Demir Dışı Metaller Demir Dışı Metal Üretimi DEMİR DIŞI METAL ÜRETİMİ Prof. Dr. Zeki ÇİZMECİOĞLU YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ KİMYA METALURJİ FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ. 2007-2008 ÖĞRETİM YILI GÜZ YARIYILI ‘DEMİR DIŞI METAL ÜRETİMİ’ DERSİ (Gr. 1 ve Gr.2) İÇERİĞİ HAFTALARA DAĞILIM TAKVİM Haftalar Konular • 1. Hafta: Giriş,Demir Dışı Metallerin Özellikleri ve Önemi (27.09.2007) • 2. Hafta: Bakır Üretimi; Bakırın Özellikleri ve Endüstriyel Önemi, Bakır Mineral1eri, Bakır Cevherinin Zenginleştirilmesi, Bakır Cevherinin Kavurması.(04.09.2007) • 3. Hafta: Bakırın Pirometalurjisi (Bakır Cevherinin Düşey Fırında,Reverber Fırınında ve Püskürtmeli Fırında İzabesi) Bakırın Konverter İşlemi ve Ateşle Tasfiyesi, Sürekli Ergitme ve Konverter İşlemi, (11.10.2006) • 4. Hafta Bakırın Hidrometalurjisi (Bakır Cevherinin Çözündürülmesi, Bakırın İyon Değişimi, Sementasyon ve Gazlarla Çökeltilmesi, Bakırın Elektrolizi (Elektrolitik Çöke1tme Ve Tasfiye), Bakır ve Bakır Bileşikleri ve Endüstriyel Kullanım Alanları) (18.10.2007) • 5. Hafta:Problem Çözümü (25.10.2007) • 6. Hafta :Teknik Gezi (01.11.2007) • 7. Hafta 1.VİZE SINAVI (08.11.2007) • 8. Hafta: Kurşun Üretimi; Kurşunun Özellikleri Ve Endüstriyel Önemi, Kurşun Mineralleri, Kurşun Cevherinin Zenginleştirilmesi, Kurşun Cevherinin Kavurma ve Sinterlenmesi, Kurşun Cevherinin İzabesi, Kurşunun Ateşle Tasfiyesi (Bakırın Giderilmesi, Arsenik, Kalay Ve Antimuanın Giderilmesi, Kıymetli Metallerin Kurşundan Ayrılması, Çinkonun Giderilmesi, Bizmutun Giderilmesi, Kurşunun Nihai Tasfiyesi Ve Dökümü Kurşunun Hidrometalurjisi Ve Elektrometalurjisi, Hurdalardan Kurşun Kazanılması, Kurşun ve Kurşun Bileşiklerinin Endüstriyel Kullanım Alanları (15 Kasım 2007) • 9. Hafta:Çinko Üretimi; Çinkonun Özellikleri Ve Endüstriyel Önemi, Çinko Mineralleri, Çinko Cevherinin Zenginleştirilmesi, Çinko Cevherinin Önişlemleri, Retort Tekniği İle Çinko Üretimi, Yüksek Fırında Çinko Üretimi, Çinkonun Tasfiyesi Çinkonun Hidrometalurji ve Elektrometalurjisi, Çinko Üretimindeki Gelişmeler, Çinkolu Atıklardan Çinkonun Üretimi, Çinkonun ve Çinko Bileşiklerinin Endüstriyel Kullanım Alanları (22.11.2007) • 10. Hafta: Problem Çözümü. (29.11.2007) • 11. Hafta:Aluminyum Üretimi; Aluminyumun Fiziksel, Mekanik, Kimyasal Öze11ikleri ve Endüstriyel Önemi, Boksit Cevherinin Özellikleri ve Aluminyum Mineralleri, Bayer Yöntemi İle Alumina Üretimi, Aluminadan Ergimiş Tuz Elektrolizi İle Aluminyum Üretimi (06.12.2007) • 12. Hafta : 2.VİZE SINAVI (13.12.2007) • 13 Hafta :Kurban Bayramı Tatili(20 Aralık 2007) • 14. Hafta: Diğer Aluminyum Üretim Yüntemleri, Aluminyum Hurdalarının Değerlendirilmesi, Aluminyumun Dökümü ve Şekillendirilmesi, Aluminyum ve Aluminyum Bileşiklerinin Endüstriyel Kullanım Alanları, Seydişehir Aluminyum Tesislerinin Tanıtımı (27.12.2007) • 15.Hafta:Teknik Gezi (03.01.2008) • PERiYODiK TABLODAKi ELEMENTLERiN SINIFLANDIRILMASI 1. METALLER 1. 1.)ANA METALLER DEMİR ESASLI VEYA DEMİR DIŞI OLUŞLARINA GÖRE SINIFLANDIRMA • Demir Esaslı Metaller :Dökme Demir, Çelik • Demir Dışı Metaller : Cu, Al YOĞUNLUKLARINA GÖRE SINIFLANDIRMA • Hafif Metaller (yoğunluğu 4,5 g/cm 3 ‘den küçük): Al, Mg, Be, Ti • Ağır Metaller (yoğunluğu 4,5 g/cm 3 ‘den büyük):Fe, Cu, Pb ERGİME SICAKLIKLARINA GÖRE SINIFLANDIRMA • Alçak Sıcaklıkta Ergiyen Metaller (T E.N .,900 o C’dan küçük):Pb, Zn, Sn, Cd • Yüksek Sıcaklıkta Ergiyen Metaller (T E.N .,900 o C’dan büyük):Ni, Co, Cu AKTİF VEYA SOY OLUŞLARINA GÖRE SINIFLANDIRMA • Aktif Metaller : K, Li, Na, Zn, Mg • Soy Metaller : Au, Ag, Pt 1.2.)‘A’ (ALKALİ VE TOPRAK ALKALİ) METALLER:Li, Be, Mg (Be ve Mg hariç teknikte metalik malzeme olarak kullanılamazlar.) 1.3)‘T’ (GEÇİŞ) METALLERİ: Cr, Mn, V, W 1.4)SINIR ELEMENTLERİ : B, Si, As, Te (Metalik ve metalik olmayan özellik) 2) AMETALLER(Metalik Olmayan Elementler): • Halojenler : F, Cl, Br, I, • Metal Dışı Diğer Elementler : C, N, O, P, S, Se. 3) ASAL GAZLAR: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn YERKABUĞUNDA ELEMENTLERİN YÜZDE OLARAK DAĞILIMI BAKIR ÜRETİMİ BAKIRIN ÖNEMİ • Tabiatta serbest metal halinde de bulunduğundan dünyada insanlığın ilk kullandığı metal bakır, tunç ve bronz gibi bakır alaşımlarıdır, • Bakır kolayca şekillenebilir yumuşak bir metaldir, • İyi elektriksel ve ısı iletkenliği ile elektrik endüstrisinde ve uzun yıllar mutfak gereçlerinde çokça kullanılan bir metaldir, • Soy yani kimyasal olarak dayanıklı bir metaldir, • Bakır binde 2 oranında çeliğe ilave edildiğinde atmosfer korozyonuna dayanıklı bir malzeme üretilmektedir, • Bakır metali patlayıcı madde üretiminde kovan olarak kullanılmaktadır. BAKIRIN ÖZELLİKLERİ • Yoğunluk: 8800-8940 kg/m3 • Ergime Noktası: 1082 °C • Elastiklik Modulu : 117 GPa • Poisson Oranı: 0,34 • Çekme Mukavemeti: 172-220 MPa • Akma Mukavemeti : 62-69 MPa • Uzama oranı:% 40-50 • Sertlik: 40-45 (HB) • Isıl Genleşme Katsayısı: 22 × 10-6/K • Isıl İletkenlik: 391 W/m-K • Özgül Isı: 385 J/kg-K BAKIR MİNERALLERİ SÜLFÜR MİNERALLERİ(Birincil ve İkincil Sülfürler) Kalkosin: Cu 2 S Kovellin: CuS Kalkopirit :CuFeS 2 Bornit:2Cu 2 S. CuS. FeS Tetraedrit:4Cu 2 S.Sb 2 S 3 Enarjit:3 Cu 2 S.As 2 S 5 Kalkopirit OKSİT MİNERALLER(İkincil Mineraller) Küprit: Cu 2 O Malakit: CuCO 3. Cu(OH) 2 Azurit: 2CuCO 3 Cu(OH) 2 Brokantit: CuSO 4 .3Cu(OH) 2 Krizokolla: CuSiO 3 .2H 2 O NABİT(SERBEST) BAKIR GANG MİNERALLERİ: Kuvars, Kireçtaşı, Granit Malakit ve NABİT(SERBEST) BAKIR Azurit Cu-S-O ve Fe-S-O SİSTEMİ BAKIR CEVHERİNİN KAVURMA REAKSİYONLARI PARÇALANMA REAKSİYONLARI 2CuFeS 2 =Cu 2 S+2FeS+1/2S 2(g) FeS 2 =FeS+1/2S 2(g) CuS=Cu 2 S+1/2S 2(g) OKSİTLENME REAKSİYONLARI FeS+3/2O 2 =FeO+SO 2 2FeS+7/2O 2 =Fe 2 O 3 +2SO 2 3FeS+5O 2 =Fe 3 O 4 +3SO 2 REVERBER FIRINI REVERBER FIRINI PÜSKÜRTMELİ ERGİTME FIRINI BAKIR CEVHERİ İZABE REAKSİYONLARI • PARÇALANMA REAKSİYONLARI • REDÜKLENME REAKSİYONLARI • OKSİTLENME REAKSİYONLARI • CURUF OLUŞUMU REAKSİYONLARI PARÇALANMA REAKSİYONLARI 2CuFeS 2 =Cu 2 S+2FeS+1/2S 2(g) FeS 2 =FeS+1/2S 2(g) CuS=Cu 2 S+1/2S 2(g) REDÜKLENME REAKSİYONLARI 3Fe 2 O 3 +FeS= 7FeO + SO 2 3Fe 3 O 4 +FeS =10FeO + SO 2 OKSİTLENME REAKSİYONLARI FeS+3/2O 2 =FeO+SO 2 2FeS+7/2O 2 =Fe 2 O 3 +2SO 2 3FeS+5O 2 =Fe 3 O 4 +3SO 2 CURUF OLUŞUMU REAKSİYONLARI • FeO +SiO 2 =FeSiO 3 • CaO +SiO 2 =CaSiO 3 BAKIR CEVHERİNİN İZABE ÜRÜNÜ • Bakır cevherinin izabe ürünü MAT adı verilen ergimiş sıvı demir ve bakır sülfür çözeltisidir. • Mat Bileşimi : X FeS, y Cu 2 S • Mat Derecesi : Mat içerisindeki % Cu • Endüstriyel mat derecesi % 20 -70 Cu’ dır. SIVI MATIN FIRINDAN ALINIŞI BAKIR KONVERTERİ BAKIR KONVERTERİ REAKSİYONLARI 1) CURUF OLUŞUMU AŞAMASI FeS + 3/2 O 2 = FeO + SO 2 SiO 2 (Curuf yapıcı) + 2 FeO = 2 FeO. SiO 2( Curuf) 2) BAKIR ELDE ETME AŞAMASI Cu 2 S + O2 = 2Cu(Ham Bakır) + SO 2 Elde edilen ham bakır % 98 Cu’ lıdır. BAKIR KONVERTERİNDEN BLİSTER BAKIRIN ALINIŞI BAKIRIN ATEŞLE TASFİYESİ (ARILAŞTIRMASI) 1)OKSİTLEME AŞAMASI Ham bakır içerisinde oksijene kimyasal ilgisi bakırdan fazla olan safsızlık elemanlarını oksitleyerek curufa almak için oksijen üfleyerek gerçekleştirilir. 2)İNDİRGEME AŞAMASI Bakır içerisinde oksitleme aşamasında kalan oksijeni gidermek için indirgeyici kok, kavak ağacı v.b. bir madde ile yapılan işlemdir. Elde edilen rafine bakır % 99,5 Cu’lıdır. ANOT FIRINI KATOT BAŞLANGIÇ PLAKASININ SIYRILIŞI BAKIRIN ELEKTROLİTİK TASFİYESİ • Cu = Cu 2+ + 2e- (Oksitleme) • SO 4 2- +H 2 O= H 2 SO 4 +1/2O 2 (g) + 2e-(Oksitleme) • Cu 2+ + 2e- = Cu (Redükleme) • Cu 2+ +SO 4 2- +H 2 O= Cu+H 2 SO 4 +1/2O 2 (g) (Red-oks) elektrolitik metal BAKIRIN HİDROMETALURJİSİ Cu-H 2 O SİSTEMİ BAKIRIN ÇÖZÜNDÜRÜLMESİ BAKIRIN ÇÖKELTİLMESİ Fiziksel Çökeltme Cu 2+ + SO 4 2- + 5H 2 O = CuSO 4 5H 2 O (S) Elektrokimyasal Çökeltme: Cu 2+ +2e- = Cu (Redükleme) Fe = Fe 2+ + 2e- (Oksitleme) Cu 2+ + Fe = Cu + Fe 2+ (Red-oks) Elektrolitik Çökeltme Cu 2+ + 2e- = Cu (Redükleme) SO 4 2- +H 2 O= H 2 SO 4 +1/2O 2 (g) + 2e- (Oksitleme) Cu 2+ +SO 4 2- +H 2 O=Cu+H 2 SO 4 +1/2O 2 (g) (Red-oks) elektrolitik metal İyon Değişimi Çökeltmesi ile Bakır Üretimi Katyon İyon Değişimi: 2RH + Cu 2+ = R 2 Cu+ 2H + İYON DEĞİŞİMİ (KARIŞTIRMA VE DİNLENDİRME) HÜCRESİ BAKIR ÜRETİMİNDE ELEKTROLİTİK TASFİYE VE ÇÖKELTMENİN KARŞILAŞTIRILMASI ELEKTROLİTİK TASFİYE ELEKTROLİTİK ÇÖKELTME T 50-65 o C 40-60 o C Cu 35-50 g/lt 20-40 g/lt H 2 SO 4 140-220 g/lt 30-40 g/lt Potansiyel 0,2-0,4 V 2-3 V Akım Yoğunluğu 150-250 A/m 2 70-150 A/m 2 Akım Verimi % 95 % 85 Enerji Tüketimi 0,2-0,4 kwh/kg Cu 2-3 kwh/kg Cu Kurşun • Elementlerden biri olup, simgesi Pb ve atom numarası 82 dir. Yumuşak, ağır, zehirleyici, kolay dövülebilen bir metaldir. Yeni kesildiğinde mavimsi beyazdır, ancak zamanla havada oksitlenmesi sonucu mat gri bir renk alır. İnşaat sektöründe ve ayrıca çeşitli pil, mermi, lehim, ve diğer alaşımların yapımında kullanılır. Kararlı elementler içinde en yüksek atom numarasına sahip olandır. Elektrik iletkenliği düşüktür. Korozyona dayanıklı olmasından dolayı aşındırıcı sıvıların (örneğin, sülfürik asit vb.) depolanmasında kullanılır. Az miktarda antimon veya diğer metallerle alaşımlandırılarak sertlik değeri yükseltilebilir. Kurşunun Temel özellikleri • Atom numarası82 • Element serisiMetallerGrup, periyot, blok14, 6, p • Görünüşmavimsi beyaz • Atom ağırlığı207,2(1) g/mol • Elektron dizilimi[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2 • Enerji seviyesi başına Elektronlar2, 8, 18, 32, 18, 4 • Fiziksel Özellikleri • Maddenin halikatıYoğunluk11,34 g/cm³ • Sıvı haldeki yoğunluğu10,66 g/cm³ • Ergime noktası600,61 °K 327,4 °C 621,43 °F • Kaynama noktası2022 °K 1749 °C 3180 °F • Ergime ısısı4,77 kJ/molBuharlaşma ısısı179,5 kJ/molIsı kapasitesi26,650 (25 °C) J/(mol·K) • Atom özellikleriKristal yapısıyüzey merkezli kübikYükseltgenme seviyeleri(4+), (2+) Amfoter oksitElektronegatifliği2,33 Pauling ölçeğiİyonlaşma enerjisi715,6 kJ/molAtom yarıçapı180 pmAtom yarıçapı (hes.)154 pmKovalent yarıçapı147 pmVan der Waals yarıçapı202 pm • Diğer özellikleriElektrik direnci208 n?·m (20°C'de)Isıl iletkenlik35,3 W/(m·K)Isıl genleşme28,9 µm/(m·K) (25°C'de)Ses hızı1190 m/s (20°C'de)Mohs sertliği1,5Vickers sertliği ? MPaBrinell sertliği38,3 MPa KURŞUN MİNERALLERİ • Yer kabuğunda bulunma sıklığı 12,5 g/t dur. Nabit (doğal) olarak bulunabilen metaller arasında yer alır. Kurşunun en çok rastlanılan cevherleri, sülfür minerali galen (PbS) ve onun oksitlenmiş ürünleri olan serüsit (PbCO3) ve anglezit’dir (PbSO4). Bu mineraller arasında en önemli olanı galendir. Genel olarak sfalerit (ZnS), gümüş ve pirit (FeS2) ile birleşik halde bulunur. Kullanımdaki kurşunun yarısından fazlası geri dönüştürülmüş ürünlerden gelmektedir. Galen(PbS) Minerali Seruzit (PbCO 3 ) Minerali Çevre • Kurşun, hava, su ve toprak yoluyla, solunumla ve besinlere karışarak biyolojik sistemlere giren son derece zehirleyici özelliklere sahip bir metaldir. Yüzbinlerce ton kurşun, kurşunlu petrolden elde edilen ve kurşun tetraetil ((CH3CH2)4Pb) eklenerek oktan sayısı arttırılan yakıtlarla çalışan içten yanmalı motorlardan çıkan gazlarla dünya atmosferine boşaltılmaktadır. Atmosferden kurşun (büyük oranda metal oksitleri ve tuzları şeklinde) yağmurla tekrar yeryüzüne inerek çevremize her geçen gün daha fazla yayılmaktadır. Kurşun madenleri ve metal endüstrileri, akü ve pil fabrikaları, petrol rafinerileri, boya endüstrisi ve patlayıcı sanayii atık sularında da istenmeyen konsantrasyonlarda kurşun kirliliğine rastlanır. Pil fabrikası atık sularında 5,66 mg/L, asidik maden drenajlarında 0,02-2,5 mg/L, tetraetil kurşun üreten fabrika atık sularında 125-150 mg/L organik, 66-85 mg/L inorganik kurşun kirliliğine rastlanmıştır. • Atmosferde insan faaliyetlerine bağlı olarak önemli oranda ortama yayılan maddelerden birisi de kurşundur. Günümüzden 4000-5000 yıl öncesinde, antik uygarlıklar tarafından gümüş üretimi esnasında yan ürün olarak keşfedilen kurşunun üretimi ve kullanımı giderek artış göstermiştir. Kurşun, Roma Imparatorluğunda su borularında, saklama haznelerinde kullanılmıştır ve günümüz bilim adamları ve tarihçiler bu kullanım şeklinin Roma Imparatorluğunun sonunu hazırladığı görüşünü ortaya atmaktadırlar. Kurşun zehirlenmesi sonucu, yönetici sınıfının düşünme kapasitesinin düşmesi, doğum oranındaki azalma ve kısalan yaşam süresinin bu çöküşün temelini oluşturduğu iddia edilmektedir. Birçok çalışma, özellikle gelişmenin erken dönemlerinde düşük doz kurşuna maruziyetin geç çocukluk devrelerinde nörodavranışsal defisitlerle sonuçlandığını göstermiştir. • Kurşun, insan faaliyetleri ile ekolojik sisteme ve halk sağlığına en önemli zararı veren ilk metal olma özelliğini de taşımaktadır. KURŞUN ÜRETİMİ • Kurşun cevherleri yer altından kazma, patlatma, kırma ve öğütme aşamalarından geçirilerek çıkarılır ve daha sonra ekstraktif metalurji yöntemleriyle işlenirler. Köpük flotasyonu prosesi, kurşunun, beraberinde bulunan kaya ve toprak parçalarından ayrılarak, %65-80 Pb içeren bir konsantrede toplanmasını sağlar. Kurşun konsantresi kurutulduktan sorna pirometalurjik işlemlerle önce sinterlenir ve sonra da %97 Pb içerecek şekilde ergitilir. Ürün aşamalı bir şekilde soğutularak, kurşundan daha hafif empüritelerin (safsızlıklar) dross tabakası oluşturacak şekilde yüzeyde toplanması ve uzaklaştırılmaları sağlanır. Ergimiş kurşunda kalan empüritelerin de bir sonraki aşamada, üzerinden hava geçirilen bir ergitme işlemiyle curuf fazında toplanarak ayrışmaları ve kurşunun safiyetinin de %99,9 a çıkması sağlanır. KURŞUN CEVHERİ FLOTASYONU KURŞUN ÜRETİMİ Pb-S-O SİSTEMİ KURŞUNUN İZABE REAKSİYONLARI • İNDİRGEME REAKSİYONLARI • ÇÖKELTME REAKSİYONLARI • CURUF REAKSİYONLARI İNDİRGEME REAKSİYONLARI • YAKITSIZ İNDİRGEME REAKSİYONLARI 2PbO+ PbS=3Pb+SO 2 PbSO 4 +PbS=2Pb+2SO 2 • YAKITLI İNDİRGEME REAKSİYONLARI PbO +C=Pb +CO PbO +CO=Pb +CO 2 ÇÖKELTME REAKSİYONLARI • PbS + M(Cu, Fe) = Pb +MS • PbO+ M’(Cu, Zn)=Pb +M’O CURUF REAKSİYONLARI • 2PbO.SiO 2 +CaO= CaO. SiO 2 +2PbO • 2PbO.SiO 2 +FeO= FeO. SiO 2 +2PbO Curuf: FeO+CaO+ SiO 2 +PbO KURŞUNUN İZABE ÜRÜNLERİ HAM KURŞUN • % 96-98 Pb • % 0,5 Cu • % 0,2 As • % 1,2 Sb • % 0,6 Zn • % 0, 05 Bi HAM KURŞUNUN TASFİYESİ ÖN TASFİYE (BAKIR GİDERME) YUMUŞATMA PARKES METODU (GÜMÜŞ GİDERME) ÇİNKO GİDERME BİZMUT GİDERME ÖN TASFİYE(BAKIR GİDERME) YUMUŞATMA PARKES METODU (GÜMÜŞ GİDERME) ÇİNKO VE BİZMUT GİDERME KURŞUNUN GERİKAZANIMI ÇİNKO • Çinko mavimsi açık gri renkte, kırılgan bir metaldir. • Elementlerin periyodik tablosunda geçiş elementleri grubunda yer alır. • Düşük kaynama sıcaklığı dikkat çekicidir. Bu değer özellikle pirometalurjik metal üretiminde çok belirleyici bir etkendir. • Dökülmüş halde sert ve kırılgandır. • 120°C'de şekillendirilebilir. • Elektrokimyasal potansiyel dizisinde demirden daha negatif değerdedir. Böylece çinko anot olarak korozyona karşı galvanik katodik korumada önemli bir kullanım bulur. Galvanizleme bu tür uygulamalardan biridir. ÇİNKONUN ÖZELLİKLERİ ATOMIC NUMBER 30 ATOMIC WEIGHT 65.37 DENSITY(AT 25°C) 7140 kg/m 3 MELTING POINT 419.5°C (692.7 K) BOILING POINT(760 mm Hg 907°C(1180 K) MODULUS OF ELASTICITY 7x10 4 MN/m 2 SPECIFIC HEAT (20°C) 0.382 kJ/kg.K LATENT HEAT OF FUSION(419.5°C) 100.9 kJ/kg LATENT HEAT OF VAPORIZATION(906°C) 1.782MJ/kg HEAT CAPACITY Solid Cp = 22.40 + 10.5 x 10 -3 TJmol -1 (298 - 692.7 K ) Liquid Cp = 31.40 Jmol -1 Gas Cp = 20.80 Jmol -1 LINEAR COEFFICIENT OF THERMAL EXPANSION (polycrystalline 20-250°C) 39.7 µm/m.K VOLUME COEFFICIENT OF THERMAL EXPANSION(20-400°C) 0.89 x 10 -6 /K THERMAL CONDUCTIVITY : solid (18°C) 113W/m.K ELECTRICAL RESISTIVITY(polycrystalline at 20° C) 5.9mVm STANDARD ELECTRODE POTENTIAL(against H 2 electrode) - 0.762 V Çinkonun Özellikleri • Çinko, bileşiklerinde (2+) değerlikli olarak bulunur. Oluşturduğu bileşiklerde kovalent bağ yapar. Amonyak, amin, siyanür ve halojen iyonları ile kompleks bileşikler meydana getirir. • Mineral asitlerinde H 2 çıkışıyla çözünür. Ancak nitrik asitte NOx çıkışı olur. Dolayısıyla çinko, özellikle toz halde çok etkili bir redükleyicidir. Normal sıcaklıkta havada bırakılan metalin yüzeyinde koruyucu bir tabaka oluştuğundan bu sıcaklıkta halojenlere bile dayanıklıdır. HCl gazı çinkoyu çok çabuk korozyona uğratır. Toz çinkonun reaksiyona girme kabiliyeti oldukça fazla ise de yanıcı değildir. • Yüksek sıcaklıkta oksijen, klor ve kükürt gibi elementlerle şiddetle reaksiyona girer. Civa ile sert bir amalgam meydana getirir. Klorür ve sülfat tuzları suda yüksek miktarda çözünür. Buna karşılık çinko oksit, silikat, fosfat ve organik kompleksleri ya suda hiç çözünmezler ya da çok ağır çözünürler. Bileşikleri arasında çinko oksitin teknik ve ekonomik değeri vardır. Organik bileşikleri arasında çinko sabunu en önemli kullanıma sahiptir. ÇİNKONUN BAĞIL KOROZYON HIZI Bulunuşu Çinko, yerkabuğunda en çok bulunan elementler arasında 23. sıradadır. En çok kullanılan minerali sfalerit (ZnS) olup %40-50 çinko ve yaklaşık %10 demir içerir. Çinkonun ayrıştırıldığı diğer mineraller smitsonit (çinko karbonat), hemimorfit (çinko silikat) ve franklinit ((Fe,Mn,Zn)(Fe,Mn) 2 O 4 ) dir. Sfalerit (çinko sülfür) minerali Kullanım Alanları Çinko, dünyada yıllık kullanım miktarı açısından demir, alüminyum, ve bakırdan sonra gelir. Çinko: • korozyondan korunma amacıyla, çelik gibi diğer metallerin galvanize edilmesinde, • pirinç, nikelli gümüş, değişik lehimler, alman gümüşü gibi alaşımların yapımında, • genellikle otomotiv endüstrisinde döküm kalıplarında, • pillerin gövdelerinin yapımında, • Çinko oksit, sulu boyalarda beyaz pigment olarak ve lastik sanayiinde aktivatör olarak kullanılır. • Çinko, pek çok günlük vitamin ve mineral ilaçlarının bileşenidir. Cildin ve kasların erken yaşlanmasını önleyen anti-oksidan özellikler taşıdığına inanılmaktadır. Reçetesiz satılabilen bazı merhemlerin bileşiminde bulunur ve ince bir tabaka halinde uygulandığında cildin su kaybetmesini önler. Yazın güneş, kışın da soğuk yanıklarına karşı koruyucudur. Bebeklerin bez bağlanan bölgelerinde çok az miktarda kullanılarak ciltte meydana gelebilecek kızarıklıklar önlenebilir. Yaşa bağlı göz hastalıklarının tedavisinde de kullanılır. • Çinko klorür, deodorantlarda ve ahşap koruyucu olarak kullanılır. • Çinko sülfür, karanlıkta parlayan pigment olarak saatlerin akrep ve yelkovanlarında kullanılır. • Çinko metil, (Zn(CH 3 ) 2 ) pek çok organik maddenin sentezinde kullanılır. Çinko Üretim Yöntemleri • Yatay retort işlemi ilk kez 1872'de, A.B.D.'de La Salle-Illinois'de denendi. Gaz ısıtmalı bir tünel fırında toplam 408 retort bulunuyordu. 1880'lerde sülfürlü cevherleri kavurmak ve H2SO4 üretimi için mekanik karıştırmalı muflalı fırın (Hegeler) geliştirildi. 1881'de asidik ZnSO4 çözeltisinden katodik çinko üretimi denendi ve başarısız oldu. Kavurma-Liç- Elektroliz'le çinko üretimini amaçlayan ilk tesis 1914'den sonra gerçekleştirildi. 1895'te çinko izabesinde ilk defa doğal gaz kullanıldı. 20. yüzyılın başlangıcında flotasyon devreye girdi ve 1920'lerde sfalerit'in (ZnS) selektif flotasyonu gerçekleştirildi. Birinci Dünya Savaşı çok sayıda fabrika kurulmasını teşvik etti. 1917'de sinterleyici kavurma uygulaması çinko üretimini arttırdı. 1920'den itibaren Japonya, İtalya ve Fransa'da küçük; Norveç'te Odda'da, Kanada Manitoba'da (Flin Flon) ve Almanya'da Magdeburg'ta büyük kapasiteli elektrolitik çinko tesisleri kuruldu. Dikey retort + sürekli distilasyon işlemi 1925'den sonra Almanya ve İngiltere'de uygulandı. Ancak en başarılısı A.B.D.'deki New Jersey prosesi idi. • İkinci Dünya Savaşından sonra çinko izabesinde en büyük gelişmeler kavurmada akışkan yatak ve üretimde ISP (Imperial Smelting Process 1950-1960) uygulamalarının başlamasıydı. 1960-1980 yılları arasında ise nötr liç artıklarının değerlendirilmesi konusundaki çalışmalar tamamlandı. • Günümüzün en büyük çinko cevher üreticileri Avustralya, Kanada, Çin, Peru ve ABD'dir. Avrupalı üreticiler arasında ise; Belçika'da Vieille Montagne, İrlanda'da Tara ve İsveç'te Zinkgruvan sayılabilir. Çinko metali ekstraktif metalurji yöntemleri ile elde edilir. Çinko sülfür minerali, flotasyon tekniği kullanılarak zenginleştirilir ve ardından kavurma işlemi uygulanarak çinko sülfürün, çinko okside kavrulması sağlanır. Çinko oksit daha sonra sülfürik asitte çözünür ve elde edilen çözelti çinko tozu ile arındırılır. Nihayet çinko metali, bu temiz çözeltiden elektroliz yoluyla katot levhalar halinde kazanılır. Çinko katotlar ya doğrudan dökümhaneye gönderilerek ingotlar halinde dökülür ya da alüminyum ile alaşımlandırılır. • Bir diğer çinko üretim prosesi de pirometalurjik bir proses olan flaş ergitme yöntemidir, ancak bu yöntemle elde edilen çinko oksit, hidrometalurjik alternatifine göre daha düşük safiyette çinko üretimine yol açar. ÇİNKO ÜRETİM YÖNTEMLERİ • A. Pirometalurjik Prosesler: • i) Yatay Retort Prosesi • ii) Düşey Retort Prosesi • iii) Elektrotermal Proses • iv) (ISP)Imperial Smelting Process(Yüksek Fırın Prosesi) • B. Hidrometalurjik Prosesler: • i) Kavurmalı Liç ve Electrolitik Kazanım Prosesi • ii) Basınçlı Liç Prosesi RETORT TEKNİĞİ İLE ÇİNKO ÜRETİM AKIM ŞEMASI STORAGE ROASTER `` ACID PLANT ACID STORAGE WASTE HEAT BOILER STEAM GAS CLEANING Hg REMOVAL ZINC CONCENTRATES GAS GAS GAS CLEAN SO 2 TAIL GAS SULPHURIC ACID CHIMNEY ACID FOR SALE STORAGE BIN CALCINE CALCINE CASTING ZINC & ALLOYS FOR SALE ZINC & ALLOYS WAREHOUSE DROSS TO ROASTER BRIQUETTING BLENDING PLANT COAL CALCINE VERTICAL RETORT PRODUCER GAS PLANT ZINC REFINERY RESIDUE DISPOSAL CRUDE ZINC REFINED ZINC COAL GAS CARBONISING BRIQUETTES GAS BRIQUETTES GASImperial Smelting Process( Düşey Fırın Yöntemi) Düşey Fırında Çinko ve Kurşun Üretimi Reaksiyonları Tüyer Zonu • C(s) + O2(g)=CO2(g) • CO2(g)+C= 2CO(g) • Fe+CO2=CO+FeO • (ZnO)+CO= Zn(g) + CO2 Denge Zonu • ZnO+CO=Zn(g) +CO2 • C+CO2= 2CO Şarj Zonu • Gaz girişi ~1030oC çıkışı ~875oC • Katı girişi=400oC • PbO+CO=Pb +CO2 • Zn+CO2= ZnO+CO • Zn(g)+ PbO=Pb+ZnO • Fe2O3+CO=2FeO+CO2 Çinko Düşey Fırını Çıktıları Ürün Miktarı:210t Zn/gün, 130t Pb/gün Curuf: • 30-40%FeO, • 16-20%SiO2, • 5- 10%Al2O3, • 5-10%ZnO, • 1%PbO and • 1- 3%S Gas: ~8%Zn, 12-26%CO, 8-20%CO2 Metal: 1,3%Pb, 0,2%Cd (Tasfiye edilmelidir.) HİDROMETALURJİK YÖNTEMLE ÇİNKO ÜRETİM AKIM ŞEMASI 1. Otoklavda Çözünme 2. Demirin Giderilmesi için Ön nötrleşme 3. Çözeltinin Hidrolitik Temizlenmesi 4. Çözeltinin Çinko Tozu ile Elektrokimyasal Temizlenmesi 5. Elektroliz DEMİRİN GİDERİLMESİ İÇİN NÖTRLEŞME TERS AKIMLI İKİ KADEMELİ BASINÇLI ÇÖZÜNMEDE AKIM ŞEMASI EŞ AKIMLI İKİ KADEMELİ YÜKSEK BASINÇLI ÇİNKO ÇÖZÜNME AKIM ŞEMASI YÜKSEK BASINÇLI ÇÖZÜNMEDE KULLANILAN OTOKLAV ÇİNKO HİDROMETALURJİSİNDE ÇÖZÜNME REAKSİYONLARI • ZnS + H2SO4 + 0,5O2 —> ZnSO4 + H2O + S° • FeS + H2SO4 + 0,5O2 —> FeSO4 + H2O + S° • CuFeS2 + 2H2SO4 + O2 —> CuSO4 + FeSO4 + 2H2O + 2S° • ZnS + Fe2(SO4)3 —> ZnSO4 + 2FeSO4 + S° • 2FeSO4 + H2SO4 + 0,5O2 —> Fe2(SO4)3 + H2O • FeS2 + H2O + 3,5O2 — > FeSO4 + H2SO4 NÖTRLEŞME İLE DEMİRİN GİDERİLMESİ REAKSİYONLARI • Fe2(SO4)3 + (x + 3) H2O —> Fe2O3·xH2O + 3H2SO4 • Fe2(SO4)3 + 2H2O —> 2FeOHSO4 + H2SO4 • 3Fe2(SO4)3 + 14H2O —> 2H3OFe3(SO4)2 (OH)6 + 5H2SO4 • PbSO4 + 3Fe2(SO4)3 + 12H2O —> PbFe6(SO4)4(OH) 12 + 6H2SO4 ALÜMİNYUMUN ÖZELLİKLERİ • Alüminyumun sembolü Al, atom ağırlığı 27 gr/mol, yoğunluğu ise 2,7 gr/cm 3 dür.Ergime noktası 660 o C, kaynama noktası ise 2300 o C’dir. Termal iletkenliği (K), 2,37 W/cm/k (25 o C’de), elektrik iletkenliği % 64,94 ACS (Saf alüminyum ve 25 o C sıcaklık için) dır. • Saf alüminyumun çekme dayanımı yaklaşık 49 megapascal (MPa) iken alaşımlandırıldığında bu değer 700 MPa'a çıkar. • Alüminyum, yumuşak, kolaylıkla şekil verilebilir, dövülebilir, makinede işlenebilir ve dökülebilir bir metaldir. • Mat gümüşümsü renkte bir metaldir. Bu renk, havaya maruz kaldığında üzerinde oluşan ince oksit tabakasından ileri gelir. Oksidasyona karşı üstün direnci ile tanınır. Çok üstün korozyon özelliklerine sahip olması, üzerinde oluşan oksit tabakasının koruyucu olmasındandır. Alüminyum yüzeyinde oluşan alüminyum oksit; neme, sıcaklığa ve diğer kimyasallara karşı alüminyum malzemelerin daha dayanıklı olmasını sağlar. • Alüminyum, zehirleyici ve manyetik değildir. Yanıcı değildir, kıvılcım çıkarmaz. ALUMİNYUMUN TABİATTA BULUNUŞU • Alüminyum, yeryüzü kabuğunun katı kısmının % 8'ini oluşturur. Alüminyum y yeryüzünde metaller içinde birinci sırayı, elementler içinde ise oksijen ve silisten üçüncü sırayı teşkil eder. Alüminyum içeren maddeler her ülkede çok fazla miktarlarda bulunmaktadır fakat günümüze kadar bilinen prosesler ile bu bileşiklerin bir çoğundan metalik alüminyum elde edilmesi ekonomik olmamaktadır. • Alüminyum 1820 yılında keşfedilen bir metaldir. Alüminyum ilk keşfedildiği yıllarda cevherinden ayrıştırılması çok zor olan bir metal idi. Alüminyum rafine edilmesi en zor metallerden biridir. Bunun nedeni, çok hızlı oksitlenmesi, oluşan bu oksit tabakasının çok kararlı oluşu ve demirdeki pasın aksine yüzeyden sıyrılmayışıdır. • Hammaddelerden Alüminyum üretimi dünyadaki bugünkü tüketim hızına göre 1000 yıl yetecek kadardır. • Aluminyum hammaddesi, Al 2 O 3 .n H 2 O formunda % 30-60 aluminyum oksit içeren boksit adı verilen cevheridir. • Boksit cevheri üretimi genellikle açık ocak işletmeciliği ile yapılmaktadır. Alümina üretiminden işlenen boksitlerin en az %40 Al 2 O 3 , en fazla %15 SiO 2 içermesi yani silis modülünün (Al 2 O 3 / SiO 2 ) en az 7 olması gerekir. • Aluminyum Mineralleri Jipsit: Al(OH) 3 Böhmit: AlOOH Diyaspor :(Al 2 O 3.. H 2 O). ALUMİNYUM ÜRETİMİNİN TARİHÇESİ • Alüminyum oksitin (Al 2 O 3 ) elektrolizi yöntemiyle, ticari olarak üretilen alüminyum metalin üretilmesi ancak 1888 yılında mümkün olabilmiştir. Önceleri elektrik kabloları ve ev dekorasyon ürünlerinde kullanılmaya başlayan alüminyum metaline, 1939-1945 dönemindeki savaş ortamında uçak sanayiinden yoğun talep gelmiştir. 1960‘larda alüminyum saç ve levhalar inşaat sanayiinde kullanım alanı bulurken, 1970 ve 1980‘lerde ise, özellikle ABD‘de kutulama piyasası alüminyuma büyük talep meydana getirmiştir. Yaşanan petrol krizleri sonrasında, daha hafif otomobillerin üretiminin yaygınlaşmasıyla, otomotiv sektöründe alüminyum hızla bakır, çelik ve dökme demirin yerini almaya başlamıştır. KULLANIM ALANLARI • Aluminyum kolay soğuyup ısıyı emen bir metal olması nedeniyle soğutma sanayinde geniş bir yer bulur bakırdan daha ucuz olması ve daha çok bulunması işlenmesinin kolay olması ve yumuşak olması nedeniyle bir çok sektörde kullanılan bir metaldir. • Aluminyum spot ışıklarda, elektronik sanayiinde, mutfak gereçleri yapımında, hafiflik esas olan araçların yapımında (uçak, bisiklet vs.)kullanılır. bunun yanında sanayide önemli bir madde olan aluminyum günlük hayatta her zaman karşımıza çıkan bir metaldir. • Yüksek dayanım özellikleri gerektiren taşımacılık ve inşaat sanayiinde geniş kullanım alanı bulur. • Aluminyumdan üretilmiş yapısal bileşenler uzay ve havacılık sanayii için vazgeçilmezdir. • Endüstrinin pek çok kolunda milyonlarca farklı ürünün yapımında kullanılmakta olup dünya ekonomisi içinde çok önemli bir yeri vardır. Alüminyum mükemmel hafif ve yenilenebilir bir metaldir. Alüminyum magnetik değildir. Alüminyumun kendisi yüzey koruyucu oksit oluşturduğu için korozyona çok dayanıklıdır. Pas oluşturmaz. Atmosferik şartlara karşı dayanıklı olduğu için inşaat ve otomobil sanayinde geniş olarak kullanılmaktadır. Ayrıca Alüminyum ısı ve elektriği iyi iletir. İletken bir metal olarak bakıra göre iki kat daha hafiftir. Bu nedenle son zamanlarda bakırın yerini almaktadır. Özellikle ve mutfak eşyası olarak kullanılmaktadır. Alüminyum: elektrik sektöründe; iletken tel imalatında, gıda sektöründe; ambalaj ve mutfak eşyası yapımında, inşaat sektöründe; kapı, pencere, doğrama ve dekoratif levha olarak kullanılmaktadır. Özellikle otomobil ve havacılıkta hafif olması sebebiyle otomobil ve uçak parçalarının üretiminde tercih edilen bir metaldir. DÜNYADA ALUMİNYUM ÜRETİMİ DÜNYA BOKSİT ÜRETİMİ • Dünyada boksit rezervlerinin en fazla olduğu ülkeler Avustralya, Jamaika, Gine ve Brezilya olarak sıralanabilir. • Alüminyumun ana cevheri olan boksit cevheri üretimi genellikle açık ocak işletmeciliği ile gerçekleştirilmektedir. • Dünya boksit üretimi son yıllarda 110-125 milyon ton/yıl mertebesinde gerçekleşmiştir. Avustralya ve Latin Amerika, en büyük boksit üreticileri durumundadır. DÜNYA ALUMİNA ÜRETİMİ • Avustralya, Brezilya, Guyana, Jamaika, Surinam, Venezuella alümina üretiminin yapıldığı belli başlı ülkelerdir. 1997 yılında 43 milyon ton civarında gerçekleşmiştir. DÜNYA ALÜMİNYUM ÜRETİMİ • Birincil alüminyum, alüminanın elektrolizi ile elde edilen sıvı alüminyumun üretim kapasitesi dünya genelinde yaklaşık 22 milyon ton/yıl seviyesindedir. • 1975 yılında 11,5 milyon olarak gerçekleşen dünya sıvı alüminyum üretimi, 1997 yılında yaklaşık % 90 artarak 22 milyon ton (üretiminin % 40’ı; ABD, Rusya ve Kanada tarafından yapılmıştır), 1999 yılında ise 25 milyon ton seviyelerine ulaşmıştır. • İkincil alüminyum, hurdadan elde edilen alüminyum olup, günümüzde ikincil alüminyum üretiminde, birincil alüminyum üretiminde harcanan enerjinin ancak ~ % 5’i kadar (~ 700-800 kwh/ton-alüminyum) enerji tüketmesinden dolayı daha düşük maliyetlerle üretilmesi nedeniyle büyük önem taşımaktadır. • Dünya ikincil alüminyum üretimi (1997 yılı) yaklaşık olarak 7,5 Milyon ton olarak gerçekleşmiştir. Batılı Ülkelerde ikincil alüminyum üretimi daha fazladır. Dünya ikincil alüminyum üretiminin yaklaşık yarısı ABD’de yapılmaktadır. • 1997 yılında dünya ikincil alüminyum üretiminin % 65’i ABD ve Japonya tarafından yapılmıştır. 1975-1995 döneminde birincil alüminyum üretimindeki artış yılda % 2,9 olarak gerçekleşirken, ikincil üretimdeki artış yılda % 5,1 seviyelerine ulaşmıştır. 1975- 1995 döneminde toplam alüminyum metali üretimindeki (birincil+ikincil) artış % 3,4 olarak gerçekleşmiştir. Alüminyum üretiminde, ekolojik baskıların etkisiyle, gelişmiş ülkelerde geri dönüşüm yüzdesi daha fazladır. Dünya talebinin yaklaşık % 35’i ikincil üretimle karşılanmaktadır. Ülkemizde ikincil üretim, tüketimin ancak yaklaşık %10’una karşılık gelmektedir. • AB, ekolojik bazlı yaptırımlarında etkisi ile, birincil alüminyum üretiminden çekilmek eğilimindedir. Buna karşılık, yarı ürün işleme sanayiinde yatırımlar yapılmaktadır. Genel olarak, yarı ürün ihracatçısı olan AB ülkeleri, ihtiyaçları olan birincil alüminyumu daha çok Norveç, Brezilya ve Venezüella’dan temin etmektedirler. • Çin ,2004 itibarıyla, alüminyum üretiminde dünya lideridir TÜRKİYE ALÜMİNYUM SANAYİİ • Alüminyumun elde edildiği "boksit" cevherinin Türkiye yeraltı zenginlikleri içinde olduğu 1938 yılından önce bilinmiyordu. MTA'nın 1935 yılında kuruluşundan sonra, 1938 yılında Antalya Akseki bölgesinden alınan numuneler incelenmiştir. 1962-1965 yılları arasında yapılan ayrıntılı jeolojik, sondaj, galeri, kuyu ve yarma çalışmaları, Konya - Seydişehir boksitlerinin böhmitik tip ve yeterli rezervde olduğunu göstermiş ve bölgede "birncil" alüminyum üretim tesisinin kurulmasının ekonomik olacağı anlaşılmıştır. Türkiye'de 60 milyon ton boksit bulunduğu tespit edilmiştir. • Türkiye’de birincil Alüminyum üreten tek kuruluş, Eti Holding bünyesindeki Seydişehir Alüminyum Tesisleridir. Özel sektör kuruluşları sadece yarı ürün ve/veya uç ürünler üreten, bir anlamda alüminyum işleyen kuruluşlardır. Alüminyum sektöründe değişik alanlarda faaliyet gösteren, çoğunluğu küçük ölçekli olmak üzere, yaklaşık 400 civarında firma mevcuttur. • Ülkemizde alüminyum kullanımı kişi başına yılda 3 kg. civarında olup, bu miktar gelişmiş ülkelerin ortalamasına göre 5-6 kez daha düşüktür. Alüminyum kullanımının sağladığı faydalar dikkate alındığında, ülkemizde alüminyum kullanımı için büyük bir potansiyel olduğu görülmektedir. • Ülkemizde, ekstrüzyon, yassı-ürün, iletken ve döküm ürünlerini üreten alüminyum alt sektörleri teknoloji ve kalite yönünden gelismis olup, yaptıkları ihracat ile bunu ispatlamışlardır. Alüminyum alt sektörü, kapasite olarak da yurtiçi ihtiyacını fazlası ile karşılayabilecek konumda olduğundan bu ürünlerin ithalatına gerek bulunmamaktadır. • Ülkemizde, alüminyum ekstrüzyon, yassı-ürünler, döküm ürünleri ve iletkenlerin geniş çapta üretimi, özel sektör tarafından gerçeklestirilmektedir. • Türkiye Alüminyum işleme kapasitesi (Seydişehir dahil) 280.000 - 300.000 ton/yıl civarındadır. Birincil alüminyum üretiminde % 100 kapasitede çalışılmakla birlikte, alüminyum işleme sektöründe kapasite kullanım oranının ortalaması % 65-70 düzeyindedir. Avrupa Topluluğu ülkeleri için ise kapasite kullanım oranı % 89 civarındadır. • Yıllık üretim kapasitesi, yaklaşık olarak; ekstrüzyon ürünlerinde 120.000 ton, yassı ürünlerde 100.000 ton, döküm ürünlerinde 75.000 ton, iletkenlerde ise 60.000 tondur. 1998 yılında 60-65 bin ton ekstrüzyon üretimi olduğu tahmin edilmektedir. • Türkiye’de alüminyumun kullanım alanları: inşaat, elektrik, metalurji, paketleme, ulaşım (otomotiv,uçak,vagon) gibi pek çok alanda kullanılmaktadır. • Seydişehir Alüminyum Tesislerinin sıvı alüminyum (birincil alüminyum) üretiminde tek kuruluş olması ve kapasitesinin yurt içi talebi karşılayamaması sonucu, talep ile üretim arasındaki fark 1985 yılından itibaren; külçe,ingot ve/veya yarı ürün halinde dış alım yoluyla karşılanmaya başlamıştır. BAYER YÖNTEMİ İLE ALUMİNYUMUN HİDROMETALUJİK YÖNTEMLERLE ÜRETİLMESİ • 1887 yılında K. J. Bayer alüminat çözeltisinin dekompozisyonu ve 1892'de ise boksitin sodyum hidroksit çözeltisi ilavesi ile yüksek basınç ve sıcaklık altında çözünürleştirilmesinin ilk patentini almıştır. Bu patent bugün pek az değişimlerle uygulanan Bayer metodunun temel prensiplerini içerir. ALUMİNA ÜRETİMİ Alüminyum üretimi için boksit madeni önce yıkanarak kil gibi kaba kirleticilerden arındırılır. Parçalanmış ve öğütülmüş boksit madeni, sodyum hidroksitle karıştırılır. Elde edilen pastaya, otoklavda daha fazla miktarda sodyum hidroksit ve soda ilave edilerek karıştırılır. İstenen alkali şartlar sağlanır. 3,6 atm. basınç ve 140 o C sıcaklık altında çözelti tutularak alüminanın kostik soda ile hidratlı alüminada dönüşmesi ve çözünmesi sağlanır. Boksitteki alüminanın % 30-70’i çözeltiye geçer.Böylece alüminadan sodyum alüminat elde edilir ve alüminyum çözeltiye geçer. Safsızlıklar çökeltiye geçer. 2NaOH + Al 2 O 3 .xH 2 O › 2NaAl (OH) 4 + Bakiyeler + (1-x) H 2 O Bakiyeler veya “kırmızı çamurlar” temel olarak demir oksit, silisyum oksit ve titanyum oksit içerir. Bu maddeler çöktürme ve filtrasyonla giderilir. İnert kırmızı çamur kimyasal metotla bertaraf edilir. Sodyum alüminat çözeltisi çok incedir. Saf alümina hidrat, aşılandıktan sonra dik tanklara pompalanır. Çalkalayarak ve çözeltide bulunan alümina trihidratlar, tedrici olarak yavaş yavaş soğutarak çöktürülür. Sonra trihidrat katıları, kostik soda çözeltisinden çöktürerek ve vakum filtrasyonu ile ayrıştırılır. Kostik soda çözeltisi geri kazanılarak tekrar kullanılır. 2NaAl (OH) 4 › Al 2 O 3 .3H 2 O + 2 Na OH Trihidrat çözeltisi yüksek sıcaklıkta yani 900-1100 o C’de kalsine edilerek su giderilir. Hidroskopik olmayan saf alümina beyaz tozu elde edilir. Al 2 O 3 3H 2 O (1000 o C)= Al 2 O 3 +3H 2 O • 4-5 ton boksit madeninden yaklaşık olarak 2 ton alümina üretilir. Bayer Prosesine göre elde edilen alüminanın elektrolizi ile 1 ton metal sıvı alüminyum üretilmektedir. (birincil alüminyum). ALUMİNYUM ÜRETİMİ • Hammadde hazırlama bölümünün işlevi, boksit cevherinin bu proseste işlenebilir duruma getirilmesini sağlamaktır. • Otoklavlar ve Kırmızı Çamur bölümünde öğütülmüş boksiti sudkostik (NaOH) çözeltisi ile kimyasal reaksiyona sokarak Al2O3 ‘ü sıvı faza almak, Kırmızı Çamur kısmının görevi ise çözülmeyen komponentlerin (demir, silis gibi) çöktürerek temiz Sodyum Alüminat (NaAlO2) çözeltisi elde etmek ve 6 kademe yıkanan kırmızı çamuru çamur barajına basmaktır.Silisin zararı (Na 2 O. Al 2 O 3. .2SiO 2 ) çökeleğinin oluşumu ile sudkostik sarfiyatını arttırmak ve alumina kaybına yol açmaktır. Bu sebebten proseste silis modülünün (Al 2 O 3 / SiO 2 ) en az 7 olması gerekir. • Dekompozisyon-Hidrat Bölümünde Sodyum Alüminat çözeltisi hidrolize edilerek Alüminyum hidroksit (Hidrat) Al(OH) 3 elde edilir. Üretilen hidratın bir kısmı alüminyum sülfat ünitesine gönderilirken diğer kısmı da kalsine alümine üretimi için prosese devam etmektedir. • Buharlaştırma bölümünde, zayıf çözeltinin buharlaştırılması ve Soda (Na2CO3) ile organik safsızlıkların çöktürülerek prosesten uzaklaştırılması yapılır • Alüminyum hidroksit hangi prosesle elde edilirse edilsin sonunda alüminyum metalini elde etmek için mutlaka kalsinasyona tabi tutulur.Kalsinasyon bölümünde, Bayer Prosesi sonucunda elde edilen hidratın döner fırınlarda fiziksel ve kimyasal suyu uçurularak kalsine edilir ve alümina (Al2O3) elde edilir. Bayer Prosesi ile alümina üretiminde son yıllarda kaydedilen en önemli gelişme, kalsinasyon işleminin döner fırınlar yerine akışkan yataklı fırınlarda yapılmasıdır. • Alüminyum Sülfat Ünitesinde, üretilen hidratın bir kısmı kullanılarak sisteme sülfrik asit ilavesi ile reaksiyona sokulup, daha sonra kristalize edilmesi ile alüminyum sülfat (Al2(SO4)3) elde edilmektedir. Alüminyum sülfat, proses içinde daha sonraki aşamalarda kullanılan bir ürün değildir. ALUMİNANIN ELEKTROLİZİ • Alüminyum reaktif bir metal olup cevherinden (alüminyum oksit, Al2O3) kazanımı çok zordur. Örneğin, karbonla doğrudan redüksiyonu, alüminyum oksitin ergime sıcaklığı yaklaşık 2000°C olduğundan ekonomik olmaktan uzaktır. Dolayısıyla, alüminyum elektroliz yöntemiyle kazanılır. Alümina üretiminden sonraki aşama, alüminanın ergimiş kriyolit banyosunda elektrolizi ile metalik alüminyuma dönüştürülmesidir. Birincil alüminyum, alüminanın alüminyum elektroliz hücrelerinde yüksek akım (100-400 kA) altındaki 960-970 0C sıcaklıkta elektrolit adı verilen kriyolit- alüminyum florür ergimiş tuz eriği içinde çözünmesi, ayrışması ve indirgenmesi sonucu nötrleşen alüminyum metalinin tabanda birikmesi ile elde edilmektedir. Daha sonra alüminyum tabandan vakumlanarak alaşımlandırma veya döküm işlemine tabi tutulabilir hale gelmiş olur. • Bu yöntemde alüminyum oksit, ergimiş kriyolit içinde çözündürülür ve daha sonra saf metale redüklenir. Bu yöntemde redüksiyon hücrelerinin çalışma sıcaklığı 950-980°C civarındadır. Kriyolit, Grönland adasında bulunan doğal bir mineraldir fakat alüminyum üretimi için sentetik olarak yapılır. Kriyolit, alüminyum ve sodyumun florürlerinin bir karışımı olup formülü Na3AlF6 şeklindedir. Alüminyum oksit (beyaz toz), yaklaşık %30-40 demir içerdiği için kırmızı renkli olan boksitin rafinasyonu ile üretilir. Bu işlemin adı Bayer prosesidir ve daha önceleri kullanılmakta olan Deville prosesinin yerini almıştır. • Wöhler prosesinin yerini alan elektroliz yönteminde her iki elektrot da karbondan yapılmıştır. Cevher bir kez ergimiş hale geldikten sonra iyonlar serbestçe dolaşmaya başlarlar. Negatif elektrotta (katot) gerçekleşen reaksiyon: – Al3+ + 3e- › Al • olup alüminyum iyonunun elektron alarak redüklendiğini gösterir. Alüminyum metali daha sonra hücrenin tabanına sıvı halde çöker ve buradan sifonlanarak dışarı alınır. • Öte yandan, pozitif elektrotta (anot) oksijen gazı oluşur: – 2O2- › O2 + 4e- • Anot karbonu bu oksijen ile oksitlenerek tükenir ve dolayısıyla düzenli aralıklarla yenilenmesi gerekir: – O2 + C › CO2 • Katotlar elektroliz işlemi sırasında, anotların tersine, tükenmezler çünkü katotta oksijen çıkışı olmaz. Katodun karbonu, hücre içinde sıvı alüminyum ile örtülmüş olduğu için korunmalıdır. Öte yandan katotlar, elektrokimyasal prosesler gereği erozyona uğrarlar. Elektrolizde uygulanan akıma bağlı olarak, hücelerin 5-10 yılda bir tümüyle yenilenmesi gerekir. • Hall-Héroult prosesiyle alüminyum elektrolizi çok fazla elektrik enerjisi tüketirse de, alternatif yöntemler gerek ekonomik gerekse ekolojik olarak uygulanabilirlikten uzaktırlar. Dünya genelinde, ortalama spesifik enerji tüketimi, kg Al başına yaklaşık 15±0.5 kilowatt-saat dir (52-56 MJ/kg). Modern tesislerde bu rakam yaklaşık 12,8 kW·h/kg (46.1 MJ/kg) civarındadır. Redüksiyon hattının taşıdığı elektrik akımı, eski teknolojilerde 100-200 kA iken bu değer, modern tesislerde 350 kA'e kadar çıkmış olup 500 kA'lik hücrelerde deneme çalışmaları yapıldığı bilinmektedir. ALUMİNYUMU GERİ KAZANMANIN AVANTAJLARI • Kullanılmış alüminyum yerine boksit gibi doğal kaynaklardan alüminyum üretmek oldukça pahalı ve aşırı enerji gerektiren sistemdir. Alüminyum kullanılmaya başlandığından beri geri kazanılma işlemi yapılmaktadır. Alüminyumun geri kazanılması için, toplum bilinci 1980’li yıllarda başlamıştır. Alüminyum dünyada en fazla kullanılan demir dışı metaldir. Dünyada en fazla kaynakta ayrı toplanan ambalaj atıklarından biri ve en önemlisi alüminyumdur. Kullanılmış alüminyumdan alüminyum üretildiğinde %95 daha az enerji tüketilir ve işçilik ve yatırım maliyeti en aza düşer. • Bir ton kullanılmış alüminyumdan alüminyum üretilirse; • 8 ton boksit madeni, • - 1 300 kg boksit bakiyesi, • -4 ton kimyasal madde, • -14 000 kWh elektrik enerjisi kullanımı, • - 15 000 litre soğutma suyu, • - 860 litre proses suyu, • - 2 000 kg CO2 ve 11 kg SO2 emisyonu korunmuş olur. • İnsan sağlığını olumsuz etkilememek, hayvan ve bitkileri tehlikeye maruz bırakmamak, yüzeysel ve yer altı sularını kirletmemek, hava kalitesini bozmamak, gürültüye neden olmamak, doğal kaynakları, doğayı ve çevreyi korumak ve tehlikeli atık oluşturmamak için ambalaj atıkları kaynakta ayrı toplanmalıdır. İklim değişikliğine neden olan sera gazı emisyonunu azaltmak için her türlü kullanılmış alüminyum geri kazanılmalıdır. HURDADAN ALUMİNYUM ÜRETİMİ • Alüminyumun hurdalardan geri kazanımı, günümüz alüminyum endüstrisinin önemli bir bileşeni haline gelmiştir. Geri kazanım prosesi, metalin basitçe tekrar ergitilmesi esasına dayanır, ki bu yöntem metalin cevherinden üretimine nazaran çok daha ekonomiktir. Alüminyum rafinasyonu çok yüksek miktarlarda elektrik enerjisi gerektirir, buna karşılık geri kazanım prosesi, üretiminde kulanılan enerjinin %5'ini harcar. Geri kazanım prosesi 1900'lü yılların başlarından beri uygulanmakta olup yeni değildir. 1960'lı yılların sonlarına kadar düşük profilli bir faaliyet olarak devam eden geri kazanım olgusu, bu tarihte içecek kutularının alüminyumdan yapılmaya başlanması ile gündeme daha yoğun şekilde gelmiştir. Diğer geri döndürülen alüminyum kaynakları arasında otomobil parçaları, pencere ve kapılar, cihazlar, ve konteynerler sayılabilir. Alüminyum üretiminde en önemli hammaddenin kullanılmış alüminyum olduğu unutulmamalıdır. • Ambalaj malzemelerini piyasaya sürenler; • En az atık oluşturucu ambalaj malzemeleri kullanma, • Ambalaj malzemeleri tekrar tekrar kullanma, • Ambalaj atıkları geri kazanma, • Geri kazanılan ambalaj atıklardan yeni ürün üretilmesini sağlama, • yolların katı atık miktarını azaltmak için kendilerine rehber edinmelidirler. Ambalaj malzemeleri ve ambalaj atıklarını da içine alacak şekilde malzeme akış yönetimi oluşturmalıdırlar. • Alüminyum üretiminde en önemli hammadde kullanılmış alüminyumdur. Kullanılmış alüminyum tekrar tekrar alüminyum üretiminde kullanılabilir. Alüminyum malzemeler %100 geri kazanılabilir. Kullanılmış alüminyum geri kazanılarak sadece katı madde miktarı azaltılmaz aynı zamanda boksit madeni doğal kaynağı ve enerji korunmuş olur. Boksit madeninden yeni bir alüminyum kutu yapmak için gerekli enerji 20 birim ise kullanılmış alüminyum kutu yapmak için gerekli enerji 1 birimdir.Yani kullanılmış alüminyumdan alüminyum üretimi, hammaddeden alüminyum üretimine göre %95 daha az enerji gerektirir. Böylece önemli oranda enerji kaynağı korunmuş olur. • Kullanılmış alüminyum geri kazanılıp üretime sokulduğunda %99 oranında baca gazı kirletici emisyonu azalır. • Kullanılmış alüminyum geri kazanılması demek, daha az enerji ve hammadde tüketimi demektir. Kullanılmış alüminyumdan alüminyum üretilerek sera gazı emisyonu %95 ve atık su kirlenmesi %97 oranında azaltılabilir. DÜNYA ALÜMİNYUM ÜRETİM MALİYETLERİ • 1997‘de Dünyada ortalama birincil alüminyum operasyon maliyeti ~ 1.200 US$/ton civarında gerçekleşmiştir. Birincil alüminyum üretiminin en önemli girdisi elektrik enerjisidir. Elektrik enerjisinin birim tüketimi, 1980 yılında dünyada ortalama 17,0 kwh/kg-alüminyum olarak gerçekleşmişken, 1995 yılında birim enerji tüketimi 15,7 kwh/kg-alüminyum seviyesine gerilemiştir. Günümüzde ortaya çıkan teknolojik gelişmeler sonucu, özgül enerji tüketimi ~ 13 kwh/kg-alüminyum seviyelerine kadar düşmüştür. • Alüminyum üretim maliyetinin %20-40'ını, tesisin bulunduğu yere göre değişmek üzere, elektrik enerjisi oluşturmaktadır. Bu nedenle alüminyum üreticisi işletmeler, Güney Afrika, Yeni Zelanda'nın Güney Adası, Avustralya, Çin, Orta Doğu, Rusya, İzlanda, Kanada'da Quebec gibi elektrik enerjisinin bol ve ucuz olduğu bölgelere yakın olmak eğilimindedirler. ALUMİNYUM ÜRETİM MALİYETLERİ • Birincil alüminyum üretiminde maliyeti oluşturan en önemli kalemler; Hammadde (alümina, anot pasta, kriyolit, alüminyum flörür v.b.), enerji ve işçiliktir. Bunlardan en önemlisi elektrik enerjisi olup, maliyetin yaklaşık % 40’ını oluşturmaktadır. Geriye kalan %60’ın; yaklaşık % 30’unu malzeme-hammadde giderleri , yaklaşık % 30 diğer giderleri ise personel giderleri oluşturur. • Seydişehir Alüminyum Tesisleri, dünya alüminyum sektöründe en pahalı elektrik enerjisi satın alan kuruluştur. Batı dünyası alüminyum üreticilerinin elektrik enerjisi satın alma fiyatları ~ 2 cent/kwh seviyesinde iken, Seydişehir Alüminyum Tesisleri için bu fiyat iki kat daha fazla olup ~ 4 cent/kwh dır. • Seydişehir Alüminyum Tesislerinde tüketilen elektrik enerjisi için, bu konuda çıkarılan kararnameler ile 1977-1981 yılları arasında sabit fiyat uygulaması, 20.08.1981 tarihinden sonra %50 fiyat indirimi uygulanmak suretiyle koruyucu tedbir uygulanmıştır. Daha sonrasında bu oran 08.11.1990 tarihinde %40’a çekilmiş ve halen bu şekilde uygulamaktadır. SEYDİŞEHİR ALÜMİNYUM TESİSLERİNİN TARİHÇESİ • Seydişehir bölgesindeki Boksit cevherlerini işlemek için 9 Mayıs 1967 tarihinde Etibank Genel Müdürlüğü ile Tyazpromexport (SSCB) arasında imzalanan anlaşma ile 60.000 ton/yıl kapasiteli birincil alüminyum fabrikası kurulması çalışmaları başlamıştır. Fabrikada 13 Ekim 1969 tarihinde montaj çalışmaları başlamış ve Mart 1973 yılında Alümina fabrikası devreye alınmış ve arkasından Ağustos 1974’te 1.elektrolizhane, Ekim 1975’te 2.elektrolizhane, Aralık 1975’te 3.elektrolizhane, Ocak 1977’de 4.elektrolizhane, Mayıs 1974’te Dökümhane fabrikası, Şubat 1976- Mart 1979 arasında Haddehane fabrikasının değişik üniteleri tamamlanarak işletmeye alınmıştır. • 60.000 ton/yıl kapasiteli tesis Ocak 1977 yılında % 100 kapasiteye ulaşmış, 8 ay sonra Türkiye’nin içinde bulunduğu büyük enerji sıkıntısı nedeniyle Eylül 1977’de % 50 kapasiteye düşürülmüştür. Temmuz 1980’de kapasite % 75’e çıkarılmış fakat Ağustos 1981’den itibaren devam eden enerji krizi nedeniyle kapasitede dalgalanmalar olmuştur. Daha sonra Haziran 1983’de kapasite % 35’ e kadar düşmüştür. Ocak 1984’de % 50, Temmuz 1984’de % 75, Mayıs 1985’de % 100 kapasiteye ulaşılmıştır. Bu tarihten itibaren % 100 kapasiteyle üretime (60.000 Ton/Yıl) devam edilmektedir. Bu değerin gelecekte yükseltilmesi için tevsi yatırımı düsünülmektedir. SEYDİŞEHİR ALÜMİNYUM TESİSLERİ • Entegre bir tesis olan Alüminyum Tesisleri; Alümina, Anot Pasta, Alüminyum, Dökümhane, Haddehane ana üretim fabrikaları ile bunlara hizmet veren Kazan Dairesi, Kompresör, Su Sirkülasyon, Laboratuar, Atölyeler, Tesis Enerji v.b yardımcı ünitelerden oluşmaktadır. • Alümina Fabrikasındaki, açık işletme tekniği ile çıkarılan % 56 Al2O3 tenörlü boksit cevheri, Bayer prosesinin uygulandığı bu fabrikada kırma, öğütme, çözme, katı-sıvı ayrımı, sıvının kristalizasyonu sonucu alüminyum hidroksit elde edilir. Bu alüminyum hidroksitin kalsinasyonu işlemleri sonunda ise, 200.000 ton/yıl alümina üretilir (yaklaşık 2 ton boksitten 1 ton alümina elde edilir). • Alüminyum Fabrikası, 4 elektrolizhane binası ve her binada uç uca dizili 62 hücre olmak üzere toplam 248 hücreden oluşmaktadır. Hücreler soderberg anot tipinde, yani kendi kendine pişen hücre tipi olup, 100-102 kA akım şiddeti ile çalıştırılarak alüminanın elektrolizi sonucu yaklaşık 60.000 - 62.000 ton/yıl sıvı alüminyum üretilmektedir (Yaklaşık 2 ton alümina elektroliz hücrelerinde Hall-Heroult prensibine göre ayrışarak ve indirgenerek 1 ton alüminyum olarak katotta toplanır). • Dökümhane Fabrikası, Elektrolizhanelerde üretilen sıvı alüminyum, alaşımlı / saf (alaşımsız) külçe, ingot (yuvarlak- yassı) şekline getirilir. Dökümhane Ünitesi yılda ~ 60.000 ton sıvı alüminyum ve ~ 20.000 ton ikincil alüminyumu işleyecek kapasitededir. • Haddehane Fabrikası ise, Dökümhanede üretilen yuvarlak ingotların ekstrüzyon ve yassı ingotların hadde yöntemiyle şekil verildiği birim olup, piyasa talebine uygun; profil, sıcak-soğuk levha, ve folyo üretimi gerçekleştirilmektedir. • Özet olarak, Alüminyum Tesisleri yılda ~ 461.000 ton Boksit işleyerek, 200.000 ton Alümina ve 60.000 ton sıvı alüminyum üretim kapasitesine sahiptir. Üretilen alüminanın 120.000 tonu sıvı alüminyum üretiminde kullanılmakta olup, geri kalan 80.000 tonun küçük bir bölümü yurtiçinde seramik fabrikalarına satılmakta ve çoğu ihraç edilmektedir. Ayrıca, yurtiçi kağıt, tekstil, kimya sanayii, su arıtma tesisleri ihtiyacını karşılamak üzere 45.000 ton/yıl kapasiteli Alüminyum Sülfat Fabrikası 1980 yılında Alümina Fabrikasının bir yan ünitesi olarak, üretime başlamıştır. • 1970 yılında 18.000 ton civarında bulunan yurtiçi alüminyum tüketimi günümüzde ~ 175.000 ton/yıl düzeyine ulaşmıştır. Tüketimin bu seviyelere ulaşmasında ulusal bir kaynaktan Alüminyum hammadde ve mamullerinin teminindeki kolaylık büyük rol oynamış ve sayıları giderek çoğalan alüminyum işleyicisi niteliğindeki sanayi kolunun alüminyuma talebini her geçen gün artırmıştır. Ancak, Seydişehir Alüminyum Tesisleri, mevcut teknolojisi ve kapasitesi ile ülke ihtiyacının sadece ~ 60.000 tonunu (~ %30’unu) karşılayabilmektedir. Alüminyum işleme kapasitesinin 280.000-300.000 ton/yıl, ithalatın 220.000 ton/yıl ve iç tüketimin 175.000 ton/yıl olduğu ülkemizde 60.000 ton/yıl kapasitesiyle alüminyum sektörünün ancak % 30’unu karşılayan Seydişehir Alüminyum Tesisleri için çözüm önerileri hayata geçirilmelidir. • Dünya alüminyum sektöründe en pahalı elektrik enerjisi satın alan kuruluş olan Seydişehir Alüminyum Tesislerinin enerji sorununa kalıcı bir çözüm bulunması için 1973 yılından günümüze alüminyum üretimini sürdüren Seydişehir Alüminyum Tesislerinde mevcut kapasiteyi etkileyecek teknolojik sorunlar yaşanmaktadır. Alınacak yatırım kararı ve aktarılacak kaynakla acilen tesisin darboğazdan çıkarılması ve ülke gereksinimi göz önüne alınarak uygun, rasyonel modernizasyon çalışmalarına başlanmalıdır. CIVA ÜRETİM AKIM ŞEMASI