Metalik cevherlerin çözünme kinetiği modelleri üzerine tane morfolojisinin etkisinin araştırılması
Investigation of effect of particle morphology on dissolution kinetics models of metallic ores
Yazar: TUĞBA DENİZ TOMBAL
Danışman: PROF. DR. İLGİN KURŞUN
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Maden Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Doğal kaynaklar = Natural resources ; Liç kinetiği = Leaching kinetics ; Metalik cevherler = Metallic ores ; Tane morfolojisi = Particle morphology

Özet:
Bu çalışmanın temel amacı; tane morfolojisinin metalik cevherlerin (bakır, kurşun ve çinko gibi) çözünme kinetiği modelleri üzerindeki etkisinin araştırılmasıdır. Doktora tezinin özgünlüğünü; farklı metaller ve farklı çözünme kinetiği modelleriyle çalışılmış olmasının yanı sıra şekil faktörünün kimyasal zenginleştirme süreçlerine olan etkilerinin irdelenmesi de desteklemiştir. Bu tez çalışması kapsamında yapılmış olan literatür çalışması sonucu elde edilmiş olan veriler ışığında karakterizasyon çalışmaları, kimyasal zenginleştirme çalışmaları, kinetik analizler ve tane morfolojisi çalışmaları olarak dört ana başlık planlanmıştır. İlk başlık olan karakterizasyon çalışmaları kapsamında hem Pb-Zn hem de Cu numunelerinin fiziksel, kimsayal, mineralojik ve elektrokinetik özellikleri ortaya konarak birbirleriyle olan
ilişkileri irdelenmiştir. Balıkesir Balya bölgesi kurşun-çinko cevheriyle yapılan detaylı karakterizasyon çalışmaları sonucunda; numunenin fiziksel özelliklerinin belirlenmesi için gerçekleştirilen deneylerden elde edilen sonuçlara göre numunenin nem oranı %0,069, yoğunluğu 4,89 gr/cm3, d50 ve d80 boyutları da sırasıyla 1,4 mm ve 3,55 mm olarak bulunmuştur. Kimyasal özelliklerinin belirlenmesi için gerçekleştirilen ICP-OES analizi sonucunda da %1,41 Pb ve %2,14 Zn içerdiği belirlenmiştir. Numunenin mineral kompozisyonunun belirlenmesi için gerçekleştirilen XRD analizi sonucunda Pb-Zn numunesinin kuvars, dolomit, sfalerit, karpit ve kalderit içerdiği belirlenmiştir. EDS analizleri sonuçları incelendiğinde, 1. fotoğraf için ortalama %9.95 Pb ve %9.55 Zn, 2. fotoğraf için %7.88 Pb ve %6.64 Zn, 3. fotoğraf için
%12.71 Pb ve %13.58 Zn ve 4. fotoğraf için %11.31 Pb ve %8,04 Zn içeriği tespit edilmiştir. Parlak kesit çalışmaları sonucu Pb-Zn numunesinde galen, sfalerit ve çok az mikarda da pirit olduğu gözlenmiştir. Numunenin pH profili incelendiğinde pH 3, pH 5 ve pH 7 deneylerinde numunenin pH değerinin belirli bir süre sonra pH 8 civarında tampon bir pH değerine ulaşma eğilimi göstermeye başladığı görülmüştür. Kastamonu Küre bölgesi bakır cevheriyle yapılan detaylı karakterizasyon çalışmaları sonucunda; numunenin fiziksel özelliklerinin belirlenmesi için gerçekleştirilen deneylerden elde edilen sonuçlara göre numunenin nem oranı %0,0086, yoğunluğu 4,96 gr/cm3, d50 ve d80 boyutları da sırasıyla 2,32 mm ve 4,48 mm olarak bulunmuştur. Kimyasal özelliklerinin belirlenmesi için gerçekleştirilen ICP-OES analizi sonucunda da %4,24 Cu içerdiği belirlenmiştir. Numunenin mineral kompozisyonunun belirlenmesi için gerçekleştirilen XRD analizi sonucunda numunenin kuvars, amesit, pirit ve kalkopirit içerdiği görülmüştür. EDS analizleri sonuçları incelendiğinde, 1. fotoğraf için ortalama %6.95, 2. fotoğraf için %5.36, 3. fotoğraf için %7.35 ve 4. fotoğraf için %11.76 Cu içeriği tespit edilmiştir. Parlak kesit çalışmaları sonucu bakırın kalkopirit minerali formunda, psedömorf, rölyefli, çok yüksek, ince kristalen halinde ve küp sistemi kristalize olmuş şekilde olduğu görülmüştür. Numunenin pH profili incelendiğinde pH 4,5, pH 8,5, pH 9,5 ve pH 10,5 deneylerinde numunenin pH değerinin belirli bir süre sonra pH 8 civarında tampon bir pH değerine ulaşma eğilimi göstermeye başladığı görülmüştür. İkinci ana başlık olan kimyasal zenginleştirme çalışmaları kapsamında gerçekleştirilen kimyasal çözündürme deneylerinde numunelerin Pb, Zn ve Cu içeriklerinin yüksek verimle çözeltiye alınması hedeflenmiştir. Sülfürik asit (H2SO4), hidroklorik asit (HCl) ve nitrik asit (HNO3) ile gerçekleştirilen kimyasal çözündürme deneylerinde; 75-106-150 μm tane boyutu, %5-10-15-20-25 katı oranı, 30-60-120-180-240 dak liç süresi, 0,25-0,5-1-2-5 M asit dozajı ve 30-40-50-60-70 oC pülp sıcaklığı parametreleri denenmiştir. H2SO4 deneylerinde Pb için optimum sonuçlar 106 μm tane boyutu, %20 katı oranı, 120 dak liç süresi, 0,5 M asit dozajı ve 50 oC pülp sıcaklığı şartlarında elde edilmiştir. Zn için optimum sonuçlar 75 μm tane boyutu, %15 katı oranı, 120 dak liç süresi, 0,5 M asit dozajı ve 50 oC pülp sıcaklığı şartlarında elde edilmiştir. Cu için optimum sonuçlar 75 μm tane boyutu, %25 katı oranı, 60 dak liç süresi, 1 M asit dozajı ve 70 oC pülp sıcaklığı şartlarında elde edilmiştir. Belirtilmiş olan bu optimum koşullarda gerçekleştirilen deneyler sonucunda %97,48 Pb, %97,32 Zn ve %95,04 Cu çözünme verimleri elde edilmiştir. HCl deneylerinde Pb için optimum sonuçlar 106 μm tane boyutu, %20 katı oranı, 120 dak liç süresi, 0,25 M asit dozajı ve 60 oC pülp sıcaklığı şartlarında elde edilmiştir. Zn için optimum sonuçlar 106 μm tane boyutu, %25 katı oranı, 60 dak liç süresi, 0,5 M asit dozajı ve 70 oC pülp sıcaklığı şartlarında elde edilmiştir. Cu için optimum sonuçlar 75 μm tane boyutu, %15 katı oranı, 120 dak liç süresi, 0,5 M asit dozajı ve 70 oC pülp sıcaklığı
şartlarında elde edilmiştir. Belirtilmiş olan bu optimum koşullarda gerçekleştirilen deneyler sonucunda %95,44 Pb, %96,38 Zn ve %94,80 Cu çözünme verimleri elde edilmiştir. HNO3 deneylerinde Pb için optimum sonuçlar 75 μm tane boyutu, %20 katı oranı, 30 dak liç süresi, 0,5 M asit dozajı ve 60 oC pülp sıcaklığı şartlarında elde edilmiştir. Zn için optimum sonuçlar 75 μm tane boyutu, %20 katı oranı, 60 dak liç süresi, 1 M asit dozajı ve 50 oC pülp sıcaklığı şartlarında elde edilmiştir. Cu için optimum sonuçlar 75 μm tane boyutu, %15 katı oranı, 120 dak liç süresi, 0,25 M asit dozajı ve 40 oC pülp sıcaklığı şartlarında elde edilmiştir. Belirtilmiş olan bu optimum koşullarda gerçekleştirilen deneyler sonucunda %94,87 Pb, %96,06 Zn ve %95,71 Cu çözünme verimleri elde edilmiştir. Üçüncü ana başlık olan kinetik analiz çalışmaları kapsamında Pb, Zn ve Cu için H2SO4, HCl ve HNO3 deneylerinden elde edilmiş olan sonuçlara kimyasal model, difüzyon modeli ve film difüzyonu modeli uygulanarak çözünme hızının sıcaklığa bağlı olarak değişimi ortaya konmaya çalışılmıştır. Her numune ve her asit için -106+75 μm tane boyutu, 1 M asit dozajı, %20 katı oranı, 0-30 dak liç süresi, 50-90 oC pülp sıcaklığı, 250 dev/dak karıştırma hızı koşullarında deneyler gerçekleştirilmiştir. Pb liç deneylerinin kinetik analiz çalışmaları kapsamında H2SO4, HCl ve HNO3 deneyleri için liç kinetiği incelendiğinde farklı sıcaklıklarda elde edilmiş olan çözünme verimleri grafiklendirilerek elde edilen doğruların eğiminden görünür hız sabitleri ve korelasyon katsayıları hesaplanmış ve bu değerler incelendiği zaman Pb çözünmesinin her üç asit ortamında da Küçülen Çekirdek Modeli'nde difüzyon kontrollü modele uyduğu görülmüştür. Pb liçi çözünme verimlerinde farklı sıcaklıklar için elde edilen Arrhenius grafiği doğrusunun eğiminden hesaplanan aktivasyon enerjisi H2SO4 için 5,902 kJ/mol, HCl için 6,204 kJ/mol ve HNO3 için de 3,151 kJ/mol'dür. Zn liç deneylerinin kinetik analiz çalışmaları kapsamında H2SO4, HCl ve HNO3 deneyleri için liç kinetiği incelendiğinde farklı sıcaklıklarda elde edilmiş olan çözünme verimleri grafiklendirilerek elde edilen doğruların eğiminden görünür hız sabitleri ve korelasyon katsayıları hesaplanmış ve bu değerler incelendiği zaman Zn çözünmesinin her üç asit ortamında da Küçülen Çekirdek Modeli'nde difüzyon kontrollü modele uyduğu görülmüştür. Zn liçi çözünme verimlerinde farklı sıcaklıklar için elde edilen Arrhenius grafiği doğrusunun eğiminden hesaplanan aktivasyon enerjisi H2SO4 için 3,615 kJ/mol, HCl için 4,811 kJ/mol ve HNO3 için de 4,736 kJ/mol'dür. Cu liç deneylerinin kinetik analiz çalışmaları kapsamında H2SO4, HCl ve HNO3 deneyleri için liç kinetiği incelendiğinde farklı sıcaklıklarda elde edilmiş olan çözünme verimleri grafiklendirilerek elde edilen
doğruların eğiminden görünür hız sabitleri ve korelasyon katsayıları hesaplanmış ve bu değerler incelendiği zaman Cu çözünmesinin her üç asit ortamında da Küçülen Çekirdek Modeli'nde difüzyon kontrollü modele uyduğu tespit edilmiştir. Cu liçi çözünme verimlerinde farklı sıcaklıklar için elde edilen Arrhenius grafiği doğrusunun eğiminden hesaplanan aktivasyon enerjisi H2SO4 için 5,698 kJ/mol, HCl için 2,648 kJ/mol ve HNO3 için de 4,561 kJ/mol'dür. H2SO4, HCl ve HNO3 ile yapılan Pb, Zn ve Cu liç deneylerinin kinetik analizleri incelendiğinde, bütün kinetik analiz çalışmaları sonucu belirlenmiş olan kinetik modellerle, Arrhenius grafiklerinden elde edilmiş olan verilerle hesaplanan aktivasyon enerjilerinin değer aralıklarının birbirlerini doğruladığı gözlenmiştir. Difüzyon kontrollü model için tüm deneyler göz önünde bulundurulduğunda tüm sıcaklık değerlerinde nispeten iyi oranda değerlerin elde edildiği, tüm çizgilerin orijinden ya da orijine yakın bir yerden geçtiği gözlenmiştir. Bu da reaksiyonun incelenen tüm sıcaklık aralıklarında difüzyon kontrollü olduğunu göstermektedir. Arrhenius grafiğinde belirgin bir kırılmanın olmaması da incelenen tüm sıcaklık aralıkları boyunca tek bir kinetik kontrol sürecinin etkin olduğunu göstermektedir. Dördüncu ana başlık olan tane morfolojisinin etkisinin irdelendiği kısımda öncelikli olarak - 75+63 μm, -106+75 μm ve -150+106 μm tane boyutlarındaki tüvenan Pb-Zn ve Cu numunelerine ait mikroskop fotoğrafları çekilmiş ve ImageJ analiz programında tane şekil faktörü analizi yapılarak her bir numuneye ait dairesellik, yuvarlaklık ve sertlik değerlerine ait ortalama tane şekil faktörü değeri, standart sapma, minimum ve maksimum değerler hesaplanmıştır. Daha sonra Pb, Zn ve Cu çözünme verimlerinin irdelendiği liç süresi, asit dozajı ve pülp sıcaklığı deneylerine ait optimum değerlerin elde edildiği liç numuneleri fotoğraflanarak ImageJ analiz programında tane şekil faktörü analizi yapılmış, her bir numunenin dairesellik, yuvarlaklık ve sertlik değerlerine ait ortalama tane şekil faktörü değeri, standart sapma, minimum ve maksimum değerler hesaplanmıştır. Elde edilen bulgular tüvenan numunelere ait verilerle karşılaştırılarak tane morfolojisinin çözünme kinetiğine olan etkileri ortaya konmaya çalışılmıştır. Pb liç numuneleri tane morfolojisi çalışmaları kapsamında H2SO4liçi deney numuneleri incelendiğinde, PblsH2SO4, PbadH2SO4 ve PbpsH2SO4 numunelerinin tümünün dairesellik ve yuvarlaklık değerlerinin arttığı görülmüştür. PblsH2SO4'ün sertlik değerleri azalırken, PbadH2SO4 ve PbpsH2SO4 'ün sertlik değerinde artış görülmüştür. HCl liçi deney numuneleri incelendiğinde, yuvarlaklık değeri PblsHCl için sabit kalırken, PbadHCl ve PbpsHCl için arttığı görülmüştür. Sertlik değerinin ise her üç numune için arttığı görülmüştür. HNO3 liçi deney numuneleri incelendiğinde, PblsHNO3 ve PbadHNO3 numunelerinin dairesellik değerleri azalırken PbpsHNO3 numunesinin dairesellik değerinin arttığı; PblsHNO3 numunesinin yuvarlaklık değeri azalırken, PbadHNO3 ve PbpsHNO3 numunelerinin yuvarlaklık değerlerinin arttığı görülmüştür. Sertlik değerleri incelendiğinde, PblsHNO3'ün sertlik değerinin arttığı, PbadHNO3 ve PbpsHNO3'ün sertlik değerlerinin azaldığı görülmüştür. Zn liç numuneleri tane morfolojisi çalışmaları kapsamında H2SO4 liçi deney numuneleri incelendiğinde, her üç numunenin de dairesellik değerleri azalırken, yuvarlaklık ve sertlik değerlerinin arttığı görülmüştür. HCl liçi deney numuneleri incelendiğinde, üç numunenin de dairesellik değerlerinin arttığı görülmüştür. ZnlsHCl'in yuvarlaklık değeri artarken, ZnadHCl ve ZnpsHCl'in yuvarlaklık değerlerinin azaldığı görülmüştür. Sertlik değerleri incelendiği zaman, her üç numunenin sertlik değerinde artış olduğu görülmüştür. HNO3 liçi deney numuneleri incelendiğinde, ZnlsHNO3 ve ZnpsHNO3 numunelerinin dairesellik değerleri azalırken, ZnadHNO3 numunesinin dairesellik değerinin arttığı görülmüştür. ZnlsHNO3 ve ZnadHNO3 numunelerinin yuvarlaklık değerleri artmış, ZnpsHNO3 numunesinin yuvarlaklık değeri azalmıştır. ZnlsHNO3 numunesinin sertlik değeri sabit kalırken, ZnadHNO3 numunesinin sertlik değeri artmış, ZnpsHNO3'ünki azalmıştır. Cu liç numuneleri tane morfolojisi çalışmaları kapsamında H2SO4 liçi deney numuneleri incelendiğinde, her üç numunenin de dairesellik, yuvarlaklık ve sertlik değerlerinin arttığı görülmüştür. HCl liçi deney numuneleri incelendiğinde, her üç numunenin de dairesellik, yuvarlaklık ve sertlik değerlerinin arttığı görülmüştür. HNO3 liçi deney numuneleri incelendiğinde, her üç numunenin de
dairesellik değerlerinin arttığı görülmüştür. CulsHNO3 ve CuadHNO3'ün yuvarlaklık ve sertlik değerleri artarken, CupsHNO3'ün yuvarlaklık ve sertlik değeri azalmıştır. Tez kapsamında gerçekleştirilmiş olan deneysel çalışmalar sonucunda tane morfolojisindeki değişimlerin Pb, Zn ve Cu liç deneylerinde bir kontrol faktörü olabileceği görülmüştür. Ancak, tane morfolojisi halen daha tesis uygulamaları için araştırılması ve geliştirilmesi gereken bir prosestir.

Abstract:
The main purpose of this study is to investigate the effect of particle morphology on the dissolution kinetic models of metallic ores (such as copper, lead and zinc). The originality of the doctoral thesis was supported by the study of different metals and different dissolution kinetic models, as well as examining the effects of the shape factor on the chemical beneficiation processes. In the light of the data obtained as a result of the literature study conducted within the scope of this thesis, four main headings were planned as characterization studies, chemical beneficiation studies, kinetic analyzes and particle morphology studies. Within the scope of characterization studies, which is the first title, the physical, chemical, mineralogical and electrokinetic properties of both Pb-Zn and Cu samples were revealed and their relationships with each other were examined. As a result of detailed characterization studies carried out with lead-zinc ore in Balikesir Balya region; according to the results obtained from the experiments carried out to determine the physical properties of the sample, the moisture content of the sample was found to be 0.069%, the density was found to be 4.89 gr/cm3 , and the d50 and d80 dimensions were found to be 1.4 mm and 3.55 mm, respectively. As a result of the ICP-OES analysis performed to define its chemical properties, it was determined that the sample contained 1.41% Pb and 2.14% Zn. As a result of the XRD analysis performed to define the mineral composition of the sample, it was determined that the Pb-Zn sample contained quartz, dolomite, sphalerite, carbide and calderite. When the results of EDS analyzes
were examined, the average content of 9.95% Pb and 9.55% Zn for the 1st photo, the average content of 7.88% Pb and 6.64% Zn for the 2nd photo, the average content of 12.71% Pb and 13.58% Zn for the 3rd photo, and the average content of 11.31% Pb and 11.31% for the 4th photo, were determined. As a result of polish section studies, it was observed that galena, sphalerite and a very small amount of pyrite were found in the Pb-Zn sample. When the pH profile of the sample was examined, it was observed that the pH value of the sample started to show a tendency to reach a buffer pH value around pH 8 after a certain period of time in pH 3, pH 5 and pH 7 experiments. As a result of detailed characterization studies carried out with copper ore in Kastamonu Küre region; according to the results obtained from the experiments
carried out to determine the physical properties of the sample, the moisture content of the sample was found to be 0.0086%, the density was found to be 4.96 gr/cm3, and the d50 and d80 dimensions were found to be 2.32 mm and 4.48 mm, respectively. As a result of the ICP-OES analysis performed to define its chemical properties, it was determined that the sample contained 4.24% Cu. As a result of the XRD analysis performed to define the mineral composition of the sample, it was determined that the Cu sample contained quartz, amesite, pyrite and chalcopyrite. When the results of EDS analyzes were examined, the average content of 6.95% Cu for the 1st photo, the average content of 5.36% Cu for the 2nd photo, the average content of 7.35% Cu for the 3rd photo, and the average content of 11.76% Cu, were determined.
As a result of the polish section studies, it had been seen that copper was in the form of chalcopyrite mineral, pseudomorph, relief, very high, fine crystalline and the cube system was crystallized. When the pH profile of the sample was examined, it was observed that the pH value of the sample started to show a tendency to reach a buffer pH value around pH 8 after a certain period of time in pH 4.5, pH 8.5, pH 9.5 and pH 10.5 experiments. In the chemical dissolution experiments carried out within the scope of chemical beneficiation studies, which was the second title, it was aimed to extract the Pb, Zn and Cu contents of the samples with high efficiency. In chemical dissolution experiments carried out with sulfuric acid (H2SO4), hydrochloric acid (HCl) and nitric acid (HNO3); 75-106-150 μm particle size, 5-10- 15-20-25% solids ratio, 30-60-120-180-240 min. leaching time, 0.25-0.5-1-2-5 M acid dosage and 30-40-50-60-70 oC pulp temperature parameters were tested. Optimum results for Pb in H2SO4 experiments were obtained under 106 μm particle size, 20% solids ratio, 120 min leaching time, 0.5 M acid dosage and 50 oC pulp temperature conditions. Optimum results for Zn were obtained under the conditions of 75 μm particle size, 15% solids ratio, 120 min leaching time, 0.5 M acid dosage and 50 oC pulp temperature. Optimum results for Cu were obtained under the conditions of 75 μm particle size, 25% solids ratio, 60 min leaching time, 1 M acid dosage and 70 oC pulp temperature. As a result of the experiments carried out under these optimum conditions, dissolution efficiencies of 97.48% Pb, 97.32% Zn and 95.04% Cu were obtained. Optimum results for Pb in HCl experiments were obtained under 106 μm particle size, 20% solids ratio, 120 min leaching time, 0.25 M acid dosage and 60 oC pulp temperature conditions. Optimum results for Zn were obtained under the conditions of 106 μm particle size, 25% solids ratio, 60 min leaching time, 0.5 M acid dosage and 70 oC pulp temperature. Optimum results for Cu were obtained under the conditions of 75 μm particle size, 15% solids content, 120 min leaching time, 0.5 M acid dosage and 70 oC pulp temperature. As a result of the experiments carried out under these optimum conditions, dissolution efficiencies of 95.44% Pb, 96.38% Zn and 94.80% Cu were obtained. Optimum results for Pb in HNO3 experiments were obtained under the conditions of 75 μm particle size, 20% solids ratio, 30 min leaching
time, 0.5 M acid dosage and 60 oC pulp temperature. Optimum results for Zn were obtained under the conditions of 75 μm particle size, 20% solids ratio, 60 min leaching time, 1 M acid dosage and 50 oC pulp temperature. Optimum results for Cu were obtained under 75 μm particle size, 15% solids ratio, 120 min leaching time, 0.25 M acid dosage and 40 oC pulp temperature. As a result of the experiments carried out under these optimum conditions, dissolution efficiencies of 94.87% Pb, 96.06% Zn and 95.71% Cu were obtained. Within the scope of the kinetic analysis studies, which is the third title, chemical model, diffusion model and film diffusion model were applied to the results obtained from H2SO4, HCl
and HNO3 experiments for Pb, Zn and Cu, and the variation of dissolution rate depending on temperature was tried to be revealed. For each sample and each acid, experiments were carried out under the conditions of -106+75 μm particle size, 1 M acid dosage, 20% solids ratio, 0-30 min leaching time, 50-90 oC pulp temperature, 250 rpm mixing speed. When the leaching kinetics for the H2SO4, HCl and HNO3 experiments were examined within the scope of the kinetic analysis studies of the Pb leaching experiments, the dissolution efficiencies obtained at different temperatures were graphed and the apparent rate constants and correlation coefficients were calculated from the slope of the lines obtained; when these values were examined, it was observed that Pb dissolution complied with the diffusion-controlled model in the Shrinking
Core Model in all three acid environments. The activation energies calculated from the slope of the Arrhenius plot line obtained for different temperatures in Pb leaching dissolution efficiencies were 5.902 kJ/mol for H2SO4, 6.204 kJ/mol for HCl and 3.151 kJ/mol for HNO3. When the leaching kinetics for the H2SO4, HCl and HNO3 experiments were examined within the scope of the kinetic analysis studies of the Zn leaching experiments, the dissolution efficiencies obtained at different temperatures were graphed and the apparent rate constants and correlation coefficients were calculated from the slope of the lines obtained; when these values were examined, it was observed that Pb dissolution complied with the diffusion-controlled model in the Shrinking Core Model in all three acid environments. The activation energies
calculated from the slope of the Arrhenius plot line obtained for different temperatures in the dissolution efficiencies of Zn leaching were 3.615 kJ/mol for H2SO4, 4.811 kJ/mol for HCl and 4.736 kJ/mol for HNO3. When the leaching kinetics for the H2SO4, HCl and HNO3 experiments were examined within the scope of the kinetic analysis studies of the Cu leaching experiments, the dissolution efficiencies obtained at different temperatures were graphed and the apparent
rate constants and correlation coefficients were calculated from the slope of the lines obtained; when these values were examined, it was observed that Pb dissolution complied with the diffusion-controlled model in the Shrinking Core Model in all three acid environments. The activation energies calculated from the slope of the Arrhenius plot line obtained for different temperatures in Cu leaching dissolution efficiencies were 5.698 kJ/mol for H2SO4, 2.648 kJ/mol for HCl and 4.561 kJ/mol for HNO3. When the kinetic analyzes of Pb, Zn and Cu leaching experiments with H2SO4, HCl and HNO3 were examined, it was seen that the value ranges of the activation energies calculated with the data obtained from the Arrhenius plots with the kinetic models determined as a result of all kinetic analysis studies confirmed each other.
Considering all the experiments for the diffusion-controlled model, it was seen that relatively good values were obtained at all temperature values, and all lines passed from or near the origin. This shows that the reaction was diffusion controlled in all temperature ranges studied. The absence of a significant break in the Arrhenius plot also indicated that a single kinetic control process was effective over all the temperature ranges studied. In the section where the effect of particle morphology, which is the fourth title, was examined, first of all, microscope photographs of run-of-mine Pb-Zn and Cu samples with particle sizes of -75+63 μm, -106+75 μm and -150+106 μm were taken. By counting the particles in ImageJ analysis program, average particle shape factor value, standard deviation, minimum and maximum values of circularity, roundness and hardness values of each sample were calculated. Leaching samples in which optimum values of leaching time, acid dosage and pulp temperature experiments were obtained, were photographed and particle counted in the ImageJ analysis program. Average particle shape factor value, standard deviation, minimum and maximum
values of circularity, roundness and hardness values of each sample were calculated. The effects of particle morphology on dissolution kinetics were tried to be revealed by comparing the obtained findings with the data of the run-of-mine samples. When the H2SO4 leaching test samples were examined within the scope of particle morphology studies of Pb leaching samples, it was observed that the circularity and roundness values of all of the PblsH2SO4, PbadH2SO4 and
PbpsH2SO4 samples increased. While the solidity values of PblsH2SO4 decreased, the solidity values of PbadH2SO4 and PbpsH2SO4 increased. When the HCl leaching test samples were examined, it was observed that the roundness value remained constant for PblsHCl, but increased for PbadHCl and PbpsHCl. It was observed that the solidity values increased for all three samples. When the HNO3 leach test samples were examined, it was found that while the circularity values of the
PblsHNO3 and PbadHNO3 samples decreased, the circularity value of the PbpsHNO3 sample increased; while the roundness value of the PblsHNO3 sample decreased, the roundness value of the PbadHNO3 and PbpsHNO3 samples increased. When the solidity values were examined, it was seen that the soldity value of PblsHNO3 increased and the soldity values of PbadHNO3 and PbpsHNO3 decreased. When the H2SO4 leaching test samples were examined within the scope of particle morphology studies of Zn leaching samples, it was observed that while the circularity values of all three samples decreased, the roundness and solidity values increased. When the HCl leaching test samples were examined, it was observed that the circularity values of all three samples increased. While the roundness value of ZnlsHCl increased, the roundness value of ZnadHCl and ZnpsHCl decreased. When the solidity values were examined, it was observed that the solidity values of all three samples increased. When the HNO3 leach test samples were examined, the circularity values of the ZnlsHNO3 and ZnpsHNO3 samples decreased, while the circularity value of the ZnadHNO3 sample increased. The roundness values of the ZnlsHNO3 and ZnadHNO3 samples increased, the roundness value of the ZnpsHNO3 sample decreased. While the solidity value of ZnlsHNO3 sample remained constant, the solidity value of ZnadHNO3 sample increased and that of ZnpsHNO3 decreased. When the H2SO4 leaching test samples were examined within the scope of particle morphology studies of Cu leaching samples, it was observed that the circularity, roundness and solidity values of all three samples increased. When the HCl leaching test samples were examined, it was observed that the circularity, roundness and solidity values of all three samples increased. When the HNO3 leach test samples were examined, it was observed
that the circularity values of all three samples increased. While the roundness and solidity values of CulsHNO3 and CuadHNO3 increased, the roundness and solidity values of CupsHNO3 decreased. As a result of the experimental studies carried out within the scope of the thesis, it was seen that the changes in the particle morphology could be a control factor in the Pb, Zn and Cu leaching experiments. However, particle morphology is still a process that needs to be
investigated and developed for plant applications.