Reaktif destekli mekanokimyasal yöntem kullanılarak lateritik cevherden yüksek verimli nikel geri kazanımı
High efficiently nickel recovery from lateritic ore by using reagent assisted mechanochemical method
Yazar: SEDA ÇETİNTAŞ
Danışman: PROF. DR. DENİZ BİNGÖL
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu tez çalışmasının temel amacı, düşük tenörlü nikel laterit cevherinden nikel geri kazanımı için yeni bir yöntem geliştirmek ve yöntemin geleneksel hidrometalurjik proseslerin zorlu reaksiyon koşulları ve aşırı kimyasal tüketimi gibi dezavantajlarının üstesinden gelebilecek, alternatif, düşük maliyetli bir proses olarak kullanılabilirliğini araştırmaktır. Önerilen yöntem, lateritin reaktifli mekanokimyasal dönüşümle (R-MD) işlenmesi ve ardından nikel geri kazanımı için atmosferik koşullar altında karıştırmalı asit liç (AL) ve ultrason destekli asit liç (U-AL) gibi farklı liç işlemlerine tabi tutulmasını içerir. Çok değişkenli bir optimizasyon yöntemi olan Yanıt Yüzey Metodu (RSM), yüksek verimli nikel geri kazanımı sağlayacak proses koşullarının optimizasyonu için kullanıldı. RSM yaklaşımına dayanan Merkezi Kompozit Tasarım (CCD) ile belirlenen optimum koşullarda kantitatif nikel geri kazanımları elde edildi. Mekanokimyasal işlem görmüş laterit örneklerinden her iki işlemi ile elde edilen nikel ve demir için çözünme mekanizmalarının Küçülen Çekirdek Model'e (SCM) göre kimyasal ve difüzyon reaksiyonlarının bir kombinasyonu ile kontrol edildiği belirlendi. Ayrıca, AL ve U-AL ile nikel ve demirin çözünme aktivasyon enerjilerinin ham laterite kıyasla önemli ölçüde azaldığı görüldü. Hem mekanokimyasal hem de liç proseslerine ait mekanizmaların belirlenmesi için mekanokimyasal işlem görmüş laterit örnekleri ve liç kalıntıları çeşitli mineralojik, yapısal ve termal analiz yöntemleri kullanılarak karakterize edildi. Sonuçlar, mekanokimya ve ultrasonik gücün sinerjistik etkisinin, reaktifli mekanokimyasal dönüşümü takiben uygulanan liç işlemlerinde kütle transferini kolaylaştırarak lateritin çözünme reaksiyon kinetiğine olumlu katkı sağladığını ve böylece yüksek verimle nikel kazanımlarının daha düşük sıcaklık ve daha kısa sürede elde edilebileceğini gösterdi.

Abstract:
The main purpose of this thesis is to develop a new method for nickel recovery from low-grade nickel laterite ore and to investigate the usability of this method as an alternative and low-cost process that can overcome the disadvantages of traditional hydrometallurgical processes such as harsh reaction conditions and excessive chemical consumption. Proposed method includes treating laterite by mechanochemical conversion with reagent (R-MD) and followed by subjecting to different leaching processes under atmospheric conditions for nickel recovery such as stirred acid leaching (AL) and ultrasound-assisted acid leaching (U-AL). Response Surface Method (RSM), a multivariate optimization method, was used for optimization of process conditions that will provide high-efficiency nickel recovery. The quantitative nickel recoveries were achieved in optimum conditions determined by Central Composite Design (CCD) based on RSM. Dissolution mechanisms for nickel and iron obtained by both leaching processes from mechanochemical treated laterites were determined to be controlled by a combination of chemical and diffusion reactions based on Shrinking Core Model (SCM). Furthermore, it was observed that dissolution activation energies of nickel and iron were significantly decreased compared to raw laterite. In order to determine mechanisms of both mechanochemical and leaching processes, mechanochemical treated laterites and leach residues were characterized using various mineralogical, structural, and thermal analysis methods. Results showed that the synergistic effect of mechanochemistry and ultrasonic power contributes positively to reaction kinetics of laterite dissolution by facilitating mass transfer in leaching processes applied following R-MD, thus high-efficiency nickel recovery can be obtained with lower temperature and at shorter time.