Mangan dioksidin etanolle indirgenmesi
Reduction of manganese dioxide by ethanol
Yazar: SANAZ ESMAEILI SHIRVANSHAHI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MELEK CUMBUL ALTAY ; PROF. DR. ŞERAFETTİN EROĞLU
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Etanol = Ethanol ; Pirometalurji = Pyrometallurgy ; İndirgeme = Reduction

Özet:
Teknolojik gelişmeler ile beraber manganın kullanım alanlarındaki gelişimlerinden dolayı yüksek saflıkta mangan üretimi üzerine akademik çalışmalar gün geçtikçe artarak devam etmektedir. Birçok kullanım alanına sahip olan mangan, farklı formlarda doğada bulunmaktadır. Pirometalurjik ve hidrometalurjik yöntemlerle üretilen mangan cevherlerinde genellikle pirometalurjik yöntemler, yüksek mangan tenörüne sahip cevherlere, hidrometalurjik yöntemler ise pirometalurjik yöntemlere göre daha ekonomik olmasından dolayı düşük mangan tenörüne sahip cevherlere uygulanmaktadır. Bu tez çalışmasında ise pirometalurjik yöntem kullanılmıştır.
Bu tez çalışmasında metal oksitlerin pirometalurjik yöntemle izotermal ve izotermal olmayan koşullarda indirgenmesi araştırılmıştır. Burada manganın indirgenmesi baza alınarak, metal oksit olarak yüksek safiyetteki (~%99.99) MnO2 tozu (pirelüsit) indirgeyici etanol gazı (C2H5OH) altında, farklı bekleme sürelerinde (0-40 dak), 800K-1500K  sıcaklık aralığında yapılan deneylerde, indirgenmesi sağlanmıştır. İndirgeme işleminde ısıtma, reaksiyon ve soğutma sırasında yüksek safiyette argon gazı (%99.999) kullanılarak etanol (teknik safiyette, %99.5) fırın içerisine taşınmıştır.
Deneylerden elde edilen ürünlerin ağırlık değişim yüzdeleri hesaplanarak, artan bekleme sürelerine ve sıcaklıklara göre kıyaslanıp grafik haline getirilmiştir. . İndirgeme çalışmaları sonucunda elde edilen toz ürünlerin reaksiyon sonrası mevcut faz analizleri X-ışını difraksiyon (XRD) analiz metoduyla ve ürünlerin mikroyapıları taramalı elektron mikroskop (SEM) analiz yöntemiyle incelenip ürünlerin ağırlık değişim oranları XRD ve SEM analizleriyle teyit edilmiştir. İndirgeyici gaz atmosferi, indirgeyici gaz miktarı, reaksiyon sıcaklığı ve süresinin metal oksit tozlarının faz dönüşümlerine etkisi mikroyapı görüntüleri ile tartışılarak sonuçlar rapor halinde sunulmuştur.
Uluslararası literatürde etanol kullanılarak metal indirgemesi  konusunda sınırlı sayıda çalışma mevcuttur. Bu çalışma hem literatüre katkıda bulunacak hem de pahalı olan hidrojen, metan, etilen gibi hidrokarbon gazlarına, ucuz ve kolay temin edilebilen başka bir seçenek sunacaktır

Abstract:
With technological advancements, academic studies on the production of high-purity manganese have been increasing due to the developments in its usage areas. Manganese, which has various applications, exists in different forms in nature. Pyrometallurgical and hydrometallurgical methods are used in the production of manganese ores. Pyrometallurgical methods are generally applied to ores with high manganese content, while hydrometallurgical methods are more economical for ores with low manganese content. In this thesis study, a pyrometallurgical method was employed.
This thesis study investigates the reduction of metal oxides through pyrometallurgical methods under isothermal and non-isothermal conditions. Based on the reduction of manganese, high-purity (~99.99%) MnO2 powder (pyrolusite) was reduced using ethanol gas (C2H5OH) as a reducing agent. Experiments were conducted at different waiting times (0-40 minutes) and temperatures ranging from 800K to 1500K to achieve reduction. High-purity argon gas (99.999%) was used during heating, reaction, and cooling, while ethanol (99.5% technical purity) was introduced into the furnace.
The weight loss percentages of the obtained products were calculated, compared, and graphed according to the increasing waiting times and temperatures. The post-reaction phase analyses of the obtained powder products were performed using X-ray diffraction (XRD) analysis, and the microstructures of the products were examined using scanning electron microscopy (SEM) analysis. The weight loss ratios of the products were confirmed through XRD and SEM analyses. The effects of the reducing gas atmosphere, amount of reducing gas, reaction temperature, and duration on the phase transformations of the metal oxide powders were discussed based on the microstructure images, and the results were presented in a report.
There are limited studies in the international literature regarding metal reduction using ethanol. This study will contribute to the literature and provide an alternative to expensive hydrocarbon gases such as hydrogen, methane, and ethylene, with ethanol being a cheap and readily available option.