ارزیابی پارامترهای عملیاتی در جداسازی هیومین از دوغاب حاصل از لیچینگ زغال سنگ نارس با استفاده از فیلتر پرس

ترکیبات هیومیکی همه اجزایی از هوموس هستند که از ترکیباتی با وزن مولکولی بسیار زیاد تشکیل شده اند که بخش عمده آن ها از مواد فنولیک، آلیفاتیک، آروماتیک و بنزن کربوکسیلیک اسید می باشد. تابه حال کسی موفق به تجزیه کامل این ترکیب بسیار پیچیده یعنی مواد هیومیکی نشده است. اما در بررسی های ابتدایی سه بخش عمده در آن قابل تشخیص است[9]. هیویک اسید در محیط های بازی قابل حل است و در محیط های اسیدی دارای pH=1-2 قابل حل نیست. درحالی که فولویک اسید در همه ی pH ها قابل حل است. قسمتی از مواد هیومیکی که در هیچ محدوده ی pH قابل حل نیست و ته نشین می شود، هیومین نامیده می شود. هیویک اسید و فولویک اسید به عنوان کود آلی، سبب افزایش طول و وزن ریشه، تعداد ریشه های جانبی و آغازه های ریشه و افزایش جریان شیره از آوندها می شود. همچنین از طریق افزایش تقسیم سلولی و رشد گیاه، جذب مواد غذایی توسط گیاه، رشد ریشه، مقاومت گیاه به خشکی، مقاومت به آفات و بیماری ها و درصد جوانه زنی بذور باعث افزایش کمیت و کیفیت محصولات زراعی ازجمله گندم،ذرت و... می شود. اسید هیومیک همچنین سبب بهبود خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی و تجدید حیات خاک می گردد [7, 9]. معمولاً برای استخراج مواد هیومیکی از منابع مختلف از روش انجمن بین المللی مواد هیومیک استفاده می شود که روشی استاندارد برای استخراج مواد هیومیکی است. این روش بر اساس روش استخراج قلیایی می باشد. اگرچه استفاده از محلول های قلیایی به دلیل تخریب ساختار شیمیایی مواد هیومیکی موردانتقاد قرارگرفته اند ولی هیچ مدرکی جهت این ادعا یافت نشده است[8]. در روش استخراج قلیایی، عامل استخراج مورداستفاده جهت استخراج، محلول قلیایی NaOH است که برای جدا کردن مواد هیومیکی از خاک، زغال سنگ و غیره مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین بعضی اوقات از پیرو فسفات و بعضی اوقات از مخلوط پیرو فسفات و NaOH استفاده می شود. انجمن بین المللی مواد هیومیک یک روش کلی جهت استخراج هیویک اسید ارائه داده است که روش ساده و پایه ی جداسازی در شکل1 نشان داده شده است. شکل 1: شماتیکی از جداسازی هیومین، هیومیک اسید و فولویک اسید [12] در روش انجمن بین المللی مواد هیومیک (IHSS)، استخراج مواد هیومیک به روش قلیایی در حضور گاز نیتروژن صورت می گیرد. خروج گازهای CO2 و O2 و جایگزینی N2 در فضای بین مولکول های محلول از آسیب های احتمالی ناشی از هیدرولیز و اکسایش مواد هیومیک جلوگیری می کند. مواد هیومیک ابتدا در محیط قلیایی به مدت 24 ساعت در حضور گاز N2 از فاز جامد جدا شده و پس از سانتریفیوژ هیویک اسید و فولویک اسید از هیومین و سایر اجزای جامد موجود در فاز محلول جدا می گردند. سپس با استفاده از اسیدکلریدریک شش مولار، pH را به 2-1رسانده و هیومیک اسید در اثر پیوندهای موقت جانبی که بین گروه های عاملی ایجاد می شود فولکوله شده و سپس رسوب می نماید. فولویک اسید موجود در فاز محلول نیز با استفاده از رزین XAD-8 یا سایر رزین های تبادلی کاتیونی خالص می گردد[6]. برخی از سیستم هایی که برای جداسازی هیومات و فولوات از هیومین مورد استفاده قرار می گیرد عبارتند از سانتریفیوژ، فیلتر تسمه ای، فیلتر پرس و غشاء [11]. همچنین تاثیر استفاده از تیمار فراصوت در استخراج هیومیک اسید مورد بررسی قرار گرفته شده است [10]. فیلتر پرس سیستمی برای جداسازی مایع- جامد با هدف کاهش آلودگی و ایجاد ارزش افزوده به وسیله تصفیه( فیلترینگ) یک دوغاب حاوی ذرات معلق جامد (سوسپانسیون) و جداسازی ذرات جامد به صورت کیک (گل) می باشد. فیروز بخت در سال 1378 عوامل موثر بر رطوبت کیک فیلتر را با استفاده از دو سیستم فیلتر خلاء و فیلتر پرس مورد بررسی قرار داد. در این بررسی مشخص شد که رطوبت کیک فیلتر فشاری حدود %16 بود در حالی که رطوبت کیک فیلتر خلاء دیسکی حدود %27 بود. در نتیجه استفاده از فیلتر فشاری توصیه شد[3]. عرب زاده و همکاران بهبود کارایی مدار فیلتراسیون کارخانه فراوری شرکت معدنی و صنعتی گل گهر را موردبررسی قراردادند. آن ها علاوه بر بررسی عملکرد فیلترهای دیسکی کارخانه، عوامل تأثیرگذار بر رطوبت و مقاومت ویژه ی کیک فیلتر حاصل از پالپ، با استفاده از روش های vacuum top-feed leaf و vacuum bottom-feed leaf (در مقیاس آزمایشگاهی) استفاده کردند. با بررسی عوامل تأثیرگذار مشخص گردید که با افزایش ابعاد ذرات و درصد جامد، به دلیل کاهش مقاومت ویژه، علاوه بر افزایش نرخ تشکیل کیک و ضخامت آن، رطوبت کاهش می یابد. نتایج نشان داد که با افزایش فشار، رطوبت کاهش و سرعت تشکیل کیک افزایش می یابد [1]. غدیری و همکاران در سال 1387 برای جداسازی فاز محلول حاوی اورانیوم از مواد جامد باقی مانده پس از فروشویی از سیستم فیلتراسیون و تیکنر استفاده کردند. نتایج بررسی های آنان نشان داد که وجود ترکیبات رس دار و درصد نرمه بالا (زیر 200 مش) در خوراک ورودی به واحد فروشویی، مشکلات فراوانی را در واحد تصفیه ایجاد نموده است. برای همین منظور آزمایش هایی برای بررسی فرایند جداسازی محلول از جامد انجام گردید. نتایج بررسی ها نشان داد که تیکنر گزینه ی مناسبی برای جداسازی محلول از جامد، در فرایند پس از فروشویی در کارخانه بندرعباس است [2]. هدف از این تحقیق، بررسی امکان سنجی جداسازی هیومات و فولوات از هیومین با استفاده از فیلتر پرس، با در نظر گرفتن پارامترهای عملیاتی فیلتر پرس می باشد.مواد و روش ها 1. 1. آماده سازی نمونه در این تحقیق از زغال سنگ های نارس موجود در معادن ایران به عنوان منبع اولیه جهت استخراج هیومیک اسید استفاده شد. پس از آسیاب کردن قطعات درشت تر زغال سنگ، زغال پودر شده به محلول قلیایی KOH اضافه شد و فرایند لیچینگ به مدت 4 ساعت در دمای 60 درجه سلسیوس انجام پذیرفت. 1. 2. سامانه جداسازی در این تحقیق، جهت جداسازی هیومین(جامد) از فولوات و هیومات از فیلتر پرس آزمایشگاهی مدل KPF-205 ساخت شرکت کانی کاران آسیا استفاده شد. جنس بدنه و تمام قسمت های آن از فولاد ضدزنگ بوده در مقابل اسید و باز از مقاومت بالایی برخوردار است. ازجمله ویژگی های این فیلتر ضریب ایمنی بالای آن می باشد. آزمایش های جداسازی با استفاده از 500 میلی لیتر از پالپ حاصل از فرایند لیچینگ و پارچه فیلترهایPPD3124 (پارچه فیلتر A)، PP627YY-CC(پارچه فیلتر B)، PP0481(پارچه فیلتر C) و PP3278B(پارچه فیلتر D) در فشار های 2، 4 و 6 بار انجام شد و مقدار وزن تراوه در بازه های زمانی یک دقیقه ای یادداشت گردید. شکل 2 سامانه مورد استفاده جهت انجام آزمایش های جداسازی را نشان می دهد.