سینتیک سمانتاسیون مس از محلول سولفاتی به‌وسیله پودر آلومینیوم تحت شرایط گلوله‌زنی

نویسندگان

آزمایشگاه تحقیقاتی فرآیندهای نوین استخراج فلزات، دانشکده مهندسی مواد و متالوژی،دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

چکیده

سمانتاسیون مس از محلول سولفاتی به‌وسیله پودر آلومینیوم با وجود تمایل ترمودینامیکی بالا، به‌علت وجود لایه غیرفعال اکسیدی در سطح آلومینیوم از سرعت نسبتاً کندی برخوردار است. مطالعات پیشین بر تأثیر مثبت حضور مقادیر اندک یون کلرید در کاهش این مشکل تأکید داشته است. در این مقاله تأثیر شرایط گلوله‌زنی هم‌زمان بر سینتیک این فرآیند مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش‌های سمانتاسیون با به‌کارگیری آسیای سیاره‌ای در یک جام پلی‌آمید حاوی گلوله‌های آلومینایی به انجام رسید. متغیرهای آزمایش عبارت بودند از تعداد گلوله (0 و 4)، دما (55-25 درجه سانتی‌گراد) و زمان (240-0 ثانیه). تمام آزمایش‌ها در شرایط ثابت غلظت یون مس 6 گرم بر لیتر، غلظت یون کلرید 75 میلی‌گرم بر لیتر، سرعت گردش آسیا 160 دور در دقیقه، میانگین اندازه ذرات آلومینیوم 279 میکرومتر و غلظت یون هیدروژن برابر 3-10×94/1 مول بر لیتر انجام شدند. نتایج نشان داد با انجام گلوله‌زنی، مرحله انگیزش فرآیند سمانتاسیون به کمتر از 120 ثانیه کاهش می‌یابد. محاسبه ثابت سرعت ظاهری سمانتاسیون در شرایط گلوله‌زنی نشان از تأثیر مثبت گلوله‌زنی هم‌زمان روی سینتیک فرآیند مورد بررسی دارد. همچنین انرژی فعال‌سازی برای دوره انگیزش و دوره اصلی واکنش، به ترتیب 86 و 26 کیلوژول بر مول به‌دست آمد و این کاهش چشم‌گیر انرژی فعال‌سازی، به تغییر مکانیسم فرآیند از کنترل شیمیایی به انتقال جرم نسبت داده شد.
 
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Kinetics of Copper Cementation by Aluminum Powder from Sulfate Solution under Ball Milling Conditions

نویسندگان [English]

  • M. Asadrokht
  • A. R. Zakeri
Metal Extraction Research Laboratory, School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Despite a great thermodynamic driving force, copper cementation by aluminum from sulfate solutions involves a relatively slow kinetics due to the presence of the passive oxide film on the surface of aluminum. The previous studies have confirmed the positive effect of the presence of small amounts of chloride ion on reducing the scale of this problem. In this paper, the effect of concurrent ball milling on the kinetics of this process has been investigated. The cementation experiments were carried out in a polyamide jar with alumina balls inside by planetary ball milling. The studied parameters were ball number (0, 4), temperature (25-55 °C) and time (0-240 s). All experiments were conducted at constant condition of [Cu2+] = 6 g/L, [Cl−] = 75 mg/L, rotation speed of 160 rpm, average aluminum particle size of 279 µm and [H+] = 1.94×10-3. The results showed that concurrent ball milling reduces the induction period of the cementation process to less than 120 s.  The apparent rate constant of cementation showed the positive influence of simultaneous milling on the kinetics of the studied cementation process. Moreover, activation energies of the induction and main periods were calculated to be respectively 86 and 26 kJ.mol-1, indicating the shift of the reaction mechanism from chemical control to mass transfer control.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Copper cementation
  • Aluminum powder
  • ball milling
  • activation energy

مراجع

1. Habashi, F., A Textbook of Hydrometallurgy, 2rd ed. Quebec, Canada: Métallurgie Extractive Québec, 1999.
2. Karavasteva, M., “Kinetics and Deposit Morphology of Copper Cementation onto Zinc, Iron and Aluminium”, Hydrometallurgy, Vol. 76, pp. 149-152, 2005.
3. Mackinnon, D. J., and Ingraham, T. R., “Kinetics of Cu(II) Cementation on Pure Aluminum Disc in Acidic Sulphate Solutions”, Canadian Metallurgical Quarterly, Vol. 9, pp. 443-448, 1970.
4. Mackinnon, D. J., and Ingraham, T. R., “Copper Cementation on Aluminum Canning Sheet”, Canadian Metallurgical Quarterly, Vol. 10, pp. 197-201, 1971.
5. Foley, R. T., “Localized Corrosion of Aluminum Alloys:A Review”, Corrosion, Vol. 42, pp. 277-288, 1986.
6. Annamalai, V., and Hiskey, J. B., “A Kinetic Study of Copper Cementation on Pure Aluminum”, Society of Mining Engineering, Vol. 30, pp. 650-659, 1978.
7. Annamalai, V., Hiskey, J. B., and Murr, L. E., “The Effects of Kinetic Variables on the Structure of Copper Deposits Cemented on Pure Aluminum Discs: A Scanning Electron Microscopic Study”, Hydrometallurgy, Vol. 3, pp. 163-180, 1978.
8. Annamalai, V., Hiskey, J. B., and Murr, L. E., “Copper Cementation onto Beverage Can Aluminum Alloys”, Society of Mining Engineers of AIME Transactions, Vol. 266, pp. 1963-1967, 1978.
9. Annamalai, V., and Murr, L. E., “Effects of the Source of Chloride Ion and Surface Corrosion Patterns on the Kinetics of the Copper-Aluminum Cementation System”, Hydrometallurgy, Vol. 3, pp. 249-263, 1978.
10. Murr, L. E., and Annamalai, V., “An Electron Microscopic Study of Nucleation and Growth in Electrochemical Displacement Reactions: A Comparison of the Cu/Fe and Cu/Al Cementation Systems”, Metallurgical Transactions B, Vol. 9, pp. 515-525, 1978.
11. Kanungo, M., Chakravarty, V., Mishra, K. G., and Das, S. C., “Influence of Perchloric Acid on the Kinetics of Immersion Plating of Copper onto Aluminium”, Hydrometallurgy, Vol. 61, pp. 1-11, 2001.
12. Chen, H. J., and Lee, C., “Effects of the Type of Chelating Agent and Deposit Morphology on the Kinetics of the Copper-Aluminum Cementation System”, Langmuir, Vol. 10, pp. 3880-3886, 1994.
13. Dönmez, B., Sevim, F., and Sarac, H., “Kinetic Study of the Cementation of Copper from Sulphate Solutions onto a Rotating Aluminum Disc”, Hydrometallurgy, Vol. 53, pp. 145-154, 1999.
14. Ekmekyapar, A., Tanaydin, M., and Demirkiran, N., “Investigation of Copper Cementation Kinetics by Rotating Aluminum Disc from the Leach Solutions Containing Copper Ions”, Physicochemical Problems of Mineral Processing, Vol. 48, pp. 355-367, 2012.
15. Djokić, S. S., “Cementation of Copper on Aluminum in Alkaline Solutions”, Journal of the Electrochemical Society, Vol. 143, pp. 1300-1305, 1996.
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 36، شماره 1
خرداد 1396
صفحه 87-96

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

تحت نظارت وف ایرانی