا محلـول داغ كربنـات سـديم (دماي بالاي C0 90) واكنش داده تـا كربنـات استرانـسيمرسوب كند . محصول جانبي اين روش سولفات سديم استكه درآب محلول است [3-6]. كربنات استرانـسيم بدسـتآمده از روش نخست نسبت به روش دوم از خلوص بيش تر برخوردار است [1]، اما مشكل اصلي روش نخـست ، دمـايزياد فرآيند و در نتيجه مصرف بيشتر انرژي است.
البته روش هـاي ديگـري نيـز در مقيـاس آزمايـشگاهيب راي تجزي هي س ولفات استران سيم و تهي هي كربن ات استرانسيم از كنسانترهي سلستيت ارايه شده اسـت كـه ازجمله مهـمتـرين آنهـا مـيتـوان بـه ليچينـگ مـستقيمكن سانترهي سل ستيت ب ا س ولفيد س ديم [7]، واك نش مستقيم بين كنسانترهي سلـستيت بـا كربنـات سـديم يـاپتاسيم در دما و فشار بالا [8] و روش مكانوشيميايي برايتبديل مستقيم كنسانترهي سلستيت به كربنات استرانسيم [10-9] اشـاره كـرد. بتـازگي پـژوهشهـايي در راسـتاي تجزيهي كنسانتره ي سلستيت به وسيله ي فلـزات فعـال از جمله آلومينيم [11] به روش مكانوشيميايي انجام گرفتـه است. نتيجهي اين پـژوهشهـا منجـر بـه توليـد سـولفيداستران سيم در زم اني ب سيار كوتـاه (پ س از 30 دقيق ه آسياكاري) در دماي اتاق شده است كه با انحلال محـصولجامد بدست آمده در آب داغ ميتوان سولفيد استرانـسيم را با خلوص بالا بدست آورد.
بـا وجـود روشهـاي گونـاگون بـراي توليـد تركيبـات استرانـ سيم از جملـ ه كربنـ ات آن، هنـ وز روش احيـ ا كربوترميك كنسانتره ي سلستيت ، اصلي تـرين روش بـرايتهيـه ايـن تركيبـات اسـت. از ايـن رو، در ايـن رابطـه در سالهاي گذشته پژوهشهايي گسترده به وسـيلهي افـراد گوناگون با استفاده از گاز منوكسيد كربن، مخلوط گازهاي(٢CO+CO) و يـا اسـتفاده از مـواد كـربن دار جامـد از جمله كك و يا زغال انجام گرفتـه اسـت [16-12]. نتـايجپژوهشهاي گذشته در رابطه با احياي كربوترميـك نـشانداده است كه در صورت استفاده از كربن بيشتر از مقـداراستوكيومتري، نخستين واكنش شيميايي در حالت جامـدميتواند در دماهاي بـالاتر ازC 4000 بـه صـورت زيـر رخدهد [16-15] :
SrSO۴ + ۴C = SrS + ۴ CO(g) با افزا يش دما ، گـاز منوكـسيدكربن توليـدي بـه سـمتذرات سلستيت واكنش نداده كه در تماس با كربن نيـستنفوذ كرده و به صورت زير با آنها واكنش ميدهد:
SrSO۴ + ۴CO(g) = SrS + ۴CO٢(g)
روشن است كه در حضور كربن اضافه، واكنش بـودواردنيز قابل انتظار است:
958681625137

CO٢(g) + C = ٢ CO(g) محاسبات ترمودينـاميكي نـشان مـيدهنـ د [17] كـهمقـدار انـرژي آزاد واكـنش (1) در شـرايط اسـتاندارد در دمــايC0 500 در حــدود ΔG = -6/6 kJ mole اســت.
بنابراين، انجام اين واكنش از نظـر ترمودينـاميكي در ايـندما امكان پذير است. با اين حـال، پـژوهشهـاي گذشـتهنـشان دادهان د [16-12] ك ه واك نش تب ديل س ولفاتاسترانــسيم بــه ســولفيد استرانــسيم از دماهــاي حــدودC8000 و بالاتر آغاز ميشود و سرعت احيا با افزايش دما،بيشتر مي شود. دليل اصلي اين پديده مربوط بـه افـزايشمقدار گاز منوكسيدكربن در اثر افزايش دما ميباشـد كـهفرآيند احيا را از حالت جامد- جامد به صورت جامد – گـازتبديل مي كند. پژوهشهايي نيز در سالهـاي گذشـته دررابطه با احياي كربوترميك كنسانتره سلـستيت در ايـران انجام شده است [19-18]. در يكي از اين پـژوهشهـا، ازنمونهي سلستيت معدن اطراف ورامين اسـتفاده و فرآينـداحياء در محدودهي دماييC 0 1100-800 با اسـتفاده ازمواد كربني متعدد از جمله گرافيت، زغـال و زغـال چـوبانجام شده است [19]. مشكل عمده در رابطه با استفاده از كك و يا زغـال بـه عنـوان مـادهي احياكننـده، خاكـسترموجود در آنهاست كه به صورت ناخالصي همراه با بـاقيماندهي جامد حاصل از احيا (سولفيد استرانسيم ) مخلـوطميشود. از سوي ديگر ، پژوهشهاي گذشته نشان داده اند كه عامل اصلي احياكننده در هنگـام احيـاي كربوترميـكسولفات استرانسيم، گاز منوكسيد كربن است. بنابراين، هرعاملي كه سرعت تشكيل گـاز منوكـسيدكربن را افـزايشدهد، نقـشي عمـده در كـاهش دمـاي احياكربوترميـك وافــزايش ســرعت واكــنش دارد [19، 16-15]. تــاكنون پژوهــشي در رابطــه بــا احيــا ي كربوترميــك كنــسانترهسلستيت معدن ليكك انجام نشده است. بدين منظور ، اينپژوهش با هدف بررسي احيـاي كربوترميـك كنـسانترهي سلستيت ليكك با استفاده ازكـربن اكتيـو بـا خلـوص 99 درصد انجام گرفت.

مواد و روشهاي آزمايش
كنسانترهي سلستيت از معدن ليكـك واقـع در اسـتانكهگيلويه و بوير احمد تهيه شد. نمونهها ابتـدا بـا چكـشخرد و سپس در يك آسـياي گلولـهاي آزمايـشگاهي ريـزشدند. آناليز شيميايي ذرات بدسـت آمـده نـشان داد كـهناخالصي بيشتر آن ها تركيبات آهكي است [20]. بمنظور از بين بردن اين ناخالصيها، ذرات ريز شـدهي كنـسانترهدر اسيد كلريـدريك رقيـق (يـك نرمـال) حـل و پـس ازگذشت زمان لازم و جدا سازي ذرات، رسوب بدست آمـدهدر يك آون در دمايC0 120 به مـدت 2 سـاعت خـشكشـد. سـپس ذرات خـشك شـدهي كنـسانتره در آسـياي گلولهاي به مدت 5 دقيقه آسيا شد. آناليز شيميايي نـشانداد كه پودر كنسانترهي بدست آمده پس از فرآيند خـالصسازي شامل 98 د رصـد سـولفات استرانـسيم (۴SrSO) بوده و مقدار ناخالصي آهك آن كمتر از 2 درصد است . در كنسانترهي سلستيت استفاده شده (پيش و پس از فرآيندخالص سازي ) نشانهاي از تركيبـات بـاريم بـويژه كربنـاتباريم يافت نشد [20]. ذرات كـربن اكتيـو بـا خلـوص 99 درصد كربن ، به عنوان مـادهي احياكننـده اسـتفاده شـد.
ويژگـي هـاي آنـاليز سـايز كنـسانترهي سلـستيت پـس ازعمليات خالص سازي و كربن اكتيو استفاده شـده در ايـنپژوهش در جدول 1 آمده است.
مخلوطي از كنسانترهي سلستيت خالص سازي شـده وكربن اكتيو بر اسـاس نـسبت اسـتوكيومتري واكـنش (1) تهيه و در يك آسياي گلوله اي به مدت 5 دقيقه آسيا شده تا مخلوطي همگن بدست آيد. آزمايشهاي آناليز حرارتـي(TGA/DTA) در مركز تحقيقات فرآوري مواد معـدنيايران (تهـران ) توسـط دسـتگاه (Netzsch STA409 PC/PG) انجام شد. در حدود 69 ميلـيگـ رم از مخلـوطمواد اوليه درون يك بوتهي آلومينايي قرار داده و از دمايمحيط تا دمـايC 14000 در اتمـسفر آرگـن بـا خلـوص99/99 درصد (با سرعت فلوي 30 ميلي ليتـر در دقيقـه) با نرخ گرمايش 10 درجه در دقيقه گرم شد. پس از سـردشدن نمونه در اتمسفر آرگن تا دماي اتاق، باقي ماندههاي جامـد بـراي انجـام آزمـايشهـاي بعـدي نگهـداري شـد. بررسـيهـاي ميكروسـكوپي روي نمونـههـا بـه وسـيلهي دستگاه (SEM) و آزمايشهاي پراش اشعهي ايكـس بـهوســـيلهي دســـتگاه (PHILIPS-Xpert, APD software) بـا تـابش اشـعهي (Cu−kα) در دانـشگاه صنعتي اصفهان انجام شد.

نتايج و بحث
شكل 1 نتايج آناليز ترموديناميكي بدست آمده از سيستم (SrSO۴-C) را نشان ميدهد. براي رسم اين نمودار، مواد اوليهي كربن و سولفات استرانسيم خالص با نسبت استوكيومتري 4 كيلو مول به يك كيلو مول در نظر گرفته شدند (بر اساس واكنش1). سپس تغييرات فازهاي مواد اوليه و محصول از دماي محيط تا C14000 با استفاده از دادههاي ترموديناميكي نرم افزار محاسبه شد [17]. در محاسبه ي دادهها، نرم افزار تنها فازهايي را كه از نظر ترموديناميكي در محدودهي دمايي مورد اشاره پايدارهستند در نظر ميگيرد. با توجه به دادههاي نمودار مشخص است كه هيچگونه نشانهاي از تركيب و يا محصولات مياني در مسير احياي سولفات استرانسيم با كربن وجود ندارد به بيان ديگر، سولفيد استرانسيم مستقيماً از سولفات استرانسيم در اثر احياء تشكيل ميشود.
با توجه به شكل 1 مشخص ميشود كه از دماي حدود C2500 احتمال تشكيل سولفيد استرانسيم وجود دارد، اما در دماهاي بالاتر از C3000 تغييري در مقدار آن ايجاد نميشود. با افزايش دما به حدود C4000، مقدار گاز ٢CO توليدي به بيشترين مقدار رسيده و پس از آن كاهش مييابد. در مقابل، مقدار گاز CO پس از رسيدن به دماي C4000 افزايش مييابد به گونهاي كه در دماي C0 1400 به حدود 4 كيلو مول ميرسد. البته، گفتني است كه دادههاي اين نمودار فقط از جنبهي ترموديناميكي مطرح است و شرايط كينتيكي براي آنها در نظر گرفته نشده است. از سوي ديگر، براي رسم اين نمودار فرض شده كه مواد اوليهي خالص (اكتيويتهي واحد) هستند. روشن است كه در صورت وجود ناخالصي در مواد اوليه، اكتيويتهي آنها كمتر از يك شده و انتظار ميرود كه دماي آغاز واكنشهاي احياء بالاتر از مقادير ترموديناميكي محاسبه شده شود.
شكل 2 نتـايج آزمـايشهـاي آنـاليز حرارتـي را نـشان ميدهد. با توجه به نمودار تا دماي حـدودC 4000 تغييـروزن بسيار كمي (كمتر از 2 درصد ) ديـده مـيشـود . ايـنمقدار كم تغييـر وزن مـي توانـد بـه دليـل از دسـت دادنرطوبت سـطحي ذرات و بـه احتمـال زيـاد، خـارج شـدنگازهاي حبس شده در لابه لاي ذرات كربن فعال باشد. در محدودهي دماييC12000-400 ،كاهش جرم پيوسـتهاي در نمونه مـشاهده مـيشـود و پـس از گذشـتن از دمـايC12000 ، ك اهش ج رم مح سوسي در نمون ه م شاهده نميشود. با توجه بـه شـكل 2 مـشخص مـيشـود كـه درمحدودهي دماييC 12000-400 سه ناحيهي كاهش جرمبا شيب هاي گوناگون وجـود دارد. بنظـر مـيرسـد كـه درمحدودهي دمايC 11000- 800 سرعت كاهش جـرم بـهمراتب بيش تر از ديگر دماهاسـت. محاسـبات تـوازن جـرمنشان مي دهند كه در صورت انجـام واكـنش (1) و تبـديلتمام سولفات استرانـسيم بـه سـولفيد استرانـسيم، مقـداركاهش جرم نهايي حدود 352/48 درصد است . بنابراين، باتوجه به مقدا ر كـاهش جـرم نهـايي در شـكل 2 مـشخص ميشود كه واكنش احيـاي كربوترميـك تقريبـاً بـه پايـانرسيده است.
براي بررسي دقيقتر نمونه ها در دماهايي كـه تغييـراتوزني در آنها رخ داده است، از منحنيDTG بـر حـسبدما استفاده شد. شكل 3 نرخ كاهش جرم (DTG) را بـرحسب دما نشان ميدهد. با توجه به شكل 3، پـنج ناحيـهبه صورت پيك هايي با شدتهاي گوناگون ديده مي شوند.
نخستين پيك در دماي حدودC 6600 آشكار ميشـود . بـامقايسهي منحني هاي 2 و 3 مشخص ميشود كـه در ايـندما تغيير ي كوچك در شيب منحني كـاهش جـرم وجـوددارد. پـس از ايـن دمـا، دومـين پيـك در دمـاي C8500 مشاهده مي شود و پس از آن پيكهايي ديگـر ديـده شـدهكه آخرين آن در دماي حدودC 12800 اسـت. شـكل 3 نشان مي دهد كه واكـنشهـايي در دماهـاي مـشخص بـه صورت پشت سر هم رخ ميدهند كه بـراي روشـن شـدن
نــوع فازهــاي محــصول در هــر كــدام از ايــن دماهــا، آزمـايشهـايي در شـرايط نـا هـمدمـا مـشابه بـا شـرايط آزمايشهاي آناليز حرارتي انجام گرديد. بـراي انجـام ايـنآزمايشها، نمونه هـا تـا دماهـاي مربـوط بـه هـر كـدام از پيكهاي موجود در شكل 3 در اتمسفر آرگـن بـا خلـوصبالا گرم و در آن دما به مدت پنج دقيقه نگه داري سـپستا دماي اتاق در اتمسفر آرگن سرد شدند. با توجه به شكل3 دماه اي 500 ، 720 ، 945 ، 1083 و 1150 درج هي سـ انتيگراد انتخـ اب شـ دند. در پايـ ان آزمـ ايشهـ ا، باقي مانده هاي جامد بدست آمـده از هـر مرحلـه بمنظـورمشخص كردن تغييرات فازها بررسي شدند.
شـكل 4 نتـايج آنـاليز پـراش اشـعه ي ايكـس مخ لـوط كنسانترهي سلستيت -كربن اكتيو كه در دماهاي مورد نظردر كوره در شرايط نا هم دما تحت اتمسفر آرگن گرم شـدهاست را نشان ميدهد. با توجه به نتايج نمودارهـاي پـراشاشعهي ايكس مشخص ميشود كه با افزايش دما از شـدتپيكهاي اصلي سلستيت كاسته ميشود. تا دمايC 5000 فقط فاز سلستيت (سولفات استرانسيم) (JCPDS card No. 005-0593) وجـود دارد، امـا هنگـاميكـه دمـايمخلوط بـهC 7200 مـيرسـد، نخـستين نـشانههـاي فـاز
سـولفيد استرانـسيم (02-0659 JCPDS card No.) مشاهده مي شود. در نمونه اي كه تـا دمـايC 0 945 گـرمشده است، نشانههاي بـسيار ضـعيفي از فـاز سلـستيت درنمونه وجود دارد و اين آثار ضعيف در اثر گرم كردن نمونهتا دمايC 0 1083 به گونه ي كامل از بـين رفتـه مـيرود.
بنابراين، كاهش شدت پيكهاي اصلي فاز سلستيت در اثرافزايش دما نشاندهندهي تبديل سلـستيت بـه فـاز ديگـر(سولفيد استرانسيم ) است. با توجه به نتايج پراش اشـعهي ايكس هيچ گونه نشانه اي از فازهاي مياني در مـسير احيـاءوجود ندارد كه اين مورد تاييد كنندهي نتايج بدست آمدهاز محاسبات ترموديناميكي است.
با مقايسه ي نتايج پـراش اشـعهي ايكـس (شـكل 4) و نتايج محاسبات ترموديناميكي (شكل 1) مشخص مي شود كه تشكيل فاز سولفيد استرانسيم از دماي حـدودC 7200 آغاز مي شود. با آن كه از نظر ترموديناميكي تشكيل اين فازاز دماهاي كمتر ازC 7000 امكان پذير است، اما هيچگونه نشانهاي از وجود اين فاز در باقي ماندههاي بدست آمده ازآزمايشهاي احياء در دماهاي كـمتـر ازC 7000 مـشاهدهنشد. چن و همكـارانش [2] نـشان دادنـد كـه در صـورتاستفاده از زغال قهوه اي، واكنش احيـاء در دمـاي حـدودC10000 انجام ميشود. اردموگلو [15] در كارهـايش بـهنشانههايي از تشكيل سولفيد استرانسيم در نمونه اي بدونفعالسازي مكانيكي در دماي حدودC 0 958 اشاره كـردهاست. او در كارهايش از كنسانترهي سلستيت (بـا خلـوص5/95% و (d%50= 0/380mm) و كـــــــك (mm410/0
=50%d) به عنوان ماده ي احياكننده استفاده كرد و مشخصاست كه محدوده ي اندازه ي ذرات او بزرگتر از نمونه هاياستفاده شده در اين پژوهش است. در آزمايش هـاي ديگـرپژوهشگران كه از گاز منوكسيدكربن و يا مخلوط گازهـاي(٢CO+CO) استفاده كرده اند، به انجام واكنش احياء دردماهـــاي بـــالاتر ازC 8000 و يـــا محـــدوده دمـــايي
C12000-800 اش اره ش ده اس ت [14-12] . بن ابراين، نتايج اين پژوهش نشان مـيدهنـ د كـه اسـتفاده از كـربناكتي و ب ه عن وان م ادهي احياكنن ده، ب ه ك اهش قاب ل ملاحظهي دماي تشكيل فاز سولفيد استرانسيم منجر شده است.
با توجه نتايج بدست آمده از شكلهاي پيشين، دو مسير زير را ميتوان براي احياي كربوترميك كنسانتره سلستيت در نظر گرفت:
در دماهاي كمتر از C8000 درجهي سانتيگراد، انجام واكنش احياء به صورت جامد- جامد بين ذرات كربن و سولفات استرانسيم رخ ميدهد (واكنش 1). اين واكنش به دليل انجام شدن بين ذرات جامد مواد اوليه كند بوده و نياز به زمان زيادي دارد. از اين رو، مقدار سولفيد استرانسيم تشكيل شده در ابتدا و در دماهاي پايين كم است.
با افزايش دما به بيش از C8000 درجهي سانتيگراد و انجام واكنش بودوارد و زياد شدن مقدار كربن مونوكسيد در سطح ذرات سلستيت، ادامهي فرآيند احياء به صورت جامد – گاز انجام ميشود.
پيكهاي موجود در نمودار DTG (شكل 3) به احتمال زياد، مربوط به انجام واكنش احياء بر اساس مسيرهاي يك و دو است كه در بخش هاي گوناگون نمونه رخ ميدهد. در دماهاي پايين، واكنش تنها در مكانهايي كه تماس فيزيكي مناسبي بين ذرات جامد كربن اكتيو و سولفات استرانسيم برقرار است، رخ ميدهد. هنگاميكه محصول (سولفيد استرانسيم) تشكيل شود، ادامه ي واكنش متوقف خواهد شد زيرا ذرات كربن اكتيو در تماس با SrS جامد قرار ميگيرد و در اين مرحله، كربن بايستي از ميان لايهي محصول نفوذ كرده تا به سطح ذرات سولفات استرانسيم واكنش نداده برسد. با افزايش دما به C8000 ، سرعت واكنش احياي كربوترميك بيشتر ميشود كه اين اثر در شكل 2 به خوبي نمايان است. از سوي ديگر، با توجه به نتايج پراش اشعهي ايكس (شكل 3) همان گونه كه دما افزايش مييابد، شدت پيكهاي سولفيد استرانسيم تشكيل شده نيز بيشتر مي شود. در نهايت با افزايش دما به بالاتر از C11000 مشكلات كينتيكي مربوط به انجام واكنش كمينه شده و تمامي پيكهاي مواد اوليه از بين ميروند. با توجه به نمودار1 مشخص است كه مقدار گاز CO در دماهاي بالاتر از C8000 افزايشي چشمگير مييابد. از سوي ديگر، سرعت كاهش جرم مربوط به نمودار آناليز حرارتي (شكل 2) نيز پس از گذشت از دماي C8000 بيشتر ميشود. بنابراين، ميتوان نتيجه گرفتكه دليل بيشتر شدن مقدار كاهش جرم (افزايش سرعت واكنش) پس از دماي C8000 مربوط به تشكيل گاز CO است كه پس از اين محدودهي دمايي واكنش احياء به صورت جامد- گاز و در اثر نفوذ گاز احياكنندهي منوكسيد كربن به اطراف ذرات واكنش نداده انجام ميشود. همين مورد ميتواند دليلي براي افزايش شدت پيكهاي سولفيد استرانسيم (شكل 4) در دماهاي بالاتر از C9000 باشد.
شكل 5 ريزساختار ميكروسكوپي باقي ماندههاي جامد نمونههايي كه در دماهاي مشخص در شرايط نا همدما در اتمسفر آرگن گرم شدهاند را نشان ميدهد. در اثر گرم كردن مخلوط سلستيت- كربن اكتيو تا دماي C5000 تغييرات خاصي در ريز ساختار ديده نميشود زيرا بر اساس نتايج پراش اشعهي ايكس هنوز واكنش احياء انجام نشده است. در دماي C7200 تغييراتي در برخي از ذرات سلستيت رخ داده كه نشان از آغاز فرآيند احياء دارد و در دماي C0 945 اين تغييرات به گونهاي است كه تمام ذرات را در بر ميگيرد و نشان دهندهي انجام واكنش احياي كربوترميك در سطح بيشتر ذرات كنسانترهي سلستيت است. با افزايش دما تا C0 1083 ، تقريباً تمامي مواد اوليه واكنش داده و به سولفيد استرانسيم تبديل شدهاند همچنين، نشانههايي از چسبيده شدن ذرات سولفيد استرانسيم به يكديگر مشاهده ميشود. مشخص است كه فرآيند احياء در سطح ذرات سلستيت انجام ميشود و همزمان با مصرف مواد اوليه، ذرات سولفيد استرانسيم باقي ميمانند كه اين ذرات در دماهاي بالا تا حدودي به هم متصل ميشوند. بنابراين، ريزساختار موجود در شكل 5 نيز تاييد كنندهي نتايج آزمونهاي پراش اشعهي ايكس و آناليزهاي حرارتي است.

Extractive Metallurgy, Vol.109, pp. C1-C4, 2000.
M. Iwai., and M. Toguri., “The leaching of celestite in sodium carbonate solution”, Hydrometallurgy, Vol. 22, pp. 87-100, 1989.
G. Owusu., and J.E. Litz., “Water leaching of SrS and precipitation of SrCO3 using carbon dioxide as the precipitation agent”, Hydrometallurgy, Vol. 57, pp. 23-29, 2000.
نتيجهگيري
واكنش احياي كربوترميك كنسانترهي خالص شدهي سلستيت معدن ليكك با كربن اكتيو در شرايط نا همدما در اتمسفر آرگن، با خلوص بالا بررسي شد. نتايج آزمونهاي پراش اشعهي ايكس و آناليزهاي حرارتي نشان دادند كه واكنش احياء از دماي حدود C7200 آغاز ميشود كه اين دما به مراتب بيشتر از مقدار محاسبه شده به وسيلهي مدل ترموديناميكي بود.همچنين، هيچگونه تركيب يا فاز مياني در مسير احياء ديده نشد. واكنش احياي كربوترميك در سطح ذرات كنسانترهي سلستيت به صورت مرحله به مرحله پيش ميرود و افزايش دما منجر به افزايش سرعت واكنش ميشود كه دليل آن تغيير ساز و كار واكنش احياء از حالت جامد- جامد به حالت جامد- گاز است. افزون بر اين، دماي آغاز تشكيل سولفيد استرانسيم به مراتب كمتر از مقدار بدست آمده از آزمايشهاي ديگران بود كه دليل آن ميتواند كاربرد ذرات بسيار ريز كربن فعال باشد. نتايج آزمايشها نشان داد كه تشكيل گاز منوكسيد كربن نقش بسزايي در افزايش سرعت واكنش احياء دارد.

تشكر و قدرداني
نويسندگان مقاله از مسئولان دانشگاه ياسوج به جهـتفراهم كردن هزينههاي اين طرح پژوهشي تشكر ميكنند. هـمچنـين، از مـسئولان آزمايـشگاههاي مركـز تحقيقـات فرآوري و مواد معدني ايران (بويژه خانم محمـدي نـسب وخانم موسوي ) و مسئولا ن آزمايشگاه پراش اشعهي ايكـسو ميكروسكوپ الكتروني دانشگاه صـنعتي اصـفهان (خـانمصرامي و خانم كرباسـي) بـراي انجـام آزمـايشهـاي ايـنپژوهش تشكر ميكنند.
منابع
F. Habashi., Handbook of Extractive Metallurgy, Vol. IV, Weily VCH, pp.23292336, 1997.
W.Chen., and Y. Zhu., “Preparation of strontium carbonate from celestite”, Transactions of the Institutions of Mining and
Metallurgy Section C: Mineral processing and

M. Erdemoglu., M. Canbazoglu., and H. Yalcjn., “Carbothermic reduction of highgrade celestite ore to manufacture strontium carbonate”, Transactions of the Institutions of
Mining and Metallurgy Section C: Mineral processing and Extractive Metallurgy, Vol. 107, pp. C65-C70, 1998.
M. Sukiennik., C. Malinowski., and S. Malecki., “Kinetics of SrSO4 reduction by means of (CO+CO2) gas mixtures”, Archives of Metallurgy, Vol.47, pp.81-93, 2002.
R.S. Sonawane., B.B. Kale., S.K. Apte., and M.K. Dongare., “Effect of a Catalyst on the Kinetics of Reduction of Celestite (SrSO4) by Active Charcoal”, Metallurgical and Materials Transactions B , Vol.31B, pp.35-41, 2000.
M. Erdemoglu., “Carbothermic reduction of mechanically activated celestite”, International Journal of Mineral Processing, Vol.92, pp.144-152, 2009.
HSC Chemistry for Windows, version 5.1,
Outokumpu , Oy, 1994
ع . عدل، “مطالعه روند تبديل و تخليص در فرآينـد توليـدكربن ات استران سيم از من ابع ناخ الص داخل ي ” ، پاي ان نام ه كارشناسي ارشد ، دانتشگاه صنعتي شريف ، 1379
M.Sh. Bafghi., M. Adeli., and H. Mohammadi Nikoo., “Kinetics of carbothermic reduction of an Iranian celestite ore”, Iranian Journal of Materials Science and Engineering, Vol.1, No.3, 2004 ن. س توده ، و م. عل ي عـسكري زم اني، “تهيـه كربنـات -20 استرانسيم از سلستيت به روش مكانوشيميايي” ، طرح پژوهشي1388 ،1316 مــــص وب دانــــشگاه ياســــوج بــــه شــــماره5- M. Erdemoglu., and M. Canbazoglu., “The leaching of SrS with water and the precipitation of SrCO3 from leach solution by different carbonating agents”,
Hydrometallurgy, Vol. 49, pp. 135-150, 1998.
A.H. Castillejos-Escobar., F.P. De La CruzDe1 Bosque., and A. Uribe-Salas., “The direct conversion of celestite to strontium carbonate in sodium carbonate aqueous media”,
Hydrometallurgy, Vol. 40, pp.207-22, 1996.
M. Erdemoglu., M. Sarıkaya., and M. Canbazoglu., “Leaching of Celestite with Sodium Sulfide”, Journal of Dispersion Science and Technology, Vol. 27, pp. 439– 442, 2006.
R. Suarez-Orduna., J.C. Rendon-Angeles., and K. Yanagisawa., “Kinetic study of the conversion of mineral celestite to strontianite under alkaline hydrothermal conditions”, International Journal of Mineral Processing, Vol. 83, pp.12-18, 2007.
A. Obut., P. Balaz., and I. Girgin., “Direct mechanochemical conversion of celestite to SrCO3”, Minerals Engineering, Vol. 19, pp.1185-1190, 2006.
N. Setoudeh., N.J. Welham., and S.M. Azami., “Dry mechanochemical conversion of SrSO4 to SrCO3”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 492, pp.389-391, 2010. 11- N. Setoudeh., and N.J. Welham., “Ball milling induced reduction of SrSO4 by Al”, International Journal of Mineral Processing, Vol. 98, pp.214-218, 2011.
12- J. Plewa., J. Steindor., J. Nowakoaski., and K. Fitzner., “Kinetics of SrSO4 reduction with CO”, Thermochimica Acta, Vol. 138, pp. 5566, 1989.

پيوستها

جدول 1- ويژگيهاي كلي توزيع سايز كنسانترهي سلستيت پس از فرآيند خالصسازي و كربن اكتيو استفاده شده در اين پژوهش.
نوع ماده (d%١٠(μm) d%۵٠(μm) d%٩٠(μm مساحت سطحي ويژه
(m

g

g

2)
كنسانترهي سلستيت خالص 941/65 727/15 914/1 22/1 سازي شده
پودر كربن اكتيو 392/58 806/18 961/4 613/0

kmolFile: C:\Users\nader\Desktop\GibbsIn.OGI

0200400600800100012001400C

شكل1- تغييرات مقدار مواد اوليه و محصول بر اساس دادههاي ترموديناميكي نرم افزارHSC در سامانهي SrSO۴ – C .

شكل 2- منحني آناليز حرارتي (TGA) مخلوط سلستيت-كربن اكتيو بر اساس نسبت استوكيومتري واكنش 1.

شكل 3- منحني DTG بر حسب دما براي مخلوط سلستيت-كربن اكتيو كه از دادههاي شكل 2 بدست آمده است.

شكل 4- نتايج آناليز پراش اشعهي ايكس باقي ماندههاي جامد مخلوط كنسانتره ي سلستيت-كربن اكتيو كه به ترتيب در
دماهايC0 500 (پايين) ، C، 1083 0C ، 945 0C ، 7200C11500 (بالا) به صورت نا همدما در اتمسفر آرگن گرم شدهاند.

الف- ب-



قیمت: تومان


پاسخ دهید