Çinko ekstraksiyon atığı döner filtre kekinden NaOH liçi ile çinko-kurşun kazanımı
Recovery of zinc and lead from zinc extraction residue of rotary filter cake by NaOH leaching
Yazar: MUSTAFA YURTEN
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET ERDEM
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Karbonatlı cevherlerden hidrometalurjik yöntemle çinko üretim prosesinde, cevherin içermiş olduğu çinko sıcak sülfürik asit çözeltisiyle ekstrakte edilirken, özellikle kurşun ve çinko olmak üzere önemli miktarlarda değerli metalleri içeren ekstraksiyon artığı açığa çıkar. Yüksek metal içeriğinden dolayı bu artık kurşun, çinko, gümüş ve altın gibi bazı değerli metaller için bir kaynak olarak düşünülebilir. Bu nedenle uygun bir şekilde değerlendirilmesi gerek çevresel ve gerekse de ekonomik açıdan büyük bir önem arz etmektedir.Bu çalışmada; ana bileşen olarak anglezit (PbSO4) kristal yapısında ve % 15.14 oranında Pb ile franklinit (ZnFe2O4) kristal yapısında ve % 7.98 oranında Zn içeriğine sahip çinko ekstraksiyon artığı döner filtre kekinden kurşun ve çinkonun NaOH liçiyle ekstraksiyonu incelenmiştir. Artık içerisindeki manyetik özelliğe sahip frankliniti (ZnFe2O4) ayırıp kurşunu zenginleştirmek için, artığa manyetik ayırma işlemi uygulandı. Ancak, artığın çok küçük partikül boyutuna sahip olması nedeniyle tatminkar ayırma verimi elde edilemedi. Bu nedenle deneylerde artık doğrudan kullanıldı. Çalışmada; artıktan kurşun ve çinko ekstraksiyon verimi üzerine etkin olan NaOH derişimi, temas süresi, karıştırma hızı, sıvı/katı oranı ve sıcaklık gibi parametrelerin etkileri incelendi. Elde edilen sonuçlar heterojen tepkime denklemlerine uygulanarak liç kinetiği ortaya koyuldu. Maksimum kurşun ekstraksiyonunun elde edildiği şartların % 15 (w/v) NaOH derişimi, 30 dk temas süresi, 300 rpm karıştırma hızı, 5 sıvı/katı oranı ve 25°C sıcaklık olduğu, çinko için ise % 15 (w/v) NaOH derişiminin, 300 rpm karıştırma hızının, 5 sıvı/katı oranının, 85°C sıcaklığın ve bu sıcaklıkta 180 dk temas süresinin maksimum çinko ekstraksiyonu için optimum şartlar olduğu belirlendi. Bu şartlarda kurşun ve çinko ekstraksiyon verimlerinin sırasıyla % 85.55 ve % 29.83 olduğu tespit edildi.Çinko ekstraksiyon artığından kurşunun liç kinetiğinin düşük sıcaklıklarda daha çok katı tanecik yüzeyinde cereyan eden kimyasal reaksiyon kontrollü azalan çekirdek modeline uyduğu, ancak yüksek sıcaklıklarda kimyasal reaksiyonla birlikte, sıvı film ve kül filmi difüzyonlarının kurşun liç reaksiyonunun hızını kontrol ettiği tespit edildi. Çinko çözünürlüğünün ise kül film difüzyonuyla kontrol edildiği belirlendi. Kurşun ve çinko liçine ait aktivasyon enerjileri sırasıyla 31.19 ve 22.59 kJ/mol olarak hesaplandı.

Abstract:
In the hydrometallurgical zinc production process from carbonated ores, while the zinc in the ores is leached with hot sulphuric acid solution, leaching residue containing significant amount of valuable metals, especially lead and zinc, forms. This residue can be considered as a source for some valuable metals such as lead, zinc, silver, gold etc. due to its high metal content. Therefore, the proper evaluation has great importance in terms of economic and environmental.In this study, lead and zinc recovery from the zinc extraction residue containing 15.14 % Pb in the form of anglesite (PbSO4) and 7.98 % Zn in the form of franklinite (ZnFe2O4) by NaOH leaching was investigated. In order to separate the franklinite having magnetic properties from the residue and enrichment of lead content in the residue, magnetic separation was applied. But, satisfactory separation yield could not be obtained due to very small particle size of the residue. For this reason, the residue was directly used in the experiments. In the study, effects of NaOH concentration, contact time, stirring speed, liquid/solid ratio and temperature on the lead and zinc extraction from the zinc extraction residue were investigated. Leaching kinetics was also determined by applying the data obtained to the heterogen reaction equations. Optimum conditions for the maximum lead extraction was determined as NaOH concentration of 15 % (w/v); contact time of 30 min; stirring speed of 300 rpm; liquid/solid ratio of 5 and temperature of 25°C. For the maximum zinc extraction, NaOH concentration of 15 % (w/v); contact time of 180 min; stirring speed of 300 rpm; liquid/solid ratio of 5 and temperature of 85°C were optimum conditions. Under these conditions, 85.55 % Pb and 29.93 % Zn could be extracted from the residue.Leaching kinetics of the lead from the zinc extraction residue fits the shrinking core model controlled by surface chemical reaction. However, in the higher temperatures (above 70°C), three mechanisms; i) surface chemical reaction, ii) diffusion through the liquid film and iii) diffusion through the ash layer control the rate of lead leaching. The rate of the zinc leaching reaction is controlled by the diffusion through the ash layer. Activation energies for lead and zinc leaching were calculated to be 31.19 ve 22.59 kJ/mol, respectively.