چكیده
منگنز به دلایل اقتصادی و داشتن خصوصیات فیزیكی و شیمیایی خاص به عنوان یكی از فلزات کاربردی و مهم در صنایع متالورژی و آلیاژهای غیر آهنی استفاده می‏شود. استحصال این فلز به لحاظ اهمیت آن از کانه‏های با عیار پایین دارای توجیه اقتصادی می‏باشد. در تحقیق حاضر امکانسنجی پرعیارسازی کانسنگ منگنز معدن محمدآباد جیرفت مورد بررسی قرار گرفته است.  بر اساس آنالیزهای شیمیایی، عیار منگنز در نمونه 21 درصد، اکسید آهن­ 66/19 درصد و اکسید سیلیس  07/32 درصد به دست آمده است. مطالعات کانی­شناسی نمونه نشان از حضور بلورهای ریز کانی­های منگنزدار و هم­چنین درگیری با کانی­های گانگ نمونه دارد، در نتایج آزمایش پراش پرتو ایکس کانی­های منگنز به دلیل آمورف بودن و پایین بودن کریستالینیتی بلورها تشخیص داده نشد. آزمایش‏های ثقلی ابتدا با بهره گرفتن از جداکننده جیگ بر روی محدوده‏ی دانه بندی1000+3000- میکرون انجام شد. عیار منگنز در کنسانتره جیگ به 61/23 درصد منگنز  رسید. دربازه‏­های 1000- 300+ ، 300- و 100- میکرون با بهره گرفتن از میزلرزان آزمایش­­های پرعیارسازی انجام شد، بهترین نتیجه­ کنسانتره منگنز در این مرحله، عیار 14/31 درصد و بازیابی 43/30 درصد به دست آمد. به منظور افزایش بازیابی منگنز، از جداکننده‏های مغناطیسی خشک و تر برای پرعیارسازی محصول میانی میزلرزان در محدوده ابعادی 300- میکرون استفاده شد. در مرحله­ بعد، آزمایش‏های فلوتاسیون بر روی محدوده­ ابعاد 100- میکرون انجام پذیرفت که در بهترین حالت عیار منگنز 59/27 درصد شد. به دلیل دست نیافتن به نتیجه­ مطلوب از روش­های رایج پرعیارسازی فیزیکی و فلوتاسیون می­توان این­طور نتیجه گرفت که این نوع کانسنگ در گروه کانی­های سخت منگنز قرار داد و باید روش­های شیمیایی مانند لیچینگ احیایی را برای پرعیارسازی کانسنگ منگنز معدن محمدآباد جیرفت انتخاب کرد. در بخش نهایی این تحقیق، مراحل روش لیچینگ احیایی بررسی و نتایج آن تحلیل شد. در روش لیچینگ احیایی بیش­ترین بازیابی منگنز نسبت به سایر روش‏ها به دست آمد. کاهنده­ی موثر در این روش اسیداکسالیک انتخاب شد، هم­چنین عامل کنترل لیچینگ تعیین شد. با بهره گرفتن از نرم­افزار طراحی آزمایش روش CCD با انجام 30 آزمایش لیچینگ،در آزمایش­های اعتبارسنجی با 4/14 درصد جامد، 60 گرم بر لیتر اسیدسولفوریک، 93/49 گرم بر لیتر اسید اکسالیک در دمای 70 درجه سانتی ­گراد، بازیابی منگنز به 4/88 درصد، بازیابی آهن 57/6 درصد و بازیابی سیلیس به 66/0 درصد  رسید.
 
کلمات کلیدی: پرعیارسازی کانسنگ منگنز، معدن محمدآباد جیرفت، لیچینگ احیایی، روش CCD
فهرست مطالب
عنوان…………………………………………………………………………..صفحه
مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..1
فصل اول ………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………….3
1-1آشنایی……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………4
1-2خواص…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….4
1-3کانی شناسی………………………………………………………………………………………………………………………………………………….5
1-4ژئوشیمی……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ..5
1-5زمین شناسی اقتصادی………………………………………………………………………………………………………………………………….6

• تقسیم بندی کانسارهای منگنز (پارک و مک دیارمید 1975) …………………………………………………8

1-5-2تقسیم بندی کانسارهای منگنز (گیلبرت و پارک 1977) ……………………………………………………………..8
1-6 اکتشاف و ارزیابی ذخایر منگنز…………………………………………………………………………………………………………………..14
1-7روش های عمده استخراج منگنز…………………………………………………………………………………………………………………14
1-8کاربردهای منگنز…………………………………………………………………………………………………………………………………………15
1-9توزیع منگنز در دنیا……………………………………………………………………………………………………………………………………..16
1-9-1تولید منگنز در ایران………………………………………………………………………………………………………………………17
1-9-2 تولید منگنز در دنیا و توسعه های اخیر……………………………………………………………………………………….18
فصل دوم……………………………………………………………………………………………………………………………………………..21
روش های فرآوری منگنز
2-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………22
2-2 سنگ جوری………………………………………………………………………………………………………………………………………………22
2-3 پرعیارسازی به روش ثقلی………………………………………………………………………………………………………………………..22
2-4 پرعیارسازی به روش مغناطیسی……………………………………………………………………………………………………………….24
2-5 پرعیارسازی به روش فلوتاسیون………………………………………………………………………………………………………………..24
2-6 روش تشویه……………………………………………………………………………………………………………………………………………….24
2-7 پرعیارسازی به روش لیچینگ…………………………………………………………………………………………………………………..25
2-7-1 لیچینگ کاهشی با محلول یون آهن……………………………………………………………………………………………..28
2-7-2 لیچینگ کاهشی توسط سولفور دی­اکسید یا محلول­های سولفیت……………………………………………….30
2-7-3 لیچینگ کاهشی با بهره گرفتن از کاهنده­های ارگانیک…………………………………………………………………………31
2-7-4 لیچینگ الکترو-کاهشی…………………………………………………………………………………………………………………….39
2-7-5 لیچینگ همزمان منگنز (IV) و کانی­های سولفیدی……………………………………………………………………….39
2-7-6 لیچینگ با هیدروژن پراکسید…………………………………………………………………………………………………………….40
2-7-7 لیچینگ در محلول اسید هیدروکلریک……………………………………………………………………………………………..42
2-7-8 لیچینگ با نیتروژن دی­اکسید و محلول نیتریک اسید……………………………………………………………………….43
2-8 استحصال منگنز از محلول های لیچینگ…………………………………………………………………………………………………..45
2-8-1 بازیابی منگنز به روش استخراج حلالی……………………….. …………………………………………………………………46
2-8-2 بازیابی منگنز به روش  رسوب شیمیایی…………………………………………………………………………………………..46
2-8-3  بازیابی منگنز به روش تبادل یونی………………………………………………………………………………………………….. 47
2-8-4 مطالعه انجام شده برای بازیابی منگنز……………………………………………………………………………………………….47
2-8-4-1 ترسیب منگنز و آهن…………………………………………………………………………………………………………………..48
2-9  تولید منگنز الکترولیتی…………………………………………………………………………………………………………………………….49
2-10 تولید منگنزدی اکسید  الکترولیتی ……………………………………………………………………………………………………….50
2-11 تولید منگنز دی اکسید  شیمیایی…………………………………………………………………………………………………………..50
فصل سوم…………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………..51
معرفی مواد،روش ها و تجهیزات

3-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………52
3-2 تهیه نمونه………………………………………………………………………………………………………… …………………………….. …….. 52
3-3 شناسایی نمونه………………………………………………………………………………………………………… ……………………………… 52
3-3-1 تجزیه شیمیایی نمونه…………………………… …………………………… ………………………….. ………………………….. 52
3-3-2 مطالعات پراش پرتو ایکس(XRD) ……………………………………………………………………………………………..53
3-3-3 مطالعات میکروسکوپی………………………………………………………………………………………………………………….53
3-3-4 تجزیه سرندی و تعیین دانه بندی و عیار کانسنگ منگنز…………………………………………………………….55
3-3-5 مطالعات درجه آزادی…………………………………………………………………………………………………………………………57
3-4 پرعیارسازی منگنز……………………………………………………………………………………………………………………………………..58
3-4-1 آزمایش پرعیارسازی با جیگ………………………………………………………………………………………………………….58
3-4-2 آزمایش های پرعیارسازی با میزلرزان……………………………………………………………………………………………..59
3-4-3 آزمایش های پرعیارسازی به روش مغناطیسی………………………………………………………………………………59
3-4-4 انجام آزمایش های پرعیارسازی به روش فلوتاسیون………………………………………………………………………60
3-4-5  روش آزمایش های پرعیارسازی به روش لیچینگ…………………………………………………………………………60
3-4-5-1 تئوری سینتیک لیچینگ……………………………………………………………………………………………………..61
الف- نفوذ از لایه مایع…………………………………………………………………………………………………………………….63
ب-نفوذ از میان خاکستر………………………………………………………………………………………………………………..64
ج- واکنش شیمیایی……………………………………………………………………………………………………………………….64
3-4-6 روش انجام آزمایش های سینتیک………………………………………………………………………………………………………66
3-4-7 نرم افزار طراحی آزمایش……………………………………………………………………………………………………………………. 66
3-4-8 روش انجام آزمایش­ها ……………………………………………………………………………………………………………………….69
فصل چهارم……………………………………………………………………………………………………………………………………………………70
بحث و نتایج
4-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..71
4-2 آزمایش های جیگ……………………………………………………………………………………………………………………………………..71
4-3 نتایج آزمایش های میزلرزان………………………………………………………………………………………………………………………72
4-4 نتایج آزمایش های پرعیار سازی به روش مغناطیسی……………………………………………………………………………….77
4-5 نتایج آزمایش های پرعیار سازی به روش فلوتاسیون………………………………………………………………………………..80
4-6  نتایج آزمایش های پرعیار سازی به روش لیچینگ………………………………………………………………………………….82
الف) تعیین ماده کاهنده………………………………………………………………………………………………………………………………..82
ب) تعیین عامل کنترل لیچینگ…………………………………………………………………………………………………………………..83
4-6-1 طراحی آزمایش………………………………………………………………………… …………………………………………………..86
4-6-1-1 آنالیز واریانس مدل­ها………………………………………………………………………………………………………………88
4-7 بررسی اثر پارامترهای عملیاتی…………………………………………………………………………………………………………….91
4-7-1 بررسی اثر پارامترهای عملیاتی بر بازیابی منگنز…………………………………………………………………………….91
4-7-2 بررسی اثر پارامترهای عملیاتی بر بازیابی آهن…………………………………………………………………………………96
4-7-3 بررسی اثر پارامترهای عملیاتی بر بازیابی سیلیس………………………………………………………………………….99
4-8 بهینه سازی……………………………………………………………………………………………………………………………………………….99
فصل پنجم………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………..102
نتایح و پیشنهادات
5-1 مقدمه………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………….103
5-2 نتایج و پیشنهادات…………………………………………………………………………………………………………………………………..103
مراجع……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….106
فهرست شکل­ها
عنوان…………………………………………………………………………..صفحه
شکل1-1 دیاگرام پوربه منگنز ……………………………………………………………………………………………………………………..6
شکل1-2 طرح شماتیک یک گرهک همبرگری شکل…………………………………………………………………………………13
شکل1-3 نحوه­ توزیع ذخایر منگنز در دنیا………………………………………………………………………………………………..17
شکل2-1 فلوشیت فرایند بازیابی منگنز با بهره گرفتن از محلول لیچ……………………………………………………………….28
شکل2-2 اثر مقدارSO2 بر بازیابی فلزات در کانه با عیار متوسط………………………………………………………………31
شکل2-3 اثر مقدارSO2 بر بازیابی فلزات در کانه پر عیار………………………………………………………………………….31
شکل2-4 اثر مقدارSO2 بر بازیابی فلزات در کانه کم عیار…………………………………………………………………………31
شکل 2-5 اندرکنش متغیرها بر بازیابی منگنز……………………………………………………………………………………………..33
شکل2-6 تاثیر غلظت­های مختلف اسیدنیتریک…………………………………………………………………………………………..34
شکل2-7 تاثیر غلظت­های مختلف اسیداکسالیک…………………………………………………………………………………………34
شکل2-8 تاثیر مقدار کاهنده بر نرخ لیچینگ منگنز…………………………………………………………………………………….35
شکل2-9 اثر غلظت ملاس نیشکر بر بازیابی…………………………………………………………………………………………………..37
شکل2-10 اثر غلظت اسیدسولفوریک بر بازیابی منگنز………………………………………………………………………………….38
شکل2-11 اثر نسبت وزنی کانسنگ به کاهنده بر بازیابی منگنز……………………………………………………………………38
شکل2-12 بازیابی منگنز بر حسب زمان در دماهای مختلف………………………………………………………………………….38
شکل2-13 اثر غلظت اسیدسولفوریک بر بازیابی منگنز…………………………………………………………………………………..41
شکل2-14 اثر غلظت هیدروژن­پراکسید بر بازیابی منگنز………………………………………………………………………………..41
شکل2-15 اثر غلظت کاهنده­های متفاوت بر بازیابی منگنز…………………………………………………………………………….42
شکل2-16 اثر غلظت اسیدسولفوریک بر بازیابی منگنز…………………………………………………………………………………..42
شکل2-17 اثر غلظت اسیدهیدروکلریک بر بازیابی منگنز……………………………………………………………………………….43
شکل2-18 اثر غلظت هیدروژن­پراکسید بر بازیابی منگنز……………………………………………………………………………….43
شکل2-19 بلوک دیاگرام تولید هیدرومتالورژیکی از محصولات فعال و غیرفعال……………………………………………..44
شکل2-20 تاثیر غلظت اسیدنیتریک بر بازیابی عناصر موجود در کانسنگ………………………………………………………45
شکل2-21 تاثیر غلظت ملاس بر بازیابی عناصر موجود در کانسنگ………………………………………………………………..45
شکل2-22 تاثیر دما بر بازیابی عناصر موجود در کانسنگ………………………………………………………………………………..45
شکل2-23 فلوشیت بازیابی منگنز و حذف آهن از محلول لیچ………………………………………………………………………..48
شکل2-24 دیاگرام Eh-pH برای سیستم منگنز-آهن-گوگرد………………………………………………………………………49
شکل3-1 طیف EDX مربوط به کانی منگنزدار……………………………………………………………………………………………..55
شکل3-2 طیف EDX مربوط به کانی حاوی منگنز-سیلیس-کلسیم……………………………………………………………56
شکل3-3 منحنی توزیع دانه­بندی نمونه کانسنگ منگنز………………………………………………………………………………….58
شکل3-4 منحنی مربوط به توزیع تجمعی منگنز، آهن و سیلیس……………………………………………………………………58
شکل3-5 منحنی مربوط به عیار منگنز، آهن و سیلیس……………………………………………………………………………………58
شکل3-6 نمودار مراحل اجرای آزمایش­های پرعیارسازی………………………………………………………………………………….60
شکل3-7 نحوه ترکیب ذرات جامد……………………………………………………………………………………………………………………..63
شکل3-8 واکنش ذره جامد با سیال اطراف آن طبق مدل هسته انقباظی………………………………………………………..64
شکل3-9 پارامترهای محدودکننده نرخ واکنش در مدل هسته انقباظی…………………………………………………………..65
شکل4-1 نمودار بازیابی منگنز بر حسب زمان…………………………………………………………………………………………………..85
شکل4-2 نمودار تعیین عامل کنترل لیچینگ نفوذ…………………………………………………………………………………………..86
شکل4-3 نمودار آرنیوس…………………………………………………………………………………………………………………………………….87
شکل4-4 اثر پارامترهای عملیاتی بر بازیابی منگنز……………………………………………………………………………………………92
شکل4-5 نمودار کنتوری اثر متقابل درصدجامد و دما بر بازیابی منگنز…………………………………………………………..93
شکل4-6 نمودار کنتوری درصدجامد و اسیدسولفوریک بر بازیابی منگنز……………………………………………………….94
شکل4-7 نمودار کنتوری درصدجامد و اسیداکسالیک بر بازیابی منگنز…………………………………………………………..94
شکل4-8 اثر متقابل اسیدسولفوریک و دما بر بازیابی منگنز…………………………………………………………………………….95
شکل4-9 اثر متقابل اسیداکسالیک و دما بر بازیابی منگنز……………………………………………………………………………..96
شکل4-10 اثر متقابل اسیداکسالیک و اسیدسولفوریک بر بازیابی منگنز……………………………………………………..96
شکل4-11 اثر پارامترهای عملیاتی بر بازیابی آهن…………………………………………………………………………………………98
شکل4-12 نمودار کنتوری اثر متقابل درصدجامد و دما بر بازیابی آهن………………………………………………………..98
شکل4-13 نمودار کنتوری درصدجامد و اسیدسولفوریک بر بازیابی آهن………………………………………………………99
شکل4-14 نمودار کنتوری درصدجامد و اسیداکسالیک بر بازیابی آهن………………………………………………………….99
شکل4-15 اثر پارامترهای عملیاتی بر بازیابی سیلیس……………………………………………………………………………………100
فهرست جدول­ها
عنوان…………………………………………………………………………..صفحه
جدول1-1 مشخصات ترکیب­های موجود در محصولات منگنز……………………………………………………………….16
جدول3-1 آنالیز شیمیایی کامل نمونه برداشت شده………………………………………………………………………………54
جدول3-2 نتایج تجزیه سرندی و تجزیه شیمیایی بخش­های مختلف ابعادی………………………………………..57
جدول3-3 معادلات سینتیک بر اساس مکانیسم مدل نفوذ……………………………………………………………………..66
جدول3-4 معادلات سینتیک برای واکنش­های جامد-مایع………………………………………………………………………67
جدول3-5 پارامترهای عملیاتی و سطوح آنها……………………………………………………………………………………………69
جدول3-6 آزمایش­های طراحی شده با بهره گرفتن از روش CCD……………………………………………………………70
جدول3-7 پارامترهای ثابت و مقادیر آنها در آزمایش­های لیچینگ احیایی……………………………………………71
جدول4-1 آزمایش جیگ بر روی دانه بندی(1000+3350-) میکرون………………………………………………….73
جدول4-2 آزمایش میزلرزان بر روی دانه بندی(1000-300+) میکرون………………………………………………..74
جدول4-3 آزمایش میزلرزان بر روی دانه بندی(1000-300+) میکرون…………………………………………………75
جدول4-4 آزمایش میزلرزان بر روی دانه بندی(300-) میکرون……………………………………………………………..76
جدول4-5 آزمایش میزلرزان بر روی دانه بندی(300-) میکرون…………………………………………………………….77
جدول4-6 آزمایش میزلرزان بر روی دانه بندی(300-) میکرون…………………………………………………………….78
جدول4-7 آزمایش میزلرزان بر روی دانه بندی(100-) میکرون……………………………………………………………79
جدول4-8 آزمایش مغناطیسی خشک بر روی محصول میانی دانه بندی(300-) میکرون…………………..80
جدول4-9 آزمایش مغناطیسی بر روی دانه بندی(100-) میکرون……………………………………………………….81
جدول4-10 پرعیارسازی توسط فلوتاسیون مستقیم……………………………………………………………………………..84
جدول4-11 نتایج آزمایش سینتیک لیچینگ در معادله مدل نفوذ………………………………………………………..86
جدول4-12 مقادیر لگاریتم Kدر دماهای متفاوت………………………………………………………………………………..87
جدول4-13 نتایج حاصل از طراحی آزمایش…………………………………………………………………………………………..88
جدول4-14 نتایج آنالیز واریانس مربوط به مدل­های ارائه شده……………………………………………………………….91
جدول4-15 مقادیر P و F برای پارامترهای عملیاتی و برهم کنش آنها…………………………………………………91
جدول4-16 شرایط بهینه­سازی پیشنهادی توسط نرم­افزار………………………………………………………………………101
جدول4-17 مقادیر متغیرها در بهینه­سازی پیشنهادی توسط نرم­افزار…………………………………………………….102