Bazı metal sülfidlerin mekanokimyasal yöntemle çözündürülmesi
Dissolution of some metal sulphides by mechanochemical processing
Yazar: GÖKHAN UÇAR
Danışman: DOÇ. DR. SALİH AYDOĞAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Çözünme = Dissolution

Özet:
Bu tez, mekanokimyanın sülfürlü minerallerin hidrometalurjisine olan etkisini araştırmaktadır. Mekanokimyanın tanımı ise, mekanik aktive edilen minerallerin fizikokimyasal değişimi olarak tarif edilmektedir. Bu çalışmada; kalkopirit (CuFeS2), sfalerit (ZnS), galen (PbS) ve pirit (FeS2) gibi sülfürlü minerallerin amonyak, toz klor ve asetik asit gibi değişik reaktifler ile mekanokimyasal yöntemle çözündürülmesi araştırılmıştır. Ayrıca gezegensel değirmen kullanılarak mekanokimyasal çözündürme gerçekleştirilmiştir. Deneyler iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada liç şartlarının belirlenmesi deneylerinde karıştırma liçi yapılarak, ± 0,2 °C hassasiyetinde sıcaklığı ayarlanabilen sıcak su banyosuna konulan 1 L'lik cam beherlerde gerçekleştirilmiştir. Diğer aşama ise gezegensel değirmen şartlarının belirlenmesidir. Gezegensel değirmenin dönüş süresi, değirmen dönüş hızı, bilye-partikül oranı ve değirmen şarj oranının metal sülfürlerin çözünmesine olan etkisi araştırılmıştır.Deney sonuçları çözünme hızının özellikle toz klor ve asetik asit kullanılan deneylerde oldukça hızlı olduğunu işaret etmektedir. Ayrıca, atmosferik basınç altında amonyak çözeltisinin içerisinde kalkopirit ve sfalerit çözünmesi gerçekleştirilmiştir. İncelenen farklı mineraller ve reaktiflere göre, mekanokimyasal çözünme farklılık göstermektedir ve metal sülfürlerden metal çözünmesinin gezegensel değirmen dönüş süresi, değirmen dönüş hızı, bilye şarj oranı ile doğru orantılı olduğu, artan değirmen şarj oranı ile azaldığı bulunmuştur. Yapılan deneylerin sonucunda, amonyak çözeltilerinde % 90,40 bakır ve % 71,09 çinko çözünmesi elde edilmiştir. Bakır, çinko ve demir kazanmak için kullanılan toz klor deneylerinde sırasıyla % 95,50; 81,57 ve 94,82 çözünme değerlerine ulaşılmıştır. Ayrıca, asetik asit kullanılarak yapılan deneylerde % 97,26 kurşun çözündürülmüştür.Mekanik aktivasyon tarafından değiştirilen kalkopirit, sfalerit, galen ve pirit yüzeyleri X-ray ve elektron mikroskobu ile incelenmiştir. Böylece amorflaşma derecesinin hesaplanması amaçlanmıştır. Amorflaşma derecesi mineralin yüzey hassasiyetini ve öğütmeye karşı direncini göstermektedir. Yapılan hesaplamaların sonucunda amorflaşma değeri büyükten küçüğe doğru FeS2 > PbS > CuFeS2 > ZnS olarak bulunmuştur.

Abstract:
This thesis investigates the effect of mechanochemistry on hydrometallurgy of sulphide minerals. The definition of mechanochemistry is given as well as physicochemical changes in mechanically activated minerals are described. In this study, dissolution of mechanochemical processing of the sulphidic mineral chalcopyrite (CuFeS2), sphalerite (ZnS), galena (PbS) and pyrite (FeS2) with different reagents such as ammonia, powder chlorine and acetic acid have been investigated. In addition to mechanochemical process was performed using a planetary mill. Experiments were carried out two steps. First step was determination of leaching condition experiments which were carried out by agitation leaching using 1 L glass vessel put in the hot water bath whose temperature can be adjustable ± 0.2 °C sensitivity. Other step was determination of planetary mill condition. Effect of planetary mill grinding time, mill rotational speed, ball - particle ratio and filling of the milling chamber ratio on metal sulphide dissolution were investigated.The experimental results indicated that the reaction rate was very fast especially using powder chlorine and acetic acid. Dissolution of chalcopyrite and sphalerite was performed to atmospheric pressure in ammonia solution. According to investigated different minerals and reagents, dissolution of mechanochemical processing was diversified. It was determined that metal dissolution from metal sulphide was directly proportional by planetary mill grinding time, mill rotational speed, ball - particle ratio. It was decreased with increasing filling of the milling chamber ratio. The experiment results provided that copper and zinc dissolution of 90.40 % and 71.09 % was obtained by ammonia solutions. Using powder chlorine experiments for copper, zinc and iron dissolution was achieved 95.50 %, 81.57 % and 94.82 % respectively. Further 87.26 % lead was extracted to using acetic acid experiments.Surface of chalcopyrite, sphalerite, galena and pyrite modified by mechanical activation have been investigated by means of X-ray diffraction and electron microscope. Thus it was aimed that value of amorphization was calculated. It was shown mineral structural sensitivity and resist to milling. According to calculated amorphization value was observed in the fallowing order : FeS2 > PbS > CuFeS2 > ZnS.