Bayer prosesine kireç kullanımının etkisinin araştırılması ve ETİ Alüminyum tesislerinde uygulamaları
Investigation of lime usage impact on Bayer process and application at ETI Aluminium production plant
Yazar: GÖKHAN KÜRŞAT DEMİR
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN ARIKAN
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Alüminyum üretiminin temel hammaddesi olan alümina, asidik ve alkali prosesler olmak üzere iki metotla üretilebilmektedir. Asidik proseslerde yüksek ilk yatırım maliyeti, kompleks ve pahalı proses çözümleri gerekliliği nedeni ile dünyada halen alümina üretiminin tamamı alkali prosesler ile yapılmaktadır.           
Hali hazırda dünya alümina üretiminin yaklaşık % 85' i yüksek saflıkta alümina elde edilen ve diğer metotlara kıyasla basit ve ekonomik bir teknoloji olan alkali Bayer Prosesi ile temin edilmektedir. Genel olarak alümina üretim prosesi, boksit cevherinden kostik soda ile alüminanın ekstraksiyonu prensibine dayanmaktadır. Elde edilen sodyum alüminat çözeltisi önce dekompoze edilerek alüminyum hidroksit ürünü, ardından bu ürünün kalsinasyonu ile alümina elde edilir.
ETI Alüminyum alümina rafinerisi belirli bir böhmitik boksit kalitesine göre dizayn edilmiştir. Yıllar geçtikçe, boksit kalitesi azalmış ve mevcut rezervlerde yapılan madencilik faaliyetlerinde dikkat çekici miktarda diyaspor ve götit içeriğine rastlanmıştır. Rafineride üretim maliyetini verimli bir şekilde muhafaza etmek ve yakın gelecekte ciddi darboğazlarla karşılaşmamak için gerekli önlemlerin alınması gerekmektedir.
Düşük kaliteli boksitlerin ekonomik işlenebilirliğini sağlamak için kullanılan metotlardan bir tanesi, Bayer Prosesine uygun promoter ilavesidir. Kireç kullanımı, kimyasal ve mineralojik özellikleri değişen boksit kalitesine olumlu tepki verebilecek alternatif bir uygulamadır. Kireç, prosese özellikle alümina ekstraksiyon verimini artırmak, safsızlıklarla mücadele etmek ve kostik soda tüketimini azaltmak için ilave edilmektedir.
Kireç etkisi, birçok araştırmacı tarafından genellikle laboratuar ölçeğinde ve spesifik bir amaca işaret etmek amacıyla ele alınmıştır. Bununla birlikte, kirecin böhmitik boksitler ve genel proses akışı üzerindeki etkileri ile ilgili çalışmalar sınırlıdır. Bu çalışmada, kirecin boksit beslemesinden alümina ürün kalitesine kadar olan süreçteki etkileri geniş bir bakış açısıyla incelenmiştir. Kirecin, böhmitik boksitlerin yanı sıra diyasporik boksitler üzerindeki etkisi de araştırılmıştır. Yol gösterici laboratuvar çalışmaları arkasından, kirecin farklı proses adımlarına uygulandığı kapsamlı bir saha çalışması gerçekleştirilmiştir. Kireç dozu değiştikçe, kırmızı çamur mineral kompozisyonundaki değişimler gözlenmiştir. Enerji ve ham madde tüketimleri de dahil olmak üzere genel etki, kireç dozajına ve besleme noktasına bağlı olarak tespit edilmiştir.
Kireç dozaj noktası ve miktarının istenen proses parametrelerine ulaşılmasında önemli bir rol oynadığı gözlenmiştir. Ürün kalitesinde önemli iyileşmeler gözlenirken, tüketimlerde kaydedilebilir tasarruflar elde edilmiştir.

Abstract:
Alumina which is the basic feedstock of aluminum production can be produced by two methods; either acidic or alkali processes. Due to the high initial investment cost, complex and costly process solutions required in acidic processes, the entire alumina production is still made with alkaline processes in the world.
Currently, about 85% of the world's alumina production is supplied by the alkaline Bayer process, which is a simple and economical technology that yields high purity alumina compared to other methods. Generally, alumina production process is based on alumina extraction from the bauxite ore with caustic soda. The resulting sodium aluminate solution is first decomposed to yield the aluminum hydroxide product followed by alumina by calcination of this product.
ETI Aluminyum alumina refinery was designed on a certain boehmitic bauxite quality basis. Over the years bauxite quality has decreased and remarkable diaspore and goethite contents have been encountered during mining activities on current reserves. Proper actions are needed to be taken to keep refinery cost efficient and not to face serious bottlenecks in near future.
A method used to provide economical processing of low-quality bauxites is the introduction of appropriate promoters to the Bayer process. Lime usage is an alternative application which can give positive response to variable bauxite quality either in chemical and mineralogical means. Lime is especially added to process in order to increase the efficiency of alumina extraction, compete against impurities and reduce the consumption of caustic soda.
Lime effect has been discussed by many researchers pointing the specific purpose and generally at laboratory scale. However the studies on boehmitic bauxite and overall effects on process are limited. In this study, lime impact has been investigated in a large view from bauxite feed to alumina product quality. Lime impact on boehmitic as well as diasporic bauxite has been investigated. An indicative laboratory study has been followed by an extensive plant trial which has been performed applying the lime to different process steps. Mineral composition of red mud has been monitored as lime dosage changes. Overall impact including energy and raw material consumptions has been determined depending on lime dosage and feed point.
It has been observed that lime dosing point and quantity play an important role on desired process parameters. While significant improvements have been observed at product quality, recordable savings have been obtained on consumptions.