Yerel kaynaklı lateritik nikel cevherlerinden ferronikel üretimi
Production of ferronickel from domestic lateritic ores
Yazar: CEM ÇOLAKOĞLU
Danışman: PROF. DR. ONURALP YÜCEL ; YRD. DOÇ. DR. C. BORA DERİN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Karbotermal indirgeme = Carbothermal reduction

Özet:
Ferroalaşımlar, demir ve bir veya birden daha fazla demir dışı metallerin oluşturduğu alaşımlardır. Ferroalaşımlar; krom, nikel, silisyum, mangan, vanadyum, molibden gibi alaşım elementlerinin güvenli ve ekonomik bir şekilde metalurjik proseslere katılmasını sağlamakta, bu sayede alaşım yapılan metale korozyon dayanımı, sertlik veya aşınma direncinin artması, yüksek sıcaklık dayanımı gibi son derece önemli özellikler sağlamaktadır.İçeriğindeki nikel ve karbon miktarına göre sınıflandırılan ferronikel, kullanım ve alaşım kalitesinin çokluğu açısından en zengin paslanmaz çelik grubu olan ostenitik paslanmaz çeliklerin üretiminde alaşım ilavesi olarak kullanılmaktadır. Dünya genelinde, oksitli nikel cevherinden ferronikel üretiminin neredeyse tamamı Elektrik Ark Fırını kullanılarak gerçekleşmektedir.Bu tez çalışmasında, % 1.58 Ni, % 24.76 Fe ve % 34.35 SiO2 içeren Manisa-Çaldağ cevherlerinden yola çıkılarak ferronikel üretimi ve üretim parametrelerinin optimizasyonuna yönelik deneysel çalışmaların yapılması amaçlanmıştır. Cevher nikel tenörünü arttırmak amacı ile konsantreye öğütme ve kalsinasyon teknikleri uygulanmış, elde edilen nispeten daha yüksek tenörlü nikel içeriğine sahip yeni konsantrelere de uygun redükleyici ilavesi ile ferronikel üretimi elde edilmiştir.Kalsinasyon ve redüksiyon deneyleri sırasıyla, laboratuar tipi döner fırın ve grafit dirençli tüp fırında gerçekleştirilmiştir. Belirli sıcaklık ve sürede yapılmış deneylerden alınan alaşım ve curuf numuneleri sırasıyla, EPMA cihazı ve kimyasal analiz yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Yapılan analizler sonucunda, numunelerin metalik ve toplam demir, nikel, kobalt içerikleri bulunmuştur. Metalik ve toplam metal miktarlarından hareketle metalizasyonlar hesaplanmıştır.Tez çalışması bünyesinde yapılan deneysel çalışmalarda, ferronikel üretimine uygun koşulların saptanması amacıyla; 20g yerel kaynaklı kalsine lateritik nikel cevheri 1450, 1500, 1550 °C sıcaklık ve 0, 15, 30, 60 dakika sürelerle grafit pota içerisinde redüksiyon işlemine tabi tutulmuştur. Daha sonra alümina pota deneylerine başlanmış, 1500 ve 1600 °C sıcaklık ve 0, 15, 30, 60 dakika sürelerde redüksiyon işlemi gerçekleştirilmiştir.. Bu amaçla % 87 sabit karbon içeren yerel kaynaklı metalurjik kok kalsine cevherin ağırlıkça % 10'u kadar ilave edilmiştir.Deneysel çalışmalarda elde edilen sonuçlara göre grafit potalı deneylerde en yüksek Ni verimi (% 91) 1550 °C sıcaklıkta ve 15 dakika sürede, alümina potalı deneylerde ise en yüksek Ni verimi 1600 °C sıcaklıkta ve 60 dakika sürede (% 86) % 2 C ilavesinde ve 30 dakika sürede elde edilmiştir.

Abstract:
Ferroalloys contain iron and one or more nonferrous metals. Additive alloys like chrome, nickel, silicon, manganese, vanadium, molybdenum, can be economically and safety added on metal alloys in ferroalloys form, thereof, it increases some considerable properties of metals such as the corrosion resistance, strength, wear resistance, high temperature strength.Ferronickel classified by nickel and carbon content, is used as addition alloys in austenitic stainless steel which is the most used and diversities stainless steel. In general, electrical arc furnace technology is used for ferronickel production from nickel oxide ores.In this study, ferronickel production by using domestic ores contain 1,58 % Ni, 24,76 % Fe and 34,35 % SiO2 from Manisa-Caldag region and optimization of production parameters are purposed. Grinding and calcination processes were carried out to increase nickel content of ore, then ferronickel was obtained from the calcinated ore and reductant mixture.Laboratory scale rotary kiln and graphite resistance tube furnace were used in calcinations and reduction studies. Metals and slags were acquired from reduction processes were characterized by using EPMA and chemical analysis technologies. Metallic and total iron, nickel and cobalt content were analyzed, and metallization amounts were calculated.In the experimental studies, ferronickel was obtained by reduction of domestic lateritic nickel ore, and reduction parameters were optimized with applying temperature of 1450, 1500, 1550 °C and time of 0, 15, 30, 60 minutes. Then the second groups of tests started with using alumina based crucible. In second group of tests, the calcinated ores were reduced changing with time 0, 15, 30, 60 minutes by 87 % free carbon include domestic metallurgical coke at 1500 and 1600 °C.The highest nickel efficient (91 %) was obtained at 1550 °C and 15 minutes when graphite crucible was used. In the studies of alumina based crucible at 1600 °C and 60 minutes, nickel efficient was reached its highest values (86 %) with addition of 2 % C by weight in 30 minutes.