Lateritik nikel cevherinden yüksek basınç asit liçi ile nikel ve kobalt kazanımı ve asit tüketimi arasındaki ilişkinin araştırılması
Investigation of the relationship between nickel and cobalt extraction and acid consumption from lateritic nickel ore by high-pressure acid leaching
Yazar: BÜŞRA ÇOBAN
Danışman: DOÇ. DR. AHMET DENİZ BAŞ
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Nikel ve kobalt ham maddeleri; bataryalar, robotik ve dronlar gibi kullanımı ve çeşitliliği giderek artan geleceğin teknolojileri olarak görülen sektörlerde vazgeçilmez hale gelmiştir. Özellikle düşük tenörlü yataklardan nikel kazanımı için çevreye dost ve nispeten düşük maliyetli alternatif yöntemlerin geliştirilmesine yönelik çalışmalar giderek önem kazanmaktadır. Lateritik cevherlerin değerlendirilmesinde; yüksek reaktif tüketimi ve kabuk oluşumu karşılaşılan önemli sorunlardandır.
Bu tez kapsamında; lateritik cevherlerden yüksek basınç asit liçi yöntemiyle nikel ve kobalt kazanımı ve asit tüketimi arasındaki ilişki araştırılmıştır ve liç atıklarının karakterizasyonu yapılmıştır. Kullanılan lateritik cevherin (Manisa Gördes) %1,05 Ni, %0,05 Co ve %21,94 Fe içerdiği tespit edilmiştir. Box-Behnken Tasarımı uygulanan liç deneyleri sonucunda; asit konsantrasyonu ve liç süresinin nikel kazanımını olumlu etkilediği (%70-94) görülmüştür. Kobalt kazanımları %93-96 arasında değişmiştir. Demir çözünmesini hızlandırmak ve dolayısıyla nikel kazanımını artırmak amacıyla çözeltiye bakır iyonu (Cu2O) ilave edilmiştir. Orta seviyede bakır ilavesi (0,025 M) yapılan testlerde, nikel kazanımında belirgin bir artış meydana gelirken, yüksek seviyelerde bakır ilavesinin (0,050 M) etkisi sınırlı kalmıştır. Bakır iyonu ilavesinin otoklavda kabuk oluşumunu önemli ölçüde azalttığı gözlenmiştir. En yüksek Ni kazanımına, orta seviye sülfürik asit konsantrasyonu (350 kg/ton), maksimum liç süresi (90 dakika) ve bakır iyonu ilave edilmeyen koşulda ulaşılmıştır. En düşük Ni kazanımı bakır iyonu ilave edilmeyen iki farklı koşulda bulunmuştur. Yüklü liç çözeltisinde kalan serbest asit miktarı arttıkça nikel liç veriminin arttığı ve atıkta kalan demir miktarının azaldığı sonucuna ulaşılmıştır. Liç atığında hematit fazı bulunan deneylerin, götit fazı ihtiva eden deneylere kıyasla kazanım verimlerinin daha yüksek olduğu bulunmuştur. Başlangıç asit konsantrasyonu arttıkça durum potansiyel değerinin arttığı ve böylece Ni kazanımının arttığı bulunmuştur. Bu bulgu, götit mineralinin hematite dönüşüm artışıyla doğrudan ilişkilidir. Özetle, durum potansiyelinin kontrolünün asit tüketimini optimize etmede etkili olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Lateritik Nikel Cevheri, Yüksek Basınç Asit Liçi, Bakır İyonu, Asit Tüketimi, Box-Behnken Tasarımı

Abstract:
Nickel and cobalt raw materials have become essential in industries like batteries, robotics, and drones, which are considered as future technologies due to their expanding applications and diversity. Research towards the development of environmentally friendly and relatively low-cost alternative methods for extracting nickel, particularly from low-grade deposits, is becoming increasingly crucial. High reagent consumption and crust formation are significant problems in the processing of laterite ores.
In this thesis, the relationship between Ni and Co extraction and acid consumption by high-pressure acid leaching from lateritic ores was investigated, and characterization of leach tailings was performed. Analysis has shown that the lateritic ore (Manisa, Gördes) contains 1.05% Ni, 0.05% Co and 21.94% Fe. In the acid leaching tests, which were designed using Box-Behnken Design, initial acid concentration and leach time have a beneficial effect on the Ni extraction (70-94%). Cobalt extractions ranged between 93% and 96%. To catalyze Fe dissolution and enhance Ni extraction, copper ion was added to the leach solution. While the effect of high levels of copper addition (0.050 M) was limited, moderate copper addition (0.025 M) resulted in a significant improvement in Ni extraction. It has been noted that adding copper ions considerably lowers the amount of crust that forms in the autoclave. The conditions of maximal leach time (90 minutes), medium H2SO4 concentration (350 kg/ton), and no copper ion addition resulted in the highest Ni extraction. In two different test conditions, where copper ion was not introduced, the lowest Ni extraction was obtained. It was determined that the amount of Fe remaining in the tailings reduced and the Ni leaching efficiency increased with the amount of final free acid. It was found that tests with the hematite phase in the leach tailings had higher leaching efficiency than tailings with the goethite phase. This study has demonstrated that rest potential and, consequently, the Ni leaching efficiency rose as the initial acid concentration increased. This finding is linked to the rise in the conversion of goethite minerals to hematite. In conclusion, monitoring rest potential closely is an effective way to optimize acid consumption.

Keywords: Lateritic Nickel Ore, High-Pressure Acid Leaching, Copper Ion, Acid Consumption, Box-Behnken Design