Lateritik nikel cevherinden nikel ve kobalt kazanım koşullarının geliştirilmesi
Improving of nickel and cobalt extraction conditions from lateritic nickel ore
Yazar: TUĞBA TUNÇ PARLAK
Danışman: PROF. DR. KENAN YILDIZ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Manisa-Çaldağ bölgesinden temin edilen limonitik tip laterit cevherinin atmosferik basınçta sülfürik asit liç koşullarının geliştirilmesine çalışılmıştır. Cevher karakterizasyonunu takiben, mekanik aktivasyon parametreleri olan bilya/numune oranı ve süre çalışılmış ve liç prosesinde kullanılmak üzere parametreler karakterizasyon işlemlerine göre sabitlenmiştir. Karakterizasyon çalışmalarında, XRF, XRD, SEM-elementel haritalama, FTIR, DTA-TGA metotları kullanılmıştır. Aktive olmamış cevherin liç çalışmalarında, sıvı/katı oranı, asit oranı, süre, sıcaklık, nitrik asit ilavesinin etkisi araştırılmıştır. Aktive olmuş cevherde ise sadece süre ve sıcaklık çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Çözelti analizi, atomik absorbsiyon spektroskopisi ile gerçekleştirilmiştir. Aktive olmamış cevherde sıvı/katı oranının arttırılması ile önemli bir değişiklik tespit edilememiştir. 95°C'de 240 dk liç süresinde denenen asit konsantrasyonları olan %10 ve %20 birbirine yakın nikel ekstraksiyon sonuçları vermiştir. Süre ve sıcaklık deneylerinde ise sıcaklığın süreden daha etkili bir parametre olduğu tespit edilmiştir. Düşük sıcaklıklarda, uzun sürelerde elde edilen metal ekstraksiyonlarının, sıcaklık arttıkça daha kısa sürelerde elde edildiği tespit edilmiştir. Sülfürik asite nitrik asit ilavesinin, metal verimlerinin artışında çok fazla etkili olmadığı tespit edilmiştir. 15 ve 60 dk. aktive edilen cevherlerin liç verimleri aktive edilmemiş cevherin verimlerine göre, düşük sıcaklık ve sürelerde daha iyi sonuçlar sergilemişlerdir. Aktive olmuş cevherlerde 95°C'de 5 dk. liç süresinde %70'in üzerinde verim elde edilmiştir. 5 dk.'dan sonra ise giderek yavaşlayan bir şekilde verimler artmıştır. Yapılan kinetik çalışmada, mekanik aktive olmuş cevherlerde aktivasyon enerjisinin düştüğü tespit edilmiştir. Aktive olmamış ve mekanik aktive olan cevherden nikel, kobalt ve demir çözünürlüğünün difüzyon kontrollü olduğu fakat mekanizmasının farklı olduğu anlaşılmıştır. Liç sonrası yapılan katı atık karakterizasyonu da bu durumu doğrulamıştır. Mekanik aktive edilmiş cevherin atıklarında amorf silika oluşumu ve hematit pik şiddetinin artışı tespit edilmiştir. Sülfatlayıcı kavurmayı takiben yapılan su liçi sonucu, sülfatlamada kullanılan sülfürik asit miktarının arttırılması ile demir çözünürlüğünün de arttığı tespit edilmiştir. Kavurma sıcaklığının demir sülfatın parçalanıp demir okside dönüştüğü, nikel ve kobalt sülfatın parçalanmadan kaldığı sıcaklıklarda yapılması, çözeltiye demir geçişini engellemiştir. Mekanik aktivasyonun çözünmeyi oldukça hızlandırdığı, oldukça kısa sürelerde bile yüksek verim elde edilebileceği, sülfatlayıcı kavurmanın ise çözeltiye demir geçişini engelleyebileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In this study, it was tried to develop atmospheric sulfuric acid leaching conditions of limonitic type laterite ore obtained from Manisa – Çaldağ region. Following the characterization of the ore, the ratio of the ball-to-mass ratio and duration which are parameters of mechanical activation were studied and the parameters for the leaching process are fixed according to the characterization process. XRF, XRD, SEM-elemental mapping, FTIR, DTA-TGA methods were used in the characterization studies. The effects of liquid / solid ratio, acid ratio, duration, temperature, nitric acid addition on the leaching of non-activated ore were investigated. Only time and temperature studies have been carried out on activated ore. Pregnant solution analysis was performed by atomic absorption spectroscopy. No significant change could be detected by increasing the liquid / solid ratio for non-activated ore. At 95°C, the acid concentrations of 10% and 20%, which were tested in the leaching for 240 min, yielded nickel extraction results close to each other. It has been determined that temperature is a more effective parameter than temperature in time and temperature experiments. It has been found that, at low temperatures, the metal extractions obtained over a long period of time are obtained in shorter times as the temperature increases. It has been found that the addition of nitric acid to sulfuric acid is not very effective in increasing metal yields. Leaching efficiencies of ore activated for 15 and 60 min exhibit better results at lower temperatures and times than those of non-activated ore. The activated ore has yields above 70% for 5 min leaching at 95°C. After 5 min, yields increased gradually. In the kinetic study, it was found that activation energy decreased in mechanically activated ores. It showed that the nickel, cobalt and iron solubility of the non-activated and mechanically active ores were diffusion controlled, but the mechanism was different. Solid waste characterization after leaching also confirms this. Amorphous silica formation and increase in hematite peak intensity in the mechanically activated ore waste were detected. It has been determined that increasing the amount of sulfuric acid used in the sulphating process increases the solubility of the iron in the water leach resulting from the sulphating roasting. Roasting at temperature which iron sulphate decomposes and turn into iron oxide, nickel and cobalt sulphate remain untouched, iron dissolution was prevented. It was concluded that mechanical activation accelerates the dissolution, achieving high efficiency even in a relatively short period of time, and sulphation roasting can prevent to iron dissolution.