Demir yüksek fırını baca çamuru tozlarından iyonik sıvılarla çinko metalinin uzaklaştırılması
Removal of ionic liquids and zinc ores from the dust of the mud of iron blast furnace pipe
Yazar: MEHMET DOĞAN
Danışman: PROF. DR. NEVZAT ASLAN
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Dünya'da ve Ülkemizde son yıllarda yüksek tenörlü cevherlerin hızla üretilerek tükenmesinden kaynaklı olarak daha düşük tenörlü cevherlerin değerlendirilmesi ihtiyaç haline gelmiştir. Bu nedenden dolayı da ilk olarak yüksek tenörlü cevherlerin üretimleri sonucunda ortaya çıkan atıkların değerlendirilmesi üzerine çalışmalar yapılmıştır. Günümüzde cevher üretimleri sonucunda ortaya çıkan atıkların havaya, suya ve toprağa salınarak toprağın kimyasal, fiziksel ve biyolojik özelliklerini bozmasıyla çevre kirliliği sorununu da beraberinde getirmiştir. Sanayinin hızla gelişmesi ile ekolojik denge giderek zarar görmüştür. Gelişen teknolojiyle birlikte ikincil kaynakların değerlendirilme olanaklarının artması, pek çok atık madde içerisindeki değerli metallerin yeniden kazanılmasını zorunlu kılmaktadır.

Atıkların geri kazanılmasında; Cevherlerin geri kazanımında genellikle kulanılan pirometalurjik ve hidrometalurjik yöntemler kullanılmaktadır. Atık maddelerin içerisinde ki değerli metallerin geri kazanılmasında tercih edilen yöntemlerin başında genellikle hidrometalurjik yöntemler gelmektedir. Hidrometalurjik yöntemler özütleme (ekstraksiyon veya liç) ve çözeltiden kazanım yöntemleri olmak üzere 2 ana aşamada incelenmektedir. Hidrometalurjik yöntemler içerisinde ise aynı zamanda proje önerisinde de kullanılacak İyonik sıvılar ile değerli metallerin geri kazanımı çalışmaları son 10 yılda başlamıştır. Bu çalışmada literatür de çeşitli çalışmalar sonucunda belirlenmiş iyonik sıvılar kullanılarak karıştırmalı (tank) liç yöntemiyle demir yüksek fırını baca çamurları tozları içerisinde bulunan istenmeyen metal olan çinko metalinin uzaklaştırılması araştırılmıştır. Böylece bu çamurlar tekrar demir yüksek fırınında veya bazik oksijen fırınında değerlendirilebilir hammaddelere dönüştürülmüştür.

Uygulama alanı olarak; Bu amaç için Ereğli Demir Çelik fabrikasından demir yüksek fırın baca çamuru tozları temin edilmiştir. Bu tez çalışmasında öncelikle demir yüksek fırını baca çamuru tozlarından oluşan karışımın fiziksel, kimyasal ve mineralojik karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Karakterizasyon çalışmalarından elde edilen veriler doğrultusunda iyonik sıvılar kullanılarak bu atıklardan seçimli olarak çinko metalinin uzaklaştırılması araştırılmıştır. Böylece hedeflenen amaca ulaşılabilir ise çinko metali içeriğinden dolayı kullanılamayan bu atıklar Ereğli Demir-Çelik fabrikasında kullanılabilecek hammaddelere dönüştürülmüştür. Proje kapsamında demir yüksek fırını baca çamuru tozları çinko metalinin iyonik sıvı ile uzaklaştırılması çalışması literatürde ilk defa yapılmıştır. 

Hazırlanacak numune demir yüksek fırını baca çamuru tozları olmuştur. Bu doğrultuda hazırlanan numunenin karakterizasyon işlemlerinden önce çamur halde olduğundan etüv fırınlarında kurutulması gerekmektedir. Daha sonra demir yüksek fırını baca çamuru tozu yoğunluğu bulunarak standart elek analizi aralığında elenerek belli boyutlara ayrıldıktan sonra her bir aralığın kimyasal analizi yapılarak bu atıktaki elementlerin hangi tane boyutlarında yoğunlaştığı belirlenmiştir. Mineralojik özellikleri için ise XRD, optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Çinko metalinin uzaklaştırılması için önceden belirlenen iyonik sıvılar ile belirli parametreler sabit tutularak karıştırmalı (tank) liçi ön deneyleri yapılmış ve bu sonuçlar doğrultusunda Design Expert programı kullanılarak matematiksel model olan Anova şartları belirlenerek optimum atıktan optimum çinko metali giderim şartları belirlenmiştir.

Deney sonuçları değerlendirildiğinde en verimli sonuç 50°C'de 0,26 katı sıvı oranında, %40 malonik asit iyonik sıvısı ve 100 rpm karıştırma hızı kullanılarak yapılan deneyler ile elde edilmiş olup, demir yüksek fırını baca çamuru içinde bulunan çinkonun verimi %90,69 ve demirin çözünme verimi % 10,39 olarak hesaplanmıştır.

Deneysel çalışmalar sonucunda uzaklaştırılan çinko metali ise tekrar değerlendirilmek üzere başka amaçlar ve çalışmalar için de kullanılabilirler. Bu konu araştırma konumuza dahil değildir.

Abstract:
The excessive consumption of high-grade ore requires the application of low-grade ore. Therefore, some studies have been done on the recycling of the waste occurred in consequence of the production of high-grade ore. As a result of the ore production, the wastes damaged chemical, physical and biological structure of the earth mixing with the air, water and earth. And in parallel with this the environmental pollution occurred, as well. With the development of industrialization, ecological balance has been suffering gradually. With the help of developing technology, the increase of recycling of subsidiary sources requires the recycling of the precious metals in the wastes.

Hydrometallurgical and pyrometallurgical methods have been in order to recycle both the waste and ore. Hydrometallurgical methods are the primary ways to recycle the precious metals being founded in the waste materials. Hydrometallurgical methods are divided into two fundamental groups: extraction and recycling from the solution. The studies of the ionic liquids and recycling of the precious metals in the hydrometallurgical methods, which are supposed to be used in the project proposal, have been developing for 10 years. In this study the removal of the zinc metal, which is the unwanted metal in iron blast furnace  chimney sludge powder, will be investigated using ionic liquids defined as a result of various studies in the literature.Therefore, these muds will be turned into raw materials recyclable in iron blast furnace or in basic oxygen furnage.

As the field of application; for this specific target the dust of the mud of iron blast furnace pipe was supplied from the Ereğli Iron and Steel Plant. The project will realize the chemical and mineralogical characterization of the mix emerged from the dust of the mud of iron blast furnace pipe. The jigging of the wastes from the zinc material will be investigated by using ionic liquids in the light of the data collected by characterization studies. If the targeted result is succeeded, the wastes which are not be able used due to the zinc metal will be turned into useable raw materials in Ereğli Iron and Steel Plant. By virtue of this project, zinc materials will be eluted from the dusts of the mud of iron blast furnace pipe with the help of the ionic liquid.

The sample will be the dust of the mud of iron blast furnace pipe. Since this obtained sample is in the form of mud before the process of characterization, it is supposed to be dried in a drying oven. Then, after being separated to certain dimensions by being found   the density of  iron blast furnace  chimney sludge powder and being sieved in standard sieve analysis, it will be tried to determine in which dimension the elements in this waste will condense by conducting the chemical analysis of each interval. For mineralogical properties, XRD, optical microscope and scanning electron microscope (SEM) will be used. For the removal of zinc metal, mix tank leaching pre-experiments will be conducted keeping certain parameters constant with predetermined liquids and in parallel with these results, defining Anova conditions, the mathematical model, using Design Expert Programme, optimum zinc metal removal conditions from optimum waste will be determined.

When the results of the test were evaluated, the most efficient result was obtained by the experiments using 0.26 solid liquid ratio at 50 ° C, 40% malonic acid ionic fluid and mixing speed of 100 rpm. and the dissolution efficiency of iron was calculated as 10,39%.

The zinc metal removed as a result of experimental studies can also be used for other purposes and studies for re-evaluation. This topic is not included in our research topic.