Nikelin iyon değişimi prosesi ile metal içeren çözeltilerden geri kazanımı
Recovery of nickel from metal charged solutions by ion exchange process
Yazar: ELİF ÜNAL
Danışman: PROF. DR. AFİFE GÜVENÇ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Katyon değiştirici = Cation exchanger

Özet:
Nikel, giderek gelişen teknolojide gerekli en önemli hammaddelerden biri olarak görülmektedir. Özellikle paslanmaz çelik, batarya ve enerji endüstrisinde, ürünlerde kullanılan nikel yüzdesi günden güne artmaktadır. Malzemelerin daha dayanıklı olması için nikele ihtiyaç vardır. Nikel, birçok pil teknolojisindeki varlığı, sera gazı emisyonlarını azaltmaya yardımcı olması ve temiz enerji çözümleri sunarak küresel ısınmayla mücadele etmesi açısından hem bugünün hem de geleceğin en kıymetli metallerindendir.
Nikelin kazanımı için en uygun kaynaklardan biri lateritik cevherlerdir. Ancak ülkemizde direk cevherden nikel uç ürünü üretimi yapılmamaktadır. Çıkarılan nikel cevheri doğrudan yurtdışına ihraç edilmekte veya nikelce zengin ara ürün elde edilmekte ve ara ürün de yurtdışına satılmaktadır. Cevherden veya ara ürünlerden; nikel sülfat, metalik nikel gibi katma değeri daha yüksek ürünlerin üretilebilmesi için belirli saflaştırma yöntemlerine ihtiyaç vardır. Yürütülen tez çalışmasında iyon değiştirme yöntemi ile nikelin saflaştırılması ve kazanımı amaçlanmıştır. Çalışmalarda ülkemizde bulunan lateritik nikel yataklarından Manisa Gördes bölgesinde bulunan Meta Nikel Kobalt Madencilik tesisinin proses çözeltilerinden yararlanılmıştır.
Pek çok farklı iyon değiştirici reçineler ile denemeler yapılmış ve nikelin geri kazanımı için uygun reçine ve koşullar belirlenmiştir. Bu amaçla Lewatit MDS TP 220 reçinesi nikel kazanımında en seçici reçine (% 99 geri kazanım) olarak belirlenmiştir. Tez çalışmaları kapsamında kesikli ve sürekli testler yapılmıştır. Reçinenin denge süresi kesikli sistemde 24 saat ve bir litre reçine başına nikel kapasitesi 24 g olarak belirlenmiştir. Ayrıca MDS TP 220 iyon değiştiricisinin yalancı ikinci mertebeden hız modeline ve Freundlich denge modeline uyduğu tespit edilmiştir. Ek olarak besleme çözeltisindeki nikel derişimi ile kazanımın ters orantılı, reçineden nikelin geri kazanımında, H2SO4 derişimi ve hacmi ile doğru orantılı olduğu belirlenmiştir. Besleme çözeltisinde 5300 ppm Ni içeriği optimum değer olarak bulunmuş ve %96 nikel kazanımı gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda 2 M H2SO4 ile yapılan elüsyon çalışmalarıyla da %85 nikel geri kazanımı gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Nickel is seen as one of the most important raw materials required in the ever-developing technology. The percentage of nickel used in products is increasing day by day, especially in the stainless steel, battery and energy industry. Nickel is needed for materials to be more durable. Nickel is one of the most precious metals both today and in the future in terms of its presence in many battery technologies, helping to reduce greenhouse gas emissions and combating global warming by providing clean energy solutions.
Lateritic ores are one of the most suitable sources for nickel recovery. However, nickel end products are not produced directly from ore in our country. The nickel ore is exported directly or nickel-rich intermediates are obtained and the intermediate product is also sold abroad. Certain purification methods are needed for production of pure nickel sulphate, nickel metal product with higher added value from ore or intermediate product. In the thesis study, it is aimed to purify and recover nickel by ion exchange method. For experiments, the prosess solutions of the Meta Nickel Cobalt Mining Plant were used. The mining plant in Gördes, Manisa, produces nickel intermediate products from lateritic nickel deposits.
Experiments have been carried out with many different ion exchange resins and suitable resin and conditions have been determined for the recovery of nickel. For this purpose, Lewatit MDS TP 220 resin has been determined as the most selective resin (99% recovery) in nickel recovery. Batch and continuous tests were conducted within the scope of thesis studies. The equilibrium time of the resin was determined as 24 hours in the batch system and the nickel capacity per liter of resin was determined as 24 g. In addition, it has been specified that the MDS TP 220 ion exchanger fits the pseudo second order velocity model and the Freundlich equilibrium model. In addition, it was remarked that the recovery of nickel in the feed solution is inversely proportional and directly proportional to the H2SO4 concentration and volume in the recovery of nickel from the resin. 5300 ppm Ni content in the feed solution was found to be the optimum value and 96% nickel recovery was achieved. At the same time, 85% nickel recovery was achieved by elution studies with 2 M H2SO4.