Balıkesir Sındırgı alunitli kaolinlerinden NaOH kullanılarak sülfat (SO4-2) uzaklaştırılması
Extraction of sulphate (SO4-2) from Balikesir Sindirgi alunitic kaolins using NaOH
Yazar: İLKER ERKAN
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM ALP
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Alünit = Alunite ; Cevher zenginleştirme = Ore dressing ; Isıl işlem = Heat treatment ; Kaolin = Kaolin ; Sodyum hidroksit = Sodium hydroxide ; Sülfat = Sulfate

Özet:
Bu tez çalışmasında, seramik endüstrisinde kullanılamayan alunitli kaolinlerden alkali çözündürme ile sülfatın giderilmesinin araştırılması hedeflenmiştir. Deneylerde kullanılan örneğin karakterizasyonu genel olarak, kaolinit minerali dışında bol miktarda kuvars, opal ve SO4-2 kaynağı olarak da opal ile kapanım şeklinde bulunan alunit mineralinden oluştuğunu göstermiştir. Serbestleşmenin değişimleri incelendiğinde boyut küçüldükçe serbestleşen tane oranı her mineral için artış gösterirken bu oranın kaolinit ve alunitin için benzer şekilde daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Bu minerallerin ve alunitin boyuta göre sınıflandırma ile ayırımının mümkün olmadığı görülerek kimyasal olarak çözündürme yöntemlerine geçilmiştir. Karakterizasyon ve boyuta göre sınıflama çalışmaları dikkate alınarak -20 µm boyutundaki malzeme üzerinde çözündürme çalışmalarının yapılmasına karar verilmiştir. NaOH kullanılarak yapılan çözündürme işlemlerinde konsantrasyon, süre, sıcaklık ve katı oranının çözünme verimi üzerine etkisi incelenmiştir. Yapılan direkt çözündürme çalışmaları; yüksek alunit (%100) çözünmesine 1,5-2M NaOH konsantrasyonlarında ve 95°C sıcaklıklarda yapılan uzun süreli (1-4 saat) çözündürme işlemleriyle ulaşılabileceğini göstermiştir. Ancak çalışmalarda alunitin yanısıra kaolin mineralinin de kısmen çözünerek yüksek kütle kayıplarının (%17-45) meydana geldiği gözlemlenmiştir. Direkt çözündürme ile meydana gelen kaolinit kayıplarının oluşmasını engelleyebilmek için daha düşük NaOH konsantrasyonlarında ısıl işleme tabii tutulmuş örnekler çözündürülmüştür. Çözündürme deney parametrelerinin etkisi merkezi birleşik deney tasarımı ile oluşturulan deney tasarımına göre belirlenerek sonuçlar değerlendirilmiştir. Çalışma neticesinde en yüksek SO4-2 uzaklaştırma veriminin 525°C'de 3 saat ısıl işleme tabii tutulmuş alunitli kaolin kullanılarak, ~0,2M NaOH konsantrasyonu, 80°C sıcaklık, 2 saatlik çözündürme ile elde edilebileceği belirlenmiştir. Bu koşullarda %13 civarında bir kütle kaybı ile sülfat yapıdan uzaklaştırılabilmiştir.

Abstract:
The aim of this study is, investigating the removal of the sulphate content via alkaline leaching from alunitic kaolins which are not suitable to use in ceramic industry. 
Characterization of the studied sample showed that it is generally ore contains abundant quartz and opal, apart from kaolinite, and alunite, which are exists in opal inclusions, as a SO4-2 source. The mineral liberation changings indicate that liberation of minerals increased with the size reduction and while kaolinite and alunite liberations are similar their liberation ratio is higher than the others. The experiments continued with alkaline leaching studies due to the size distribution studies showed no effect on separation of the alunite, kaolinite, quartz, and opal minerals from each other. -20 µm sized samples used on leaching experiments, according to the characterization and size distribution studies. The effect of NaOH concentration, temperature, time, and solid content was investigated during the leaching experiments. Direct leaching studies showed high (100%) alunite removal under 1.5-2M NaOH concentration, 95°C leaching temperature and 1-4 hours leaching times conditions. However, dissolution of kaolinite beside alunite caused high mass losses (17-45%). 
To prevent mass losses caused from kaolinite dissolvation during direct leaching, calcined kaolin samples leached in low concentration NaOH solutions. Results showed that highest SO4-2 removal can be obtained with calcined samples for 3 hours at 525°C following NaOH leaching, designed with central composite design, under ~0,2M NaOH concentration, 80°C leaching temperature, 2 hours leaching time conditions. The sulphate content was removed from the sample with only 13% mass loss under these conditions.