İki kademeli liç ile kalkopirit konsantresinden metallerin ekstraksiyonu
Extraction of metals from chalcopyrite concentrate by two stage leaching
Yazar: ZEYNEL ABİDİN SARI
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET DENİZ TURAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Metalurjisi ve Teknolojileri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Sülfürlü cevherlerden ve konsantrelerden bakır üretimi, önemli ölçüde yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilen izabe işlemlerini içeren pirometalurjik tekniklerle yapılmaktadır. Kalkopirit konsantresinden pirometalurjik yöntemlerle bakırın üretimi, matın elde edilmesi ve takiben mattan konvertisaj işlemiyle blister bakırın elde edilmesi temel aşamalarından meydana gelir.
Ancak, bu yüksek sıcaklık proseslerinin çevreye olan zararları sadece SO2 gazlarını içeren emisyonlar açısından değil aynı zamanda arsenik, antimon ve diğer ağır metal kirliliğine de yol açması gibi sorunları oluşturmaktadır. Dünya bakır üretiminin %80'i sülfürlü bakır cevherlerinden ve kalan bakırın %20'lik bölümü ise oksitli cevherlerinden hidrometalurjik prosesler ile üretilmektedir. 
Bakır üretimi sırasında atmosferik kirliliği minimize etmek için kalkopirit konsantresinin liçi yıllardan beri alternatif bir seçenek olarak değerlendirilmektedir. Hidrometalurjik bakır üretiminde, bakır liç işlemi ile çözeltiye alındıktan sonra solvent ekstraksiyon ve elektrokazanım yöntemleri ile metalik olarak geri kazanılmaktadır.
Kalkopirit, çoğu sülfürlü mineral gibi çözünmeyen kovalent yapılı bağlara sahip olmasından dolayı bozunması için güçlü oksidantlara ihtiyaç gösterir. Ancak, oksitleyici reaktanların kullanılması seçimli olmayan liç işlemi, düşük metal ekstraksiyonu (partikül yüzeyinde S2- nin S°'a yükseltgenmesinden kaynaklanan elementel sülfür oluşumu) gibi olumsuzlukları da beraberinde getirmektedir.
Bu çalışmada, iki kademeli bir liç prosesi ile kalkopirit konsantresinden hidrometalurjik olarak seçimli metal ekstraksiyonu gerçekleştirildi. Birinci kademe liç aşamasında kalkopirit konsantresi hidrojen peroksit varlığında oksalik asit ile liç edildi. Birinci kademe liçin optimum şartları 100 g/L H2C2O4, 3 M H2O2, 45 ºC liç sıcaklığı, 400 dev/dk karıştırma hızı, 25 mL/g sıvı-katı oranı ve 120 dk liç süresi olarak belirlendi. Bu şartlar altında kalkopiritten çözünen bakır ve demir miktarı sırasıyla %1,6 ve %65,5 olarak belirlendi. 
İkinci kademe liç prosesinde, birinci kademe liç artığı bakır ekstraksiyonu için HCl ile liç edildi. Optimum liç şartları şu şekilde belirlendi: HCl konsantrasyonu 5M, liç sıcaklığı 45 ºC, karıştırma hızı 400 dev/dk, sıvı-katı oranı 25 mL/g ve liç süresi 120 dk. Bu şartlar altında bakır ekstraksiyon ürünü %75 civarında elde edilirken çözeltiye geçen demir % 4 civarında olduğu belirlendi.
Sonuç olarak kalkopirit konsantresinden metallerin seçimli olarak liçi, bakır ve demir oksalat bileşiklerinin çözünürlük farkına dayanarak iki kademeli liç prosesi ile yapılabileceği ortaya konulmuştur.

Abstract:
Copper production from sulphide ores and concentrates, to a large extent, have been accomplished by using pyrometallurgical techniques that consists thesmelting processes at high temperatures. Production of copper from chalcopyrite concentrate by pyrometallurgical methods occurs the basic steps which obtained matte exposes the converting process to get blister copper.
However, this high temperature process has been plagued with environmental issues concerning pollution, not only with SO2 gas emissions but also with emissions of toxic compounds of arsenic, antimony, and other heavy metals.
About 80% of the world's copper comes from copper sulphide ores and the remaining 20% of primary of copper production comes from hydrometallurgical processing of Cu oxide ores.
Alternatively, the leaching of chalcopyrite concentrates has been considered for many years as available option to minimizing atmospheric pollution during copper production.
In the hydrometallurgical copper production, the copper is recovered by leaching, solvent extraction and electrowinning.
Chalcopyrite requires strong oxidants because it is an insoluble, covalent compound, like most sulphide minerals. Nevertheless, the use of oxidizing agents brings some problems, such as non-selective leaching, low metal extraction (occurring to elemental sulphur on the particle surface, depending on oxidizing of S2- to S°).
In this study, hydrometallurgical selective metal extraction from chalcopyrite concentrate was performed with two-stage leaching processes. First stage leaching included the leaching of chalcopyrite concentrate with oxalic acid in presence of hydrogen peroxide. Optimum conditions of first stage leaching was determined as 100 g/L of H2C2O4, 3 M of H2O2, 45 ºC leaching temperature, 400 rpm of stirring speed, 25 mL/g of liquid-solid ratio, and 120 min leaching time. Under these conditions, copper and iron dissolution from chalcopyrite was achieved as 1.6% and 65.5%, respectively. 
In the second stage leaching process, first stage leaching residue was leached with HCl to obtain copper extraction. Optimum leaching conditions were found as follows:  HCl concentration is 5 M; leaching temperature is 45 ºC; stirring speed is: 400 rpm; liquid-solid ratio is 25 mL/g; and leaching time is 120 min. Under these conditions, copper extraction yield was obtained at about 75% while iron dissolution was obtained at about 4%. 
According to obtained the experimental results, it was presented that selective leaching of chalcopyrite concentrate with two-stage process may be accomplished based on different dissolution ratio of copper and iron oxalate compounds.