تثبیت و جامدسازی باطله‌های تولیدی در فرآیند استحصال سرب به روش لیچ نمکی

مقدمه: باطله لیچ نمکی، حاصل پایلوت استحصال سرب از فیلتر کیک‌های روی می‌باشد. نظر به این‌که فلزات سنگین در این باطله بیش از حد مجاز مربوطه می‌باشند، ضروری است تا پیش از احداث کارخانه استحصال سرب، روش مناسب از منظر فنی، اقتصادی و محیط زیستی برای مدیریت این باطله‌ها تبیین گردد. هدف از تحقیق حاضر، کاهش حلالیت عناصر فلزی در باطله لیچ نمکی به روش تثبیت و جامدسازی آ‌ن‌ها (s/s) با افزودنی‌های سیمان، میکروسیلیس و ماسه بوده است.مواد و روش‌ها: ضمن اندازه‌گیری خصوصیات فیزیکی blt، خصوصیات شیمیایی آن‌ها شامل فلزات سنگین باicp-oes  و اکسیدها با xrf اندازه‌گیری شدند. برای کاهش حلالیت فلزات سنگین به‌ویژه سرب، روش s/s باطله مذکور، در نظر گرفته شد. در همین راستا، برای ایجاد استحکام لازم برای باطله، 16 اختلاط از ترکیب باطله با افزودنی‌های سیمان (0-10%)، میکروسیلیس (0-1.5%) و ماسه (0-10%) با نرم‌افزار dx7 طراحی شدند. نمونه‌های مکعبی با نسبت آب به مواد پودری 0.4 (0.4= w/p) ساخته شد. به منظور ارزیابی مقاومت فشاری نمونه‌های مکعبی (5×5×5 سانتیمتر) در سنین 7 و 28 روز آزمایش شدند. نمونه 7 روزه و 28 روزه ni16 که دارای بیشترین مقاومت فشاری بودند، تحت آزمایش tclp قرار گرفتند. سپس، کلیه فلزات سنگین، در عصاره tclp توسط icp-oes اندازه‌گیری شدند. همچنین، به منظور شناسایی کمی و کیفی کانی‌های باطله اولیه (شاهد) و باطله s/s شده، آزمایش xrd انجام شد.نتایج: غلظت سرب در عصاره tclp نمونه شاهد (ppm 6.11)، بیش از حد مجاز آن بوده است. لذا، کاهش حلالیت عناصر این باطله به روش s/s پیش از دفع الزامی می‌باشد. مقاومت فشاری اختلاط‌های 7 و 28 روزه به ترتیب، 2 تا 5.2 و 2 تا 9 مگاپاسکال بوده که عملاً بیش از حداقل مقاومت فشاری لازم (0.35 مگاپاسکال) بودند. غلظت تمامی فلزات سنگین در عصاره دو نمونه s/s شده n15 و n16 کمتر از حد مجاز آن‌ها بودند. لذا، روش s/s استفاده شده مطلوب ارزیابی می‌شود. شناسایی کانی‌های باطله s/s نشده و نمونه s/s شده (ni16) نشان می‌دهد که متاثر از تثبیت و جامدسازی، کانی‌های جدید شامل gypsum, c-s-h, ettringite calcium silicon در نمونه ظهور یافته‌اند. این کانی‌ها که حاصل مصرف میکروسیلیس و سیمان، واکنش‌های تلفیقی و محصولات هیدراتاسیون سیمان با باطله مورد مطالعه بوده است، می‌توانند عوامل افزایش مقاومت فشاری نمونه‌ها باشند.بحث: ضمن تصریح اثر منفی ماسه بر مقاومت اختلاط‌ها، درصد سیمان و میکروسلیس رابطه مستقیم با مقاومت فشاری نمونه‌ها داشتند. به گونه‌ای که، شیب تغییرات مقاومت فشاری به ازای سیمان، برای نمونه‌های 28 روزه به مراتب بیشتر از این شیب برای نمونه‌های 7 روزه بوده است. یکی از عوامل کاهش مقاومت فشاری کوتاه مدت اختلاط‌ها می‌تواند وجود فلزات سنگین در باطله باشد. در واقع این فلزات باعث اختلال در واکنش هیدراتاسیون و جلوگیری از تشکیل موثر ژل سیلیکات می‌شوند. کانی بازنایت باعث افزایش مقاومت فشاری و متعاقباً ارتقاء سیستم s/s باطله‌ها می‌شود. کاهش قابل توجه بازنایت از 73.5% در طیف xrd نمونه شاهد به 6.3% در نمونه تثبیت یافته نشان از مصرف بازنایت در واکنش‌های s/s می‌باشد.

stabilization and solidification of produced tailings in the lead extraction process using brine leaching method

introduction: brine leaching tailings (blt), produced from the pilot scale extraction of lead from zinc filter cakes, contain concentrations of heavy metals that surpass established threshold limits. prior to the construction of a lead extraction facility, it is imperative to identify a method that is technically viable, economically sustainable, and environmentally benign. the primary aim of this research is to diminish the solubility of metallic elements in blt through the application of stabilization and solidification (s/s) techniques, incorporating additives such as cement, silica fume, and sand.materials and methods: while assessing the physical properties of blt, their chemical characteristics, including heavy metal content, were analyzed using icp-oes and oxide compositions were determined via xrf. to decrease the solubility of heavy metals, particularly lead, the s/s method was applied to these tailings. in this context, to achieve the necessary strength in the tailings, 16 mixtures containing tailings with varying additions of cement (0-10%), silica fume (0-1.5%), and sand (0-10%) were designed using dx7 software. cubic samples were prepared with a water to powder ratio of 0.4 (w/p=0.4). these cubic specimens (5×5×5 cm) were tested to assess their compressive strength at 7 and 28 days. the 7-day and 28-day samples from mixture ni16, which exhibited the highest compressive strength, underwent the tclp using epa method 1311. subsequently, heavy metals in the tclp extract were quantified using epa method 6010d via icp-oes. additionally, to qualitatively and quantitatively analyze the original tailings and the s/s-treated tailings, xrd testing was conducted.results: the major concentrations of elements in blt exceed their permissible limits in the tailings. moreover, the tclp test of the control sample indicated that the concentration of lead in the extract (6.11 ppm) surpassed its permissible limit. consequently, it is essential to reduce the solubility of the waste elements through the s/s method before disposal. the compressive strength of the mixtures at 7 and 28 days ranged from 2 to 5.2 mpa and 2 to 9 mpa, respectively, exceeding the minimum required compressive strength of 0.35 mpa. the concentrations of all heavy metals in the extracts from two s/s samples, n15 and n16, were below their permissible limits, thus validating the effectiveness of the applied s/s method. analysis of the s/s tailings and the s/s sample (ni16) revealed the formation of new minerals such as gypsum, c-s-h (calcium silicate hydrate), ettringite, and calcium silicon. these minerals, resulting from the use of silica fume and cement and the hydration products of cement with the tailings, are likely contributors to the enhanced compressive strength of the samples.discussion: while clarifying the negative impact of sand on the strength of the mixtures, it was observed that the percentages of cement and silica fume had a direct correlation with the compressive strength of the samples. notably, the slope of changes in compressive strength per cement was substantially higher for the 28-day samples compared to the 7-day samples. one of the factors leading to the reduced short-term compressive strength of the mixtures can be the presence of heavy metals in the tailings. these metals interfere with the hydration reaction, thereby preventing the effective formation of silicate gel.