Kırmızı Çamurdan Değerli Metal Kazanımında Pirometalurjik ve Solvometalurjik Yöntemlerin Araştırılması
Investigation of Pyrometallurgical and Solvometallurgical Methods for Recovery of Precious Metals from Red Mud
Yazar: MEHMET YAŞAR ÇATAL
Danışman: PROF. DR. AYDIN RÜŞEN ; DR. MEHMET ALİ TOPÇU
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, bünyesinde bulundurduğu nadir toprak elementlerinin (NTE) miktarı sebebiyle değerli endüstriyel atık olarak sınıflandırılan kırmızı çamurdan demirin indirgenmesi ve NTEler ile birlikte bazı kritik elementlerin geri kazanımında çevreye duyarlı çözücülerin kullanımı araştırılmıştır. Öncelikle, kırmızı çamurun fiziksel, kimyasal ve mineralojik karakterizasyonu çeşitli yöntemlerle incelenmiştir. Demir indirgenmesinde kömür varlığında pirometalurjik deneyler gerçekleştirilirken sıcaklık, süre, fazla kömür miktarı ve cüruflarştırıcı olarak kolemanit kullanımının etkileri araştırılmıştır. Yapılan değerlendirmeler neticesinde, 900 – 1300 ºC aralığında yapılan tüm deneylerde, kırmızı çamurun sahip olduğu hematit fazının çoğunun manyetit fazına dönüştüğü belirlenmiştir. Ayrıca, 1400 ºC'de yapılan 1, 2 ve 3 saatlik deneylerin sonunda ergimenin gerçekleştiği belirlenmiş ve bu deneyler sonucunda farklı ağırlıklara sahip yüksek saflıkta metalik demir elde edilmiştir. 1400 ºC'de yapılan 3 saatlik deneyin sonunda %93,6 oranında demir geri kazanılmıştır. Stokiyometrik olarak gerekli karbonu sağlamak için daha fazla kömür kullanıldığında kömür miktarı arttıkça tepkimeye girmeyen karbon oranı da artmıştır. Bu yüzden, stokiyometrik kömür miktarının %25 fazlasının kırmızı çamurdan demirin indirgenmesi için yeterli olacağı tespit edilmiştir. Kolemanit kullanımında karbonun yeterince tepkimeye giremediği ve dolayısıyla demirin manyetit fazına yeterince indirgenmediği tespit edilmiştir. Kırmızı çamurun farklı düşük ötektik noktalı çözücüler (DES) ile yapılan liç çalışmalarında ise oksalik asit ile hazırlanan çözücünün, vanadyum ve titanyum için %75'den fazla geri kazanım sağladığı belirlenmiştir. İndirgeme deneylerinden sonra kolin klorür ve üre ile hazırlanan düşük ötektik noktalı çözücülerle yapılan liç çalışmalarında ise değerli metallerin geri kazanımı oranının %10'dan daha az olduğu ve bu çözücünün kırmızı çamurdan değerli metal kazanımında etkin olmadığı belirlenmiştir.

Abstract:
Red mud is classified as a valuable industrial waste due to containing the amount of rare earth elements (REEs). In this study, effects on the reduction of iron from red mud, and the use of environmentally friendly solvents for the recovery of some critical elements as well as REEs were investigated. First of all, the physical, chemical and mineralogical characterization of the red mud was examined by various methods. While pyrometallurgical experiments were carried out in the presence of coal in iron reduction, the effects of temperature, time, excess coal amount and the use of colemanite as a fluxing agent were investigated. As a result, it was determined that most of the hematite phase in the red mud transformed into the magnetite phase in all experiments carried out between 900 - 1300 ºC. It was also determined that high purity metallic iron (up to 93.6% for 3-h experiment) with different weights was obtained after melting experiments at 1400 ºC. When more coal was used to provide the required carbon stoichiometrically, the amount of unreacted carbon increased as the amount of coal increased. Therefore, it was determined that 25% more than the stoichiometric amount of coal would be sufficient to reduce iron from the red mud. It has been determined that when using colemanite, carbon cannot react sufficiently and so iron is not sufficiently reduced to the magnetite phase. In the leaching studies with different deep eutectic solvents (DESs), it was determined that choline chloride (ChCl) - oxalic acid solvent provided more than 75% recovery for vanadium and titanium. After the reduction experiments, it was determined that the recovery rate of precious metals was less than 10% in the leaching studies carried out with ChCl – urea, which revealed that this solvent was not effective in the recovery of precious metals from red mud