Hidrometalurji

DENEYİN ADI: Hidrometalurji

DENEYİN AMACI: Kalkopirit esaslı bakır cevher ve konsantrelerinden bakır çözünmesinin ve çözünmeyi etkileyen parametrelerin incelenmesidir.

TEORİK BİLGİ: Günümüzde pirometalürji, elektrometalürji ve hidrometalürji prosesleri ile metal üretilebilmektedir. Gerek çıkarılan madenlerin metal yönünden tenörlerinin azalması gerekse çevre kirliliği açısından daha iyi olmasından dolayı günümüzde hidrometalürjiye rağbet artmaktadır. Hidrometalurjik yöntemlerde temel prensip cevher içindeki kıymetli elementi, olabildiğince seçici olan, bir reaktif ile çözündürerek çözeltiye almaktır. Genellikle çözücü olarak pozitif ve negatif kutuplarından dolayı iyi bir çözücü olan su kullanılmaktadır. Suyun dışında gerekirse asitler ve bazlar da liç hazırlamak için kullanılabilir. Hidrometalürjide maden yataktan çıkarılır ve bir takım kırma öğütme işlemleri uygulanır. Daha sonra kazanılacak metal cinsine göre uygun bir liç çözeltisi hazırlanarak çözdürme işlemi yapılır. Sonuç olarak metal elde edilmiş olur. Hidrometalürji bakır üretimi için düşünülürse; bakır cevheri olarak daha çok kalkopirit kullanıldığı görülmektedir.Kalkopirit cevherini çözeltiye almak için ise çoğunlukla sülfürik asit olmak üzere amonyak, amonyum tuzlan, klorür-sülfat çözeltileri, nitrat çözeltileri kullanılmaktadır. Kalkopirit cevheri sülfürik asit ile liç edildiğinde aşağıdaki reaksiyonların gerçekleştiği görülür.

1) CuFeS₂ + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + FeSO₄ + 2H₂S              2) CuFeS₂ + 2Fe₂(SO₄)₃ = CuSO₄ + 5FeSO₄ + 2S

Kalkopirit zor çözündüğü için yukarıdaki reaksiyonlarda görünen Fe₂(SO₄)₃ (Ferrik sülfat) reaksiyonları hızlandırmak için kullanılır.Reaksiyonların hızlanması çözünme hızını dolayısıyla liç verimini arttırmaktadır.

Çözünmeyi Etkileyen Faktörler

Ø  Karıştırma

Ø  Tane Boyutu

Ø  Sıcaklık ve Süre

Ø  Derişim ve Bileşim

Eskiden hidrometalürji işlemine başlamadan önce kavurma işlemi ile cevher içindeki sülfür uzaklaştırılırdı.

Günümüzde eğilim kavurma olmaksızın doğrudan liç yapma yönündedir. Liç işleminde çözünecek maddenin Aktifleşme Enerjisi(Ea) önemlidir.Kalkopiritin zor çözünmesinin nedeni aktifleşme enerjisinin yüksek olmasından dolayıdır.Ayrıca aynı minerolojik yapıda olsalar bile farklı bölgelerden çıkarılan cevherlerin çözünme hızları farkı olmaktadır.Günümüzde çıkarılan bakır madenlerinin tenörleri %1-1,5 civarındadır. Konsantre hale getirildiklerinde bakır içerikleri %18-20 civarına yükselir.(Deneyde kullanılacak Konsantre %19 bakır ihtiva etmektedir.)

DENEYİN YAPILIŞI: Deneyde %19 bakır içeren kalkopirit cevheri ve 1 Molar H₂SO₄ kullanılmıştır. 1’er gram CuFeS₂   içeren 3 adet numune hazırlanmıştır.Bunların hepsine H₂SO₄  katılırken sadece 3. Numune yükseltgeyici 1,25 gram Ferrik sülfat katılmıştır. Ayrıca 1. Numune oda sıcaklığında 2. Numune ise 100 ^OC dedir. Böylece deneyde sıcaklığın ve katalizörün liç verimine etkisi irdelenmiştir.

Aşağıdaki gibi 3 ayrı numune hazırlanmıştır.

1.Numune: Oda sıcaklığında 1 g CuFeS₂ , 1 Molar H₂SO₄ kullanılarak hazırlanmıştır. Katı sıvı oran 1/100’dür. Karışım hazırlandıktan sonra 30 Dakika manyetik karıştırıcıda karıştırılmıştır.

2.Nunume: 100 ^oC’ de 1 g CuFeS₂ , 1 Molar H₂SO₄ kullanılarak hazırlanmıştır. Sıcaklık karıştırmalı su banyosu ile sağlanmıştır.30 dakika bekletilmiştir.

3.Numune: 100 ^oC’ de 1 g CuFeS₂ , 1 Molar H₂SO₄ ve 0,025 Molar Ferrik Sülfat  kullanılarak hazırlanmıştır.Karıştırma su banyosunda 30 dakika beklenmiştir.

Deneyde Kullanılan H2SO4 %96 saflıktadır. Deneyde 1Molar (Litrede 1 mol ) asit kullanılmıştır. M_H2SO4= 98 gramdır.

%96 saflıkta 1 litre H₂SO₄’in 1,84 kg olduğu bilindiğine göre %100 saflıkta;

1,84kg x (100 / 96 ) = 1,92 kg H₂SO₄  bulunur. 1 litre H₂SO₄ 1920 gram geldiğine göre 1 mol yani 98 gram H₂SO₄ ;

(1ltx98g) /1920g= 0,051 lt yani 51 ml bulunur. 1 litre için 51 ml  H₂SO₄ gerekiyorsa 300 ml için;

(51 ×300) ÷ 1000 = 15,3 ml H₂SO₄ alındı ve daha sonra hazırlanan bu çözelti 3 eşit parçaya ayrıldı. H₂SO₄ ile su karıştırılırken herhangi bir patlama olmaması için önce bir miktar su sonra asit sonra üzerini tamamlamak için yeniden su ilave edilmiştir. Hazırlanan asit+su karışımı 3 ayrı kaba eşit olarak ayrıldıktan sonra yukarıda anlatıldığı gibi 1. Kaba 1 gram 1 g CuFeS₂ konularak oda sıcaklığında manyetik karıştırıcıda yarım saat karıştırıldı. 2. Kaba 1 g CuFeS₂ konularak 100^oC’de karıştırmalı su banyosu içinde yarım saat bekletildi. 3.Kaba ise 1 gram 1 g CuFeS₂  ve 0,025 Molar ferik sülfat ilave edilerek 100^oC’de karıştırmalı su banyosu içinde yarım saat bekletildi.Yarım saat sonunda çözeltiler huni ve filtre kağıtları kullanarak süzüldü ve çözeltiye geçen bakır miktarını belirlemek amacıyla katısından ayrılmış çözelti atomik absorbsiyon cihazına gönderildi. Fakat absorbsiyon cihazının ölçüm yapabilmesi için çözeltiler seyreltildi. Bunun için elde edilen çözeltilerin her birinden 1 ml alınarak 1. Ve 2. Numune 50ml’ye 3. Numune ise 100 ml’ ye saf su ile tamamlandı. Seyreltme işleminden dolayı atomik absorbsiyon cihazından bulunan veriler de 50 ve 100 ile çarpılarak kullanılacaktır. Atomik absorbsiyon cihazından elde edilen verilere göre;

    1 gram %19’luk CuFeS₂ için  100 ml de 0,19 gram yani litrede 1,9 gram’dır. Mg cinsinden yazılırsa 1900 mg/litredir.

Çözeltiye geçen Cu miktarları AAS’den bulunmuştur ve aşağıdaki gibidir.

1.Numune=3,651 mg/l    2.numune= 4,682 mg/l  3. Numune = 2,892 mg/l

1.=%9,607       2.= %12,32     3. =%15,21

Sonuç:

Numune	Sıcaklık	Verim	Fe2(SO4)3Durumu
1.numune	Oda Sıc.	%9,607	yok
2. numune	100 oC	%12,32	yok
3. numune	100 oC	%15,21	var

Sonuç olarak yandaki tablodan da görüldüğü gibi sıcaklık artışı ve ferik sülfat ilavesi verimi arttırmıştır.1. numune ye ilave olarak sıcaklık arttırıldığında verimin %9,607’den %12,32’ ye yükseldiği görülmüştür. Sıcaklık artışı reaksiyonları hızlandırdığından dolayı verim de artmıştır. Sıcaklık 100^oC sabitken 2. Numuneden farklı olarak ferriksülfat ilave edildiğinde ise verimin %12,32’den %15,21’ ye yükseldiği görülmüştür. Ferriksülfat katalizör görevi gördüğünden dolayı reaksiyonları hızlandırmış ve verimi arttırmıştır.