بالا بردن سولفات مس تولیدی کشور

نام پژوهش چیست و بر اساس چه رویکرد و نیازی مطرح شد؟
عنوان پژوهش تولید سولفات مس با استفاده از کاتد در محلول اسیدی است. سولفات مس با درصد خلوص بالا جهت مصارف کشاورزی، خوراک دام (آبزیان) و از همه مهم‌تر جهت کاتالیست در صنایع پتروشیمی استفاده می‌شود. در این تحقیق تهیه‌ سولفات مس بدون آلودگی محیط‌زیست و ناخالصی نیترات انجام شده است.
• مراحل پژوهش چگونه پیش رفت؟
جهت انجام آزمایش، دو مرحله نیاز بود. ابتدا تبدیل کاتد مس به پودر مس و در مرحله‌ی دوم انحلال پودر در اسید سولفوریک و تولید کریستال سولفات مس. هر دو مرحله‌ آزمایش در 3 دمای  C̊ 50،70، 35 با 2 سطح مقطع مفتول و ورقه انجام گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد در مرحله تبدیل کاتد به پودر درجه حرارت تاثیر چندانی در انجام فرآیند ندارد اما در مرحله‌ی انحلال پودر درجه حرارت به همراه اکسیدکننده، از مهم‌ترین عوامل موثر در فرآیند است. در ادامه هیدروژن پراکسید، اکسیژن و اوزون به عنوان اکسیدکننده مورد بررسی قرار گرفت. به دلیل بالا بودن درصد انحلال پودر مس در محلول و خلوص سولفات مس در کریستال، هیدروژن پراکسید بهترین اکسیدکننده جهت انحلال پودر مس انتخاب شد، اما از دیدگاه اقتصادی مقرون به صرفه نبود و به دلیل مشکلات تجزیه‌پذیری سریع در محیط و در معرض نور نمی‌توان به عنوان اکسیدکننده مناسب در صنعت استفاده کرد. فرآیند تبدیل محلول به کریستال در 3 حالت سرد‌کردن کند، سریع و طبیعی انجام گرفت و با استفاده از تصاویر SEM، نمودار توزیع ذرات کریستال به دست آمد و با مدل روزین ̱ راملر اعتبارسنجی شد. به علاوه در این تحقیق با استفاده از افزودن ضدحلال اتانول به محلول سولفات مس، سولفوریک اسید و آب که برای بالا بردن درصد خلوص سولفات مس به کار برده می‌شود، سینتیک تشکیل کریستال، اثر هسته‌زایی و رشد کریستال مورد بررسی و در نهایت داده‌های تجربی با مدل مورد  مقایسه قرار گرفت.
• چه نتایجی در این پژوهش مدنظر بود؟

موضوع دیگر به دست آوردن پارامتر‌های موثر جهت تولید سولفات مس شامل سطح کاتد، دما، زمان، دانسیته جریان و اکسیدکننده است. در دمای مختلف تغییرات جریان نسبت به زمان تا مدت زمان 120دقیقه تقریبا ثابت بوده و بعد از آن سیر نزولی داشته است و با تغییر دما مشخص شد تاثیر  قابل توجهی بر جریان الکتریکی ندارد. هیدروژن پراکسید، اکسیژن و اوزون به عنوان اکسیدکننده مورد بررسی قرار گرفت که در دمای  C̊ 50 به ترتیب مقادیر 93.5، 80.2 و 86 درصد انحلال مس و همچنین خلوص سولفات مس 98.96، 83.5 و 98.77 درصد حاصل شد. با تغییر دبی جریان اکسیژن در دمای ثابت درصد انحلال پودر افزایش قابل توجهی نداشت و با افزایش دبی زمان انحلال کاهش یافت. به علاوه روش‌های کریستالیزاسیون انجام شده شامل سردکردن کند، سریع و طبیعی است. نوع فرآیند کریستالیزاسیون و افزایش زمان، اندازه کریستال‌ها را به سمت درشت‌تر شدن می‌کشاند. فرآیند سرد کردن کند نسبت به فرآیند سردکردن سریع دارای دانه‌های کریستالی درشت‌تر و رشد دستگاه بلوری تریکلینیک آن بیشتر است. همینطور در فرآیند اضافه کردن اتانول به محلول با افزایش جرم سولفات مس، درصد دانه‌های درشت‌تر کریستال، کاهش می‌یابد. در تمامی حالات، کریستال با گذشت زمان شکل تریکلینیک خود را از دست داده و حالت چسبندگی دانه‌ها قابل مشاهده است. اندازه دانه‌های کریستال در حالت اضافه شدن ضدحلال اتانول  باریک‌تر از حالت‌های کریستالیزاسیون  معمولی است. به منظور اعتبارسنجی نتایج آزمایشگاهی توزیع دانه‌بندی کریستال، مدل روزین-راملر مورد استفاده قرار گرفت. در فرآیند سردکردن سریع در حالت 0.5 ساعت تقریبا 61 درصد و در حالت 1 ساعت 97 درصد داده‌های تجربی با مدل مطابقت داشت. در فرآیند سردکردن کند تقریبا بالای 90 درصد داده‌های تجربی با مدل مطابقت دارد. در فرآیند اضافه کردن اتانول در تمامی حالات بالای90 درصد داده‌های تجربی با مدل مطابقت دارد. در آزمایش اتانول با توجه به نمودارهای دانسیته جمعیت، با افزایش اندازه ذرات، دانسیته جمعیت کاهش می‌یابد. هسته‌زایی و رشد کریستال با مدل ارائه شده مقایسه و مشخص شد که سرعت هسته‌زایی مستقل از دانسیته ماگما است و افزایش فوق اشباعیت سبب افزایش متوسط نرخ رشد سرعت کریستال می‌شود.