مقایسه نتایج دو روش مدل سازی سطح پاسخ و شبکه‌ عصبی مصنوعی با نتایج تجربی پارامترهای موثر در الکترووینینگ کبالت

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

پژوهشکده چرخه سوخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران

چکیده

در این مطالعه، فرآیند الکترووینینگ در تولید کبالت فلزی در غلظت‌های پایین در محیط کلریدی با دو روش مدل­ سازی سطح پاسخ و شبکه‌ عصبی مصنوعی مورد بررسی قرار گرفت. نخست، فرآیند استخراج حلالی برای بازیابی کبالت از دو خوراک متفاوت با استخراج‌کننده دی‌تیوفسفونیک اسید به فاز آلی و انتقال به فاز آبی با محلول HCl  یک مولار انجام شد. سپس، فرآیند تولید فلز با استفاده از روش الکترووینینگ و با بررسی پارامترهای موثر مانند زمان، pH  محلول، غلظت یون‌ها و شدت جریان انجام شد. شرایط عملیاتی نقطه بهینه به ترتیب برای pH محلول آبی، زمان، غلظت اولیه فلز کبالت، شدت جریان به ترتیب برابر با 4، 40 دقیقه،  008/0 مول بر لیتر و 1 آمپر، بدست آمد.  نتایج نشان داد که دمای ◦C 15 برای انجام فرآیند مطلوب‌تر است و افزایش شدت جریان، زمان و غلظت یون‌ها در محلول به بالا بردن جریان موثر کمک می‌کند. مقادیر اسیدیته محلول برای فرآیند الکتروینینگ بسیار مهم است و به شرایط سیستم وابسته است. نتایج آنالیز‌های XRF و EDX نشان داد که در شرایط بهینه، کبالت فلزی با خلوص بالای 8/99 % بر روی سطح کاتد تجمع یافته است. نتایج حاصل از مدل­سازی دو روش نشان داد که شبکه عصبی مصنوعی در توافق بهتری با نتایج تجربی نسبت به روش سطح پاسخ است. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Crundwell, F.K., M. S. Moats, M.S., Ramachandram, V., Robinson, T.G., Davenport, W.G., "Extractive Metallurgy of Nickel, Cobalt and Platinium Group", Elsevier, UK (2011).
[2] Watt, S., "The elements Cobalt", Marshall Cavendish Benchmark, New York (2007).
[3] Johanson, P., "Understanding the Elements of the Periodic Table Cobalt", RSC Advances, New York (2008).
[4] Crundwell, F., Moats, M., Ramachandran, V., Robinson, T., Davenport, W.G., "Cobalt – Occurrence, Production, Use and Price," in Extractive Metallurgy of Nickel, Cobalt and Platinum Group Metals., Elsevier, New York (2011).
[5] Moats, M.S., Davenport, W.G., Nickel and Cobalt Production, in "Treatise on Process Metallurgy", Elsevier, New York (2014).
[6] Swain, B., Cho, S.S., Lee, G.H., Lee, C.G., Uhm, S. Extraction/Separation of Cobalt by Solvent Extraction: A Review, Applied Chemical  Engineering, 26: 631-639 (2015).
[7] Huang, Y., Zhang, Z., Cao, Y., Han, G., Peng, W., Zhu, X., Overview of Cobalt Resources and Comprehensive Analysis of Cobalt Recoveryfrom Zinc Plant Purification Residue- A Review, Hydrometallurgy, 193:105327 (2020).
[8] Naboychenko, S.S. Murashova, I.B., Neikov, O.D., Production of Cobalt and Cobalt-Alloy Powders, in "Handbook of non-ferrous metal powders", Elsevier, New York (2009).
[9] Cheng, C.Y., Barnard, K.R., Zhang, W., Robinson, D.J., Synergistic Solvent Extraction of Nickel and Cobalt: A Review of Recent Developments," Solvent Extraction Ion Exchange, 29:719-754 (2011).
[10] Sole, K.C., Parker, J., Cole, P.M., Mooiman, M.B., "Flowsheet Options for Cobalt Recovery in African Copper–cobalt Hydrometallurgy Circuits," Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, 40: 194-206 (2019).
[11] Darvishi, D., Haghshenas, D.F., Alamdarib, E.K., Sadrnezhaad, S.K., Halali, M., Synergistic Effect of Cyanex 272 and Cyanex 302 on Separation of Cobalt and Nickel by D2EHPA, Hydrometallurgy, 77: 227-238 (2005).
[13] Huang, J.H., Kargl-Simard, C., Alfantazi, A.M., Electrowinning of Cobalt from a Sulphate-Chloride Solution," Canadian Metallurgical Quarterly, 43: 163-172 (2004).
[14] Prandhan, N., Singh, P., Tripathy, B.C., Das, S.C., Electrowinning of Cobalt from Acidic Sulphate Solutions-Effect of Chloride Ion, Minerals Engineering, 14: 115-183 (2001).
[15] Akre, T.,"Electrowinning of Cobalt from Chloride Solutions: Anodic Deposition of Cobalt Oxide on DSA®," PhD, Norwegian University of Science and Technology, (2008).
[16] Das, S.C., Subbaiah T., Electrowinning of Cobalt, I. Winnig from Pure Sulphate Bath, Hydrometallurgy, 12:317-333 (1984).
[17] Sharma, I.G., Alex, P., Bidaye, A.C., Suri, A.K., Electrowinning of Cobalt from Sulphate Solutions, Hydrometallurgy, 80: 132-138 (2005).
[18] Song, Q., Zhao, Y., Wang, C., Xie, H., Yin, H., Ning, Z., Bubble-Assisted Densification of Cobalt Deposit During Electrowinning in CoCl2 Solution, Hydrometallurgy, 189: 10511 (2019).
[19] Kongstein, O.E., Haarberg, G.M., Thonstad, J. Current Efficiency and Kinetics of Cobalt Electrodeposition in Acid Chloride Solutions. Part 1: The Influence of Current Density, pH and Temperature, Journal of Applied Electrochemistry, 37: 669-674 (2007).
[21] Lu, J., Dreisinger, D., Glück, T., Cobalt Electrowinning – A Systematic Investigation for High Quality Electrolytic Cobalt Production, Hydrometallurgy, 178: 19-29 (2018).
[22] Elsherief, A.E., Effects of Cobalt, Temperature  and Certain Impurities Upon Cobalt Electrowinning from Sulfate Solutions, Journal of Applied Electrochemistry, 33: 43-49 (2003).
[23] Tripathy, B.C., Singh, P., Muir, D. M., Effect of Manganese(II) and Boric Acid on the Electrowinning of Cobalt from Acidic Sulfate Solutions, Metallurgical and Materials Transactions B, 32:395-399, (2001).
[24] Bertuol, D.A., Amado, F.D.R., Veit, H., Ferreira, J.Z., Bernardes, A.M., Recovery of Nickel and Cobalt from Spent NiMH Batteries by Electrowinning, Chemical Engineering and Technology, 35: 2084-2092 (2012).
[25] Lin, H.K., Wu, X.J., Rao, P.D., The Electrowinning of Copper from a Cupric Chloride Solution, JOM, 43: 60-65 (1991).
[26] ج. مفیدی، الکتروشیمی صنعتی، دانشگاه تهران، 1388.
[27] Hafeez, A., Taqvi, S.A.A., Fazal, T., Javed, F., Khan, Z., Amjad, U.S., Optimization on Cleaner Intensification of Ozone Production Using Artificial Neural Network and Response Surface Methodology: Parametric and Comparative Study, Journal of Cleaner Production, 252: 119833 (2020).
[30] Dantas, T.N.C., Cabral, T.J.O., Neto, A.A.D., Moura, M.C., Enrichmnent of Patchoulol Extracted from Patchouli (Pogostemon Cablin) Oil by Molecular Distillation Using Response Surface and Artificial Neural Network Models,Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 81:219-227 (2020).
[31] Li, L., Zhai, Y., Jin, Y., J. Wang, Wang, H., Ma, M., Stability, Thermal Performance and Artificial Neural Network Modeling of Viscosity and Thermal Conductivity of Al2O3-Ethylene Glycol Nanofluids, Powder Technology, 363: 360-368 (2020).
[32] Marczenko, Z., Balcerzak, M., "Separation, Preconcentration and Spectrophotometry in Inorganic Analysis", Elsevier, New York (2000).
[33] Jeffrey, M.I., Choo, W.L., Breuer, P.L. The Effect of Additives and Impurities on the Cobalt Electrowinning Process, Mineral Engineering, 13:1231-1241 (2000).
[34] Mishra, K.G., Singh, P., Muir, D.M. Electrowinning of Cobalt from Sulphate Solutions Contaminated with Organic Impurities, Hydrometallurgy, 65:97-102 (2002).
[35] Huang, J.H., Kargl-Simard, C., Alfantazi, A.M. Electrowinning of Cobalt from a Sulfate-Chloride Solution," Canadian Metallurgical Quarterly, 43:163-172 (2004).
[36] DAS, T.S.S.C, Electrowinning of Cobalt from a Sulphate Bath Containing H3BO3 and NaF, Journal of Applied Electrochemistry, 17: 675-683 (1987).
[37] Kongstein, O.E., Haarberg, G.M., Thonstad, J., Anodic Deposition of Cobalt Oxide during Electrowinning of Cobalt in a Chloride Electrolyte, Journal of The Electrochemical Society, 158: D77 (2011).