Karaçam lateritik nikel cevherinin sülfürik asit-hidrojen peroksit sistemindeki çözünme davranımı
Dissolutiton behaviour of Karaçam lateritic nickel ore in sulphuric acid-hydrogen peroxide system
Yazar: ÇİSEM TUBA GÜRER
Danışman: PROF. DR. İSMAİL GİRGİN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Hidrojen peroksit = Hydrogen peroxide ; Sülfürik asit = Sulfuric acid

Özet:
Bu çalışmada Karaçam (Mihalıççık, Eskişehir) yatağından temin edilen lateritik nikel cevherinin fiziksel, kimyasal ve mineralojik tanımlamaları yapılarak atmosferik koşullarda sülfürik asit ve sülfürik asit-hidrojen peroksit ortamlarındaki çözünme davranımları incelenmiştir.Nikel içeriği 1,52 olan cevher örneği ile atmosferik koşullarda gerçekleştirilen H2SO4 liçi deneylerinde asit derişimi, sıcaklık ve tepkime süresi dikkate alınarak optimizasyon deneyleri yapılmıştır. Bu deneyler sonucunda en uygun bulunan çözeltiye alma koşulları; H2SO4 derişimi %45, sıcaklık 95°C ve tepkime süresi de 90 dakika olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda; cevherdeki nikel, demir, kobalt ve magnezyumun sırasıyla %95,58, %92,63, %78,37 ve %99,12 oranlarında çözeltiye alınması mümkün olmuştur.Cevherin çözünme davranımında farklılıklar yaratılması amacıyla H2SO4/H2O2 mol oranı 3 olacak şekilde farklı başlangıç H2SO4 derişimlerinde hazırlanan H2SO4/H2O2 çözücüleri ile farklı sıcaklıklarda 30 dakika süreyle liç deneyleri yapılmıştır. Bu deneyler sırasında başlangıç H2SO4 derişiminin %45'in üzerinde olması durumunda ekzotermik karakterli tepkimelere bağlı olarak ortam sıcaklığında yükselmeler olduğu ve %60 H2SO4 derişiminde bu sıcaklığın 124°C'ye ulaştığı gözlenmiştir. Bu durum dikkate alınarak %60 başlangıç H2SO4 derişimindeki H2SO4/H2O2 çözücüsü ile oda sıcaklığında başlatılan liç deneylerinde 15 dakikalık liç süresinde nikel, demir, kobalt ve magnezyumun sırasıyla %92,63, %88,52, %88,48 ve %95,19 oranlarında çözeltiye alınabilecekleri belirlenmiştir.H2SO4 ve H2SO4/H2O2 çözücü ortamlarında optimum koşullarda elde edilen yüklü liç çözeltileri üzerinde nikel ve demir dikkate alınarak toplu ve seçimli çöktürme yoluyla kazanım deneyleri yapılmıştır. Toplu çöktürme deneyleri yaklaşık pH 10'da, seçimli çöktürme deneyleri de sırasıyla pH 5,0-5,5 ve 10 dolaylarında gerçekleştirilmiştir. H2SO4 liç çözeltisinden yapılan toplu çöktürmede nikel %98,28, demir %99,46 oranında; H2SO4/ H2O2 liçi çözeltisinden toplu çöktürmede ise nikel %96,49 ve demir de %99,09 oranlarında kazanılabilmiştir. H2SO4 ve H2SO4/H2O2 liç çözeltilerinden kazanılan çökeltilerin Ni içerikleri sırasıyla %3,56 ve %3,61 oldukları ve yüksek demir içerikleri nedeniyle ancak yüksek tenörlü cevher niteliği taşıdıkları anlaşılmıştır. Seçimli çöktürme deneylerinde pH=5,0-5,5 dolaylarında her iki liç çözeltisinden yapılan çöktürmelerde ise nikel miktarının %18-19 aralığında oldukça yüksek değerlere ulaştığı anlaşılmıştır.H2SO4 liçi deneylerinde elde edilen kinetik veriler dikkate alınarak nikel çözünmesi için Ea=30,57 kJ/mol olarak belirlenmiş ve çözünmenin dış difüzyon ve kimyasal tepkime kontrollü olduğu sonucuna varılmıştır. H2SO4 liçinde 95°C sıcaklıkta asit derişiminin %60'ın üzerine çıkması durumunda çözünmede gözlene azalmalar ise olası Fe2(SO4)3 ve/veya Fe2(SO4)3?HSO4?H2O şeklinde çökelmelere dayandırılmıştır. Optimum koşullar dikkate alınarak H2SO4 ve H2SO4/H2O2 liçi için genel akım şemaları önerilerinde bulunulmuştur.

Abstract:
In this study, after physical, chemical and mineralogical characterization, atmospheric sulphuric acid and sulphuric acid-hydrogen peroxide leaching experiments were performed on lateritic nickel ore obtained from Karaçam (Mihalıççık-Eskişehir) deposit.Optimization leaching tests were done using H2SO4 at atmospheric conditions considering acid concentration, temperature and time as variables with the ore sample containing 1.52% nickel. Optimum conditions were reached at 95°C for 45% H2SO4 concentration and 90 minutes of reaction time. Under these conditions, it was possible to dissolve nickel, iron, cobalt and magnesium in the ore in quantities of 95.58%, 92.63%, 78.37% and 99.12%, respectively.In order to find out the variation in the dissolution behaviour, H2SO4/H2O2 solvents were prepared at H2SO4/H2O2 mole ratio of 3 at different starting H2SO4 concentrations and leaching experiments were done at different temperatures for a reaction time of 30 minutes. It was observed that the reaction medium temperatures were increased above 45% H2SO4 concentration due to exothermic reactions reaching to 124°C for 60% H2SO4 concentration. Considering this observation, leaching at room temperature using 60% H2SO4 solution has led to the dissolution of nickel, iron, cobalt and magnesium in quantities of 92.63%, 88.52%, 88.48% and 95.19%, respectively in 15 minutes of reaction time.Bulk and selective precipitation experiments were performed for the recovery of nickel and iron from the pregnant leach solutions obtained at optimum H2SO4 and H2SO4/H2O2 leaching conditions. Bulk precipitation was done at pH around 10 and the selective precipitation was done at pH around 5.5 and 10, respectively. In combined precipitation from H2SO4 leach solution 98.28% of nickel and 99.46% of iron and from H2SO4/H2O2 leach solution 99.49% nickel and 99.09% iron were recovered. The nickel contents of the precipitates obtained from H2SO4 and H2SO4/H2O2 leach solutions were 3.56% and 3.61%, respectively and due to their high contents both were of high grade ore quality. But for the selective precipitation conditions at pH around 5.5, the nickel contents were observed to reach values as high as 18-19%.An activation energy of 30.57 kJ/mol was determined for nickel dissolution by the evaluation of kinetic data obtained for H2SO4 leaching and showing that the dissolution was controlled by external diffusion and chemical reactions. Lowering of nickel dissolution at 95°C above 60% H2SO4 concentration was explained with the probable formation of Fe2(SO4)3 and/or Fe2(SO4)3?HSO4?H2O type compounds. Optimum flowsheets were proposed considering the optimum dissolution conditions for H2SO4 and H2SO4/H2O2 leaching.