LEE- Cevher Hazırlama Mühendisliği-Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/19234

Gözat

Başlık ile LEE- Cevher Hazırlama Mühendisliği-Doktora'a göz atma
  • Öge
    Bakır cevherlerinin flotasyon davranışında kabarcık çapının etkisi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-05-17) Ceylan, Adnan ; Bulut, Gülay ; 505172102 ; Cevher Hazırlama Mühendisliği
    Bakır, mükemmel bir ısı ve elektrik iletkeni olan, aynı zamanda korozyona dayanıklı ve antimikrobiyal olan, dövülebilir ve sünek bir metal elementtir. Bakır Dünya'nın kabuğunda çeşitli şekillerde doğal olarak bulunur. Sülfür yataklarında (kalkopirit, bornit, kalkozin, kovelin olarak), karbonat yataklarında (azurit ve malahit olarak), silikat yataklarında (krizikolla ve diyoptaz olarak) ve saf doğal bakır olarak bulunabilir. Bakır ayrıca insanlarda, hayvanlarda ve bitkilerde doğal olarak bulunur. Bakır ve bakır bazlı alaşımlar makul bir yaşam biçimi için gerekli olan çeşitli uygulamalarda kullanılır. Sürekli üretimi ve kullanımı toplumun gelişimi için gereklidir. Bakır tüm metaller arasında en çok geri dönüştürülenlerden biridir. Metalleri tekrar tekrar geri dönüştürme kabiliyetimiz onları tercih edilen bir malzeme yapar. Geri dönüştürülmüş bakır(ikincil bakır olarak ta bilinir), yeniden işlendikten sonra birincil bakırdan(cevherlerden gelen bakır) ayırt edilmez. Bakırın geri dönüşümü, metalin kullanım verimliliğini artırır, enerji tasarrufu sağlar ve gelecek nesiller için sürdürülebilir bir metal kaynağına sahip olmamıza katkıda bulunur. Flotasyon işlemi, minerallerin kompleks cevherlerden ayrılması hidrofobik özelliklerindeki farklılığa dayanır ve üç fazın (katı, sıvı ve gaz) temasında gerçekleştirilir. Bu üç fazlı sistemde sıvı (genellikle su), katı (mineral parçacığı) ve gaz fazından (hava) oluşur. Hidrofobik parçacıklar parçacık hava agregası oluşturan gaz kabarcıklarına yapışır. Agregalar sudan daha hafiftir ve pülp yüzeyine doğru hareket ederek flotasyon köpüğünü oluşturur. Metalik mineral için konsantre genellikle flotasyon köpüğü yoluyla elde edilir ve geri kalan malzeme artık olarak adlandırılır. Flotasyon pülp fazı ve köpük fazı olmak üzere iki faz içermektedir. Pülp fazında hava kabarcığı tercihen hidrofobik mineralleri toplamaktadır ve onları pülp-köpük ara yüzeyinden yukarı köpük fazına doğru çıkarmaktadır. Köpük fazında taneler kabarcıklara yapışarak ve ayrılarak köpük yüzey alanına ulaşırlar. Su köpük zonunda drenaj olarak tekrar pülp fazına geçer. Tüm etki taşıma ve değerli mineral kazanımıdır. Hava dağıtımı pülp köpük arayüzeyine doğrudur ve flotasyon hücre performansı üzerinde önemli bir etki yaratmaktadır. Hava dağıtımı köpük fazında kalış süresi üzerinde etkilidir. Cevher zenginleştirmede başka hiçbir yöntem flotasyon kadar yaygın değildir. Bakır-kurşun-çinko-molibden-antimuan talebini başka zenginleştirme yöntemleri karşılayamaz. Örneğin günümüzde bakır cevherlerinden 20 milyon ton katod bakırı üretilmektedir. Cevherlerin ortalama bakır içeriği %1 civarındadır. Sadece bakır için yılda 2 milyar tondan fazla bakır cevheri flotasyon yöntemi ile zenginleşmektedir. Flotasyon cevherlerin zenginleştirilmesinde uygulanan en önemli yöntemlerden biri olup, ülkemizde birçok değerli mineralin kazanılmasında etkin olarak kullanılmaktadır. Flotasyon basitçe yüzdürme ve bastırma şeklinde bir yöntem olarak tanımlanmasına rağmen aslında birçok bileşene bağlı karmaşık bir sistemdir. Cevherin yapısından, makinaların dizaynına kadar, birçok değişkene bağlı olarak flotasyon prosesinin başarısı değişmektedir. Yüzyıldan fazla bir geçmişe sahip olan flotasyon yöntemi üzerinde özellikle birçok parametrenin etkisinin incelendiği araştırmalar halen devam etmektedir. Bu doktora çalışmasında değerli minerali kalkopirit olan iki farklı bakır cevheri esas alınarak, birtakım flotasyon parametrelerinin etkisi incelenmiştir. Çalışmada bazı konulara açıklık getirmek üzere tesis ölçeğinden iki fazda laboratuvar ortamındaki ölçümlere kadar birçok incelme yapılmıştır. Bu araştırmada kalkopirit cevheri olarak, Siirt-Madenköy ve Kastamonu-Hanönü'nde bulunan iki farklı tesiste zenginleştirilen numuneler kullanılmıştır. Araştırmalar genellikle iki tesiste kullanılan reaktifler ile yürütülmüştür. Köpürtücü olarak endüstride ve laboratuvar çalışmalarında çok yaygın olarak kullanılan MIBC, Dow Froth 250, çamyağı, F-549 gibi köpürtücülerin etkileri incelenmiştir. Tez kapsamındaki araştırmalar iki fazda (sıvı+hava) ve üç fazda (sıvı+hava+cevher) yapılan çalışmalardan oluşmaktadır. İki fazlı çalışmalar laboratuvar ortamındaki temel çalışmaları, üç fazlı sistemdeki çalışmalar hem laboratuvar hem de tesis ölçekte yapılan incelemeleri içermektedir. Çalışmalar yürütülürken değişen koşullara bağlı olarak özellikle kabarcık çapının ve köpük yüksekliğinin değişimi incelenmiştir. Çalışmanın bir bölümünde, köpürtücü miktar ve türünün, bunların karışımlarının kabarcık boyutuna, bakır içeriğine ve bakır kazanma verimine etkisi laboratuvar ve tesis ölçeğinde incelenmiştir. Köpürtücü miktarına bağlı olarak kabarcık boyutunun değişiminin izlendiği tüm deneylerde, köpürtücü miktarı arttıkça kabarcık boyutunun küçüldüğü görülmüştür. Deney sonuçlarına göre, köpürtücülerin kabarcık boyutunun üzerinde meydana getirdiği küçülmenin bakır konsantresinin bakır içerikleri ve bakır kazanma verimleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. Laboratuvar ve tesis çalışmalarına göre tüm köpürtücüler ve karışımları için daha küçük kabarcık boyutu oluşumuna bağlı olarak bakır içeriğinin düştüğü ve verimin arttığı görülmüştür. En yüksek verim değerlerine MIBC en düşük değerlere ise Dowfroth 250 köpürtücüleri ile ulaşılmıştır. Siirt-Madenköy'de tesis ortamında yüksek pH'ta çalışılmakta ve selektif flotasyon yapılmaktadır. Etibakır Siirt-Madenköy bakır işletmesi cevher numunesi ile toplayıcı olarak 3418 A ve köpürtücü olarak MIBC kullanılmaktadır. Bu reaktifler kullanılarak pH'ın kabarcık boyutu, bakır içeriği ve kazanma verimi üzerindeki etkisi laboratuvar ve tesis ölçeğinde araştırılmıştır. Laboratuvar ve tesis ölçeğinde yapılan incelemelerde pH arttıkça kabarcık çapı küçülürken, bakır içeriklerin ve kazanma verimlerinin arttığı gözlenmiştir. Kastamonu-Hanönü tesis ortamında toplu flotasyonda pH 8'de selektif flotasyonda pH 10.5'ta çalışılmaktadır. Kastamonu-Hanönü bakır işletmesinde toplayıcı olarak toplu flotasyonda KAX, selektif flotasyonda ise Aero 3894 ve köpürtücü olarak tüm devrelerde F-549 kullanılmaktadır. Köpürtücü miktarının kabarcık çapı, bakır içeriği ve bakır kazanma verimine etkisi laboratuvar ve tesis ölçeğinde araştırılmıştır. Bu çalışmalara göre, köpürtücü miktarı arttıkça kabarcık çapı hem laboratuvar hem de tesis koşullarında küçülürken, bakır içerikleri düşmekte, verimlerin arttığı gözlenmektedir. Tesis ve laboratuvar ortamında yapılan deneylerde hava miktarının kabarcık çapı, bakır içeriği ve verime etkisi incelenmiştir. Yapılan tüm deneylerde hava miktarı arttıkça, kabarcık çapının büyüdüğü, bakır içeriklerinin düştüğü ve bakır kazanma veriminin arttığı belirlenmiştir. Laboratuvar ortamında yapılan deneylerde ön havalandırma süresinin, kabarcık çapı, bakır içeriği ve verime etkisi incelenmiştir. Yapılan deneylerde ön havalandırma süresi arttıkça kabarcık çapının büyüdüğü, bakır içeriğinin ve verimin arttığı bulunmuştur. Kastamonu-Hanönü ve Siirt-Madenköy cevheri ve reaktifleriyle ve üç fazlı sistemde flotasyon makinası karıştırma hızının kabarcık çapı, bakır içeriği ve verime etkisinin incelendiği laboratuvar deneylerinde karıştırma hızı arttıkça, kabarcık çapının küçüldüğü, bakır içeriğinin ve bakır kazanma veriminin arttığı görülmüştür. İki fazlı sistemde farklı tür köpürtücülerle mikroflotasyon hücresi ile yapılan deneylerde, ışık geçirgenliği ölçülmüştür. Işık geçirgenliği kabarcık çapı, kabarcıkların ortamdaki sıklığı hakkında bilgi vermektedir. Bu değer ne kadar küçülürse kabarcık çapları da küçülmektedir ve kabarcıklar daha sıklıkta birarada bulunmaktadır. Yapılan ölçümlerde köpürtücülerin miktarlarının artmasına bağlı olarak kabarcık çaplarının ve ışık geçirgenliğinin küçüldüğü ve kabarcık ölçümleri ile ışık geçirgenlik değerlerinin birbiri ile uyumlu olduğu gözlenmiştir. Köpürtücülerin yüzey gerilimi üzerindeki etkisi de incelenmiştir. Bu ölçümlerde köpürtücü türleri, miktarları ve farklı pH değerlerinde yüzey gerilimi üzerindeki etkisi incelenmiştir. Köpürtücü miktarının artırılmasının hem doğal pH hem de pH 12'de yüzey gerilimini ve kabarcık boyutunu küçülttüğü belirlenmiştir. pH 12'de yapılan ölçümlerde yüzey gerilim değerlerinin doğal pH 'daki değerlerden daha düşük olduğu belirlenmiştir. Çam yağı hariç diğer köpürtücülerde pH arttıkça yüzey gerilimi azalmaktadır. pH değişimine bağlı yüzey gerilimi değişiminde görülen en büyük fark MIBC ile elde edilirken en az değişiklik Dow Froth 250 köpürtücüsünde tespit edilmiştir. Bu doktora tezi kapsamında yapılan çalışmalara göre tesis ve laboratuvar ölçeğinde elde edilen flotasyon sonuçlarının birbiri ile uyumlu olduğu belirlenmiştir. Ayrıca temel araştırma niteliğinde olan çalışmalarda bazı flotasyon değişkenlerinin flotasyon davranışı üzerindeki etkilerini açıklama konusunda önemli katkılar sağlayacaktır.
  • Öge
    Eskişehir Beylikahır cevherinden nadir toprak metallerinin uç ürün olarak üretilmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-11-24) Baştürkcü, Esra ; Yüce, Ekrem Abdullah ; Timur, Servet İbrahim ; 505182102 ; Cevher Hazırlama Mühendisliği
    Nadir toprak elementleri (NTE), sahip oldukları fiziksel ve kimyasal özellikleri ile birçok yüksek teknoloji ürünün üretiminde kullanılır hale gelmiş olup stratejik metaller arasında yerlerini almışlardır. Dünyada üretimin yaklaşık %85'ini karşılayan Çin, rezerv ve üretim açısından tekel konumundadır. Çin'in NTE ihracatını kısıtlama getirmesi birçok ülkeyi NTE kaynak arayışı ve üretim imkanlarını araştırmaya yöneltmiştir. NTE'in yerkabuğundaki işletilebilir tenörlü rezervlerinin az olması ve ayrıca 17 elementten oluşan NTE grubunun fiziksel ve kimyasal özellik açısından aşırı benzerlikleri ayrıştırılmalarını/kazanımlarını oldukça güçleştirmektedir. NTE'nin uç ürün üretimine giden süreci oldukça karmaşık proses aşamaları içermekte ve proses geliştirme sürecinde bilgi birikimine ihtiyaç duyulmaktadır. Ülkemizde Eskişehir-Beylikova Bölgesinde rezervi tespit edilmiş olan Barit-Florit-NTE-Th cevheri dünyadaki sayılı yataklardan biridir. Ülkemizde rezerv açısından önemli böyle bir NTE kaynağı olması ve bu metallerin stratajik olmaları sebebiyle üretilmelerine yönelik karar alınmıştır. Bu doktora tezi kapsamında cevherden uç ürün eldesine yönelik kapsamlı bir çalışma ile Eskişehir-Beylikova cevherine ilişkin ilk bütünleşik proses tasarımının oluşturulması ve bu konudaki bilgi birikiminin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Doktora kapsamında sahadan temin edilen cevher üzerinde detaylı karakterizasyon çalışmaları yapılarak minerolojik yapı ve tane serbestleşme dereceleri belirlenmiştir. Buna göre cevherde Th-Parisit, NTE karbonat, monazit, sinçisit mineralleri NTE mineralleri olarak belirlenerek NTE'nin tek bir mineralde değil birden fazla mineralde fosfatlı ve florakarbonatlı yapıda bulunduğu tespit edilmiştir. Cevherde bulunan NTE'nin %97'sini Hafif NTE (HNTE) grubu olan La, Ce, Nd ve Pr oluşturmaktadır. Bu sebeple öncelikli hedef bu metallerin uç ürün olarak elde edilmesi olmuştur. Tüvanan cevherin NTE oksit (NTO) içeriği %5,5-6'dır.Zenginleştirme kademesinde boyut küçültme-mekanik dağıtma ve sınıflandırma yapılarak %9,5 içerikli NTO (nadir toprak oksit) ön konsantresi %85 verimle elde edilmiştir. Çözeltiye alma kısmında cevherdeki NTE mineralleri ve içerikleri göz önünde bulundurularak termo-kimyasal ön işlem olarak asit ile pişirme ardından su ile çözeltiye alma yöntemi uygulanması kararlaştırılmıştır. Asit ile pişirme işleminde asit oranı, pişirme süresi ve pişirme sıcaklığı parametreleri incelenirken su ile çözündürme kademesinde K/S (katı/sıvı) oranı ve çözündürme süresinin etkisi incelenmiştir. Deney verilerine göre 250 oC pişirme sıcaklığı, 1 saat pişirme süresi ve 1:1 asit:numune (ağırlıkça) oranı optimum pişirme koşulları olarak, çözündürmede ise 1:4 K/S oranı ve 1 saat çözündürme süresi en uygun koşullar olarak tespit edilmiştir. Bu sonuçlar doğrultusunda HNTE >%90 verimle çözeltiye alınmıştır. NTE ile birlikte çözeltiye Th-U gibi radyoaktif elementlerin yanı sıra gang minerallerinden gelen Mn, Fe, Al, Na, Mg, K, Ca, P diğer iyonlar arasındadır. Saf NTE çözeltisi elde etmek için bunların uzaklaştırılması gerekmektedir. Oksalik asit kullanarak Th dışındaki tüm elementlerden seçimli NTE çöktürülmesi ile kurtulmak mümkün olmaktadır. Alternatif olarak solvent ekstraksiyon kullanılarak önce Th-U uzaklaştırması da tek kademe yükleme ile sağlanmıştır. Oksalik asit pahalı olmasına karşın seçimli çöktürme sağladığı için çözelti saflaştırma kademesini teknik açıdan oldukça kolaylaştırmaktadır. Th-U uzaklaştırmasından sonra oksalik asit ile çöktürmenin uygulandığı koşulda kalsinasyon ile Nadir toprak oksit(NTO) elde edilmekte ve HCl çözeltisi ile tekrar çözeltiye alınmaktadır. Çöktürme öncesi ve sonrası çözeltilere analiz yapıldığında NTE'in %97-99 verimle çöktüğü, diğer elementlerin çözeltide kaldığı analiz sonuçları ile tespit edilmiştir. Elde edilen NTE oksalatın oksit formunda elde edilebilmesi için kalsinasyon işlemine tabii tutulmuştur. Farklı sıcaklıklarda denemeler ve karakterizasyon işlemleri sonucunda 700 oC ve 2 saat kalsinasyon süresinin yeterli olduğu belirlenmiştir. Elde edilen NTO, 3 M HCl çözeltisi ve 80 oC sıcaklıkta 15 dakikada tamamen çözünmektedir. Saf NTO çözeltisinden seçimli olarak La, Ce, Nd ve Pr kazanmak için öncelikli olarak seryumun yükseltgenerek Ce(OH)4 formunda >%99 verimle çöktürülmüştür. Oksitleyici olarak birçok alternatif denenmiş ancak en etkili oksitleyici KMnO4 seçilmiş ve kullanılmıştır. pH:3'de gerçekleştirilen çöktürme işlemi sonucunda seryumun tamamı çöktürülmüş, La,Nd ve Pr %10-30 arasında birlikte çökme eğilimi göstermiştir. Safsızlıklar uzaklaştırıldıktan sonra seçimli NTE kazanımına yönelik çalışmalar hem sentetik çözeltiden hem de cevherden elde edilmiş saflaştırılan çözeltiden gerçekleştirilmiştir. Sentetik çözelti ile yürütülen çalışmalarda öncelikle HNTE-ANTE (ağır NTE) grup ayırmı çalışılmış olup, ekstraktant konsantrasyonu, pH değeri, S/O (sulu/organik) faz oranı ve temas süresi parametrelerinin yükleme verimine etkisi incelenmiştir. Tek kademe yüklemeden sonra sıyırma aşamasında asit konsantrasyonu ve asit türü etkisi gözlemlenmiştir. Bu çalışmalarda HNTE-ANTE grup ayrımının yanı sıra seçimli Y ekstraksiyonu da sağlanmıştır. Paralel olarak La-Nd-Pr çözeltisinden La ayrımına çalışılmıştır. Farklı ekstraktant türlerinin etkisi incelendikten sonra katyonik grubun daha yüksek yükleme verimine sahip olduğu görüldüğünden alternatif katyonik ekstraktantların etkisi incelenmiştir. Ekstraktant seçiminde yükleme veriminin yanı sıra ayırma faktörleri de göz önünde bulundurulmuştur. Reaktif seçiminden sonra pH değerinin etkisi de incelenerek en uygun koşul belirlenmiştir. Ayrıca Nd-Pr çözeltisi hazırlanarak farklı ekstraktant türlerinin yüklenme verimlerine etkisi ve ayırma faktörleri incelenmiştir. Cevherden elde edilen saflaştırılmış çözelti ile yürütülen solvent ekstraksiyon deneylerinde, Ce çöktürme sonrası çözeltide kalan ANTE-HNTE ayrımına çalışılmıştır. Sentetik çözelti ile aralarındaki tek fark NTE konsantrasyonu olduğu için değiştirilen tek parametre de ekstraktant konsantrasyonu olmuştur. Çözeltideki NTE konsantrasyonu baz alınarak ayarlanan ekstraktant konsantrasyonu sonucu ANTE yükleme verimleri> 95% olmuştur. Tek kademe yükleme sonrası organik fazdan toplu sıyırma yapılarak NTE oksit alaşımı(misch metal) uç ürün olarak elde edilebilmektedir. Çözeltide kalan La'nın, Nd ve Pr iyonlarından ayrımı sentetik çözeltideki çalışmalardan farklı olarak seçimli sıyırma ile sağlanmıştır. Çözeltideki Nd-Pr tamamen organik faza yüklenirken La yükleme verimi %55 olmuştur. Böylelikle yükleme sonrası sulu fazda La seçimli olarak elde edilmiştir. Organik fazda asit konsantrasyonunu kontrolü ile kademeli sıyırma sonucu La seçimli ayırım gösterirken Nd-Pr organik fazda kalmaktadır. Sıyırma sonucu Nd-Pr birlikte çözeltide elde edildikten sonra La, ve Nd-Pr çözeltileri NaOH ile pH:9'da çöktürme işlemine tabii tutularak %100 çöktürme verimi ile hidroksit olarak elde edilmişlerdir. Daha sonra kalsinasyon işlemine tabii tutulmuş ve oksit şeklinde uç ürün olarak elde edilmiştir. Deneyler sonucunda elde edilen verilere göre nihai proses akım şeması oluşturulmuştur. Tüm deneysel çalışmalar tarafımca gerçekleştirilmiş ve tez içinde kullanılan tüm akademik veriler etik ve akademik kurallara uygun olarak refere edilmiştir.