Yüklü nikel çözeltilerinin saflaştırılması: Sülfatlı ortamda seçimli demir giderimi
Purification of nickel loaded pls: Selective removal of iron content at sulfate media
Yazar: SU DEMİRBOĞA
Danışman: PROF. DR. HAYATİ TÜRKMEN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Havacılık ve uzay sanayileri gibi kritik alanlarda yaygın olarak kullanılan çok
çeşitli nikel bazlı alaşımlar son derece yüksek sıcaklıklara, korozyona ve sürekli
aşınmaya dayanma yetenekleri ve manyetik özellikleri dolayısıyla kritik öneme
sahiptirler. Bu kapsamda, nikel metal uç ürünleri, kullanım alanları ve yukarıda
bahsedilen avantajları dolayısıyla sektörel anlamda da büyük bir öneme sahiptir.
Bu çalışmada Nikel Sülfat (NiSO4) çözeltisinin elektroliz prosesi sonrası elde
edilecek metal ürün üretimi öncesinde, çözeltide bulunan Fe safsızlığının katı fazda
çöktürülerek sistemden uzaklaştırılması için optimizasyon çalışmaları yapılmıştır.
Manisa Gördes'te, META Nikel Kobalt Madencilik A.Ş tarafından HPAL (Yüksek
basınç asit liçi) yöntemi ile üretimi yapılan MHP (Karışık Hidroksit Çökeleği) ara
ürününden yüksek safiyete sahip metalik Ni ve Co ürünlerinin elde edilmesi
amacıyla bir dizi proses işlemleri yürütülmüştür. MHP ürününün içerisinde bulunan
Ca ve Mg gibi safsızlıkların uzaklaştırılması adına zayıf asidik ortamda MHP
yıkama, akabinde H2SO4 ile MHP liçi, pH kontrollü olarak safsızlık giderimi,
solvent ekstraksiyon ve iyon değiştirme proses adımları uygulanmıştır.
Çalışmalar sonunda içerisinde 42,7 g/L Ni içeren NiSO4 çözeltisi elde
edilmiştir. Nikel içeriği zengin NiSO4 çözeltisinin içerisinde 223 ppm Co,145 ppm
Mn,22 ppm Zn ,20 ppm Fe ve 16 ppm Cr majör safsızlıkları bulunmaktadır. Bilindiği
üzere, demir, kobalt, krom ve çinko gibi elementler elektroliz sırasında metalik ürüne
safsızlık olarak yansımaktadır. Bu minvalde üretilecek metalik nikel ürünün saflığı
%99,95 üzerinde hedeflendiği durumlarda, sistemde işlenen yüklü solüsyonunun
safsızlık içeriği de kritik önem taşır hale gelmektedir. Bu bilgiden yola çıkarak
başlangıç çözeltisinin içerisinde bulunan safsızlıkların giderilmesi gerekmektedir.
NiSO4 çözeltisinin içerisinde bulunan Fe safsızlığının katı fazda çöktürülerek
viii
sistemden uzaklaştırılması için uygun süre, sıcaklık ve ilave edilecek H2O2
kimyasal miktarının belirlenmesi için optimizasyon çalışmaları yürütülmüştür.
Çalışma kapsamında, NiSO4 çözeltisinin içerisinde bulunan Fe safsızlıklarının
giderilmesi adına Fe+2 iyonlarının H2O2 kimyasal ajanı (oksidasyon özelliğinden
yararlanılarak) ile Fe+3 formuna getirilerek sistemden uzaklaştırılması
hedeflenmiştir.
Yapılan çalışmalar sonrasında elde edilen ICP-OES analiz sonuçları ve
hesaplanan çöktürme verimlerine göre, optimum koşullar, 60℃ sıcaklıkta, 90 dakika
süresince teorik olarak ilave edilmesi gereken H2O2 miktarının 25 kat fazlası olarak
belirlenmiştir. Belirlenen parametreler neticesinde çözelti içerisindeki Fe iyonlarının
tamamı giderilebilmiş, hedeflendiği üzere yüksek safiyette metalik nikel uç ürünü
elde edilebilmiştir.

Abstract:
There are a wide variety of nickel-based alloys commonly used in the
aerospace and defence industry. These alloys are critical in terms of their ability to
withstand extremely high temperatures, corrosion and sustained wear, and their
superior magnetic properties. It is clear that nickel-based alloys are indispensable
for the industry due to many advantages of them.
In this study, optimization studies were carried out to remove the Fe impurity
selectively from the pregnant leach solution, by precipitating it in the solid phase
before producing the metal product obtained after the electrolysis process of Nickel
Sulfate (NiSO4) solution. A series of processes have been carried out in order to
obtain high purity metallic Nickel and Cobalt products that can be used in many
industries at high quality, from the MHP (Mixed Hydroxide Precipitate)
intermediate product which is produced by META Nikel Kobalt Minig Company.
MHP is produced from the HPAL (High Pressure Acid Leaching) method. In order
to remove impurities such as Ca and Mg in the MHP product, MHP is washed in a
weak acidic solution, followed by MHP leaching with H2SO4, pH-controlled
impurity removal, solvent extraction and ion exchange process steps.
As a result of the studies, NiSO4 solution containing 42.7 g/L Ni have
obtained. Nickel-rich NiSO4 solution contains major impurities of 223 ppm Co,
145 ppm Mn, 22 ppm Zn, 20 ppm Fe and 16 ppm Cr. Elements such as iron, cobalt,
chromium, and zinc rapidly transform into metal form during electrolysis. In order
to obtain a high purity metallic nickel, the impurity of the metallic nickel product
to be produced must be above 99.95% purity. In light of these, it is necessary to
remove impurities prior to electrolysis. Optimization studies were carried out to
determine the appropriate time, temperature and the amount of H2O2 chemical to
be added to remove the Fe impurity contained in the NiSO4 solution from the
xi
system by precipitating it in the solid phase. In order to remove Fe impurities in the
NiSO4 solution, the main objective is to remove Fe+2 ions from the system by
converting them into Fe+3 form with the H2O2 chemical agent (using its oxidizing
feature).
According to the ICP-OES analysis results and calculated precipitation
efficiencies obtained after the studies, the optimum conditions have determined as
25 times the theoretical amount of H2O2 that should be added for 90 minutes at
60°C. Based on the performed tests, it was seen that all of Fe ions in solution could
be removed selectively. It is clearly stated that H2O2 chemical agent would be used
to remove Fe impurity in NiSO4 liquor.