AK Parti |AKParti Forum |AK Gençlik |Recep Tayyip Erdoğan |AKPARTİ Gençlik Forumu|

[eses]

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
KİMYA METALURJİ FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ






ÜRETİM PROSESLERİ LABORATUARI

DENEY ADI:
BAKIR ÜRETİMİ
KAVURMA – LİÇ – SX - ELEKTROLİZ



LABORATUAR KOORDİNATÖRÜ:
PROF. DR. ZEKİ ÇİZMECİOĞLU

DENEY SORUMLU ÖĞRETİM GÖREVLİSİ:
YRD. DOÇ. DR. NİLGÜN KUŞKONMAZ


RAPORU HAZIRLAYAN:
CEM TOLGA BAYRAKTAR
99054007 – DENEY GR. 1





I. DENEYİN AMACI

Sülfürlü bakır konsantrelerinden sülfatlayıcı kavurma – liç – solvent ekstraksiyonu – elektroliz yolu ile bakır üretimi ve üretim parametrelerinin incelenmesi.


II. TEORİK BİLGİ

Genel olarak üretim metalurjisi iki ana grupta toplanır:

1. Hidrometalurji : Sulu Prosesler
a. Liç
b. İyon Değişimi
c. Solvent Ekstraksiyon
d. Elektroliz
2. Pirometalurji : Kuru Prosesler
a. Alkali Ergitme
b. Kavurma
c. İndirgenme
d. Klorür Metalurjisi
e. Florür Metalurjisi
f. Karbonil Metalurjisi
g. Ergimiş Tuz Metalurjisi

Metal eldesi her iki prosesin bağımsız kullanımı veya bir arada kullanımı ile gerçekleştirilir. Genel olarak bakır geleneksel yöntemlerle üretiminde cevherin ergitilmesi ve matın ateşle ya da elektrolitik yöntemlerle saflaştırılması şeklinde üretilir. Kullanılan bakır konsantresi eğer soy metaller gibi, değerli empüriteler içermiyorsa veya söz konusu sülfürlü konsantre kompleks yapıda ise sülfatlayıcıyıcı kavurma ile başlayan hidrometalurjik bakır üretimi için uygulanan bir alternatif yöntemdir. Bu alternatif yöntem sırasıyla; sülfatlayıcı kavurma, liç, solvent ekstraksiyon ve elektrolizi kademelerinden oluşmaktadır.

SÜLFATLAYICI KAVURMA :

Sülfürlü bakır konsantrelerinin temel mineralleri kalkopirit (CuFeS2) ve pirittir (FeS2). Bu minerallerdeki bakır ve demiri ayırmanın bilinen bir yolu 650°Cde hava ile yapılan kavurma işlemi veya bakırı suda veya seyreltik sülfürik asitli çözeltilerde çözünür sülfatlar (CuSO4 veya CuO.CuSO4) haline dönüştürürken demiri oksit (Fe2O3) haline dönüştürmektedir. Kavurma işlemi ile üretilen sülfat – oksit karışımı kalsine basit bir suda çözümlendirme işlemine tabi tutulursa, bakın suda çözüp demiri katı artıkta bırakarak bakır ve demiri birbirinden ayırmak mümkün olabilmektedir. Yukarıda verilen minerallerin 400 – 700°C sıcaklıkları arasında havanın oksijeni ile yapacağı bilinen reaksiyonlar şunlardır;

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)


Yukarıda sıralanan bu reaksiyonların yanında uygulanan kavurma sıcaklığına ve gaz bileşimine bağlı olarak aşağıdaki denge reaksiyonları da oluşabilmektedir.

(h)

(k)

(l)

(m)

(n)


(h) reaksiyonu sağa doğru ancak Fe2O3’ün varlığında katalitik nedenlerden dolayı düşük sıcaklıkta (<700°C) gelişebilmekledir. Yüksek sıcaklıkta bu reaksiyon tamamen sola doğru yöneldiğinden gaz fazında sadece SO2 ve O2 bulunmaktadır. Bu sebeble k ve l denge reaksiyonları ile sülfat teşekkülü isteniyorsa sıcaklığın sülfatlaşma reaksiyonlarını sağlayan SO2 gaz bileşiğinin mevcut olduğu sıcaklıklarda kavurma işlemi uygulanmalıdır.

LİÇ:

Sülfatlayıcı kavurmaya uğratılmış sülfürlü bakır konsantrelerindeki bakırın çözeltiye alınması için gerçekleştirilen işlemdir. Bu işlemde kavrulmuş üründeki bakırın sulat veya bazik sülfat şeklinde bulunmasına bağlı olarak su ile veya zayıf H2SO4 çözeltileri ile liç yapılabilmektedir. Özellikle zayıf asidik çözeltiyle yapılan liç işlemlerinde asit konsantrasyonu demirin çözeltiye en az şekilde geçecek şartlarda seçilmesi son derece önemli bir faktördür. Bakır kalsinelerinin liçinde liç sıcaklığı, liç süresi, karıştırma hızı gibi kinetik parametreler optimize edilerek en kısa sürede maksimum bakır çözünme verimine ulaşılması şarttır. Liç işlemlerinde önemli bir parametre olan katı – sıvı ortam ise solvent ekstraksiyonla yapılacak zenginleştirmeler sonucunda uygun başlangıç bakır konsantrasyonunu verecek seviyelerde ayarlanmalıdır.

Endüstriyel uygulamalarda bakır cevherlerinde liç; pasada, planlanmış cevher yığınlarında ve yerinde olmak üzere üç şekilde olur. Pasa ve yığınlarda uygulanan liç işlemi benzerdir. Zayıf asidik çözeltiler yığına yavaşça beslenerek bakır çözeltiye geçirilir. Ortamda sülfürlü mineraller varsa, zayıf asit, havanın yığının içinden yukarı doğru hareketi sırasında doğal olarak elde edilir; aksi takdirde çözeltiye sülfürik asit ilave edilir.

Planlı yığınların optimum yüksekliği malzeme özellikleri, topografya ve hava akışı ihtiyaçlarına bağlı olarak değişir. Genelde 40 - 60 m’ lik yükseklik uygulanır. Yığının kapladığı alan, topografyaya ve çözelti akışına baglıdır. Ortamda kil varsa veya liç edilecek malzeme kırılmışsa, aşırı sıkışmayı ve dolayısıyla geçirgenlik azalmasını önlemek için daha az yükseklikte yığınlama (5 -15 m) yapılır.

Liç çözeltilerinin yığın ve pasa üzerinde dağıtılmasında muhtelif yöntemler kullanılırsa da en yaygın yöntem dağıtıcı fiskiye kullanımıdır.

Liç çözeltilerinin akış hızları, 1 – 3 g / lt bakır konsantrasyonu elde edilinceye kadar değiştirilir. Killi ortamda çok yüksek akış oranları, yığın içinde kanalların gelişmesine yani kısa devreye yol açarak, istenmeyen çözelti dağılımına sebep olabilir.

Liç sisteminde bakır kazanımını belirleyen en önemli faktör cevherin mineralojik özellikleridir. Mevcut pasa yığınları genelde düşük tenörlü sülfürlü cevherlerdir. Böyle bir çevrede, eğer ortama hava verilirse, doğal bakteri büyümesi meydana gelecek ve oluşan bakteriler liç işlemine yardımcı olacaktır.

Sülfürlü liç için asit ilavesine ihtiyaç çok az veya hiç olmayabilir. Ancak kazanım, oksit mineralleri içeren pasalara oranla çok uzun sürede gerçekleşir.
% 50' den fazla kazanım oranına ulaşmak için 3 - 5 yıl gerekebilir.

Pasa boyutu, liç işleminde bakır kazanımını belirleyen bir sonraki en önemli faktördür. % 0,25' den fazla tenörlü bakır cevherleri için 1,3 cm altına kırılmış olan cevherlerde kazanım bir yıldan daha az bir sürede % 70'den daha fazla olabilir.


Liç reaktiflerinin seçimindeki etkenler;

• Liç uygulanacak malzemenin kimyasal ve fiziksel karakteri
• Reaktifin maliyeti
• Reaktifin korozyon yapabilme özelliği ve dolayısıyla konstrüksiyon malzemesinin maliyeti
• İstenen elementlere karşı reaktifin seçici olma özelliği

SOLVENT EKSTRAKSİYONU :

Sulu bir çözelti içerisindeki farklı metal iyonlarından elde edilmek istenenin terchili olarak ayırmaya yarayan bir metottur. Dünyada zengin cevher rezervlerinin azalmasına karşın fakir ve flotasyona elverişli olmayan cevherlerin işlenmesinde zorunlu hale gelimiştir. Hidrometalurjide en büyük atılım metal değerlerini kazanmak üzere SX metodunun liç çözeltilerine uygulanması olmuştur.

Metal iyonlarını besleme çözeltisinden metal kompleksleri halinde çıkarabilecek organik reaktife ekstraktant, içerisinde belli bir miktarda ekstraktant bulunan organik taşıyıcı ile karıştırılmış yoğunluğu sıvı fazdan az olan organik reaktife de solvent denir.

SX avantajları
• Düşük tenörlü cevherlerin değerlendirilmesinde ekonomiktir.
• Tesis, cevherin çıkarıldığı yerde kısa süreli kurulabilir, daha sonra başka bir yere nakledilebilir.
• Liç ve SX tesisinin kapalı devre çalıştırılması diğer yöntemlere göre çok daha ucuza mal olur.
• Oluşturuduğu çevre ve atmosfer kirliliği azdır






Genel Bir SX Devresi:

ELEKTROLİZ :

Deneyde elektrolizin amacı bakır sülfat ve sülfirik asit karışımından oluşan bir çözeltiden elektroliz yoluyla bakırın kazanılmasıdır. Metaller, alaşımlar ve metal oksitler elektrik akımını kimyasal bir değişmeye uğramaksızın geçirirler. İyonik iletkenler ise elektrik enerjisini iyonlar vasıtasıyla taşıdıklarından uygun bir ortamda iyonlarına parçalanırlar (iyonize olurlar) ve elektriği iletirler. Bu tip ilektenlerede elektrolit denir. Elektrolitten elektrik akımı geçirilirse elektrolit parçalanır, bu olaya da elektroliz denir.

Elektroliz Hücresi, dışarıdan gerilim uygulanarak, elektriksel işin kimyasal işe dönüştürüldüğü hücredir. Elektroliz sırasından çözeltide bulunan (-) yüklü iyonlar anoda, (+) yüklü iyonlar katoda gider. Anyonlar katot yüzeyinde oksitlenirken, katyonlar katot yüzeyinde redüklenir.

Bakır redüksiyon elektrolizinde, çözünmeyen anot olarak sert kurşun (%4-8 Sb) ve katot olarak da paslanmaz çelik veya titan levhalar kullanılır.

Anodik Reaksiyon çözünmeyen anot üzerinde suyun parçalanması şeklinde gerçekleşir.

SO4-2 + H2O → SO4-2 + 1/2 O2 + 2H + 2e-

Serbest hale gelen elektronlar doğru akım kaynağı yardımıyla katoda taşınır ve orada

Cu-2 + 2e- → Cu0

katodik reaksiyonunun meydana getirir.

Toplan reaksiyon şu şekildedir:

Cu-2 + SO4-2 + H2O → Cu0 + SO4-2 + 1/2 O2 + 2H


III. DENEYDE KULLANILAN CİHAZ VE MALZEMELER
•
• Tüp fırın
• Sıcaklık kontrol ünitesi
• Isıtıcılı manyetik karıştırıcı
• Kontakt termometre
• Karıştırıcı
• Hassas terazi
• Bakır konsantresi
• Çeşitli cam eşyalar
• Çeşitli kimyasallar
• Seramik kayıkçık



IV. DENEYİN YAPILIŞI


1. Kavurma düzeneğinde sülfürlü bakır konsantresi saptanan sıcaklık ve sürede seramik tar kayıkçık içine konularakkavurma işlemine tabı tutulur.
2. Kavurma işleminden sonra elde edilen kalsine soğutulduktan sonra bakırın faz yapısına göre suyla ve / veya zayıf sülfürik asit çözeltisiyle liç edilir
3. Liç işleminden sonra katı – srvı ayırımı gerçekleştirilir. Katı – sıvı ayırımından elde edilen çözeltideki bakır LIX 64 türü sıvı organiğe yüklenir ve yüklü organik daha sonra spent elektrolit ile sıyrılır.
4. Solvent ekstraksiyon işlemi sonrasında alınan bakırca zengin çözelti belirlenen şartlarda kazanım elektrolizine tabi tutulur