عناوین آزمایشهای مطرح شده :

نقطه ذوب

تئوری و زمینه

نقطه ذوب خلوص ماده را از دو طریق نشان میدهد:

(توجه: دراوتکتیک نقطه ذوب تیز- محدوده ذوب نداریم).

استخراج با حلال یکی از قدیمی‌ترین روش‌های جداسازی بوده و بدون شک تاریخ استفاده از آن به قبل از میلاد برمی‌گردد. علم استخراج با حلال در طی مدت زمان طولانی، توسعه یافته است و بیشترین پیشرفت در مورد حلالها و سیالهای مورد استفاده در فرآیندهای استخراج بوده است. روش‌های استخراجی نظیر، سونیکیشن1، سوکسله2، استخراج با فاز جامد[1] و استخراج مایع-مایع[2] که مدتها پیش ابداع شده‌اند امروزه نیز به همان صورت قبلی جهت تهیه نمونه بکار می‌روند. بعلاوه، روش‌های استخراج با حلالهای مایع نظیر سوکسله دارای محدودیت‌های مختلفی همچون آلودگی محیط زیست بدلیل وجود حلالهای دورریز، بازگیری ناقص نمونه‌ها، وقت گیر بودن فرآیند، مصرف زیاد حلال و... هستند. بدین‌ترتیب، محققان به فکر ابداع روش جدید استخراجی افتادند که علاوه بر‌اینکه معایب فوق را نداشته باشد بلکه دارای مزایای چندی نیز باشند. یکی از‌این روش‌ها، استخراج با سیال فوق بحرانی3 (SFE) است که مزیت‌های بسیاری دارد که از مهمترین آنها می‌توانیم به کاهش زمان استخراج و عدم آلودگی محیط زیست اشاره کرد.

فصل اول

استخراج با سیال فوق بحرانی
1-1- تاریخچه

هوگارت1 و‌هانی2 در سال 1879 خواص بی نظیر سیال فوق بحرانی اتانول و تتراکلریدکربن را توضیح دادند. آنها دریافتند که حلالیت‌هالیدهای فلزی در‌این دو سیال خیلی بالاست. در سال 1906 بوخنر3 اعلام کرد که حلالیت مواد آلی غیرفرار در دی اکسید کربن فوق بحرانی ده برابر مقداری است که از مطالعات فشار بخار انتظار می‌رفت. در سال 1958 زهوز4 و همکارانش استخراج لانولین از پشمهای روغنی با CO2 فوق بحرانی را گزارش کردند. نقطه شروع استفاده از سیالهای فوق بحرانی در فرآیندهای صنعتی از کار زوسل5 در انیستیتوی ماکس پلانک در مطالعه زغال سنگ آغاز شد. امروزه‌این سیالها کاربرد فراوانی در اغلب صنایع پیدا کرده‌اند. با‌این حال استفاده از SFE به عنوان یک تکنیک تجزیه‌ای تا دهه 1980 به تأخیر افتاد. در سال 1976 استال6 و شیلز7 سیستم استخراجی میکرو را به همراه کروماتوگرافی لایه نازک به کار بردند. از‌این سال به بعد SFE در حد تجزیه‌ای رشد سریعی کرد به طوری که امروزه‌این سیستم به صورت پیوسته یا ناپیوسته با سیستم‌های کروماتوگرافی گازی، کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا و کروماتوگرافی با سیال فوق بحرانی کاربرد وسیعی در آنالیز انواع نمونه‌ها پیدا کرده است بطوریکه در سالهای 1990-1992 بیش از یکصد مقاله در‌این زمینه ارائه شده است.

1-2- خصوصیات و مزایای یک سیال فوق بحرانی

هر ماده‌ای را که در دما و فشاری بالاتر از دما و فشار بحرانی اش قرار گیرد، سیال فوق بحرانی گویند. شکل (1-1) نمودار فاز ساده‌ای است که نقطه بحرانی و ناحیه فوق بحرانی را نشان می‌دهد.

یک سیال فوق بحرانی خصوصیاتی مابین خصوصیات یک گاز و مایع را داراست. آنچه باعث شده تا سیال فوق بحرانی برای استخراج مورد استفاده و توجه قرار گیرد خصوصیات فیزیکی آن است. همانطوریکه در جدول (1-1) مشاهده می‌شود چگالی سیال فوق بحرانی تقریباً هزار برابر چگالی حالت گازی می‌باشد، بهمین دلیل قدرت حل کنندگی سیال فوق بحرانی بیشتر از گازها و مشابه مایعات است. از طرفی، سیال فوق بحرانی دارای نفوذپذیری زیادتر و ویسکوزیته کمتر نسبت به حلالهای مایع است، ‌این دو عامل انتقال جرم را کنترل می‌کنند و باعث می‌شود تا SFE خیلی سریع عمل کند.

1- دما و فشار فوق بحرانی پائینی داشته باشد.

2-از نظر سلامتی برای انسان خطرناک نباشد، یعنی آتشگیر و سمی‌نباشد.

3-از نظر شیمیایی بی اثر باشد و درجه خلوص آن بالا بوده و ارزان باشد.

چرا CO2 به عنوان حلال عمومی در استخراج به روش سیال فوق بحرانی انتخاب شده است؟

بهترین حلال برای SFE در استخراج‌ترکیبات طبیعی(غذاها و داروها) CO2 است زیرا یک‌ترکیب خنثی، ارزان، در دسترس، بی بو، بی مزه، دوستدار طبیعت و حلال GRAS است. همچنین در ماده فرآیند SFE با CO2، حلال در ماده استخراج شده باقی نمی‌ماند زیرا که‌این ماده در شرایط طبیعی به صورت گاز می‌باشد. علاوه بر‌این، دمای بحرانی آن است که برای مواد حساس به حرارت شرایط‌ایده آلی را بوجود می‌آورد و به خاطر گرمای نهان پایین آن، انرژی کمی برای جداسازی آن از ماده استخراجی لازم است. نکته دیگر آنکه، انرژی مورد نیاز برای بدست آوردن حالت فوق بحرانی CO2اغلب کمتر از انرژی مورد نیاز برای تقطیر حلالهای آلی تجارتی است. در کل قابلیت استخراج‌ترکیبات با CO2فوق بحرانی بستگی به وجود گروه‌های عاملی ویژه در‌این‌ترکیبات، وزن ملکولی و قطبیت آنها دارد.

برای مثال هیدروکربن‌ها و دیگر‌ترکیبات آلی با قطبیت نسبتاً پائین مثل استرها، اترها، آلدئیدها، لاکتون‌ها، کتون‌ها و اپوکسیدها در CO2 فوق بحرانی با فشار کمتر (100-75بار) قابل استخراج هستند در حالیکه‌ترکیبات با قطبیت بالا نظیر آنهائیکه یک گروه کربوکسیلیک و سه گروه هیدروکسیل و یا بیشتر دارند به ندرت در آن محلول هستند.

برای استخراج دسته خاصی از محصولات از یک حلال کمکی کمک می‌گیرند که موجب افزایش قطبیت CO2 فوق بحرانی می‌گردد. اتانول، اتیل استات و آب بهترین حلالهای کمکی برای استخراج‌ترکیبات غذایی هستند. CO2تجارتی مورد نیاز برای فرآیند SFEرا تقریباً می‌توان از سیستم‌های محیط زیستی بدست‌آورد. بعنوان مثال می توان از محصول جانبی صنایع تخمیر یا صنعت کود حیوانی، در استخراج استفاده کرد. بنابراین، استفاده از‌این CO2میزان CO2موجود در جو را افزایش نخواهد داد.

1-3- طرح فرآیندهای سیستم استخراج با CO2 :

در شکل 1-2 و 1-3 شماتیک فرآیند استخراج CO2 فوق بحرانی نشان داده شده است که از مراحل اصلی زیر تشکیل شده است:

1-مرحله استخراج 2-مرحله انبساط 3-مرحله مشروط سازی حلال

همچنین 4جزء دیگر عبارتند از:

1- ظرف استخراج با فشار بالا 2-شیر کاهنده (Term) فشار 3-جداکننده کاهنده (Term)فشار و 4- پمپ افزاینده فشار حلال بازیافت شده.

همچنین دیگر تجهیزات ضروری شامل: مبدلهای حرارتی، کندانسور، ظرف‌های ذخیره سازی، منبع تامین کننده حلال و خوراک می باشد. خوراک معمولاً به شکل خرد شده است که در ظرف استخراج گذاشته می‌شود و CO2با فشار 350-100بار به داخل ظرف ظرف استخراج تزریق می‌شود. عصاره حاوی CO2از طریق یک فشار شکننده فشار به جداکننده که حاوی فشار 120-50بار است فرستاده می‌شود با کاهش فشار، دما و عصاره ته نشین می‌گردد در حالیکه CO2فاقد عصاره به ظرف استخراج برگردانده می‌شود.

SFEبرای خوراک جامد یک فرآیند نیمه مداوم است به‌این صورت که جریان بصورت مداوم است ولی جریان نیمه پیوسته شدن ظرف استخراج از خوراک به صورت نیمه مداوم یا بچ است برای‌ایجاد جریان نیمه پیوسته در ظرف استخراجها از چند ظرف استخراج بهره می‌گیریم که به نوبت پر و خالی می‌شوند.

1-4 اصول و پایه فاز تعادلی و سیستم‌های بحرانی:

مقاله بررسی فن آوری استخراج معدن در 16 صفحه ورد قابل ویرایش

مقدمه:

در کشور نروژ راه حلهای فن آوری ابتدایی همیشه برای حداقل رساندن و کنترل‌رهایی از آلودگیها در اثر معادن غیر قابل استعمال سولفید وسیله‌ای ارجح بوده است. این برآورد و ارزیابیها شامل راه حلهای متنوع، رسوبات زیرآب، جبران گذشته و بهره وری از بخش کثیر آبهای طبیعی می باشد. معیار اصلی این قبیل راه حلها، علاوه بر تاثیر کم و هزینه نگهداری، همیشه مورد استفاده بوده. به طبیعی واکنشهای موادشیمیایی زمینی به منظور نزدیک آمدن هرچه ممکن به یک وضعیت ثابت شیمیایی رخ می دهند. به هرحال، پیچیدگی سیستم معمولاً پیش بینی نتیجه درست از یک راه حل مشخص را مشکل می سازد و باعث تعجب بسیاری خواهد شد. تاکنون بعضی وقتها، ترجیحات بار راه حلهای فن آوری و مقدماتی جدید اقداماتی انجام می شد که مجبور به بهبود بخشیدن و رفع عیوب می بود. این برگه توصیف به جد و جهد می کند. مثال خوبی از یک راه حل مبنی بر بهره‌گیری به طور طبیعی از فعل و انفعالات موادشیمیایی زمین در معدن غیر مستعملkken L در نروژ مرکزی کشف شده (که در فهرست شماره یک مشخص است) جائیکه یک معدن همچون یک “ گیاه درمانی “ به منظور جابجایی مس از گنداب سطح اسیدی استعمال شده است. همچنین در بخشهای بعدی به تفضیل شرح داده خواهد شد که تاکنون اقدامات چاره ساز در معدنkken L انجام شده و یک موفقیت بزرگ در نظر گفته شده. به هر حال در طی دوسال اخیر صادرات مس اضافه اتفاق افتاده و پیشرفت آینده نیز نامعلوم است. در برابر اطلاعات صدوراخیر مس ازمعدن kken L ، هیئت مدیرة استخراج معدن نروژیها اقدام به یک تحقیق کرده‌اند، در مورد راه حلهای کم هزینه‌ای که می تواند به کار گرفته شود که آیا این موقعیت تا از دست دادن کیفیت طول می‌کشد؟

یک نکتة جالبی وجود دارد که آن تلقین آب معدنی با آب طبیعی می باشد که به منظور جابجایی مس از راه خنثی سازی و روچگالش نسبی، ترکیبات غیرآلی بوجود می‌آورد. هدف، جابجایی مس محلول بودن هیچ ابزار آهنی می باشد، بنابراین اجتناب از مسائل مربوط به مهار ته نشین کردن مقادیر زیاد مس، رسوب آهن را آلوده می‌کند.

این مسئله بوسیلة واگشایی خیلی کم نیروی آهنی موجب شده است. در یک سیستم آهن در ابتدا همچون نیروی آهنی معرفی شدهی بنابراین حالتی برای آب معدنی شده، بنابراین حالتی برای آب معدنی در kken L می باشد، آن مقدار از اکسیداسیون ترکیب آهنیش به طور تصاعدی افزایش خواهد یافت. با افزایش PH آنهم یکبار PH از PHA فراتر می رود. (1970 stumm و Singer) لذا، اختلاف سطح و فشار (پتانسیل) انتقال چگالش، در مقایسه با رسوب هیدورکسید در حقیقتی قرار می گیرد که بازدارش در یک پایین تر قابل ملاحظه ای می تواند نایل شده باشد. با وجود تحقیق قبلی (Kliev ، 2001 ، kleiv و Sandvid ، 2002) Foreserite olivine (Sio4 Mg2) مانند یک مادة معدنی پرآیته دیده شده، همچنین آن هم یک عامل خنثی سازی و هم یک عامل رونشین را با شباهت بسیرای برای مس برقرار میکند. در قست 201 بیان می کند که فقدان کلسیم در Olivene تقریبا سودمند است. بعلاوه، عملکرد مستقل مس رونشستی از مرحلة سیالی که بنابر چگالی نسبتا زیاد forsterite (یعنی m3 /g 303) مفید خواهد بود را آلوده می کند.بنابر، یک پیامد، این تحقیق توسط هیئت مدیرة استخراج معدن کشور نروژ به منظور ارزیابی امکان یک راه حل مبنی بر Olivne Forstenite شروع شده است. این ورق آزمایشات اولیه و مراکز فعالیت روی پنانسیل شیمیایی را تعریف می کند.

: محلول ساختگی آب معدنی

برای حتمی کردن حداکثر کنترل سیستم تصمیم گرفته می وشد که تجربیات و آزمایشا با کاردیک محلول ساختگی نسبتا ساد را به جای نمونه های آب معدنی واقعی از معدن kkex L اجرا کنند. این ترکیب ازمحلول ساختگی آب معدنی انتخاب شد تا PH و چگالی های فلز درون آب معدنی تولید در معدن kkex x L را طی شدت پخش آلودگیها از معدن، نمایان سازد. مبنی بر اطلاعاتی از جانب هیئت مدیرة استخراج معدن نروژ. محلول ساختگی طرح شده شامل mg/1 15 مس، mg/1 50 روی و 005 میلی متر اسید سولفوریک می باشد که منجر به یک PH نزدیک ب 3 می‌شود. بعلاوه، آنه آهنین شامل یک چگالی متغیر گسترده از صفر به پانصد میلی‌گرم /1 با 250 میلی گرم/ انمایانگر حدبالای آلودگی می باشد. کاربرد محلول ابتدای آب معدنی ساختگی در ترکیب آزمایشات خنثی سازی و روچگالش توسط رقیق سازی یک فلز اسیدی شامل محلول همیشگی توسط یک فاکتور صد می باشد، فراهم می‌شود.

این محلول متداول توسط مس آبکی و سولفاتهای روی درون اسید سولفوریک (به ترتیب این فرمول 7H2O . ZxSOA و CuSo A) تهیه شده بود. ممانعت از اکسیدشدن آهن آهنین طی ذخیره سازی، باعث می‌شود که آهن ضمیمه محلول همیشگی نشود. در عوض در قسمت 304 نیز بیان می‌شود که قبل از شروع هر آزمایشی بلافاصله آهن آهن‌زاد به محلول آب معدنی ساختگی اضافه شود.

3. 3 گرد Olivine

عملکرد Olivine در این تحقیق از تولید دانه های ریزی فرآورده‌های ریز فرآورده‌های Olivine بنابرآردسازی (آسیاب کردن) و طبقه بندی هوا آغاز می‌شود. کیفیت بالا شن Olivine (AFS50) توسط Olivine Als تهیه می‌شود.

شن در کمپانی تولید شن واقع در آهیم داخل نروژ غربی تولید می‌شد. آسیاب‌ کردن طبقه بندی هوایی در دانشگاه علم و تکنولوژی (Ntnu) واقع در شهر تروندهیم اجرای می‌شود. در آنجا از یک آسیاب کروی و یک مأمور طبقه‌بندی هوایی SINTEF (به علامت اختصاری SAC200) در یک مدار بسته استفاده می‌شود.

) بخش آخر

پیشگفتار دیگر بنابر آزمایشات گروهی در هر کدام از گردهای Olivine افزون بریک محلول آب معدنی ساختگی اسیدی که شامل مس، روی و مقادیر مختلف آهن می‌باشد استنباط شده است.

1) هم مقدار محفوظ مس و هم تعلیق PH به طور مثبت و فعالی با نسبت جامد/محلول همبسته و مربوط شده اند. باحضو آهن آهن زا در محلول اولیه، هردو معیارهای مشخص یک سرعت اولیه مانند عملکرد دورة واکنش افزایش می یابد.

قبلا PH مستقل و در حداکثر حفظ و نگهداری موثر بوده. بعد از این مرحله، هم خط هم دمای خنثی سازی و هم دمای حفظ یک کاهش کندر را نشان می دهد.

2) زمان تشبیه و قیاس خطوط دمای حفظ و نگهداری به سمت واگشایی هیدراکسید مس، روچگالش مس به سمت سطح Olivine خودش را همچون مسولیت مکانیسم بارز برای برگزاری ابقا پیشنهاد می کند.

3) کاهش حداکثر محلول PH را در رابطه با دورة واکنش می توند توسط اکسیداسیون و رسوب متعاقب آهن بیان شود.

آهن ، نتایج کاهش PH را موجب می‌شود. به طور منظم، کاهش و کمبود در نگهداشت مس روی سطوح Olivine پدیدار می‌شود. زمانیکه آهن را از محلول آب معدنی ساختی در نظر نگیریم حداکثر PH در طی معیرا زمان آزمایشات وحد بالای PH و مقادیر محفوظ بدست می آید.

4) زمان بکارگیری طرح محلول آب معدنی ساختگی برای نشان دادن میزان صدرو آلودگیها از معدن Lfkken ، آن حداکثر حفظ مس کسب شده را در نسبت جامد/محلول 1/g10 بعد از تقیریبا ده دقیقه از زمان ابقادی نظر می گیرد. دراین نقطه نزدیک به 79 درصد از 1/mg15 حضور مقدماتی توسط مرحلة جامد حفظ و نگهداری هنوز بالای 75 درصد بودتا وقیکه آن تقریبا بعد از 60 دقیقه از زمان واکنش به 60 رسید.

5) اگر حفظ چگالش همچون یک راه علاج در معدن Lfkken مورد استفاده واقع می‌شود مس دارای بار دوچگالش باید مجزا از آهن حاوی محلول باشد. ممانعت از روچگالش مهم، به حداقل رساندن انجام روچگالش و بهره بری کامل امکان موادشیمیایی سیستم، به طور مجزا باید در یک فاصله زمانی بین 20 تا 30 دقیقه دردسترسی باشد. متناوبا، خاصیت جذب کنندگی می تواند توسط ممانعت آهن ، آهن زا از اکسیده کردن تا تکمیل جداسازی اجتناب شود.