Mersin yöresi krom atıklarının zenginleştirilebilme olanaklarının araştırılması
Investigation of posibilities of chromite enrichment from Mersin region chromites tailing
Yazar: KAMER DERİN
Danışman: PROF. GÜLAY BULUT
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Cevher Hazırlama Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Cevher Hazırlama Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Bu çalışmada, Mersin'de bulunan ve ekonomik değeri olmayan krom zenginleştirme tesisi atıklarında bulunan kromitin uygun yöntemler kullanılarak geri kazanılması ile sanayinin ihtiyacına uygun krom içeren hammadde üretilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda bölgedeki zenginleştirme tesisinden alınan kromit atıklarının kimyasal ve mineralojik tanımlanması yapıldıktan sonra gravite yöntemleri ile zenginleştirme işlemleri uygulanmıştır. Ayrıca kimyasal zenginleştirme işlemi olarak krom atığında bulunan, nikel ve kobalt elementlerinin kazanımına yönelik olarak asit liçi yapılmıştır. 

Deneyler öncesinde atığın karakterizasyon çalışmaları kapsamında cevherin tane boyut dağılımı, kimyasal bileşimi, mineralojisi ve tane boyuna bağlı olarak mineral serbestleşme oranı incelenmiştir. Mersin İli sınırları içerisinde bulunan krom zenginleştirme tesisine ait atık numunesinin tanımlanması amacıyla temsili numuneler üzerinde XRD, SEM-MLA analizi, cevher mikroskobu, kimyasal analiz ve yoğunluk tayini testi yapılmıştır. Kimyasal analiz sonucuna göre Cr2O3 tenörü %1,15'tir. XRD analizi numunelerin mineral bileşimlerinin yaygın olarak lizardit (Mg3Si2O5(OH)4), brusit (Mg(OH)2) ve kromit (Fe2+Cr2O4) içerdiğini göstermiştir. Cevher mikroskobu ile uyumlu olarak, örnekte kromit, manyetit, pirit mineralleri, ilmenit ve altere mineraller tespit edilmiştir. SEM-MLA analiz raporuna göre, -38 µm fraksiyonu göz ardı edildiğinde, tüm örneklerde serpantin grubu minerallerinin (%91,22) baskın olduğu, daha az miktarda ise manyezit (%2,45), kromit (%2,18), klinoklor (%1,37) ve diğer minerallerin bulunduğu görülmüştür. Beklendiği gibi, tane boyu azaldıkça kromit serbestleşme oranı artmaktadır. -500+300 µm fraksiyonunun serbestleşmesi %2,58 iken, -75+53 µm parçacık boyutunun serbestleşmesi %71,60'a kadar çıkmaktadır. Mineral serbestleşme analizi sonuçlarına göre, kromit çoğunlukla serpantin grubu minerallerle ilişkili olup, daha az miktarda manyezit, klinoklor, Fe-oksitler ve eser miktarda diğer minerallerle birlikte bulunmaktadır.

Zenginleştirme çalışmaları kapsamında, değerlendirilecek atıkların sallantılı masa ve MGS kullanılarak % Cr2O3 tenör içeriğinin artırılmasına yönelik çalışmalar yapılmıştır. Boyut parametresi denenerek yapılan sallantılı masa çalışmaları sonucunda -500+300 µm tane boyunda %8,2 Cr2O3 içeren konsantre %44,79 geri kazanımla elde edilirken, -300+150 µm tane boyunda %44,17 Cr2O3 içerikli konsantre %38,16 verimle elde edilmiştir. -150+75 µm tane boyunda %48,90 Cr2O3 içeren konsantre %55,52 verim ile alınmıştır. Multi Gravity Separatör (MGS) ile 160 devir/dakika'da -75 µm tane boyutunda %26,40 Cr2O3 içerikli konsantre elde edilmiştir.

Numune içeriğinde 2604,2 ppm nikel, 70,1 ppm kobalt tespit edilmiş olup, yapılan literatür çalışmaları neticesinde içeriğin lateritik tipte nikel cevherleşmeleri ile uyumlu olduğu görülmüştür. Deneyde kullanılan asit türleri HCl, H2SO4 ve HNO3 olup, farklı asit konsantrasyonlarında (0-7 mol arasında), farklı asit liçi sıcaklıklarında (40, 60, 80°C) farklı sürelerde (30, 60, 120, 180, 240 dk) ve katı:sıvı oranlarında (1:2, 1:5, 1:10, 1:15 ve 1:20)  deneyler yapılmıştır. 3 M H2SO4 çözeltisi ile 1/15 katı sıvı oranında, 450 devir/dakika hızla, 80oC sıcaklıkta, 1 saat boyunca manyetik karıştırıcı da karıştırılan numunedeki, nikelin çözeltiye geçme verimi %70'den fazla olurken kobaltın %50'den fazlasının liç çözeltisine alındığı belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, it is aimed to recover the chromite in the waste of the ore processing plant located in Mersin, which has no economic value, by using appropriate methods and to produce chromium-containing raw materials suitable for the needs of the industry. For this purpose, after chemical and mineralogical analysis of chromite waste samples that was taken from the residue area where collected near the processing plant, the gravity methods were applied as enrichment process. In addition, acid leaching was performed for the recovery of nickel and cobalt elements in the chromite waste as a chemical enrichment process.

In advance the experiments, within the scope of the characterization studies of the waste, the particle size distribution, chemical composition, mineralogy, and mineral liberation ratio depending on the particle size distribution of the ore were investigated. In order to define the waste sample belonging to the chromium enrichment facility within the borders of Mersin Province, XRD, SEM-MLA analysis, ore microscopy, chemical analysis and density determination test were conducted on representative samples. According to the chemical analysis result, the grade of Cr2O3 is 1.15%. XRD analysis showed that the mineral compositions of samples commonly include lizardite (Mg3Si2O5(OH)4), brucite (Mg(OH)2) and chromite (Fe2+Cr2O4). In compliance with the ore microscopy, chromite, magnetite, pyrite minerals, ilmenite and altered minerals were detected in the sample According to the SEM-MLA analysis report, when -38 µm fraction is disregarded, it was found that serpentine group minerals (91.22%) are dominant in all samples, with lesser amounts of magnesite (2.45%), chromite (2.18 %), clinochlore (1,37 %) and other minerals. the degree chromite liberation increases while the particle size decreases, as expected. The liberation of the -500+300 µm fraction is 2.58% and the liberation of the -75+53 µm particle size raise up to 71.60%. According to the results of the mineral liberation analysis, chromite is mostly associated with serpentine group minerals, with lesser amounts of magnesite, clinochlore, Fe-oxides, and trace amounts of other minerals.

Within the scope of enrichment studies, studies were carried out to increase the Cr2O3 grade content of the wastes to be evaluated by using a shaking table and MGS equipment. As a result of the studies carried out by testing the size parameter with a shaking table, the concentrate containing 8.2% Cr2O3 with -500+300 micron particle size was obtained with 44.79% recovery, while the concentrate with 44.17% Cr2O3 content with -300+150 micron particle size was obtained with 38.16% recovery. The concentrate containing 48.90% Cr2O3 with -150+75 micron particle size was obtained with a recovery rate of 55.52%. With Multi Gravity Separator (MGS), concentrate with 26.40% Cr2O3 content was obtained at 160 rpm with -75 micron particle size.

In the sample content, 2604,2 ppm nickel and 70,1 ppm cobalt were detected and as a result of the literature studies, it was seen that the content is compatible with lateritic type nickel mineralization. Acid leaching studies were conducted to extract cobalt and nickel from the sample. Different type of acids (HCl, H2SO4 and HNO3) in different molarite were used in experiments. To determine the optimal conditions for dissolution efficiency in leaching experiments, the variables of concentration (0-7 M), solid -liquid ratio (1:2, 1:5, 1:10, 1:15, and 1:20), leaching duration (30, 60, 120, 180, 240 minutes), and leaching temperature (40, 60, 80°C) were tested with the selected acid. Using a 3 M H2SO4 solution at a solid-to-liquid ratio of 1:15, stirred at 450 rpm, at 80°C for 1 hour with a magnetic stirrer, it was determined that the dissolution efficiency of nickel from the sample was over 70%, while more than 50% of cobalt was transferred to the leach solution.