Petrokok külünden vanadyum ve nikel kazanımı
Extraction of vanadium and nickel from a petro coke ash
Yazar: ÖZGÜN YURTSEVEN
Danışman: DOÇ. DR. MAHMUT ALTINER
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Cevher Hazırlama Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Bu tez çalışmasında, katkı maddesi kullanılmadan kavurma işlemi ve ardından sülfürik asit (H2SO4) ile liç işlemi kullanılarak bir petrol koku külünden (PK) vanadyum (V) ve nikel (Ni) çözünmesi amaçlanmıştır, Deneyler, sıcaklık, asit konsantrasyonu, süre ve katı oranı parametrelerini dikkate alarak Taguchi yaklaşımına göre tasarlanmıştır, Kavurmanın V ve Ni ekstraksiyonlarına etkisini değerlendirmek için kavrulmamış PK üzerinde de ek liç testleri yapılmıştır, Sonuçlar, PK'nın yüksek seviyede CaCO3 içerdiği için ekstra bir indirgeme ajanına ihtiyaç duyulmadığını göstermiştir, Kavurma işleminin, yüksek Ni çözünme verimi için gerekli olduğu, ancak V ekstraksiyonları üzerinde güçlü bir etkisinin olmadığı belirlenmiştir, Kavurma işlemine tabi tutulmamış PK için Ni ekstraksiyonu %13,3 ile %80,8 arasında ve kavrulmuş PK için %43,6 ile %99,3 arasında bulunmuştur, V ekstraksiyonu ise kavrulmamış PK için %36 ile %97,9 arasında ve kavrulmuş PK için %45,4 ile %99,9 arasında değişmiştir, Optimal liç koşulları, 4,5M sülfürik asit, %10 katı oranı, 75°C sıcaklık ve 75 dakika süre olarak belirlenmiştir, Ayrıca, liç koşullarının V iyonlarının oksidasyon durumu üzerinde büyük etkisi olduğu ve asit konsantrasyonundaki artışın, yüklü liç çözeltisinde VO2+ iyonları (mavi renk) yerine V3+ iyonlarının (yeşil renk) oluşumuna yol açtığı belirlenmiştir, Nihai yüklü liç çözeltisi, >%98 ekstraksiyon verimi ile 1056,50 mg/L V ve 251,85 mg/L Ni içermektedir, Deneysel sonuçlar, küçülen çekirdek modeline büyük ölçüde uymuş ve V ve Ni için aktivasyon enerjisi (Ea) sırasıyla 3,60 ve 4,01 kJ/mol olarak hesaplanmıştır; bu da liç mekanizmasının difüzyon kontrol modeli ile açıklanabileceğini göstermektedir. Farklı pH değerlerinde çöktürme işlemleri de gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
In this thesis, it was aimed to extract vanadium (V) and nickel (Ni) from a petroleum coke ash (PCA) using a roasting process without additives, followed by leaching with sulfuric acid (H2SO4). The experiments were designed based on the Taguchi approach, taking into account the parameters of temperature, acid concentration, time, and solid ratio. Additional leaching tests were conducted on the non-roasted PCA for comparison, to assess the effect of roasting on the extractions of V and Ni. The results showed that no extra reducing agent was needed as the PCA contained high levels of CaCO3, which could be used as a reducing agent during roasting. It was found that roasting was essential for high Ni extractions, but had no strong effects on V extractions. The Ni extraction was found to be between 13.3% and 80.8% for the non-roasted PCA and between 43.6% and 99.3% for the roasted PCA. The V extraction was between 36% and 97.9% for the non-roasted PCA and between 45.4% and 99.9% for the roasted PCA. The optimal leaching conditions were determined to be a sulfuric acid of 4.5M, a solid ratio of 10%, a temperature of 75°C, and a time of 75 min. In addition, it was determined that the leaching conditions had a great effect on the oxidation state of vanadium ions, and an increase in the acid concentration led to the formation of V3+ ions (green color) instead of VO2+ ions (blue color) in the pregnant leach solution. The final pregnant leach solution containing 1056.50 mg/L V, and 251.85 mg/L Ni was achieved with an extraction yields of >98%. The experimental results were greatly fitted by the shrinking core model and the activation energy (Ea) for V and Ni was calculated as 3.60 and 4.01 kJ/mol, indicating that the leaching mechanism can be explained by the diffusion control model. Precipitation experiments were further carried out at different pH values.