Παρακολούθηση της διαδικασίας διαχωρισμού και ανάκτησης σκανδίου απο βιομηχανικό παραπροϊόν μέσω προηγμένων μεθόδων ανάλυσης

Λούκας, Νικόλαος; Loukas, Nikolaos

dc.contributor.author	Λούκας, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Loukas, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2023-06-15T10:24:24Z
dc.date.available	2023-06-15T10:24:24Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57826
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.25523
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Σκάνδιο	el
dc.subject	Ανάκτηση, διαχωρισμός.	el
dc.subject	Κατιοντική ρητίνη	el
dc.subject	Ιοντοεναλλαγή	el
dc.subject	Ερυθρά Ιλύς	el
dc.title	Παρακολούθηση της διαδικασίας διαχωρισμού και ανάκτησης σκανδίου απο βιομηχανικό παραπροϊόν μέσω προηγμένων μεθόδων ανάλυσης	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Αναλυτική χημεία-Περιβάλλον	el
heal.classification	Αξιοποίηση αποβλήτων	el
heal.classification	Απομόνωση κρίσιμων υλικών	el
heal.classification	Ανάκτηση κρίσιμων στοιχείων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-02-17
heal.abstract	Η ερυθρά ιλύς (Ε.Ι) είναι το βιομηχανικό παραπροϊόν της επεξεργασίας του βωξίτη με τη μέθοδο Bayer. Είναι υλικό πλούσιο σε κύρια στοιχεία όπως σίδηρο, πυρίτιο, τιτάνιο, νάτριο, ασβέστιο, αλλά και πλήθος ιχνοστοιχείων κάποια εκ των οποίων παρουσιάζουν υψηλό τεχνοοικονομικό ενδιαφέρον, όπως είναι οι σπάνιες γαίες (σκάνδιο, ύττριο και λανθανίδες). Ορισμένες από τις σπάνιες γαίες συμπεριλαμβανομένου και του σκανδίου έχουν χαρακτηριστεί ως κρίσιμα στοιχεία (Critical Raw Materials-CRMs) για τα επόμενα χρόνια λόγω της υψηλής ζήτησης τους σε υλικά υψηλής τεχνολογίας και των λιγοστών οικονομικά εκμεταλλεύσιμων πηγών ανάκτησης τους. Η αξιοποίηση της Ε.Ι. ως δευτερογενούς πρώτης ύλης χαμηλού κόστους για την ανάκτηση και την απομόνωση σκανδίου σε υψηλή καθαρότητα με κατάλληλες τεχνικές διαχωρισμού, θα μπορούσε να αποτελέσει λύση για την περαιτέρω αξιοποίηση του βιομηχανικού αυτού παραπροϊόντος με οικονομικά οφέλη για την βιομηχανία αλουμινίου. Το Εργαστήριο Ανόργανης και Αναλυτικής Χημείας της Σχολής Χημικών Μηχανικών έχει εμπειρία ετών πάνω στο θέμα του προσδιορισμού και της ανάκτησης σπανίων γαιών και ιδιαίτερα του σκανδίου από την ερυθρά ιλύ. Στο πλαίσιο αυτό έχει αναπτύξει συνδυασμένη μεθοδολογία διαχωρισμού τους σε υψηλή καθαρότητα σε εργαστηριακή αλλά και εν μέρει σε πιλοτική κλίμακα (διαχωρισμός και απομόνωση του σκανδίου) αποτελούμενη από υδρομεταλλουργική κατεργασία με ανόργανα οξέα (HNO3, HCl, H2SO4, H3PO4), ιοντοεναλλαγή, εκχύλιση υγρού-υγρού και υγροχρωματογραφικό διαχωρισμό σε μεμονωμένα στοιχεία υψηλής καθαρότητας. Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία στοχεύει στη μελέτη και βελτιστοποίηση του σταδίου του διαχωρισμού του σκανδίου με ιοντοεναλλαγή με κατιονική ρητίνη από τα συνυπάρχοντα κύρια στοιχεία, όπως ο σίδηρος, μετά το στάδιο της έκπλυσης του αποβλήτου με θειικό οξύ. Στο πλαίσιο της έρευνας αυτής μελετήθηκε η συμπεριφορά της ρητίνης και οι βέλτιστες συνθήκες διαχωρισμού διερευνήθηκαν με τη μελέτη διαφόρων μεταβλητών σε πειράματα διαλείποντος και συνεχούς έργου σε στήλη. Από τα αποτελέσματα των πειραμάτων διαλείποντος έργου προέκυψε ότι σε αραιά διαλύματα έκπλυσης Ε.Ι. με 1Μ H2SO4 (λόγος στερεού/υγρού 2%) η αναλογία 4:1 διαλύματος τροφοδοσίας – όγκου ρητίνης είναι αρκετή για να έρθει σε ισορροπία το σύστημα, ωστόσο απαιτείται η διπλάσια ποσότητα ρητίνης, αναλογία 2:1 διαλύματος τροφοδοσίας - όγκου ρητίνης για να ροφηθεί πλήρως το σκάνδιο. Σε πυκνότερα διαλύματα έκπλυσης Ε.Ι. (λόγος στερεού/υγρού 10%) με 1ΜH2SO4 προέκυψε πως η κατάσταση ισορροπίας επέρχεται σε μικρότερο χρόνο επαφής του διαλύματος με την ρητίνη ανεξάρτητα από την αναλογία διαλύματος τροφοδοσίας - ρητίνης. Στα πειράματα συνεχούς έργου, μετά τη φόρτωση της ρητίνης και την παραλαβή του διαλύματος απορροής (effluent), ο διαχωρισμός επιτυγχάνεται σε δύο στάδια έκλουσης: α) έκλουση με διάλυμα υδροχλωρικού οξέος για τη σχεδόν πλήρη απομάκρυνση του σιδήρου από τη ρητίνη, β) έκλουση με διάλυμα θειικού οξέος για την ποσοτική εκλεκτική ανάκτηση του σκανδίου. Κατά τη διάρκεια της έρευνας αρχικά μελετήθηκε η χωρητικότητα της ρητίνης και επιλέχθηκε η κατάλληλη αναλογία όγκου διαλύματος τροφοδοσίας / όγκο ρητίνης για τη φόρτωση της στήλης και την ποσοτική κατακράτηση του σκανδίου. Ως καταλληλότερη επιλέχθηκε η αναλογία 1:1 (ένας όγκος διαλύματος τροφοδοσίας / όγκο ρητίνης). Αποδείχθηκε ότι η χρήση του θειικού οξέος ως μέσου έκπλυσης στο στάδιο της υδρομεταλλουργικής κατεργασίας δε δημιουργεί πρόβλημα στην κατακράτηση του σκανδίου στη ρητίνη στο επόμενο στάδιο διαχωρισμού με ιοντοενναλλαγή και μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως διάλυμα έκλουσης για την εκλεκτική ανάκτηση του σκανδίου από τη ρητίνη στο τελευταίο στάδιο της διεργασίας με πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα. Οι βέλτιστες συνθήκες της διεργασίας ιοντοεναλλαγής προέκυψαν από τη μελέτη διάφορων μεταβλητών, όπως η μοριακότητα των οξέων έκλουσης και ο απαιτούμενος όγκος τους σε κάθε στάδιο της διεργασίας. Συγκεκριμένα προέκυψε πως η καταλληλότερη μοριακότητα του HCl είναι το 1,5Μ HCl για αναλογία 3:1 (όγκο ΗCl προς τον όγκο διαλύματος τροφοδοσίας) με την οποία επιτυγχάνεται η σχεδόν πλήρης απομάκρυνση του σιδήρου σε πολύ υψηλό ποσοστό που αγγίζει το 100%. Για την ποσοτική εκλεκτική ανάκτηση του σκανδίου στο επόμενο στάδιο επιλέχθηκε το 2Μ Η2SO4 και αναλογία 2:1 (όγκο H2SO4 προς τον όγκο διαλύματος τροφοδοσίας) καθώς επιτυγχάνονται υψηλά ποσοστά ανάκτησης με μικρότερους όγκους διαλύματος έναντι του 1Μ H2SO4.	el
heal.advisorName	Όξενκιουν-Πετροπούλου, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Όξενκιουν-Πετροπούλου, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Χατζηθεοδωρίδης, Ηλίας	el
heal.committeeMemberName	Τσακανίκα, Λαμπρινή-Αρετή	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	155 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false