Üretim Teknikleri ve Teknolojisi HidroMetalurji HD DROMETALURJD Prof. Dr. Zeki ÇD ZMECD OĞLU YILDIZ TEKND K ÜND VERSD TESD KD MYA METALURJD FAKÜLTESD METALURJD VE MALZEME MÜHENDD SLDĞD BÖLÜMÜ.HD DROMETALURJD DERSD 2006-2007 ÖĞRETD M YILI GÜZ YARIYILIDERS D ÇERDĞD HAFTALARA DAĞILIM TAKVD MD (Gr. 1 ve Gr.2 ) Haftalar Konular • 1. Hafta: Giriş (27.09.2006) • 2. Hafta:Çözünme Mekanizması, Anodik ve Katodik Çözünme Reaksiyonları (04.10.2006) • 3. Hafta:Çözünme Termodinamiği ve Kinetiği (11.10.2006) • 4. Hafta:Çözünmeyi Etkileyen Faktörler, Çözünme Teknikleri (18.10.2006) • 5. Hafta:Ramazan Bayramı Tatili (25.10.2006) • 6. Hafta:Filtreleme, Fiziksel ve Kimyasal Çökeltme Teknikleri (01.11.2006) • 6. Hafta:Filtreleme, Fiziksel ve Kimyasal Çökeltme Teknikleri (01.11.2006) • 7. Hafta:Problem Çözümü (08.11.2006) • 8. Hafta: 1.VD ZE SINAVI (15 Kasım 2006) • 9. Hafta:Teknik Gezi (22.11.2006) • 10. Hafta:Hidrolitik ve D yonik Çökeltme (29.11.2006) • 11. Hafta:Homojen( D yonik ve D yonik Olmayan) ve Heterojen (Elektrokimyasal ve Elektrolitik) D ndirgeme Çökeltmesi (06.12.2006) • 12. Hafta: Problem Çözümü (13.12.2006) • 13. Hafta:2.VD ZE SINAVI (20 Aralık 2006) • 14. Hafta:Elektrolitik Çökeltme (27.12.2006) • 15. Hafta:Solvent Ekstraksiyonu ( D yon Değişimi) Çökeltmesi (03.01.2007)YERKABUĞUNU ÇEVRELEYEN KARA-SU- HAVA KÜRELERD NDEKD REAKSD YONLARÜRETD M METALURJD SD TEKND KLERD PD ROMETALURJD HD DROMETALURJD ELEKTROMETALURJD ÜRETD M METALURJD SDHD DROMETALURJD TEKNDĞD • Su, asit, baz veya tuz çözeltisi gibi sulu bir ortam yardımı ile cevherden metal üretimidir. Son birkaç asırdan beri üretimidir. Son birkaç asırdan beri uygulanan ve gittikçe yaygınlaşan bir üretim metalurjisi tekniğidir. Alüminyum, çinko ve uranyum üretiminde yüksek oranda, bakırda artan oranlarda(% 20) ve kurşunda az oranda uygulanmaktadır. • Düşük tenörlü ve kompleks cevherlerin değerlendirilebilmesi, • Metallerin ayrı ayrı yüksek verimde kazanılabilmesi, HD DROMETALURJD ND N ÜSTÜNLÜKLERD • Metallerin ayrı ayrı yüksek verimde kazanılabilmesi, • Yüksek safiyette metal üretilebilmesi, • Sulu ortamlardaki reaksiyonların homojen, hızlı ve otomatik kontrol edilebilir olması, • Ekonomik bir teknik olması. HD DROMETALURJD DŞ LEMLERD • ÇÖZÜNME: Cevher içerisindeki metal bileşiğinin kristal yapısının bozunarak sulu ortamda atomsal seviyede iyonlar halinde dağılmasıdır. • FD LTRELEME: Cevher içerisindeki katı fazdaki çözünmeyen gang mineralleri ile sıvı çözeltinin ayrılmasıdır. ÇÖZÜNME FD LTRELEME çözeltinin ayrılmasıdır. • ÇÖZELTD ND N TEMD ZLENMESD : Çözelti içerisinde çözünen ana metal dışında çözünmüş diğer çözeltiyi kirleten iyonların çözeltiden uzaklaştırılmasıdır. • ÇÖKELTME: Çözelti içerisinde iyon halinde dağılmış olan ana metal iyonunun serbest metal halinde veya bir metal bileşiği halinde katı bir faz olarak çözeltiden ayrılmasıdır. ÇÖZELTD ND N TEMD ZLENMESD ÇÖKELTMEÇÖZÜNME REAKSD YONLARI • ANOT REAKSD YONLARI (ELEKTRON VEREN, YÜKSELTGENME) M = M 2+ + 2e- M = M + 2e- veya MS = M 2+ + S + 2e- • KATOT REAKSD YONLARI (ELEKTRON ALAN, D NDD RGENME) 2H + + 2e- = H 2 (g)ÇÖZÜNMEYD ETKD LEYEN FAKTÖRLER • CEVHER ÖZELLD KLERD (BD LEŞD M, TANE BOYUTU VE ŞEKLD ) • ÇÖZELTD BD LEŞD MD ( HD DROJEN VE • ÇÖZELTD BD LEŞD MD ( HD DROJEN VE DDĞ ER D YON KONSANTRASYONLARI) • SICAKLIK • BASINÇ • ÇÖZELTD AKIŞ HIZIÇÖZÜNME TEKND KLERD • CEVHER YATAĞINDA ÇÖZÜNME: Dş letilmesi madencilik açısından ekonomik olmayan bir cevher yatağının basınçlı su (veya asitli su) ve hava akımına maruz bırakılarak çözündürülmesidir. • YIĞIN HALD NDE ÇÖZÜNME: Su geçirimsiz bir zemin üzerinde kırılmış haldeki cevher yığınının zayıf asitli su püskürtülerek çözündürülmesidir. çözündürülmesidir. • TANK D ÇD NDE ÇÖZÜNME: Kırma ve öğütme ile boyut küçültülmüş cevher taneciklerinin atmosferik şartlarda tank içerisindeki bir çözeltide çözündürülmesidir. • OTOKLAV D ÇD NDE ÇÖZÜNME:D nce öğütme ile( 0,050-0,100 mm) boyut küçültülmüş cevherin yüksek sıcaklık (25-250 o C) ve basınç (1- 40 atm.) altında otoklav adı verilen yüksek sıcaklık ve basınca dayanıklı hücreler içerisinde çözündürülmesidir.CEVHER YATAĞINDA, YIĞIN HALD NDE VE TANK D ÇD NDE ÇÖZÜNME CEVHER YATAĞINDA ÇÖZÜNMECEVHER YATAĞINDA ÇÖZÜNME DŞ LEMD NDE UYGULANAN BASINÇ-MESAFE D LDŞ KD SDM-H 2 O SD STEMDPOTANSD YEL-PH DD YAGRAMIÇÖZÜNME KD NETDĞD V=K.( C D - C H ) = D.A/d .( C D - C H ) V= ? C H / ? t = d C H /d t =K. ( C D - C H ) K.dt = dC H / C D - C H ? 0 t K.dt= ? 0 CH dC H / C D - C H K.t=2,303. Log C D/ C D - C H ? t1 t2 K.dt= ? CH1 CH2 dC H / C D - C H ? t1 K.dt= ? CH1 dC H / C D - C H K(t 2 -t 1 ) =2,303 .Log C D - C H1/ C D - C H2 V=Çözünme Hızı K=Sabit C D =Doymuşluk Metal Konsantrasyonu C H =Hakiki Metal Konsantrasyonu D=Diffüzyon Katsayısı d= Diffüzyon Tabaka Kalınlığı A= Arayüzey AlanıFD LTRELEME (KATI/SIVI FAZ AYIRIMI) • Hidrometalurjide cevherden gelen ve çözeltide çözünmeyen gang mineralleri ile sıvı çözeltinin ayrılmasıdır. Bu işleme sıvı çözeltinin ayrılmasıdır. Bu işleme katı/sıvı faz ayırımı da denir. VAKUMLU FD LTRE ÇÖKELTME • Çözelti içerisinde iyon halinde dağılmış olan ana metal iyonunun serbest metal halinde veya bir metal bileşiği halinde katı bir faz olarak çözeltiden ayrılmasıdır. ÇÖKELTME YÖNTEMLERD • FD ZD KSEL ÇÖKELTME • KD MYASAL ÇÖKELTMEFD ZD KSEL ÇÖKELTME (KRD STALLENDD RME) Çözeltideki sıcaklık, basınç, PH v.b. fiziksel bir değişkenin değişimi ile gerçekleştirilen çökeltme yöntemidir. gerçekleştirilen çökeltme yöntemidir. Kristallendirme olarak da adlandırılır. Örnek Reaksiyon : • Cu 2+ + SO 4 2- + 5H 2 O = CuSO 4 .5H 2 O (k)KD MYASAL ÇÖKELTME TEKND KLERD • Hidroliz çökeltmesi • D yonik çökeltme • D yon değişimi çökeltmesi • D yon değişimi çökeltmesi • D ndirgeyici çökeltme Homojen (D yonik ve iyonik olmayan) Heterojen (elektrokimyasal ve elektrolitik)HD DROLD Z ÇÖKELTMESD Bu çökeltme yöntemi su molekülünün kutuplu kovalent bağı etkisi yardımı ile ortaya çıkar. • Fe 3+ + H 2 O = Fe(OH) 2+ + H + • Fe(OH) 2+ + H O = Fe(OH) + + H + • Fe(OH) 2+ + H 2 O = Fe(OH) 2 + + H + • Fe(OH) 2 + + H 2 O =Fe(OH) o 3 (k) + H + .D YOND K ÇÖKELTME Birbiri ile karıştırılan iki çözeltide iki farklı iyonun birbirini etkileyerek çözünürlüğü az olan bir bileşik oluşturarak gerçekleştirilen olan bir bileşik oluşturarak gerçekleştirilen çökeltmedir. Temel Reaksiyon: M n+ + nA m- = M m A n (k) Örnek Reaksiyon: Cu +2 + S -2 = CuS (k)D YON DEĞDŞD MD ÇEVD RD M AKIM ŞEMASID YON DEĞDŞD MD REAKSD YONLARI 1. Katyon D yon Değişimi 2RH + M 2+ = R 2 M + 2H + 2. Anyon D yon Değişimi 2. Anyon D yon Değişimi ROH + Cl - = R Cl + OH - 3. Nötral D yon Değişimi Boron, Bromine, Colombium, TantalumD YON DEĞDŞD MD (KARIŞTIRMA VE DD NLENDD RME) HÜCRESDKULE TD PD D YON DEĞDŞ TD RME HÜCRESDD YON DEĞDŞ TD RME DŞ LEMD NDE D Ç-KARIŞTIRICI KONTAKTÖRÜKARIŞTIRICI-DD NLENDD RD CDD YON DEĞDŞD MD ÖRNEKLERDEKSTRAKSD YON D ZOTERM DD YAGRAMI EKSTRAKSD YON D ZOTERM DD YAGRAMI EKSTRAKSD YON D ZOTERM DD YAGRAMITEKRARLI EKSTRAKSD YON DEVRESD DD YAGRAMIEKSTRAKSD YON D ZOTERMD ND N ÇD ZD LDŞDDAĞILIM D ZOTERMD VE DŞ LEM HATTIHOMOJEN D NDD RGEME ÇÖKELTMESD D yonik D ndirgeme Çökeltmesi:Bir iyon yardımı ile olan indirgeme çökeltmesidir. D yon yükseltgenir. • Fe 2+ + Au + = Fe 3+ + Au D yonik Olmayan D ndirgeme Çökeltmesi:Gaz v.b. bir madde ile olan indirgeme çökeltmesidir. • H 2 (g) + Cu 2+ = 2H + + Cu ELEKTROKD MYASAL ÇÖKELTME(SEMENTASYON) • Metallerin Nernst Skalasındaki iyonlaşma potansiyellerinin farklılığından yararlanarak gerçekleştirilen çökeltme yöntemidir. Örnek: Demir yardımı ile bakır çökeltilebilir. • Cu 2+ +2e- = Cu (Redükleme) • Fe = Fe 2+ + 2e- (Oksitleme) • Cu 2+ + Fe = Cu + Fe 2+ (Red-oks)ELEKTROLD TD K ÇÖKELTME REAKSD YONLARI • 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 metalELEKTROLD TD K HÜCREELEKTROMETALURJD • ELEKTROTERMD K (ELEKTRD K FIRINLARI) • Direnç Tipi Elektrik Fırını • Elektrik Ark Ocağı • Elektrik Ark Ocağı • Endüksiyon Tipi Elektrik Fırını • ELEKTROLD Z • Elektrolitik Tasfiye-Çözünen Anot Elektrolizi • Elektrolitik Çökeltme ( D ndirgeme)-Çözünmeyen Anot ElektroliziYARIM HÜCREGALVAND K HÜCREGALVAND K HÜCRE VE TUZ KÖPRÜSÜSTANDART HD DROJEN REFERANS ELEKTRODUNERNST SKALASIMETALD N KOROZYONUGALVAND K VE ELEKTROLD TD K HÜCREHÜCRELERD N KARŞILAŞTIRILMASIM-H 2 O SD STEMDFe-H 2 O SD STEMDCu-H 2 O SD STEMD