Aladağ yöresi Zn-Pb flotasyon atıklarından hidrometalurjik yöntemlerle çinko geri kazanımı

Abstract

Bu çalışma, Kayseri bölgesinde bulunan Aladağ yöresine ait çinko-kurşun cevherine uygulanmış flotasyon sonucu oluşan atığa uygulanan mevcut hidrometalurjik yöntemlere alternatif sunma hedefiyle yapılmıştır. Mevcut yöntemlere göre daha çevreci ve ekonomik kimyasallar kullanarak flotasyon atığında bulunan çinkoyu optimum liç koşullarıyla geri kazanmaya çalışılmıştır. Selektif liç sonucunda çinko ile birlikte çözeltiye alınan demir iyonlarını temizlemek için çinko kaybı minimum olacak şekilde demir çöktürme işleminin optimizasyonu üzerine çalışmalar yapılmıştır. Literatürde çinko-kurşun flotasyon atıklarından metal üretimi ve geri kazanımı üzerine çalışmalar uzun süredir ilgi görmektedir. Genellikle hidrometalurjik yöntemler uygulanmakta ve çözücü olarak organik ve inorganik asitler kullanılmaktadır. Çalışma verimlerini arttırmak için kullanılan ilave oksitleyici ajanlar da bulunmaktadır. Oksitleyici ajan olarak alternatifler de bu çalışma içerisine dahil edilmiştir. Bu sayede çevreci yöntemlerle atık-hammadde geri dönüşümüne katkı sağlanmıştır. Dünya genelinde Avustralya, Çin, Meksika, Rusya ve Peru çinko üretiminde söz sahibi olan ülkelerdir. Çinko tüketiminde ise ilk sıralarda yer alan ülkeler Çin, A.B.D., Japonya, Güney Kore, ve Almanya'dır. Ülkemiz çinko rezervi olarak 9. sırada yer almaktadır. Türkiye'nin 2022 yılı çinko cevheri üretim miktarı 450.000 ton civarındadır. Aladağ yöresine ait flotasyon atığına öğütme ve elek analizi işlemleri uygulanmıştır. Üç farklı elek aralığından alınan numunelere faz analizi ve kimyasal analiz işlemleri gerçekleştirilmiştir.Kimyasal analiz sonuçlarına göre flotasyon atığında %17,80 Zn ve %11,40 Fe bulunmaktadır. Faz analizi sonuçlarına göre en düşük elek aralığında çinkonun çinko karbonat dışında hemimorfit yapıda da bulunduğu tespit edilmiştir. Bu elek aralığındaki flotasyon atığında bulunan diğer fazlar ise kalsiyum karbonat, serüzit, götit, silika, manyetit ve kurşun oksittir. Çalışmaya bu elek aralığındaki numunelerle devam edilmiştir. Literatürde flotasyon atığından çinkonun çözeltiye alınabilmesi için uygulanan sülfürik asit liç işleminde oksitleyici ajan olarak demir sülfat kullanılmaktadır. Çinkonun yüksek verimle çözeltiye alındığı görülmektedir fakat devam eden hidrometalurjik yöntemlerde çözeltideki demir büyük sorun teşkil etmektedir. Bu çalışma kapsamında oksitleyici ajan olarak demir sülfata alternatif olarak sakkaroz ve hidrojen peroksit kullanılmıştır. Yapılan ön çalışmalar sonucunda çinko ekstraksiyonu oksitleyici ajan olarak sakkaroz kullanıldığında %88, oksitleyici ajan olarak hidrojen peroksit kullanıldığında ise çinko ekstraksiyonu %64'tür. Hidrojen peroksit – sülfürik asit liçinde çinko ekstraksiyonu düşüş göstermesine karşın çözeltiye alınan demir miktarında da oldukça azalma görülmüştür. Matematiksel ve istatistiksel bir yöntem olan Taguchi metodu kullanılarak flotasyon atığından çinkonun selektif olarak çözeltiye alınabilmesi için uygulanacak liç işleminin optimum değerlerini belirlemek amacıyla deney tasarımı oluşturulmuştur. Sıcaklık, süre, oksitleyici ajan, karıştırma hızı, ve asit konsantrasyonu parametreleri bu çalışma kapsamında araştırılmıştır. 16 farklı liç çalışması sonucunda hesaplanan çinko ekstraksiyon verilerine göre Taguchi metoduyla optimum liç parametreleri belirlenmiştir. Liç sıcaklığı 80ºC, liç süresi 60 dakika, oksitleyici ajan olarak H2O2, karıştırma hızı 300 rpm, ve sülfürik asit konsantrasyonu 2 mol/litre olarak belirlenmiştir. Optimum liç koşullarında flotasyon atığındaki çinkonun %92.93, demirin ise %81.71 verimle çözeltiye alındığı tespit edilmiştir. Optimum liç koşullarında hazırlanan stok çözeltiden çinkonun geri kazanımı öncesi demir çöktürme işlemi uygulanmıştır. Demir çöktürme işlemi için derişik NaOH çözeltisi hazırlanmıştır. Demir çöktürme çalışmaları üç farklı sıcaklık, pH, ve sürede gerçekleştirilmiştir. Demirin götit veya jarosit olarak çökmesi beklenmektedir. Yapılan çalışmalar sırasında çözelti pH'ı 2'ye getirildiğinde çökelek oluşumu gözlemlenmemiştir. Çözelti pH'ı 3 ve 4 olarak ayarlanan çalışmalarda ise çökelek oluşumu gözlenmiştir. Katı/sıvı ayrımı yapıldıktan sonra çözeltiler kimyasal analize, katılar ise faz analizine gönderilmiştir. Analiz sonuçlarında çinkonun %92.78 oranla çözeltide kaldığı, demirin ise %99.4 oranla çöktüğü tespit edilmiştir. Flotasyon atığından çinko geri kazanımı amacıyla uygulanan liç işlemi için önerilen alternatif oksitleyici ajan olan hidrojen peroksit sayesinde ilk aşamada çözeltiye alınan demir miktarında düşüş görülmektedir. Devam eden hidrometalurjik yöntemler için de işlem kolaylığı sağlanmıştır.