Pirit kullanılarak sulu çözeltilerde Cr (VI) indirgenmesi
Cr (VI) reduction in aqueous solitions by using pyrite
Yazar: İBRAHİM DOLAK
Danışman: PROF.DR. RECEP ZİYADANOĞULLARI
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
11 ÖZET Alaşımları ve bileşikleri halinde çok yaygın olarak kullanılan krom aynı zamanda çevre için önemli kirleticilerden birisini teşkil eder. Kromun (6+) oksidasyon basamağındaki şekli diğer türlerine göre daha toksik olup sularda bulunmasına müsaade edilen miktarı 50 ug/L olarak sınırlandırılmıştır. Sulu ortamda Cr(VI)'ın uzaklaştırılabilmesi için önce Cr(III)'e indirgenmesi gerekir. Bu amaçla uygulamada indirgen olarak demir(II)sülfat, SO2 ve alkali sülfitler kullanılır. Bu çalışmada, ham pirit ve havasız ortamda yüksek sıcaklıklarda kavurma işlemine tabi tutulmuş pirit örnekleri kullanılarak kesikli deneylerle Cr(VI) indirgenmesi üzerine ortamın asit konsantrasyonu, pirit miktarı, başlangıç Cr(VI) konsantrasyonu, temas süresi, sıcaklık ve pirit partikül boyutu gibi parametrelerin etkileri sistematik olarak incelenmiştir. Ayrıca pirit örneklerinin indirgeme kapasitelerini belirlemek amacıyla örneklerin indirgeme etkileri kalmayıncaya kadar ardışık indirgeme işlemine tabi tutulmuş olup pirit örneklerinin indirgeme kapasiteleri belirlenmiştir. Ayrıca indirgeme kapasiteleri sona ermiş pirit örneklerinin değerlendirilmesi amacıyla bu örneklerden bakır ve kobaltın geri kazanımına gidilmiştir. Geri kazanım verimine öngörülen sıcaklıkta kavurma süresi ve ortamın kükürt konsantrasyonu gibi parametrelerinin etkisi incelenmiştir. Çalışma sistematik olmakla beraber ham pirit ve havasız ortamda yüksek sıcaklıklarda kavurma işlemine tabi tutulmuş pirit örneklerinin indirgeme kabiliyetlerinin karşılaştırılması şeklinde geçmiş ve beklenildiği gibi havasız ortamda yüksek sıcaklıklarda kavurma işlemine tabi tutulmuş pirit örneğinin indirgeme kabiliyetinin çok daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Belirli miktarda Cr(VI) içeren çözelti için pirit miktarı, temas süresi ve ortam sıcaklığının artırılması ile Cr(VI) indirgeme etkinliğinin arttığı tespit edilirken, ortamın asit konsantrasyonunun artması, başlangıç Cr(VI) konsantrasyonunun artması ve pirit partikül boyutunun büyümesiyle Cr(VI) indirgeme etkinliğinin azaldığı tespit edilmiştir.m Stokiyometrik oranda asit içeren 14700 mg/L konsantrasyonundaki 50 mL Cr(VI) çözeltisine 2,5 g (-100 mesh) pirit örnekleri ilave ederek 25 °C'de 60 dk sürdürülen çalkalama işlemi sonunda havasız ortamda 700 °C'de kavurma işlemine tabi tutulmuş pirit örneğinin ortamdaki Cr(VI)'ın tamamını indirgediği tespit edilirken ham pirit örneğinin ortamdaki Cr(VI)'ın ancak % 75,40'ını indirgediği tespit edilmiştir. Yine stokiyometrik oranda asit içeren 147 mg/L konsantrasyonundaki 50 mL Cr(VI) çözeltisine 0,5 g (-100 mesh) pirit örnekleri ilave ederek 25 °C'de 60 dk sürdürülen çalkalama işlemi sonunda havasız ortamda 700 °C'de kavurma işlemine tabi tutulmuş pirit örneğinin ortamdaki Cr(VI)'ın tamamım indirgediği tespit edilirken ham pirit örneğinin ortamdaki kromun ancak % 81,30'unu indirgediği tespit edilmiştir. Aynı pirit örneğiyle arka arkaya uygulanan indirgeme deneylerinde havasız ortamda 700 °C'de kavurma işlemine tabi tutulmuş pirit örneğinin derişik ve seyreltik ortamdaki indirgeme kapasitesi sırasıyla % 37,43 ve % 14,55 bulunurken, ham pirit örneğinin derişik ve seyreltik ortamdaki indirgeme kapasitesi sırasıyla % 12,00 ve % 2,78 bulunmuştur. İndirgenmiş çözeltilerde pH 7,7'de uygulanan çöktürme işlemi sonucunda indirgenmiş kromun ve piritten çözeltiye geçen bazı ağır metal iyonlarının da çökerek uzaklaştığı tespit edilmiştir. İndirgeme kabiliyetleri sona ermiş pirit örneklerinden bakır ve kobaltın geri kazanımıyla ilgili yapılan deneylerde, pirit örnekleri önce 600 °C sıcaklıkta 2, 3, 4, 5 ve 6 saat süreyle kavurma işlemine tabi tutulmuştur. Havasız ortamda 700 °C'de kavurma işlemine tabi tutulmuş pirit örneğinden bakır ve kobalt geri kazanım veriminde en uygun kavurma süresinin 5 saat olduğu bulunmuş olup bu sürede yapılan kavurma işleminden sonra % 96,56 Cu ve % 97,00 Co geri kazanımı sağlanmıştır. Ham pirit örneğinden bakır ve kobalt geri kazanım veriminde en uygun kavurma süresinin 6 saat olduğu bulunmuş olup bu sürede yapılan kavurma işleminden sonra % 83,06 Cu ve % 68,08 Co geri kazanımı sağlanmıştır. Bakır ve kobalt geri kazanım verimi üzerine ortamın kükürt konsantrasyonunun etkisinin incelendiği deneylerde indirgeme kabiliyetleri sona ermiş pirit örneklerine değişik miktarlarda havasız ortamda 725 °C'de kavurma işlemine tabi tutulmuş pirit örneği ilaveIV edilerek 600 °C'de 5 saat süreyle kavurma işlemine tabi tutulmuştur. Sonuç olarak havasız ortamda 725 °C'de kavrulmuş pirit örneklerinin ortama ilave edilen miktarı arttıkça bakır ve kobalt geri kazanım veriminin azaldığı tespit edilmiştir.

Abstract:
SUMMARY Chromium, which is used widely as its alloys and its compounds, is an important pollution for enviroment. Cr(VI) is more toxic than the other forms. The permited amount in water is 50 ng/L in order to remove Cr(VI) from aqueous medium, first it must be reduced to Cr(III). So, iron(II)sülphate, S02 and alkaline sulphides are used as reducing agents for this purpose. In this study, the effects of parameters such as acid concentration of the medium, amount of pyrite, initial Cr(VI) concentration, contact time, temperature and particle size of pyrite on the reduction of Cr(VT) by discontinuous experiments using raw pyrite and the pyrite samples roasted at high temperatures in an airless medium were examined systematically. In addition, in order to determine reduction capacites of pyrite samples, the samples were treated with succesive reduction process until their reduction effects lost and thus their reduction capacities were determined. Moreover, to utilize the pyrite samples which had lost their reduction abilities copper and cobalt have been recovered from these samples at high yield. The effects of parameters such as roasting time at projected temperature and sulphur concentration of the medium on recovery yields were examined. This study is systematic and compares the reduction abilities of raw pyrite and the pyrite samples roasted at high temperatures in airless medium. As expected, it was found that the reduction ability of latter was much higher. It was determined that the reduction efficiency of Cr(VI) increased with increasing amount pyrite, contact time and temperature of medium for the solution containing certain amount of Cr(VI), while it decreased with increasing acid concantration of the medium, decreasing initial Cr(VT) concantration and enlarging particle size of pyrite. It was found that at the agitation process at 25 °C for 60 minute by adding 2,5 g (100 mesh) pyrite samples into 50 mL Cr(VI) solution, concentration of which was 14700 mg/L and included stochiometric ratio acid, the pyrite sample roasted at 700 °C in anVI airless medium reduced all CrfVT) in the medium, while raw pyrite sample reduced only 75,40 % of CrCVT) in the medium. Also, at the end of agitation process at 25 °C for 60 minute by adding 0,5 g(100 mesh) pyrite samples into 50 mL Cr(VI) solution, concentration of which was 147 mg/L and included stochiometric ratio acid, the pyrite sample roasted at 700 °C in an airless medium reduced all Cr(VI) in the medium, while raw pyrite sample reduced only 81,30 % of Cr(VI) in the medium. It was found that in the successive experiments with the same pyrite sample the reduction capacities of the pyrite sample roasted in an airless medium at 700 °C in concantrated and diluted medium were 37,43 % and 14,55 % respectively, while those of raw pyrite were 12,00 % and 2,78 % respectively. It was also determined that at the end of precipitation process held at pH 7,7 in reduced solutions, reduced chromium and some heavy metal ions passed from pyrite to solution removed by precipitation. In the experiments related with recovery of copper and cobalt from pyrite samples lost their reduction abilities, the pyrite samples firstly treated with roasting at 600 °C for 2,3,4,5 and 6 hours, respectively it was found that the optimum roasting time of recovery yield of copper and cobalt from the pyrite sample roasted at 700 °C in an airless medium was 5 hours, and after roasting for that time 96,56 % copper and 97,00 % cobalt recovery was accomplished. The optimum roasting time of recovery yield of copper and cobalt from raw pyrite sample was found to be 6 hours, and after roasting for that time 83,06 copper and % 68,08 cobalt recovery was accomplished. In the experiments examining the effect of sulphur concentration of the medium on the recovery yield of copper and cobalt, various amount of pyrite sample roasted at 725 °C in an airless medium was added into the pyrite samples lost their reduction abilities and roasted at 600 °C for 5 hours. Thus, it was found that the more pyrite sample roasted at 725 °C in an airless medium added into the medium, the recovery yield of copper and cobalt were decreased