|
فهرست
مندرجات
چكيده 1
مقدمه 3
فصل اول: فلوئورين
1-1- مقدمه 5
1-2- مشخصات عمومي و كلي فلورين 10
1-2-1- مشخصات عمومي فلورين 10
1-2-2- مشخصات كلي فلورين 12
1-3- زمين شناسي فلورين 18
1-3-1- انواع كانسارهاي فلورين 18
1-3-2- زمين شناسي و پراكندگي كانه در ايران 21
1-3-3- شرايط تشكيل وژنز فلورين 25
1-3-4- مطالعات اكتشافي 28
1-4- روش هاي اكتشاف و استخراج و فرآوري فلورين 31
1-4-1- روش هاي عمده اكتشاف فلورين 31
1-5- بررسي وضعيت فلورين در جهان 36
1-5-1- كشورهاي عمده توليد كننده فلورين 36
1-5-2- ميزان صادرات فلورين در جهان 37
1-6- بيولوژي و تاثيرات زيست محيطي فلوئورين 40
1-7- صنايع مصرف كننده فلوئورين در جهان 40
فصل دوم: فرآوري فلوئورين با روش فلوتاسيون
2-1- مقدمه 43
2-2- عمليات آزمايشي 45
2-2-1- نمونه سنگ معدن 45
2-2-2- معرفها (مواد شيميايي مورد مصرف) 46
2-2-2-1-Gj 46
2-2-2-2- سولفات مس نمكي 47
2-2-2-3- ساير معرفها 48
2-2-3- فلوشيت فلوتاسيون 48
2-3- نتايج و بحثها 50
فصل سوم: رفتار پيچيده اسيد چرب در فلوتاسيون
فلورين
3-1- مقدمه 57
3-2- مواد و روشها 58
3-3- نتايج آزمايشات 61
3-3-1- محلولهاي اسيد پالمتيك مايع 61
3-3-2- بالقوگي زتاي – zeta رسوبات پالميتات 64
3-3-3- تاثير اسيد پالميتيك روي بالقوگي زتاي فلوئورين 66
3-3-4- جذب سطحي پالميتات در فلوئوريت 69
3-3-5- نوعهاي پالميتات و زاويه تماس فلوئوريت 70
3-3-6- شناوري فلوئوريت با وصول كننده پالميتات 72
فصل چهارم: فلوتاسيون فلوئورين با عيار بالا در فلوتاسيون ستوني
4-1- مقدمه 77
4-2- مواد و روشها 78
4-2-1- ماده معدني 78
4-3- نتايج و بحث 83
فصل پنجم: تأثير دي اولئات كلسيم بر روي سطح كلسيم
و فلوئورين
5-1- مقدمه 90
5-2- آزمايشات 95
5-2-1- اندازه گيري نيروي فعل و انفعالي توسط ميكروسكوپ اتمي (AFM) 95
5-2-2- محاسبه عددي از طريق شبيه سازي ديناميك مولكولي 97
5-3- نتايج و بحث 103
5-3-1- نيروهاي فعل و انفعالي ميان سطحي اندازه گيري شده توسط ميكروسكوپ
اتمي (AFM) 103
5-3-2- آناليز نيروهاي فعل و انفعالي با استفاده از نظريه هاي: DLVO و
DLVO ارتقاء يافته 104
5-3-3- ساختار ميان سطحي آب در سطوح كلسيت و فلوئوريت 110
5-3-4- بحث و نتيجه گيري 114
فصل ششم: بهبود فلوتاسيون فلورين با استفاده از
پروسه پراكندگي ذرات
6-1- مقدمه 118
6-2- فرايند آزمايشي 120
6-2-1- مواد 120
6-2-2- روشهاي آزمايشي 121
6-2-2-1- آناليز دانه سنجي 121
6-2-2-2- آناليز ديدن از طريق ميكروسكوپ الكترونيكي (S6M) 122
6-2-2-3- تست فلوتاسيون 122
6-3- نتايج و بحثها 123
فصل هفتم: نتايج و پيشنهادات
نتايج و پيشنهادات 135
منابع مورد استفاده 138
چكيده:
فلوئوريت (CaF2) يك ماده فلوريني مهمي مي باشد كه بيشتر جهت توليد اسيد
هيدروفلوئوريك و در صنعت فولاد بكار مي رود در اين بخش خلاصه مطالبي در
مورد روشهاي فلوتاسيون فلوئورين، نفتنات سديم، تأثير دي اولئات كلسيم بر
روي سطح كلسيم و فلوئورين، و رفتار شناور گونه عنصر فلورايت [داراي اسيد
چرب] ارائه مي شود در استخراج فلوئورين از سنگ آهن در چين از نفتنات سديم
غني شده بعنوان عامل وصولي و سولفات مس نمكي مس بعنوان كندساز مواد معدني
فسفاتي مورد مطالعه قرار مي گيرد اسيد پالمتيك [يك وصول كننده تركيب
كربوكسيلات] و نمكهاي پالميتات كلسيم و اثر آنها را روي رفتار شناورگونه
فلوئوريت را دقيقاً تشريح مي نمايد براي بررسي تأثير دي اولئات كلسيم بر
روي سطح كلسيم و فلوئورين بايد نيروهاي كششي متقابل كلكتورها با سطوح كلسيت
و فلوئوريت مورد استفاده مي باشد نيروهاي جاذب AFM بين دي اولئات كلسيم
كروي و سطح فلوئوريت بسيار قوي مي باشد نيروي دافعه AFM بين دي اولئات
كلسيم كروي و سطوح فلوئوريت همگون با روند پيش بيني DVLO نمي باشد. فعل و
انفعالات عاري از DVLO اينطور در نظر است كه توسط ساختارهاي آبي ميان سطحي
مختلفي در فلوئوريت – واسطه هاي كلسيت – آب همانطور كه توسط آزمايشات
محاسبه عددي با استفاده شبيه سازي پوياي مولكولي آشكار گرديده است توجيه مي
شود در مورد فلوتاسيون فلوئورين در يك ستون كوتاه با استفاده از يك ستون
كوتاه [ناحيه جمع آوري كننده خارج و حدود 8 متر] طول دارد و تحت گرايش منفي
شدت جريان مواد زائد كمتر از جريان تغذيه مي باشد و بدون استفاده از آب
شستشو ارائه مي نمايد در مورد فلوتاسيون فلوئورين با استفاده از پروسه
پراكندگي ذرات با بكارگيري عامل CMC بعنوان تجزيه كننده توانسته است بصورت
مؤثري در ارتقاء كار فلوتاسيون فلوئوريت تأثيرگذار باشد و باعث افزايش كيفي
فلوئوريت از 72% به 5/78% در همان گريد تغليظي 98% CaF2 مي گردد.
مقدمه:
فرآوري مواد معدني يكي از مهمترين بخشهاي صنعت معدنكاري و در واقع بوسيله
آن مواد خام وارد چرخه صنعت شده و در بخشهاي گوناگون بعنوان ماده اوليه
مورد استفاده قرار مي گيرد نظر به اهميت فرآوري و علاقمندي به بخش فرآوري
اين موضوع مورد بحث و بررسي قرار گرفت.
فصل اول كليات:
1-1- مقدمه
اين كاني به فرمول CaF2 بلورهاي بسيار درشت و غالبا مكعبي دارد و گاهي
تركيب اين فرم با سطوح اكتائدري و همچنين سطوح دود كائدر و رمبوئيدال و
تتراهگزائدر (310) و ساير فرمها ديده ميشود.
به ندرت بصورت اكتائدر و يا دود كائدر رمبوئيدال ساده تشكيل ميشود. نوع
پوشش بلور سنگي به حرارت تشكيل آن دارد، مثلا فرم اكتائدري آن از منشاء
پنوماتوليتيك است.
ماكلهاي تداخلي مكعب‌هاي آن در جهت (111) بسيار زياد است و بصورت ريز و يا
درشت بلور تا متراكم و اكثر رنگي است. بصورت ساقه‌اي و حتي خوشه‌اي نيز
تشكيل ميشود.
رخ آن در جهت (111)، سختي آن 4 و وزن مخصوص آن 1/3 تا 2/3 و ضريب انكسار آن
434/1 است. داراي جلاي شيشه‌اي، بيرنگ شفاف تاملون و كدر است. رنگ آن
مخصوصاً در فلورينهاي تيره رنگ شايد مربوط به تشعشعات راديو اكتيو باشد.
نمونه‌هاي تيره رنگ آن يك نوع فلوئورسانس قوي نشان ميدهند. در مقابل نور
وارده به رنگ آبي و در نوري كه از آنها مي‌گذرد به رنگ سبز ديده ميشود.
بعد از گرم كردن غالبا فسفر سانس نشان مي‌دهد. اين كاني هادي الكتريسته و
درجه ذوب آن 1402 درجه است. با اسيد سولفوريك توليد HF ميكند. فلورين بدبو،
به نوعي فلورين تيره رنگ اطلاق ميشود كه در اثر ضربه، بوي مخصوص فلوئور از
آن استشمام ميشود. اين كاني مانند ساير فلورين‌ها غالباً با مقدار بسيار
كمي از كانيهاي اورانيوم همراه است.
فلورين كاني بسيار فراوان است. بصورت فرعي در سنگهاي دروني اسيد و در
فضاهاي غده‌اي آنها و به طور فراوان در گماتيت‌ها و سنگهاي دگرگوني مجاورتي
و همراه سولفيدها ديده مي‌شوند. قسمتي از اين رگه‌ها غالبا از فلورين خالص
تشكيل ميشود و به صورت بلورهاي منظم بيرنگ يا رنگي، گاهي بصورت كاني
اشباعي هيدروترمال در ماسه سنگها تشكيل ميگردد. مصرف فلورين 80 درصد
بصورت ماده فلوئوردار در صنايع تهيه مواد مختلف (اسيد فلوئوريدريك و ساير
تركيبات فلوئور) اهميت دارد. فلورينهاي بيرنگ در صنايع اپتيك براي تهيه
منشورها و عدسي‌ها به كار برده ميشود. فلورين از نظر ساختن عدسي‌هاي شيئي
اهميت خاصي دارد.
به مقدار زياد و با خلوص بالا يافت ميشود.
اسيد سولفوريك 98 درصد از ديگر مواد مورد نياز است كه آن هم به راحتي قابل
دسترسي است.
همانطور كه از موارد فوق برداشت ميشود اجراي طرح توليد كريوليت منوط به
توليد AlF3 و NaF است كه هر دو بستگي به توليد HF دارند.
عنصر فلورين در كاني آپاتيت و به ميزان بسيار كم در آمفيبول، ميكا، اسفن و
پيروكسن وجود دارد.
كاني اصلي فلورين ، فلوئوريت با فرمول شيميايي CaF2 مي باشد . به رنگ هاي
زرد ، سبز ، آبي ، بنفش ، بي رنگ و گاهي تا ارغواني بوده و در سيستم کوبيک
متبلور مي شود . وزن مخصوص اين کاني 18/3 و سختي آن 4 مي باشد . اين کاني
معمولاً فضاي خالي بين ساير کاني ها را پر کرده و در طبيعت به صورت رگه اي
مشاهده مي شود و همراه با کاني هاي کلسيت - کوارتز - باريت- سلستين و
سولفيد هاي گوناگون همراه است . فلوئوريت در صورت خالص بودن 7/48 % فلوئور
و 3/51 % کلسيم دارد.
ديگر كاني‌هايي فلوئور كه كمتر رايج هستند، عبارتند از:
•كريوليت (Na3AlF6)
•اسلايت (MgF2)
•توپاز
•ويليوميت
•باستناسيت
•فلوئورآپاتيت
فلورين از 1/51 درصد كلسيم و 9/48 درصد فلوئور تشكيل شده است. سختي اين
كاني 4 و وزن مخصوص آن 2/3 – 3 مي‌باشد. جلاي آن شيشه‌اي و به رنگهاي
مختلف، بيرنگ، زرد، سبز، آبي، بنفش، قرمز و قهوه‌اي ديده ميشود.
ناخالصي‌هايي در فلورين به صورت گاز، مايع و جامد وجود دارد كه شامل آب،
مواد نفتي، پيريت، ماركاسيت، كالكوپيريت و ساير سولفيدهاي فلزي مي‌باشد.
سريوم و ايتريوم نيز به مقدار كم در بعضي از كانسارها، فلورين را همراهي
ميكند. در فلورينهاي تجارتي ناخالصي‌ها بيشتر كلسيت، كوارتز، باريتين،
سلستين و سولفيدهاي مختلفي است كه به شكل كانيهاي گانگ ظاهر مي‌شوند.
علت كميابي فلوئور به شكل آزاد ميل تركيبي شديد آن با ساير عناصر است. در
حال حاضر فلورين مهمترين منبع تأمين كننده فلوئور در جهان است ولي در
سنگهاي فسفاته نيز مقدار زيادي فلوئور وجود دارد كه مي‌تواند به عنوان يكي
از منابع توليد كننده فلوئور در آينده به حساب آيد.
امروزه فلورين در تهيه اسيد فلوريدريك و مشتقات آن و همچنين در صنايع
فولاد، سراميك، ريخته‌گري، تهيه فروآلياژها و ... معرفي ميگردد. اسيد
فلوئوريدريك در تهيه كريوليت مصنوعي كاربرد وسيعي دارد. اسيد فلوئوريدريك
به عنوان كاتاليست در تهيه سوختهاي اكتان بالا، خورنده و صيقل دهنده شيشه
مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
فلورين موجود در خاك ، بيشتر از سنگ هاي مادر تأمين مي شود وليکن فعاليت
هاي آتشفشاني در يك منطقه نيز موجب افزايش اين عنصر در خاك مي شوند.
عادي ترين شكل اين عنصر در آب در pH پايين تر از 5/3 به صورت فلورين آزاد
است. در صورتي كه ميزان بالايي از يون كلسيم در آب ها وجود نداشته باشد،
تمركز فلورين در آب بالا خواهد بود. اين مسئله به دليل ميل تركيبي زياد
فلورين با كلسيم و تشكيل فلورايت در محيط است.
بنابراين تمركز فلورين، احتمالاَ در آب هاي زيرزميني كه ميزان كلسيم در
آنها بسيار پايين است و با سنگ هاي داراي بيوتيت و كاني هاي غني از فلورين
در تماسند، بالاست. آب چشمه هاي گرم، فلورين بالايي دارند. شيمي آب مانند
شيمي خاك، در بهداشت انسان تأثير زيادي دارد. شايد بهترين مثال مستند
رابطه مثبت بين عناصر نادر در آب و بهداشت، در تأثير فلورين در كاهش
بيماري هاي دندان به ويژه پوسيدگي دندان باشد.
طبقه‌بندي ژئوشيميائي عناصر، عنصر فلوئور گرايش به گروه ليتوفيل دارد كه
اين مسئله ناشي از وضعيت آرايش الكتروني اتمها و محل قرارگرفتن آن در جدول
تناوبي دارد. عناصر ليتوفيل هستند كه به آساني با هشت الكترون بيروني‌ترين
پوسته اتم خود تشكيل يون ميدهند.
عنصر (F) به همراه Hg, Bi, B, As, Sb, Se و Te كه از فرارترين عناصر
مي‌باشند، در تشخيص قابليت تحرك عناصر و در مطالعه فرآيندهاي هيپوژني كه
باعث تغييراتي در تركيب كاني شناسي سنگ ديواره و پيدايش پاراژنزهاي حاصل
ميشود از اهميت فراواني برخوردارند.
همچنين فلوئور به همراه كلر و اشكال مختلف يون كربنات كه به آساني مهاجرت
مي‌كنند، از جمله تشكيل دهنده‌هاي محلول هيدروترمال و فوق بحراني هستند.
اين تشكيل دهنده‌ها برحسب خواص شيميائي شان به سه گروه اصلي تقسيم مي‌شوند:
- عنصر بازي قوي مانند K , Na و Ca
- عناصر آمفوتر و كمپلكس ساز مانند Sh و Al
- عناصر اسيدي مانند Cl , F و S
به هر حال قابليت تحرك نسبي عنصر F در محيط‌هاي ثانويه (سوپرژن) به اين
ترتيب است كه اين عنصر در هر شرايط از قبيل اكسيد كننده، اسيد، خنثي تا
قليائي و احياء كننده از قابليت تحرك نسبي بالاي برخوردار است.
تمركز فلوئور خصوصاً در سنگهاي قليائي، كربناتيت‌ها و در نهشته‌هاي فلوريت
– هلويت ديده ميشود و در صورت عدم تمركز كانيهاي خود فلوئور اين عنصر در
ميكاهاو هورنبلند تمركز مي‌يابد.
فلوئور همچنين به عنوان عنصر معرف و ردياب براي نهشته‌هاي كانساري طلا و
نقره به كار مي‌رود. توانايي رديابي اين عنصر براي كانسارهاي غني از فلوئور
در محيط‌هاي خاكي در حد خوب است.
فلورين موجود در خاك ، بيشتر از سنگ هاي مادر تأمين مي شود وليکن فعاليت
هاي آتشفشاني در يك منطقه نيز موجب افزايش اين عنصر در خاك مي شوند.
عادي ترين شكل اين عنصر در آب در pH پايين تر از 5/3 به صورت فلورين آزاد
است. در صورتي كه ميزان بالايي از يون كلسيم در آب ها وجود نداشته باشد،
تمركز فلورين در آب بالا خواهد بود. اين مسئله به دليل ميل تركيبي زياد
فلورين با كلسيم و تشكيل فلورايت در محيط است.
بنابراين تمركز فلورين، احتمالاَ در آب هاي زيرزميني كه ميزان كلسيم در
آنها بسيار پايين است و با سنگ هاي داراي بيوتيت و كاني هاي غني از فلورين
در تماسند، بالاست. آب چشمه هاي گرم، فلورين بالايي دارند.
شيمي آب مانند شيمي خاك، در بهداشت انسان تأثير زيادي دارد. شايد بهترين
مثال مستند رابطه مثبت بين عناصر نادر در آب و بهداشت، در تأثير فلورين در
كاهش بيماري هاي دندان به ويژه پوسيدگي دندان باشد.
1-2- مشخصات عمومي و كلي فلورين
1-2-1- مشخصات عمومي فلورين
نام فلوئورين فلورين Fluorine و فلوئوراسپار Fluorspar از واژه لاتين
Fluere به معناي جريان يا فلاكس گرفته شده است. فلوئورين يكي از عناصر
كمياب و نادري است كه در سنگ هاي پوسته زمين يافت مي شود. فلوئورين هجدهمين
عنصر فراوان در پوسته زمين است و ميانگين آن در پوسته زمين در حدود 300 (p.p.m)
است.
فلوئورين يک هالوژن گازی است به رنگ زرد متمایل به خاکستری با نماد F ، عدد
اتمي 9 ، وزن اتمي 9984/18 ، وزن مخصوص 696/1 گرم بر سانتي متر مکعب ، نقطه
جوش 05/188- درجه سانتي گراد و نقطه ذوب 52/219- درجه سانتي گراد . فلورين
در گروه 17(VA) جدول تناوبي به عنوان هالوژن بوده و در دوره 2 قرار دارد.
فلورين مهمترين منبع تأمين فلوئور در طبيعت است. اين كاني در سيستم مكعبي
متبلور ميشود و مي‌تواند عناصر نادر را در شبكه خود جاي دهد. فلوئور در
طيف وسيعي از شرايط زمين شناسي بوجود مي‌آيد و در تمام شرايط رسوبي، آذرين
و دگرگوني مي‌توان يافت شود. اين كاني معمولاً با نهشته‌هاي مهم سرب، روي و
باريت همراه است و از اين جهت اهميت خاصي دارد. چرا كه پي چويي و اكتشاف آن
مي‌تواند به كشف نهشته‌هاي مذكور نيز منجر شود. همچنين ضمن استخراج و
پرعيار كردن اين كاني و كانيهاي همراه نيز قابل استحصال است و اين خود
موجب با ارزش‌تر شدن نهشته‌هاي فلورين ميشود. گاهي نيز وجود فلورين، خود
موجب ارزشمندتر شدن نهشته‌هاي ديگر كاني‌ها ميشود. از اين رو بايستي در
بررسيهاي فني – اقتصادي نهشته‌هاي سرب، روي، باريت و فلورين به كانيهاي
همراه توجه خاصي مبذول داشت. زيرا اين كاني‌ها ممكن است در اقتصادي شدن يك
كانسار، تاثير بسياري داشته باشند.
فلوئور موجود در طبيعت، جز در مقاديري ناچيز در موارد راديواكتيو، به صورت
آزاد وجود ندارد. اما به صورت تركيب با ديگر عناصر به فراواني ديده ميشود.
مقدار اين عنصر در پوسته زمين 065/0 درصد و در سنگهاي آذرين، دگرگوني و
رسوبي در حدود 200 تا 1000 گرم بر تن است، علت كميابي فلوئور به صورت آزاد
ميل تركيبي شديد آن با ديگر عناصر است به عبارت ديگر به علت نزديكي شعاعهاي
يوني يون فلوئور (136/0 نانومتر)، يون هيدروكسيد (14/0 نانومتر) و يون
اكسيد (4/0 نانومتر) امكان جايگزيني آنها با هم در كانيهاي گوناگون وجود
دارد.
درحال حاضر در ميان انبوه كانيهاي فلوئوري فلوئورين، مهمترين منبع تأمين
كننده فلوئور جهان است. اما مقادير بسيار زيادي فلوئور را نيز مي‌توان از
سنگهاي فسفاته بدست آورد. تحقيقات نشان مي‌دهد كه به عنوان منابع آتي
فلوئور مي‌توان از توپاز، با ستنزيت و محصولات جانبي استخراج كانيهاي
سولفيدي و باريت استفاده نمود.
|
پروژه و پایان نامه
