مجله علوم، مهندسی و فناوری هسته‌ای

کاربرد روش خاکستری- تاگوچی جهت تعیین شرایط بهینه مرحله فروشویی اسیدی در فرایند ذوب قلیایی زیرکن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

علی یداللهی
کمال صابریان
میثم تراب‌مستعدی
امیر چرخی

پژوهشکده چرخه سوخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 8486-11365، تهران ـ ایران

https://doi.org/10.24200/nst.2020.1153
چکیده
فرایند ذوب قلیایی با سدیم ­هیدروکسید یکی از متداول‌­ترین روش‌­ها جهت استحصال زیرکونیم از کانی زیرکن می‌­باشد. در فرایند ذوب قلیایی زیرکن، مرحله فروشویی اسیدی تأثیر بسیار زیادی بر روی میزان بازیابی و خلوص محصول زیرکونیم تولید شده دارد. در این پژوهش روش خاکستری- تاگوچی جهت تعیین شرایط بهینه مرحله فروشویی اسیدی به کار گرفته شد. در این روش پارامترهای نوع اسید، غلظت اسید، دمای فرایند و نسبت جرمی مایع به جامد به عنوان پارامترهای کنترلی برای بررسی میزان بازیابی زیرکونیم و نسبت سیلیس به زیرکونیم (R=Si/Zr) انتخاب شد. بررسی­‎های انجام شده نشان داد شرایط بهینه برای فروشویی اسیدی، استفاده از سولفوریک­ اسید 4 مولار با نسبت مایع به جامد 20 و دمای ˚C 60 می‌­باشد. در شرایط بهینه، میزان بازیابی زیرکونیم 73/92 درصد، مقدار R برابر با 0018/0 و مقدار سیلیس موجود در محلول فروشویی اسیدی ppm 94/30 به دست آمد. یافته‌­های این پژوهش روشی آسان، کم‌­هزینه و مناسب را در مقایسه با روش کربوکلریناسیون برای استحصال زیرکونیم از کانی زیرکن ارایه می‌­دهد.

کلیدواژه‌ها

زیرکن
ذوب قلیایی
فروشویی اسیدی
روش خاکستری- تاگوچی

عنوان مقاله English

Application of Grey-Taguchi method for optimizing acid leaching step in Zircon alkali fusion process

نویسندگان English

A. Yadollahi
K. Saberyan
M. Torab Mostaedi
A. Charkhi
Nuclear Fuel Cycle Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box: 11365-8486, Tehran – Iran
چکیده English

Alkali fusion with NaOH is the most commonly used method for the extraction of zirconium from zircon sand. In the alkali fusion process, the acid leaching step has a great influence on the zirconium recovery and purity of the final product. In this study, the Grey-Taguchi method was utilized to find the optimum conditions of the acid leaching process. In order to apply this method, acid type, acid concentration, leaching temperature, and liquid/solid ratio were selected as control factors with responses of zirconium recovery and R=Si/Zr ratio. The results demonstrated that the optimum condition for acid leaching requires 4 mol/L sulfuric acid with a liquid/solid ratio of 20 at 60 °C. Zirconium recovery and Si/Zr ratio (R) under these optimum conditions were 92.73% and 0.0018, respectively. Also, the silica content in the acid leaching solution was 30.94 ppm. The results of this research suggest facile, low price, and proper method comparing to the carbochlorination method for recovery of zirconium from zircon mineral.

کلیدواژه‌ها English

Zircon
Alkali fusion
Acid leaching
Grey-Taguchi method
1. G.L. Miller, Zirconium, Industrial Chemistry, 26 (1950).
 
2. J. Song, et al, A two-step zircon decomposition method to produce zirconium oxychloride: alkali fusion and water leaching, Rare Metals, 1-7 (2015).
 
3. S. Naher, A.S.M.A. Haseeb, A technical note on the production of zirconia and zircon brick from locally available zircon in Bangladesh, Journal of materials processing technology, 172(3), 388-393 (2006).
 
4.             R.K. Biswas, et al, A novel method for processing of Bangladeshi zircon: Part I: Baking, and fusion with NaOH. Hydrometallurgy, 103(1), 124-129 (2010).
 
5.             S. Lubbe, R. Munsami, D. Fourie, Beneficiation of zircon sand in South Africa, Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 112, 583-588 (2012).‏
 
6.             A.M. Abdelkader, A. Daher, E. El-Kashef, Novel Decomposition Method for Zircon, Journal of Alloys and Compounds, 460, 577-80 (2008).
 
7.             K.A. El Barawy, S.Z. El Tawil, A.A. Francis, Alkali fusion of zircon sand, Mineral Processing and Extractive Metallurgy, 109(1), 49-56 (2000) 49-56.
 
8.             R.K. Biswas, M.A. Habib, M.R. Islam, A novel method for processing of Bangladeshi zircon: Part II: Leaching of zircon-caustic fused mass by hydrochloric acid, Hydrometallurgy, 103(1), 130-135 (2010).
 
9. R.J.F. da Silva, A.J.B. Dutra, J.C. Afonso, Alkali fusion followed by a two-step leaching of a Brazilian zircon concentrate, Hydrometallurgy, 117, 93-100 (2012).
 
10.          R. Ranjit, A Primer on the Taguchi Method, Van Nostrand Reinhold, (1990).
 
11.          Y.M. Chiang, H. Hsieh, The Use of the Taguchi Method with Grey Relational Analysis to Optimize the Thin-Film Sputtering Process with Multiple Quality Characteristic in Color Filter Manufacturing, Computers & Industrial Engineering, 56, 648-61 (2009).
 
12.          S. Datta, S.S. Mahapatra, Use of Desirability Function and Principal Component Analysis in Grey-Taguchi Approach to Solve Correlated Multi-Response Optimization in Submerged Arc Welding, Journal of Advanced Manufacturing Systems, 9, 117-128 (2010).
 
13.          C. Lin, Use of the Taguchi Method and Grey Relational Analysis to Optimize Turning Operations with Multiple Performance Characteristics, Materials and manufacturing processes, 19, 209-220 (2004).
 
14. J.L Deng, Introduction to Grey System Theory, The Journal of grey system, 1, 1-24 (1989).
 
15.          Y. Kuo, T. Yang, G.W Huang, The Use of Grey Relational Analysis in Solving Multiple Attribute Decision-Making Problems, Computers & Industrial Engineering, 55, 80-93 (2008).
 
16.          J.L Deng, Control Problems of Grey Systems, Systems & Control Letters, 1, 288-294 (1982).
 
17.          J.T Huang, Y.S Liao, Optimization of Machining Parameters of Wire-Edm Based on Grey Relational and Statistical Analyses, International Journal of Production Research, 41, 1707-1720 (2003).
 
18.          R. Liu, et al, Analysis of water leaching and transition processes in zirconium oxychloride octahydrate production, Ceramics International, 40(1), 1431-1438 (2014).
 
19.          J.C. Clayton, Ch.J. Sindlinger, Method of Recovering Zirconium Values from Zircon, United States patent US, 2, 962, 347 (1960).

صفحه اصلی