بررسی تاثیر اکسیداسیون و احیاء بر فازهای ایلمنیت و تیتانومنیتیت کنسانتره قره آغاج

۱- مقدمه:

کانسار تیتانیم دار قره آغاج در استان آذربایجان غربى و در ۳۶ کیلومترى شمال غربى شهرستان ارومیه و در بخش صوماى برادوست واقع شده است. نمونه هاى حاصل از معدن بعد از مطالعه مقاطع و شناسایى خصوصیات مینرالى آن، توسط روش فیزیکى تغلیظ گردید. تجهیزات مورد استفاده در این روش میز و جداکننده مغناطیسى آزمایشگاهى بوده است. بعد از تهیه کنسانتره ایلمنیت و تیتانومنیتیت باید اکسید آهن موجود در آن حذف گردد تا دى اکسید تیتانیم با عیار قابل قبول تولید گردد. جهت حذف اکسید آهن یکسرى عملیات آماده سازى شامل اکسیداسیون و احیاء ضرورى
مى باشد. اکسیداسیون جهت خارج کردن اکسید آهن از شبکه و احیاء جهت حذف اکسیژن اکسید آهن انجام مى گردد.

◊◊◊◊◊◊◊

۲- بحث:

۲-۱- مینرالوژی کنسانتره

نمونه های مورد استفاده جهت اکسیداسیون و احیاء، از ترانشه های معدن قره آقاج گرفته شده است سپس نمونه ها مورد مطالعه مقاطع صیقلی قرار گرفته اند. در این نمونه ها عمدتا ذرات ریز هماتیت در داخل کانی ایلمنیت و لاملهای ایلمنیت در داخل منیتیت مشاهده می شود. در شکل (۱) مقطع صیقلی از این نمونه ها نشان داده شده است.

با مطالعه مقاطع صیقلی بر روی نمونه های کنسانتره تهیه شده از کانسار تیتانیوم به روش فیزیکی نیز ذرات ریز هماتیت در داخل ایلمنیت مشهود می باشد. در شکل (۲) نمایی از مقطع مورد مطالعه نشان داده شده است. همانطور که در شکل دیده می شود حذف این ناخالصی ها از ایلمنیت و بازیابی لاملهای ریز ایلمنیت، توسط روشهای فیزیکی مشکل و یا غیرممکن است. لذا باید توسط روشهای شیمیایی و حرارتی این ناخالصی ها را حذف و ایلمنیت را بازیابی نمود.

آزمایش هاى اکسیداسیون در محدوده دمایى ^oC۱۰۵۰ – ۷۰۰  و در زمان هاى ۵/۱، ۳، ۵/۴و ۶ ساعت انجام شده است. نمونه ها در بوته هاى سرامیکى ریخته شده و در داخل کوره مافلى در فشار اتمسفر قرار گرفته است. بعد کوره را روشن نموده و بعد از رسیدن دماى کوره به دماى مورد نظر، زمان اکسیداسیون ثبت مى شود. رطوبت جذب شده در نمونه ها نیز ملاحظه گردیده است. بعد از اکسیداسیون نمونه ها، آن را داخل رطوبت گیر گذاشته تا رطوبت محیط را جذب نکند. نمونه ها بعد از اکسیداسیون بوسیله ترازو با دقت ۰۰۱/۰ توزین شده اند. افزایش وزن حاصل از اکسیداسیون ثبت
مى شود. سپس توسط رابطه زیر و با توجه به ترکیب شیمیایى کنسانتره ایلمنیتى و تیتانومنیتیتى درصد اکسیداسیون محاسبه مى گردد. لازم به ذکر است که در اثر اکسیداسیون ایلمنیت و جذب اکسیژن توسط اکسیدهاى آهن موجود در کنسانتره، افزایش وزن حاصل مى شود. با استفاده از فرمول ذکر شده جهت محاسبه درصد اکسیداسیون که بستگى به وزن مولى و درصد اکسیدهاى آهن کنسانتره دارد، درصد اکسیداسیون کنسانتره بدست مى آید. درصد اکسیداسیون شامل وزن اکسیژن جذب شده به وزن اکسیژن استوکیومتری جهت اکسیداسیون کامل نمونه است.

در هوازدگى طبیعى ایلمنیت، به نظر مى رسد که تبدیل ایلمنیت به روتیل با تشکیل فاز میانى پزودوروتیل با فرمول Fe_۲Ti_۳O_۹ همراه است. ولى با انجام عملیات اکسیداسیون در دماهاى بالاى ^oC۷۰۰ انتظار مى رودکه پزدوبروکایت با فرمولFe_۲TiO_۵ تشکیل شود که نسبت به ایلمنیت از سینتیک احیاء بالاترى برخوردار است. در حالى که پزدوروتیل از سینتیک احیاء پایین ترى برخوردار است.

۲-۲-۱- کنسانتره ایلمنیت

در این آزمایش ها تاثیر عوامل زمان و دما مورد بررسى قرار گرفته است. نتایج حاصل از آزمایشها در جدول (۱) آورده شده است. همانطور که در جدول دیده می شود در دماى ثابت با افزایش زمان میزان اکسیداسیون افزایش پیدا کرده است. سرعت تغییرات اکسیداسیون در زمان هاى کمتر بیشتر است چنین حالتى نشان مى دهد که لایه اکسید اولیه در همان زمان هاى اولیه تشکیل شده است و با رشد این لایه، بدلیل مشکل شدن نفوذ اکسیژن و حرکت یون هاى فلزى، سرعت اکسیداسیون کاهش مى یابد.

در دمای۱۰۵۰ درجه سانتیگراد و زمان ۹۰ دقیقه، میزان اکسیداسیون بالا است و بدلیل ذوب سطحى
نمونه ها و پر شدن خلل و فرج ترکها با گذشت زمان، نفوذ اکسیژن کاهش یافته، بنابراین سرعت اکسیداسیون کاهش مى یابد. با افزایش دما، منحنى  اکسیداسیون به خط ثابت نزدیک مى شود. اطلاعات حاصله نشان مى دهد تاثیر دما بر اکسیداسیون بیشتر از تاثیر زمان است.

جدول۱- نتایج حاصل از اکسیداسیون کنسانتره ایلمنیت در زمان ها و دماهاى مختلف

۲-۲-۲- کنسانتره تیتانومنیتیت

مشابه حالت ذکر شده براى اکسیداسیون کنسانتره ایلمنیتى، کنسانتره تیتانومنیتیت نیز مورد عملیات اکسیداسیون قرار گرفته است. در جدول (۲) زمان ها و دماهاى اکسیداسیون، نسبت تغییرات وزن و درصد اکسیداسیون ذکر شده است. در دماى ثابت با افزایش زمان میزان اکسیداسیون افزایش مى یابد و با افزایش زمان تا ۳۶۰ دقیقه میزان اکسیداسیون کنسانتره تیتانومنیتیتى افزایش یافته است و سرعت اکسیداسیون در زمانهاى اولیه، بدلیل تشکیل لایه اکسید با گذشت زمان، بیشتراست. در زمان ثابت با افزایش دما میزان اکسیداسیون افزایش مى یابد. سرعت اکسیداسیون در محدوده زمانى
۲۷۰-۱۸۰ دقیقه بیشتر از سایر زمان ها است. سرعت اکسیداسیون کنسانتره تیتانومنیتیتى حساسیت بیشترى به زمان نسبت به دما دارد.

جدول۲- نتایج حاصل از اکسیداسیون کنسانتره تیتانومنیتیت در زمان ها و دماهاى مختلف

کلید واژه ها: اکسیداسیون احیاء پزودوبروکایت ایلمنیت تیتانومنیتیت کانه آرایی سایر موارد