İki aşamalı liç ile alüminyum (Al) ekstraksiyomu
Aluminum (Al) extraction from boxide ore with two stage leach
Yazar: ASLIHAN CAM
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET DENİZ TURAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Metalurjisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Dünyada alüminyumun kaynağı olarak çok sayıda mineraller bulunmaktadır, ancak en yaygın hammadde boksittir. Boksit, başta alüminyum oksit olmak üzere pek çok mineralin karışımından meydana gelmiş bir mineral grubunun adıdır. Boksit cevherinin bünyesinde % 50'nin üzerinde alümina varsa,  yüksek kaliteli olarak kabul edilir.
Boksitten alüminyum üretiminin temelinde hidrometalurjik bir uygulama söz konusudur (Bayer Prosesi). Söz konusu proses boksitin basınçlı bir reaktör sistemi içerisinde NaOH ile liçini kapsamaktadır. Liç işlemi sonucu elde edilen çözeltiden, önce alüminyum hidroksit kristalleri elde edilir ve filtrasyon-kalsine işlem basamaklarından sonra elde edilen Al2O3'den alüminyum üretmek amacıyla elektrolitik indirgeme hücrelerine beslenir. Ancak Bayer prosesinde alüminyum üretimi sırasında fazla miktarda kırmızı çamur oluşması, çevresel açıdan risk taşıması, büyük depolama sahalarına ihtiyaç duyması, silis modülü düşük cevherlerin aşırı reaktan tüketmesi, çoklu reaktör sisteminde uzun liç sürelerine ihtiyaç duyması gibi bazı problemlerin zamanla oluşması söz konusudur. 
Bu çalışmada, Seydişehir/Konya Alüminyum A.Ş'den temin edilen boksit cevherinden metallerin ekstraksiyonu iki etaplı bir liç işlemi ile gerçekleştirilmiştir. Birinci etap liç çalışmasında boksit cevheri oksalik asit varlığında atmosferik şartlarda liç edilerek liç parametreleri optimize edilmiştir. Birinci etap liç çalışmasında organik asit olan oksalik asidin demir üzerinde seçimli bir çözünürlüğe sahip olması ve aynı zamanda boksit yapısında bulunan ve refrakter özellikteki alüminyum yapısını etkilememesi özelliğinden faydalanarak seçimli bir liç işleminin gerçekleştirildiği söylenebilir. Birinci etap liç işleminde en uygun liç şartları; 110 g/l H2C2O4 derişimi, 85 °C liç sıcaklığı, 120 dk liç süresi, 25:1 ml/g sıvı-katı oranı ve 400 dev/dk karıştırma hızı olarak belirlendi. En uygun liç şartlarında yapılan deneylerde metal ekstraksiyon verimleri % 2.82 Al, % 82.7 Fe ve % 55.54 Ti olarak belirlendi. Birinci etap liç bakiyesi karakterize edildi ve ikinci etap liç çalışmalarında alüminyumun geri kazanılması amacıyla kullanıldı. Birinci etap liç bakiyesinin kimyasal analiz sonucu liç bakiyesinin % 71.61 Al2O3, % 1.71 Fe2O3, % 2.82 TiO2 ve % 8.42 SiO2'den oluştuğu belirlendi.
İkinci etap liç çalışmalarında en iyi sonuçlar basınçlı bir reaktör sisteminde NaOH varlığında yürütülen deneysel çalışmalarda elde edildi. İkinci etap liç çalışmasında en uygun liç şartları; 3-5 M NaOH, 165 °C liç sıcaklığı, 15-60 dk liç süresi, 4.03 bar basınç, 400 dev/dk karıştırma hızı ve 25 ml/g sıvı-katı oranı olarak belirlendi. Bu şartlarda demir katıda kalmak üzere yaklaşık % 70 Al ekstraksiyonu elde edildi.  

Anahtar kelimeler: Boksit, hidrometalurji, oksalik asit liçi, basınç liçi, alüminyum, Bayer prosesi, seçimli ekstraksiyon.

Abstract:
There are various minerals in the world from which aluminum can be obtained, but the most common raw material is bauxite. Bauxite is a mineral composed of a mixture of many minerals, especially aluminum oxide. If there is more than 50% alumina in the bauxite ore, it is considered as high quality. 
Aluminum production from bauxite is based on hydrometallurgical techniques (Bayer Process). The process involves leaching of bauxite with NaOH in a pressurized reactor system. First, aluminum hydroxide crystals are obtained from leaching solution and it feeds to electrolytic reduction cells in order to produce aluminum from Al2O3 obtained after filtration-calcined process steps. However, there are some problems occur with time in the Bayer process such as excessive red sludge formation during aluminum production, environmental risk, need of large storage areas, excessive consumption of low-modulus ores and low leaching times in multiple reactor systems.
In this study, extraction of metals from bauxite which supplied from Seydişehir Alüminyum I.C was carried out with two step leaching process. In the first stage leaching study, bauxite ore was leached under atmospheric conditions in the presence of oxalic acid and leaching parameters were optimized. In the first stage leaching study, it can be said that a selective leaching process is performed based on using oxalic acid as organic acid that have selective solubility on iron, however, it is not affect aluminum in bauxite structure that has refractory properties. Optimum leaching conditions in the first stage leaching process were determined as 110 g / l H2C2O4, leaching temperature of 85 °C, 120 min leaching time, 25: 1 ml/g liquid-solid ratio and stirring speed of 400 rpm.
Leaching efficiencies under optimum leaching conditions were determined as 2.82% Al, 82.7% Fe and 55.54% Ti. The first stage leach residue was characterized and it was used to recover aluminum in leaching operations on the second stage leaching. As a result of the chemical analysis of the leach residue of the first stage, it was determined to be 71.61% Al2O3, 1.71% Fe2O3, 2.82% TiO2 and 8.42% SiO2. 
In the second stage leaching studies, the best results were obtained in experimental studies conducted in the presence of NaOH in a pressurized reactor system. In the second stage leaching, optimum leaching conditions were determined as 3-5 M NaOH, 165 °C of leaching temperature, 10-60 min of leaching time, 4.03 bar pressure, 400 rpm of mixing speed and 25 ml/g of liquid-solid ratio. Under these conditions, while approximately 70% Al extraction was obtained, iron remained in solid.

Keywords: Bauxite, hydrometallurgy, oxalic acid leaching,  pressure leaching, aluminum, Bayer process, selective extraction.