Piritik atıklardan kobalt kazanımı
Recovery of cobalt from pyritic tailings
Yazar: BANU YAYLALI
Danışman: PROF. DR. HACI DEVECİ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Kobalt, jet motorları, süper alaşımlar, şarj edilebilir piller gibi özellikle ileri teknoloji ürünlerinde kullanılan bir metaldir.  Avrupa Komisyonu (AB) tarafından yüksek ekonomik önemi ve temin riski göz önüne alınarak "kritik hammadde" olarak tanımlanmıştır. Bu nedenle, kobaltın ikincil kaynaklardan kazanımı daha da önemli hale gelmiştir. Bu çalışmada, bir flotasyon tesisinde üretilen piritik atıklardan hidrometalurjik yöntemlerle kobalt kazanımı değerlendirilmiştir. Liç testlerinde farklı reaktif sistemleri (H2SO4-H2O2, HCl-H2O2, HNO3, H2SO4-NaNO3) ile  kobalt kazanımı araştırılmıştır. Asidik peroksit liçi testlerinde düşük kobalt verimleri (≤%22,1 Co) elde edilmiştir. Nitrik asit liçi testlerinde asit konsantrasyonu, sıcaklık ve ince öğütmenin kobalt kazanımına etkileri araştırılmıştır. Sıcaklık ve asit konsantrasyonundaki artışın liç performansını arttırdığı, ince öğütmenin ise özellikle liç kinetiği üzerine olumlu etkisi olduğu belirlenmiştir. Nitrik asit liçinde, uygun koşullarda (2 M HNO3-HNO3) kobaltın tamamı kazanılmıştır. Kobalt ve demir çözünme verimleri arasındaki gözlenen yüksek korelasyon (r=%99,5), kobaltın piritin kristal yapısı içinde izomorf olarak bulunduğunu göstermiştir. Oksitleyici olarak sodyum nitratın kullanıldığı (H2SO4-NaNO3) testlerde, farklı parametrelerin kobalt kazanımına etkisi ön testler ile belirlendikten sonra nitrat konsantrasyonu, ince öğütme ve sıcaklığın etkileri deney tasarımı yöntemleri ile detaylı olarak incelenmiştir. Kobalt kazanımını etkileyen en önemli parametrelerin sırasıyla sıcaklık ve nitrat konsantrasyonu olduğu bulunmuştur. İnce öğütmenin etkisi istatistiksel olarak önemli bulunmamıştır. H2SO4-NaNO3 liçi ile uygun koşullarda %100 kobalt kazanımına ulaşılmıştır. Elde edilen sonuçlar, piritik atıklardan yüksek kobalt kazanımı için kuvvetli oksitleyici koşulların/reaktiflerin (HNO3/NaNO3 gibi) kullanılması gerektiğini göstermiştir.

Abstract:
Cobalt is utilised particularly in various high-tech products such as jet engines, super alloys and rechargeable batteries.  In view of its relatively high economic importance and supply risk, European Union (EU) has listed cobalt as one of the "critical raw materials." In this regard, recovery of cobalt from secondary resources has become increasingly important. In this study, recovery of cobalt from pyritic tailings produced from a flotation plant was considered. In leaching tests, extraction of cobalt was investigated by using different lixiviant systems (H2SO4-H2O2, HCl-H2O2, HNO3, H2SO4-NaNO3). Acidic peroxide leaching tests yielded low cobalt extractions (≤%22.1 Co). In nitric acid leaching tests, effects of acid concentration, temperature and ultra-fine grinding on Co extraction were studied. Increasing temperature and acid concentration was found to improve the leaching of Co. Ultra-fine grinding enhanced leaching kinetics. Complete Co extraction was achieved in nitric acid leaching under suitable conditions (2 M HNO3-HNO3). High correlation (r=0.995) between the dissolution of Co and Fe is consistent with the presence of Co in the pyrite lattice as an isomorphic substitute. In H2SO4-NaNO3 leaching tests, after evaluation of various parameters in preliminary tests, effects of concentration of nitrate, ultra-fine grinding and temperature on Co extraction was examined in detail using experimental design techniques. The most influential parameters were determined to be in the decreasing order of temperature and concentration of nitrate. The effect of ultra-fine grinding was statistically insignificant in the range tested. In H2SO4-NaNO3 leaching 100% Co extraction was also obtained under suitable conditions. These findings demonstrate that, high oxidising conditions/reagents (i.e. HNO3/NaNO3) is required to achieve high cobalt extractions from pyritic tailings.