.. 86
۵-۲- محلول آلومینات سدیم.. 86
۵-۳- مواد شیمیایی.. 86
۵-۴- تجهیزات.. 87
۵-۵- روش انجام آزمایش­ها.. 88
۵-۵-۱- رسم دیاگرام سه فازی.. 88
۵-۵-۲- استخراج حلالی گالیم.. 89
۵-۵-۳- روش آنالیز.. 89
۵-۶- روش محاسبات.. 90
 
فصل ششم: نتایج و بحث
۶-۱- مشخصات محلول آلومینا.. 94
۶-۲- رسم دیاگرام سه فازی.. 94
۶-۳- آزمایش­های اولیه­ی استخراج.. 100
۶-۴- آزمایش­های استخراج با بوتانل.. 105
۶-۴-۱- بوتانول با نسبت ۲=  C/S. 105
۶-۴-۱-۱- تاثیر درصد وزنی C/S بر روی استخراج.. 107
۶-۴-۱-۲- تاثیر درصد وزنی OF بر روی استخراج.. 108
۶-۴-۱-۳- مدل سازی استخراج گالیم و آلومینیوم با کمک سطح ساز بوتانل در ۲ = C/S. 110
۶-۴-۱-۴- رسم منحنی­های هم تراز برای استخراج گالیم و آلومینیم   111
۶-۴-۱-۵- بررسی فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم.. 113
۶-۴-۲- بوتانول با نسبت ۴ = C/S. 115
۶-۴-۲-۱- تاثیر درصد وزنی C/S بر روی استخراج.. 117
۶-۴-۲-۲- تاثیر درصد وزنی OF بر روی استخراج.. 118
۶-۴-۲-۳- مدل سازی استخراج گالیم و آلومینیوم با کمک سطح ساز بوتانل در ۴ = C/S. 120
۶-۴-۲-۴- رسم منحنی­های هم تراز برای گالیم و آلومینیم.. 121
۶-۴-۲-۵- بررسی فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم.. 122
۶-۵- آزمایش­های استخراج با دکانول، نسبت ۲ = C/S. 124
۶-۵-۱- تاثیر درصد وزنی C/S بر روی استخراج.. 126
۶-۵-۲- تاثیر درصد وزنی OF بر روی استخراج.. 127
۶-۵-۳- مدل سازی استخراج گالیم و آلومینیوم با کمک سطح ساز دکانول در ۲ = C/S. 128
۶-۵-۴- رسم منحنی­های هم تراز برای گالیم و آلومینیوم.. 129
۶-۵-۵- بررسی فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم.. 131
۶-۶- بررسی رگرسیون و پارامترهای مرتبط.. 134
۶-۶-۱- بررسی ضرایب مدل­های بدست آمده توسط رگرسیون.. 135
۶-۷- فرایند اسکراب و استریپ.. 135
۶-۸- مقایسه­ نتایج حاصل از سیستم میکروامولسیون با استخراج حلالی مرسوم   136
فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادات
۷-۱- نتیجه گیری.. 142
۷-۲- پیشنهادات.. 143
 
مراجع.. 145
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست جدول­ها
 
جدول ۱-۱: كشورها و شركت­های تولید كننده­ی گالیم.. 10
جدول ۳-۱: طبقه بندی کاربرد سطح ساز توسط استفاده از عدد HLB سطح ساز   54
جدول ۳-۲: عدد HLB برای گروه­های شیمیایی مختلف.. 55
جدول ۳-۳: مطالعات انجام شده بر روی استخراج فلزات توسط سیستم میکروامولسیون   73
جدول ۵-۱: مشخصات مواد شیمیایی استفاده شده در تحقیق.. 87
جدول ۵-۲: مشخصات تجهیزات مورد استفاده در تحقیق.. 87
جدول ۶-۱: آنالیز شیمیایی محلول آلومینات سدیم جاجرم.. 94
جدول ۶-۲: مشخصات نقاط آزمایش شده برای رسم دیاگرام سه فازی با بوتانل و نسبت ۲ = C/S. 95
جدول ۶-۳: مشخصات نقاط آزمایش شده برای رسم دیاگرام سه فازی با دکانول و نسبت ۴ = C/S. 96
جدول ۶-۴: مشخصات نقاط آزمایش شده برای رسم دیاگرام سه فازی با دکانول و نسبت ۲ = C/S. 96
جدول ۶-۵: ترکیب نقاط انتخاب شده روی دیاگرام سه فازی.. 101
جدول ۶-۶: ترکیب نقاط انتخاب شده و درصد استخراج گالیم و آلومینیوم   106
جدول ۶-۷: آزمون انحراف مدل رگرسیونی برای استخراج گالیم و آلومینیوم   111
جدول ۶-۸: داده ­های فاکتور جدایش برای سیستم حاوی بوتانول، با نسبت ۲ = C/S  114
جدول ۶-۹: ترکیب نقاط انتخاب شده و درصد استخراج گالیم و آلومینیوم   116
جدول ۶-۱۰: آزمون انحراف مدل رگرسیونی برای درصد استخراج گالیم و آلومینیوم   120
جدول ۶-۱۱: داده ­های فاکتور جدایش برای سیستم حاوی بوتانول، با نسبت ۲ = C/S  123
جدول ۶-۱۲: ترکیب نقاط انتخاب شده و درصد استخراج گالیم و آلومینیوم   124
جدول ۶-۱۳: آزمون انحراف مدل رگرسیونی برای درصد استخراج گالیم و آلومینیوم   129
جدول ۶-۱۴: داده ­های فاکتور جدایش برای سیستم حاوی دکانول، با نسبت ۲ = C/S  132
جدول ۶-۱۵: مقادیر ضریب همبستگی برای روش­های مختلف رگرسیون   135
جدول ۶-۱۶: ضرایب مدل­های بدست آمده برای گالیم.. 135
جدول ۶-۱۷: غلظت گالیم و آلومینیوم در فاز آبی و آلی قبل و بعد از استخراج   138
جدول ۶-۱۸: غلظت گالیم و آلومینیوم در فاز آبی و آلی قبل و بعد از اسکراب   138
جدول ۶-۱۹: غلظت گالیم و آلومینیوم در فاز آبی و آلی قبل و بعد از استریپ   138
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست شکل­ها
 
شكل ۱-۱: فرایند ترسیب بیجا برای بازیابی گالیم از محلول حاصل از فرایند بایر.. 14
شكل۱-۲: فرایند الكترولیز برای بازیابی گالیم از مایعات فرایند بایر   16
شکل ۲-۱: طرح شماتیک از آزمایش استخراج با حلال.. 21
شکل ۲-۲: دیاگرام مک کیب – تیل.. 23
شکل ۲-۳: فرمول عمومی هیدروکسی کوینولین جانشین شده.. 26
شکل ۲-۴: ساختار اجزاء اصلی تشکیل دهنده ۱۰۰ kelex .. 27

شکل ۲-۵: ساختمان مونو و دی- اکتیل فنیل فسفریک اسید.. 39
شکل ۳-۱: دیاگرام سه فازی شماتیک از سیستم میکروامولسیون روغن-آب-سطح ساز   49
شکل ۳-۲: انواع میکروامولسیون­های وینسور.. 50
شکل ۳-۳: طبقه بندی وینسور و توالی فاز میکروامولسیون­ها بر اساس دما یا درجه­ شوری به ترتیب برای سطح سازهای غیر یونی و یونی.. 51
شکل ۳-۴: دیاگرام سه فازی انواع مختلف سیستم­های میکروامولسیون که توسط وینسور طبقه بندی شده ­اند.. 52
شکل ۳-۵: دیاگرام سه فازی که ناحیه­ی میکروامولسیون روغن در آب، L1 و ناحیه­ی میکروامولسیون آب در روغن، L2 را نشان می­دهد.. 57
شکل ۳-۶: میکروامولسیون آب در روغن.. 59
شکل ۳-۷: میکروامولسیون روغن در آب.. 60
شکل ۳-۸: موقعیت­های ممکن قابلیت حل شدن در یک میسل.. 62
شکل ۳-۹: دیاگرام سه فازی استخراج تنگستن و نقاط انتخاب شده بر روی آن   67
شکل ۳-۱۰: منحنی هم تراز استخراج تنگستن.. 68
شکل ۳-۱۱: منحنی هم تراز استریپینگ تنگستن.. 68
شکل ۴-۱: نمایی از واحد دریافت و خردایش سنگ بوکسیت.. 77
شکل ۴-۲: واحد انحلال لوله­ای.. 78
شکل ۴-۳: واحد تجزیه­ی محلول و ترسیب.. 79
شکل ۴-۴: واحد تکلیس هیدرات و تولید آلومینا.. 80
شکل ۴-۵: واحد ته نشینی گل قرمز.. 81
شکل ۴-۶: واحد تبخیر و تغلیظ و بازیابی سود سوز آور.. 82
شکل ۴-۷: فرایند تولید آلومینا از بوکسیت.. 83
شکل ۵-۱: محیط نرم افزار Origin Pro 8.6. 91
شکل ۵-۲: محیط نرم افزار IBM SPSS Statistice 22. 91
شکل ۶-۱: دیاگرام سه فازی مربوط به کمک سطح سازهای بوتانل و دکانول   97
شکل ۶-۲: دیاگرام سه فازی برای سیستم شامل آب/کروزین/SCO+الکل   98
شکل ۶-۳: تاثیر نسبت C/S بر روی منطقه­ میکروامولسیون برای سیستم شامل آب/کروزین/SCO+بوتانول.. 99
شکل ۶-۴: دیاگرام سه فازی؛ سیستم I: شامل SCO/بوتانول/کروزین/محلول بایر؛ سیستم II: شامل Kelex-100/بوتانول/کروزین/محلول بایر.. 100
شکل ۶-۵: نقاط انتخاب شده روی دیاگرام سه فازی برای آزمایش­های اولیه   102
شکل ۶-۶: تغییرات استخراج نسبت به زمان برای نقطه­ی A از شکل ۶-۵   103
شکل ۶-۷: تغییرات استخراج نسبت به زمان برای نقطه­ی F از شکل ۶-۵   103
شکل ۶-۸: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم بر حسب نوع کمک سطح ساز   104
شکل ۶-۹: مولکول بوتانول.. 105
شکل ۶-۱۰: مشخصات نقاط انتخاب شده بر روی دیاگرام سه فازی بوتانول با نسبت ۲ = C/S برای استخراج گالیم.. 106
شکل ۶-۱۱: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم به صورت تابعی از درصد وزنی C/S در درصد وزنی فاز آبی ثابت.. 107
شکل ۶-۱۲: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به تغییرات درصد وزنی C/S، OF = 10%.. 108
شکل ۶-۱۳: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم به صورت تابعی از درصد وزنی OF، AF = 20%.. 109
شکل ۶-۱۴: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم به صورت تابعی از درصد وزنی OF، C/S = 20%.. 109
شکل ۶-۱۵: منحنی هم تراز استخراج گالیم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۲ = C/S. 112
شکل ۶-۱۶: منحنی هم تراز استخراج آلومینیوم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۲ = C/S. 112
شکل ۶-۱۷: منحنی هم تراز فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۲ = C/S. 115
شکل ۶-۱۸: مشخصات نقاط انتخاب شده بر روی دیاگرام سه فازی بوتانول با نسبت ۴ = C/S برای استخراج گالیم.. 116
شکل ۶-۱۹: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به تغییرات درصد وزنی C/S، AF = 20%.. 117
شکل ۶-۲۰: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به تغییرات درصد وزنی C/S، OF = 10%.. 118
شکل ۶-۲۱: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به تغییرات درصد وزنی OF، AF = 20%.. 119
شکل ۶-۲۲: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به تغییرات درصد وزنی OF، C/S = 20%.. 119
شکل ۶-۲۳: منحنی هم تراز استخراج گالیم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۴ = C/S. 121
شکل ۶-۲۴: منحنی هم تراز استخراج آلومینیوم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۴ = C/S. 122
شکل ۶-۲۵: منحنی هم تراز فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم برای سیستم حاوی بوتانول با نسبت ۴ = C/S. 123
شکل ۶-۲۶: مولکول دکانول.. 125
شکل ۶-۲۷: مشخصات نقاط انتخاب شده بر روی دیاگرام سه فازی دکانول با نسبت ۲ = C/S. 125
شکل ۶-۲۸: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به درصد وزنی C/S، AF = 20%.. 126
شکل ۶-۲۹: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به درصد وزنی C/S، OF = 10%.. 127
شکل ۶-۳۰: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به درصد وزنی OF، AF = 20%.. 128
شکل ۶-۳۱: تغییرات استخراج گالیم و آلومینیوم نسبت به درصد وزنی OF، C/S = 20%.. 128
شکل ۶-۳۲: منحنی هم تراز استخراج گالیم برای سیستم حاوی دکانول با نسبت ۲ = C/S. 130
شکل ۶-۳۳: منحنی هم تراز استخراج آلومینیوم برای سیستم حاوی دکانول با نسبت ۲ = C/S. 131
شکل ۶-۳۴: منحنی هم تراز فاکتور جدایش گالیم و آلومینیوم برای سیستم حاوی دکانول با نسبت ۲ = C/S. 132
 

پیشگفتار

۱- پیشینه، ضرورت و اهداف
در سال ۲۰۰۲ دانتس و همکاران بر روی استخراج گالیم از محلول بایر با بهره گرفتن از میکروامولسیون مطالعاتی را انجام دادند. سیستم مورد استفاده در این تحقیقات شامل بوتانول به عنوان کمک سطح ساز و کروزین به عنوان فاز آلی بود. آن­ها از Kelex-100 و SCO نیز به عنوان سطح ساز استفاده کردند. نتایج حاصل از کار آن­ها نشان داد که سیستم میکروامولسیون قادر به استخراج ۱۰۰ درصد گالیم در مدت زمان ۱۰ تا ۳۰ دقیقه است.
در سال ۱۳۸۴، طرح مطالعاتی استخراج گالیم از محلول بایر کارخانه­ی آلومینا جاجرم، در جهاد دانشگاهی دانشگاه تربیت مدرس توسط نادری و عبدالهی اجرا شد. شکل ۱ فلوشیت فرایند طراحی شده جهت استخراج گالیم را نشان می­دهد. در این فرایند از روش استخراج با حلال به وسیله­ استخراج کننده­ Kelex-100، استفاده شد. ترکیب آلی استفاده شده شامل ۱۰٪ حجمی Kelex-100، ۱۰٪ حجمی اتانول و مابقی کروزین می­باشد. فرایند به مدت یک ساعت و در دمای محیط اجرا می­ شود. این فرایند منجر به استخراج ۹۳٪ گالیم به همراه ۳۴٪ آلومینیوم شده است.
در سال ۱۳۸۵، به منظور بر طرف کردن برخی مشکلات فرایند فوق، از قبیل اتلاف بالای آلومینیوم، آلوده شدن استخراج کننده توسط آلومینیوم و تشکیل فاز سوم در مرحله­ شستشوی اسیدی گالیم از فاز آلی، مطالعات تکمیلی در این زمینه انجام شد. در نتیجه مشخص شد استفاده از ایزودکانول به عنوان تعدیل کننده به جای اتانول باعث افزایش قابلیت استخراج انتخابی توسط Kelex-100 می­ شود. ترکیب آلی استفاده شده شامل ۱۲٪ حجمی Kelex-100، ۵٪ حجمی ایزودکانول و مابقی کروزین می­باشد. در این شرایط بازیابی گالیم و آلومینیوم ۹۲٪ و ۶٪ می­باشد.
با توجه به قابلیت­ها و توانایی­های سیستم میکرواموسیون در زمینه­ کاهش زمان فرایند استخراج فلزهای گوناگون از جمله گالیم در دمای محیط و توانایی آن در استخراج عناصر از محلول­های رقیق، نیاز به مطالعات جامع در مورد این سیستم­ها وجود دارد.
شکل ۱: فلوشیت طراحی شده جهت استحصال گالیم از محلول آلومینات سدیم به روش استخراج با حلال ]۲[
 
هدف از انجام این مطالعات بررسی تاثیر شرایط میکروامولسیون بر روی استخراج گالیم و آلومینیوم از محلول آلومینات سدیم واقعی است. برای این منظور، ابتدا شرایط لازم برای تشکیل محیط میکروامولسیون مناسب بدست آمد و سپس به بررسی تاثیر پارامترهایی از قبیل زمان، نوع فاز آبی، نوع کمک سطح ساز و نوع سیستم میکروامولسیون تشکیل شده پرداخته شد.