Isıl önişlemin lateritik bir nikel cevherinin asit liçi davranımı üzerine olan etkisinin incelenmesi
Investigation on effect of thermal pretreatment on acid leaching behaviour of a lateritic nickel ore
Yazar: YUNUS EMRE ÇAVDAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE ÜÇYILDIZ
Hacettepe 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, Gördes (Manisa/Türkiye) lateritik nikel cevherinin farklı sıcaklıklarda yapılan ısıl önişlemleri takiben sitrik asit çözeltilerindeki liç davranımı incelenmiştir. İlk olarak, cevher numunesi kimyasal ve mineralojik olarak tanımlanmış ve çalışılan cevherin %0,633 Ni, %0,034 Co, %15,46 Fe, %7,24 Ca ve %4,51 Mg içeren düşük tenörlü lateritik bir nikel cevheri olduğu tespit edilmiştir. Cevher numunesinin, kuvars, dolomit, götit, hematit, simektit ve kalsit olmak üzere altı ana mineral ile daha az miktarlardaki serpantin ve asbolan minerallerinden oluştuğu, numune içindeki nikelin de götit, simektit ve asbolan ile ilişkili olduğu belirlenmiştir. Gerçekleştirilen TG/DTA analizi yardımıyla liç öncesi cevher numunesine uygulanacak ısıl önişlem sıcaklıkları olarak 350°C ve 900°C seçilmiştir.

Farklı sitrik asit derişimleri (0,25 M, 0,5 M, 1 M, 2 M, 4 M) ile farklı liç sıcaklıklarında (25°C, 45°C, 65°C, 85°C), sabit %10 katı oranında ve 60 dakika sabit liç süresince atmosferik koşullarda gerçekleştirilen karıştırmalı sitrik asit liç deneyleri sonrasında ısıtılmamış (orijinal) numune, 350°C'de ısıl önişlemden geçirilmiş numune ve 900°C'de ısıl önişlemden geçirilmiş numunenin bileşiminde bulunan nikel, kobalt, demir, kalsiyum ve magnezyumun çözünme oranları ve liç davranımları yapılan kimyasal analizler ve XRD analizleri ile ortaya konulmuştur. Isıtılmamış ve 350°C ile 900°C'de ısıl önişlemden geçirilmiş numunelerde bulunan nikelin çözünme oranlarının, genel olarak, sitrik asit derişimi ve liç sıcaklığının artışı ile arttığı gözlenmiştir. Isıtılmamış numune ile 900°C'de ısıl önişlemden geçirilmiş numuneye kıyasla, en yüksek nikel çözünme oranı değerlerine 350°C'de ısıl önişlemden geçirilmiş numunenin liç edilmesi sonrasında ulaşılmıştır. Ulaşılan en yüksek nikel çözünme oranı olan %47,4 değeri, 350°C'de ısıl önişlemden geçirilmiş numunenin 85°C liç sıcaklığı, 4 M sitrik asit derişimi, 60 dakika liç süresi ve %10 katı oranı koşullarında liç edilmesi sonrasında elde edilmiştir. Nikel ile kobaltın çözünme davranımlarının oldukça benzer olduğu belirlenmiş olup en yüksek Co çözünme oranına (%67,6) yine 350°C'de ısıl önişlemden geçirilmiş numunenin 85°C liç sıcaklığı, 4 M sitrik asit derişimi, 60 dakika liç süresi ve %10 katı oranı koşullarında liç edilmesi sonrasında ulaşılmıştır.

Cevher numunesindeki ana bileşen olan Fe'nin çözünme oranları, Ni ve Co çözünme oranları dikkate alındığında oldukça düşük değerlerde kalmış, bu durum da sitrik asitin Fe'ye karşı Ni ve Co'yu daha seçimli olarak çözdüğünü göstermiştir. Diğer taraftan, ulaşılan çözünme oranları, ısıl önişlem uygulamasının çözünme seçimliliğini olumsuz yönde etkilediğini de ortaya koymuştur. Numune bileşiminde bulunan ve esas olarak sitrik asit çözeltilerinde kolaylıkla çözünebilen dolomit ve kalsitten kaynaklanan Ca ve Mg'nin çözünme davranımları benzer olup 1 M ve daha yüksek sitrik asit derişimlerinde >%90 Ca ve >%70 Mg çözünme oranı değerlerine 45°C ve üzerindeki liç sıcaklıklarında ulaşılmıştır.

Son olarak, seçilen bir yüklü liç çözeltisinden nikelin kazanımına yönelik bir ön deneme gerçekleştirilmiş ve Gördes lateritik nikel cevherinin değerlendirilmesinde sitrik asit liçinin kullanımı üzerine önerilerde bulunulmuştur.

Abstract:
In this thesis, the leaching behavior of Gördes (Manisa/Turkey) lateritic nickel ore in citric acid solutions following thermal pre-treatments at different temperatures was investigated. Initially, the ore sample was chemically and mineralogically characterized, and it was determined that the ore under study is a low-grade lateritic nickel ore containing 0.633% Ni, 0.034% Co, 15.46% Fe, 7.24% Ca, and 4.51% Mg. The ore sample was found to be composed of six main minerals as; quartz, dolomite, goethite, hematite, smectite, and calcite, along with smaller amounts of serpentine and asbolane minerals. It was also identified that the nickel in the sample is associated with goethite, smectite, and asbolane. Based on TG/DTA analysis, thermal pre-treatment temperatures of 350°C and 900°C were chosen to be applied before leaching of the ore sample.

Following agitated citric acid leaching experiments performed under atmospheric conditions at constant 60-minute leaching time and 10% solids ratio, using different citric acid concentrations (0.25 M, 0.5 M, 1 M, 2 M, 4 M) at different leaching temperatures (25°C, 45°C, 65°C, 85°C), the dissolution ratios and leaching behaviors of nickel, cobalt, iron, calcium, and magnesium in the compositions of the unheated (original) ore sample, the sample thermally pre-treated at 350°C, and the sample thermally pre-treated at 900°C were determined through chemical analyses and XRD analyses. It was observed that the dissolution ratios of nickel in the unheated samples and samples thermally pre-treated at 350°C and 900°C generally increased with increasing citric acid concentration and leaching temperature. Compared to the unheated sample and the sample thermally pre-treated at 900°C, the highest nickel dissolution rate was achieved after leaching the sample pre-treated at 350°C. The maximum nickel dissolution rate of 47.4% was obtained by leaching the sample pre-treated at 350°C, under the conditions of 85°C leaching temperature, 4 M citric acid concentration, 60 minutes leaching duration, and 10% solid ratio. The dissolution behaviors of nickel and cobalt were found to be quite similar, with the highest cobalt dissolution rate (67.6%) also being achieved under the conditions of 85°C leaching temperature, 4 M citric acid concentration, 60 minutes leaching duration, and 10% solid ratio for the sample pre-treated at 350°C.

The dissolution ratios of Fe, the main component in the ore sample, remained considerably lower compared with those of Ni and Co, indicating that citric acid selectively dissolved Ni and Co over Fe. On the other hand, the obtained dissolution ratios revealed that thermal pre-treatment negatively affected the dissolution selectivity. The dissolution behaviors of Ca and Mg present in the sample composition, primarily originating from dolomite and calcite that are easily soluble in citric acid solutions, were similar. >90% Ca and >70% Mg dissolution ratios were achieved at citric acid concentrations of 1 M and higher, at leaching temperatures of 45°C and above.

Finally, a pre-test was conducted to recover nickel from a selected pregnant leach solution and recommendations were provided regarding the utilization of citric acid leaching in the processing of Gördes lateritic nickel ore.