Fotokimyasal oksidasyon teknolojisinin hidrometalurjik çalışmalara uygulanabilirliğinin araştırılması
Investigation of applicability to hydrometallurgical studies of photochemical oxidation technology
Yazar: ZEYNEL ABİDİN SARI
Danışman: PROF. DR. MEHMET DENİZ TURAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Metalurjisi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Bakır cürufu = Copper slag ; Fotokimyasal reaksiyonlar = Photochemical reactions ; Liç kinetiği = Leaching kinetics ; Sfalerit = Sphalerite ; Ultraviyole ışınlar = Ultraviolet rays

Özet:
Bu tez çalışmasında, sfalerit konsantresi ve bakır üretim cürufu gibi iki farklı karaktere sahip katı malzemeden metallerin çözünme davranışı fotokimyasal reaksiyonlardan faydalanılarak incelenmiştir. Fotokimyasal reaktörler çeşitli atık giderimi ve dezenfektasyon çalışmalarında yaygın olarak kullanılmakla birlikte hidrometalurji çalışmalarına adaptasyonu ve sürecin incelenmesi yeni bir hidrometalurji yaklaşımı olarak değerlendirilmektedir. Deneysel çalışmalar, bir cam reaktör içerisine kuvars cam kılıf yerleştirilmesi ile UV lambalarının daldırılması ve cam bir tüp aracılığı ile reaktörün altından dağıtım sistemine sahip bir hava besleme kanalı ile kesikli olarak yürütülmüştür. Çalışmalarda farklı dalga boylarına ve farklı güçlere sahip UVA, UVB, UVC ve VUV ışığının bir liç çözeltisindeki davranışı incelenmiştir. Ayrıca deneysel çalışmaların tamamı UV varlığında ve aynı şartlarda UV lambası olmadan karşılaştırmalı olarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler ışığında radikal oluşturma mekanizmasının liç ortamına uyarlanması
ve oksidatif bir çözelti ortamı oluşturarak liç işleminde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Fotoreaktör sisteminde yapılan çalışmalarda UV ışın dalga boyu, UV ışın gücü, hava besleme hızı, asit konsantrasyonu, liç sıcaklığı, liç süresi ve katı-sıvı oranı gibi parametrelerin metal çözünmesi üzerine etkisi incelenmiştir. Ayrıca deneysel çalışmalar neticesinde çözünme mekanizmasını daha iyi anlamak amacıyla hem UV'li hem de UV'siz ortamlarda liç kinetiği incelenmiştir. Diğer taraftan, farklı ortam koşullarında reaktör kesiti üzerinde ışın şiddeti dağılımının ölçülmesi ve metallerin kazanımında optimum şartlarda UV dozu ve elektrik enerjisi tüketimlerinin hesaplanmaları gerçekleştirilmiştir.
Metal ekstraksiyonu açısından UV'li fotoreaktör sistemlerinde elde edilen sonuçlar UV'siz şartlarda elde edilen sonuçlarla karşılaştırıldığında hem bakır üretim cüruf karışımından hem de sfalerit konsantresinden metal çözünmesinin, belirli dalga boyundaki UV'li liç yöntemlerinde UV'siz liçe göre daha verimli olduğu ortaya çıkarılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Liç, Sfalerit Konsantresi, Bakır Üretim Cürufları, Fotokimyasal Oksidasyon, Ultraviyole Lamba, Oksidatif Radikal

Abstract:
The dissolution behaviors of metals from two different solid materials, sphalerite concentrate and copper slag, were investigated with photochemical reactions. Photochemical reactors are prevalently used in disinfection and the removal of various pollutants, and it is a new approach to adapt them to hydrometallurgy applications and examine the process. Experiments were run intermittently with a quartz glass jacket in a glass reactor, by submerging UV lamps and using a glass tube as an air supply distributed under the reactor. The behaviors of UVA, UVB, UVC, and VUV light at different wavelengths and powers in a leaching solution were examined. All experiments were conducted comparatively in the presence and absence of UV lamps under identical conditions. The adaptation of the radical formation mechanism to the leaching
environment and its usability in leaching by creating an oxidative solution medium were investigated. The effects of the UV wavelength, UV power, air supply rate, acid concentration, leaching temperature, leaching time, and solid-liquid ratio on metal dissolution were analyzed. To understand the dissolution mechanism better, leaching kinetics were examined in the presence and absence of UV light. The distribution of ray intensity on the cross-section of the reactor under different conditions was measured, and the UV dose and electrical energy consumption in the optimum conditions for metal recovery were calculated. The metal dissolution behaviors during leaching in the photoreactor systems with UV light were more
effective than those in the systems without UV light in cases of both copper slag and sphalerite concentrate

Keywords: Leaching, Sphalerite Concentrate, Copper Production Slags, Photochemical Oxidation, Ultraviolet Lamp, Oxidative Radical