MET-315 EKSTRAKTİF METALURJİ

DERS NOTLARI

DOÇ.DR. HALİL ARIK

EYLÜL-2009

Metalürji

Metalürji : Metal ve alaşımların, cevher veya metal içeren hammaddelerden, kullanım sürecine uygun

kalitede üretilmesini, saflaştırılmasını, alaşımlandırılmasını, şekillendirilmesini, korunmasını, ve

"üretim - kullanım" ömrü içindeki çevresel kaygı ve sorumlulukları da dikkate alarak insanların ihtiyaçlarına cevap verecek özellikte ve biçimde hazırlanmasını hedef

alan bir bilim ve teknoloji dalıdır. Metalurji, kapsamı itibarıyla, üretim metalurjisi (ekstraktif metalurji) ve

fiziksel metalurji (malzeme) olmak üzere iki ana kısma ayrılmaktadır

Ekstraktif Metalürji Doğada metal dışı kum ve kaya gibi safsızlıklarla bir arada bulunan ve cevher olarak

adlandırılan değişik metal bileşimlerinden bu metallerin değişik metotlarla elde edilmesi ve akabinde saflaştırılması uygulamalarının tümüne birden üretim metalürjisi diyoruz.

Aşağıdaki tabloda metalürji içerisinde yeralan değişik uygulamaların sıralaması verilmiştir.

Periyodik tablo

Position of Metals and Non-metals in the Periodic Table

Metaller

Kolaylıkla elde edilebildiği için, ilk bulunan ve kullanılan metaller bakır, gümüş ve altın şeklinde sıralanmaktadır. Öyle ki bu metaller bazen yaşanan döneme adını vermiştir. Demir çağı, Bronz çağı gibi. Bugün metallerin üretimi ve tüketimi o kadar önemli hale gelmiştir ki metal içermeyen bir yaşamı düşünebilmek neredeyse imkansızdır. Çünkü bu metalleri temel olarak, binaların inşasında, taşımacılıkta, haberleşmede, elektrik iletiminde, ev eşyalarında, bilimsel donanımlarda, bozuk paralarda vb. alanlarda yoğun bir şekilde kullanmaktayız.

Bugün bilinen mevcut elementlerin %75’inden fazlası metaldir. 103 elementin 92 tanesi doğal olarak oluşmuş olup, bunların 80 adedi metaldir.

Ametaller

Metalik olmayan 22 adet element ise yerkürede, atmosferde ve okyanuslarda bulunmaktadır. Oda sıcaklığında metal olmayan elementlerin yarısı gaz haldedir.

Metal olmayan elementlerde miktar olarak ilk sırayı oksijen alır. Çünkü yerkabuğunun yaklaşık %50si atmosferdeki havanında %21’ni oksijen oluşturmaktadır. Miktar olarak ikinci sırada silisyum bulunmakta yer kabuğunun yaklaşık %26’sını silisyum oluşturmaktadır. Okyanuslardaki suyu da önemli ölçüde hidrojen ve oksijen oluşturmaktadır.

Periyodik tabloyu inceleyecek olursak IA gurubu daha reaktif alkali metaller olarak adlandırılırken IIA grubu toprak alkali metaller olarak isimlendirilmektedir. I ve IIA arası elementler ise geçiş metalleri olarak isimlendirilmektedir.

Metallerin Fiziksel Özellikleri

Oda sıcaklığında sıvı halde bulunan cıva ve gallium dışında metaller katı halde bulunur. Yüzeyleri parlatılabilir ve ışığı yansıtırlar. Metaller sünektir tel şeklinde çekilebilir. Örneğin 100 g gümüş 200 m uzatılabilir Bıçakla kesilebilen yumşaklıktaki sodyum ve potasyum harici metaller serttirler. Son kabuklarında 1-3 arası valans elektronu bulundururlar. Serbest elektronlarından dolayı metaller iyi iletkendirler. Gümüş ve bakır ısı ve elektriği en

iyi ileten iki metaldir. Metaller yüksek yoğunluğa sahiptirler. Metaller içerisinde İridyum ve Osmiun en yüksek

lityum ise en düşük yoğunluğa sahip metallerdir. Metaller yüksek ergime ve kaynama noktasına sahiptirler. Metaller içerisinde tungsten en

yüksek ergime derecesine sahipken, gümüş düşük kaynama, sodyum ve potasyum ise düşük ergime derecesine sahip metallerdir.

Metaller elektropozitiftirler. Elektron kaybedip katyon oluşturma eğilimindedirler. Normal olarak elektron almazlar.

Nao – 1e- -------> Na+ Alo – 3e- ------> Al+3

Ametallerin Özellikler

- Oda sıcaklığında ametallerin bazılar gaz (oksijen) bazıları katı (karbon) halde bulunur.

- Çok kırılgandırlar ve şekil değiştirme özellikleri yoktur.

- Isı ve elektriği çok zayıf iletirler.

- Elektronegatif karakterdedir. Genellikle elektron almayı veya elektronlarını ortak kullanma eğilimindedirler.

- Genellikle oksijenle asidik veya doğal oksit oluştururlar.

Yerkürenin kimyasal kompozisyonu

Element Yer Küre Kıtasal KabukOkyanusal

KabukManto

Çekirdek

Demir (Fe) 31,9 5,1 8,2 6,3 85

Oksijen (O) 29,7 46,6 44,9 44,8

Silisyum (Si) 16,1 27,7 24,1 21,5 6

Magnezyum (Mg) 15,4 2,1 4 22,8

Nikel (Ni) 1,82 0,01 0,2 5,2

Kalsiyum (Ca) 1,71 3,6 7,8 2,5

Alüminyum (Al) 1,59 8,1 7,7 2,3

Kükürt (S) 0,63 0,05 0,03 1,9

Krom (Cr) 0,47 0,26 0,9

Sodyum (Na) 0,18 2,8 1,6 0,27

Mangan (Mn) 0,17 0,1 0,1 0,3

Fosfor (P) 0,12 0,1 0,009 0,35

Metallerin reaktiflik serisi

Metallerim büyük çoğunluğu elektropozitiftir ve doğada elektron kaybederek diğer elementlerle bileşik oluşturma eğilimindedirler. Metallerin bileşik oluşturma hızı farklılık gösterirler. Yandaki çizelgede en aktif metal potasyum, en düşük aktiflikteki ise altındır.

Altın, Platinyum gibi birkaç metal dışında bütün metaller doğada bileşik halde bulunmaktadır.

Oxides Carbonates Halides Sulphides Sulphates

Zincite (ZnO) Marble or limestone (CaCO3)

Fluorspar (CaF2)

Zinc blende (ZnS) Galena (PbS)

Anglesite (PbSO4)

Haematite (Fe2O3.xH2O)Magnetite (Fe3O4) Calamine (ZnCO3)

Cryolite (Na3AlF6)

Iron pyrites (FeS2) Baryl (BaSO4)

Bauxite (Al2O3.2H2O) Siderite (FeCO3) Horn Silver (AgCl)

Cinnabar (HgS) Gypsum (CaSO4.2H2O)

Cuprite (Cu2O) Magnesite (MgCO3)

Rock salt (NaCl)

 Epsom salt (MgSO4.7H2O)

•Metals like gold and platinum occur in the free metallic form not acted upon by air or water •The rest of the metals occur in the combined form as compounds. Copper is one of the metals which occur in free as well as combined state •Aluminium is the most abundant metal in the earth's crust •The second most abundant metal in the earth is iron and the third one is calcium

Metallerin Doğada bulunuşu

Mineral : Doğal şekilde oluşan homojen, belirli bir kimyasal bileşime sahip ve belirli bir kristal yapısı olan inorganik kristalleşmiş katı bileşiklerdir.

Buna göre minerallerin özelliklerini şöyle sıralayabiliriz

1. Doğal olarak oluşur, 2. Herhangi bir parçası bütününün özelliklerini taşır, 3. Belirli bir kimyasal formülü vardır, 4. Katı halde olup nadiren sıvıdır, 5. İnorganiktir (yani doğada bulunur).

Örnek, Hematit (Fe2O3).

MİNERALLER

http://www.mta.gov.tr/mineraller/mineraller.html

Cevher

Herhangi bir metalin minerallerini içeren ve ekonomik değeri olan kayaçtır. bir kayacın cevher olabilmesi için ekonomik değeri olması kritiktir. örneğin bir altın rezervi için ,üzerinde yapılan fizibilite çalışmalarının ardından eğer o rezerv kar edilebilecek şekilde işletilebilecekse ,yani ekonomik değeri varsa , rezervdeki altından "altın cevheri" olarak bahsedilebilir.

Değerli olarak bilindiği halde ekonomik olarak işletilemediği ,yani cevher sıfatını alamadığı için ayaklarımızın altında yatan yüz binlerce ton rezerv vardır. Örnek (Fe2O3,SiO2,Al2O3, )

EKSTRAKTİF METALURJİNİN KISIMLARI

 

0-     Cevher Hazırlama

1-     Pirometalürji

2-     Hidrometalürji

3-     Elektrometalürji

Cevher Hazırlama

Üretim için cevher hazırlamanın temelde iki amacı vardır

1- Ekonomik

2- Teknolojik

Cevherdeki Minerallerin Serbest Hale Getirilmesi

Bir cevher içerisinde istenen ve istenmeyenler olmak üzere birden fazla mineral türü bulunabilir. Bunları birbirinden ayırabilmek için serbestleşme boyutu denen boyuta kadar kırma ve öğütme işlemleri ile boyut küçültme işlemine tabi tutulması gerekir. Boyut küçültme işlemi temel olarak üç maksada yönelik olarak yapılır. a. Cevherin gerekli ve gereksiz kısımlarını birbirinden ayırabilmek için fiziki serbestleşmeyi sağlamakb. Cevheri zenginleştirme cihazının kabul edebileceği boyuta getirmek.c.  Endüstrinin istediği özelliklere uygun hammadde haline getirmek

Kırma

Katı bir maddenin mekanik kuvvetler etkisiyle daha küçük parçalara bölünmesi işlemidir. Teknolojide kırma, kaba (50 mm’den büyük) ve ince kırma (50-5 mm) şeklinde uygulanır.

Çeneli Kırıcı

PE/PEX Series Jaw Crusher has the features of high crushing and even product size ratio. It can be used to crush material, whose compression strength is not more than 320Mpa. PE Series is used in primary crushing, while PEX series is used in secondary crushing and fine crushing.

Çeneli Kırıcının Özellikleri

ModelSize of Feed Opening(mm)

Max Feed Size (mm)

Discharge Range Opening (mm)

Capacity (m3/h )

Motor Power（ kw）

PE-250×400 250×400 210 20-60 3-13 15

PE-400×600 400×600 340 40-100 10-35 30

PE-500×750 500×750 425 50-100 25-60 55

PE-600×900 600×900 500 65-180 30-85 55- 75

PE-750×1060 750×1060 630 80-180 72-150 110

PE-800×1060 800×1060 680 100-200 85-143 110

PE-870×1060 870×1060 750 170-270 145-235 110

PE-900×1060 900×1060 780 200-290 170-250 110

PE-900×1200 900×1200 780 95-225 100-240 110

PE-1000×1200 1000×1200 850 195-280 190-275 110

PE-1200×1500 1200×1500 1020 150-300 250-500 160

PEX-150×750 150×750 120 18-48 5-16 15

PEX-250×750 250×750 210 25-60 8-22 22

PEX-250×1000 250×1000 210 25-60 10-32 30-37

PEX-250×1200 250×1200 210 25-60 13-38 37

PEX-300×1300 300×1300 250 20-90 10-65 75

Çeneli Kırıcı

Eksantirik

Dönüş yayı

Cevher besleme

Izgara

Volan

Biyel kolu

Şekil 4. Çeneli Kırıcının Şematik Gösterimi. Sert çeneler siyah renkte gösterilmiştir

Konik Döner Kırıcı

Şekil 5. Döner Kırıcının Şematik Gösterimi

Konik Döner Kırıcı

Sınıflandırma Aşamaları

Konik Kırıcı

Döner Kırıcı

Şekil 5. Döner Kırıcının Şematik Gösterimi

Merdaneli Kırıcı

Besleme

Şekil 7. Merdaneli Kırıcının Şematik Gösterimi.

ÇEKİÇ KIRICI

Besleme

Ürün

Şekil 8. Çekiç Kırıcının Şematik Gösterim

Öğütme

Ürün çıkışı – 100 m

Motor Sınıflandırıcılara

Öğütme : Malzeme boyutunu 5 mm’nin altına indirme işlemine öğütme adı verilir. Öğütme işlemleri 5-0,5 mm arasında kaba 500-50 m arasında ince öğütme olarak ikiye ayrılır. 50-5 m tane boyutu aralığında yapılacak öğütmeler çok ince öğütme, 5 m altındaki öğütmeler kolloid öğütme olarak sınıflandırılır.

Sulu ortamda bilyeli öğütücünün şematik gösterimi

Öğütme

Motor

Sklona gidiş

Fandan hava girişiBesleme

Hava akımı içerisindeki öğütmenin şematik gösterimi

Cevher Hazırlama

Cevher Hazırlamanın Komple Şematik Olarak Gösterimi.

Diğer Sınıflandırıcılar

Zenginleştirme

Zenginleştirme, değerli mineralleri değersiz olanlardan ayırma işlemidir. Bu ayırma işlemi minerallerin fiziksel,

fizikokimyasal ve kimyasal farklılıklarından istifade etmek suretiyle yapılmaktadır. Zenginleştirme işlemi sonucunda kazanılan değerli ürüne konsantre değersiz ürüne ise atık denmektedir. Halen dünyadaki zengin maden yataklarının tükenmiş olması düşük tenörlü cevherler üzerine çalışmak

zorunluluğu, cevher zenginleştirme metotlarının önemini her gün biraz daha artırmaktadır.

Ayırıcılar

Kırma ve öğütme sonunda iki veya daha fazla farklı mineral içeren malzeme minerallerin fiziksel, kimyasal v.b. özellik farklılıklarından istifade ederek birbirinden ayrılabilir. Bu tür uygulamalar için manyetik ayırma ve elektrostatik ayırma verilebilecek en basit örneklerdir

Mağnetik Ayırıcı 1

Elektromanyetikler

Güçlü Zayıf

MağnetikZayıf

Mağnetik olmayan

Beslemee

Mağnetik Ayırıcı 2

Mağnetik Ayırıcı 3

Mağnetik Ayırıcı 4

Mağnetik Ayırıcı 5

Pulp çıkışı

Pulp girişiMağnetik konsantre

Sıyırıcı

Döner çelik disk

Mıknatıslar

Yaş sistem Mağnetik ayırıcının şematik görünümü

Elektro statik Ayırıcı

Elektrik iletimi olan parçacıklar

İletken olmayan parçacıklar

Besleme

PİROMETALURJİ

Pirometalurji, yüksek sıcaklıklar gerektiren bir ekstraktif metalurji metodu diye tarif edilebilir.

Pirometalurji İçinde Yeralan Uygulamalar; kurutmakalsinasyonkavurmasinter yapmaergitmedestilasyonkonvertisajateşle tasfiye döküm v.b uygulamalar şeklinde sıralanabilir.

Kurutma

Kurutma : Isıtmak suretiyle cevher, konsantre, katık maddeleri ve bazı hallerde havanın rutubetinin alınmasıdır. Kurutma genellikle soğuk katı maddeleri sıcak hava veya gazlarla temas ettirmek suretiyle yapılır ve suyu uçurulur. Gazların kurutulmasıBazen hava veya gazların içerisindeki rutubetin alınması istenmektedir. Havanın rutubeti alındığında bu havaya kuru hava denmektedir. Havanın kurutulmasında en çok kullanılan metot rutubetli havayı kalsiyum klorür veya silika jel içerisinden geçirmekle yapılır.

Kavurma

Kavurma : Yüksek sıcaklıklarda gazlarla katıların reaksiyonlarını içeren metalurjik bir uygulamadır. Verilebilecek en

karakteristik örnek ergime olmaksızın sülfür cevherlerin okside dönüştürülmesi işlemidir. Klasik olarak bir sülfürün kavrulmasında meydana

gelecek kimyasal reaksiyonlar aşağıda verildiği şekildedir.MSn + 1,5nO2 → MOn + nSO2.

Örnek:CuS + 1,5O2 → CuO + SO2

and2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2

2 PbS + 3 O2 → 2 PbO + 2 SO2

Sülfürlerin kavrulması ile açığa çıkan sülfürdioksit (SO2) büyük çoğunlukla sülfürik asit üretiminde değerlendirilmektedir.

Kalsinasyon

Bu uygulamada cevher hava içermeyen bir ortamda yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılarak kimyasal yapının parçalanması gerçekleştirilir.Genellikle karbonat halindeki cevherler veya su içeren cevherler kalsine edilirler.                                                                                                           

Magnezit MgCO3 --------------------- MgO + CO2 625°C

Kalker CaCO3 ----------------------- CaO + CO2 910 ° CDolomit Mg Ca (CO3)2 -------------- MgO + CaO + 2CO2 730 ° CSimitsonit ZnCO3 ---------------------- ZnO +CO2

Kavurma ve Kalsinasyon İşleminin Karşılaştırılması

Zenginleştirme sonrası atıklardan önemli ölçüde arındırılmış ve üretilmek istenen metalce daha konsantre haldeki cevherin okside dönüştürülmesi ya kavurma yada kalsinasyon işlemiyle gerçekleştirilmektedir. Kavurma ve kalsinasyon arasındaki temel farklılıklar aşağıdaki tabloda gösterilmektedir.

Kalkoprit Mineralinin Kavrulması

2 CuFeS2 (k) --------------------- Cu2S (k) + 2 FeS (k) + ½ S2 (g)

Cu2S (k) + 3/2 O2 (g) ------------------ Cu2O (k) + SO2 (g)

Cu2O(k) + 1/2 O2 (g) ---------------- 2 CuO (k)

3 FeS (k) + 5 O2 (g) ------------------ Fe3O4 (k) + 3 SO2 (g)

2 Fe3O4 (k) + 1/2 O2 (g ) ------------- 3 Fe2O3 (k)

1/2 S2 (g) + O2 (g) ----------------------- SO2 (g)

FeS2 (k) ------------------------------------ FeS (k) + 1/2 S2 (g)

Metal Oksitlerin Metale İndirgenmesi

Isı Kullanarak indirgemeReaktiflik serisinde çok düşük olan metallerin oksitlerine

tatbik edilir.  Örnek :                      

C

Karbon (metalurjik kok) Kullanarak İndirgemeBu metot orta derecede rektif metallerin oksitlerin

indirgenmesi için kulanılır. Metalurjik kok pahalı olmayan ve en yaygın tüketilen indirgeyicidir.

Önnek:                                                                                                      

CO

Karbonmonoksitle İndirgemeKarbonmonoksit güçlü bir indirgeyicidir.

En fazla yüksek fırındaki hematitin indirgenmesinde kullanılır.

Örnek:                                                                                       

Al

Alüminyum Kullanarak İndirgemeAluminyum pahalı bir indirgeyicidir.reaktifliği yüksek metallerin oksitlerini indirgemek için kullanılır. Fakat bu metallerin rektiflik

serisinde aluminyumun altında olma mecburiyeti vardır.Örnek :

                               

Elektroliz

Elektrolizle İndirgemeBu uygulama reaktiflik serisinde Alüminyumun üzerinde yüksek reaktiflikteki metallerin oksitlerini indirgemede kullanılır. Aynı

zamanda alüminyumoksidin indirgenmesi için de kullanılır.Örnek:

                                                                              

Aglomerasyon İşlemleri

Toz haldeki demir cevherlerini ve çeşitli cevher hazırlama yöntemleriyle zenginleştirilmiş demir cevheri konsantrelerini

yüksek fırınlarda kullanılabilecek hale getirme işlemlerine genel olarak AGLOMERASYON adı verilmektedir.

Aglomerasyon genellikle toz cevherlerin ve konsantrelerin boyut büyütme işlemleri olarak görülse de boyutla beraber yüksek fırına yüklenecek demir cevherlerinde aranan diğer

bazı özellikleri (sertlik, mukavemet, indirgenebilirlik, gözeneklilik v.b.) de yakından ilgilendirmektedir.

Sinterleme

Şekil 1 Sinterlemede akım şeması

A- Geri dönen ince Sinter B-C- ince cevher D- Kok E- Kireçtaşı, F- Çok ince tozlar1- Karıştırma tromeli, 2- Besleyici, 3- Ateşleyici, 4- Toz tutucu, 5- Sinter kırıcı, 6- Sıcak elek 7- Soğutucu, 8-Soğuk elek, 9- Yüksek fırına gönderilen elek üstü, 10- Elek altı ürün11- Geri dönen (elek altı)ince sinter toz, 12- Toz Tutucu,13- Fan,14- Baca

Sinter harmanının kalınlığı : 10-30 cmMax. Sinter sıcaklığı : 1450 CCevher boyutu 0-10 mmKok-Kireçtaşı boyutu : 0-3 mmSinter harmanı karışımı yaklaşık% 65 cevher% 3,5 kok% 7,5 kireçtaşı% 24 geri dönen toz sinter

Peletleme

Şekil 2. Peletlemede akım şeması

Ergitme, Katkı Maddeleri, Konvertisaj ve Destilasyon

Ergitme : Uygun fırınlarda ve yüksek sıcaklıklarda, şarjın kimyasal reaksiyonlar ve ısı neticesi eritilmesidir. Ergitme işlemleri için endüstriyel ölçüde düşey (Yüksek fırın, Water jaket fırını) veya yatay (Reverber fırını) fırınlar kullanılmaktadır

Katkı maddeleri : Ergitme tipi fırınlara yüklenen cevher, konsantre gibi maddelere ilaveten bunlarla birlikte uygun özellikte cüruf yapıcı metal içermeyen maddeler katılır ve bu maddelere katkı maddeleri denir. Bu maddeler genellikle kireçtaşı (CaCO3), dolomit (Mg.Ca (CO3)2) ve kuvars (SiO2) dır.

Konvertisaj : Sıvı haldeki metal veya ara ürün içine basınçlı hava üfleyerek yabancı maddeleri bünyeden uzaklaştırmaktır.Yabancı maddeler gaz halinde fırını terk ettikleri gibi, sıvı hale geçenler de cürufa karışırlar. Konvertisajın üretim metalurjisinde iki önemli tatbik sahası vardır.

Destilasyon : Metal veya metal bileşimlerinin buharlaştırılıp bu buharların daha sonra sıvı veya katı olarak kondanse edilmesidir. Destilasyon metodu, buharlaşma sıcaklığı düşük olan metal veya metal bileşimlerine uygulanır. Cıva, kadmiyum ve çinko bu metallerdendir.

Kimyasal Prensipler

Tabiatta bulunan cevherler, zengin oldukları zaman doğrudan doğruya, fakir iken muhtelif cevher zenginleştirme metotlarından en uygun olanı tatbik etmek

suretiyle konsantre haline getirildikten sonra çeşitli kimyasal reaksiyonlar sonucu saf metallere çevrilirler.

Stokiometri : Kimyasal reaksiyonların ağırlık bakımından ilişkilerini kapsamaktadır. Örneğin bakır sülfür (kalkopirit : CuFeS2) mineralinin kavrulma veya oksitlenme

reaksiyonunu ele alalım.

2 CuFeS2 + 6 O2----------------------------- Cu2O + Fe2O3 + 4 SO2

Bir elementin atom-gram ağırlığı : o elementin avagadro sayısı (6,02x1023) kadar gerçek atomunun bir araya gelerek oluşturduğu ağırlığıdır. Örneğin:1 gram hidrojen içerisinde 6,02x1023 adet gerçek hidrojen atomu vardır27 gram alüminyum içerisinde 6,02x1023 adet gerçek alüminyum atomu vardır Yaklaşık 56 gram (55,845 g/mol) demir içerisinde de yine avagadro sayısı kadar

gerçek demir atomu bulunmaktadır.

Bunlara paralel olarak 44 gram karbondioksit (CO2) gazı içerisinde 6,02x1023 tane CO2 molekülü, 32 gram oksijen gazı içerisinde 6,02x1023

adet gerçek oksijen (O2) molekülü vardır.

Bir bileşimin mol gram ağırlığı da o bileşimin molekül ağırlığı kadar grama eşittir. Böylece demirin gram atom ağırlığı 55, 89 gram iken, FeS2’ün gram-mol ağırlığı ise (55,89+32,02x2) 119,98 gramdır.Aynı

şekilde başka ağırlık üniteleride kullanılabilmektedir. Örneğin kilogram-atom veya ton-atom şeklinde

Örnek Problem

Örnek problem : 1000 kg kalkopiriti (CuFeS2) 1 nolu reaksiyona göre kavuralım. Elde edeceğimiz Cu2O, Fe2O3 ve SO2’in ağırlıklarıyla bu reaksiyon için gerekli oksijenin ağırlığını hesaplayınız.

2 CuFeS2 + 6 O2----------------------------- Cu2O + Fe2O3 + 4 SO2

(1) Yaklaşık atom ağırlıklarından hareketle hesap edilen mol ağırlıkları şu şekildedir.CuFeS2 = 184 Fe2O3 = 160 Cu2O = 144 SO2 = 64 O2 = 32

Çözüm

1000 kg CuFeS2 = 1000/184 = 5,43 mol2 mol CuFeS2’den 1 mol Cu2O elde edildiğine göre1/2x 5,43 = 2,71 mol Cu2O1 mol Cu2O ; 144 kg geldiğine göre 2,71 x144 = 391 kg Cu2O

1/2x 5,43 x 160 = 435 kg Fe2O3

4/2 x 5,43 x 64 = 696 kg SO2

6/2 x 5,43 x 32 = 522 kg O2

Çözümün Devamı

Solda 1000 Kg Kalkopirit (CuFeS2) 522 kg Oksijen (O2)Toplam = 1522 Kg bulunur.

Eşitliğin sağ tarafında 391 kg Cu2O435 kg Fe2O3

696 kg SO2

Toplam = 1522 Kg bulunur.

Termokimya : Kimyasal denklemlerin tamamı, aynı zamanda reaksiyonun ısı bilançosunu gösterir ve ne kadar ısı alındığını veya verildiğini ifade eder. Bir çok kimyasal reaksiyonun en önemli yönünü böylece termokimya teşkil eder.

Kalori : 1 gram suyun sıcaklığını 1 C yükselten ısı miktarına kalori denirKilo Kalori : 1 kg suyun sıcaklığını 1 C yükselten ısı miktarına kilo kalori denir

Reaksiyon ısısı

C + O2 ------------ CO2 + ısı

Yukarıdaki reaksiyonda basınç ve sıcaklık sabit olsa da reaksiyon sonucu bir ısı açığa çıkmaktadır. Meydana gelen reaksiyon bir sistemden diğer bir sisteme geçişi ifade eder.

Reaksiyon 20 C’de katı karbon ve gaz haldeki oksijen ile başlamakta ve neticede 20 C’de gaz haldeki CO2 ile sonuçlanmaktadır. 20 C’de C + O2 sisteminde oksijen molekülleri ve karbon atomlarının vibrasyon hareketlerinden doğan ve depo edilmiş bir ısı enerjisi vardır. Aynı şekilde 20 C’de CO2 sisteminde de CO2 moleküllerinin doğurduğu ve depo edilmiş bir ısı enerjisi vardır. CO2’in ısı enerjisi, C + O2 sisteminin ısı enerjisinden daha azdır. Böylece bir sistemden diğer bir sisteme geçiş (dönüşüm) olduğu zaman enerji içerikleri

arasındaki fark kendini ısı olarak gösterir ve bu ısı etrafa dağılmış olur. Bu ısıya Reaksiyon ısısı denir ve H ile gösterilir. Yukarda verilen reaksiyonda dışarıya ısı verildiği için H = - (negatif değerdedir). Böylece yukarıdaki denklemi şu şekilde

yazabiliriz.

C + O2 ------------ CO2 + H = -97200 Cal.

Reaksiyon Isısı

Aynı şekilde aşağıdaki reaksiyonlarda yazılabilir

2 C + 2 O2 ------------ CO2 H = -194400 Cal. 2 C + O2 ------------ 2 CO H = -58320 Cal. C + ½ O2 ------------ CO H = -29160 Cal. Cu2S + O2 ------------ 2 Cu + SO2 H = -51980 Cal2 Cu + SO2 ------------ Cu2S + O2 H = + 51980 Cal

H = - olduğu zaman, sistem dışarıya ısı vermektedir ve reaksiyon egzotermiktir.H = + olduğu zaman, sistem dışardan ısı almaktadır ve reaksiyon endotermiktir.

Gaz Kanunları

Avagadro Kanunu : Aynı sıcaklık ve basınçta muhtelif gazların eşit hacimlerinde aynı sayıda molekül vardır. Yine normal şartlar altında (0 C ve 1 atmosfer basınç altında) bütün gazların 1 formül gramı 22,4 litre (0,0224 m3) hacme sahiptir. Normal koşullar altında bazı gazların 22,4 litresinin ağırlıkları şu şekildedir.CO2 : 44 gramSO2 : 64Cl2 : 71O2 : 32H2 : 2He : 4Hava : 28,96 gramBir kimyasal reaksiyonda, denklemin heriki tarafındaki ağırlıkların birbirlerine eşit olmaları gerekirken, hacimleri eşit olmayabilir. Gazlar kendi aralarında reaksiyon yaptıkları zaman, toplam hacim azalır, çoğalır veya eşit kalabilir. Verilen muhtelif şartlar altındaki gazların hacimleri standart şartlara çevrilerek mukayeseler yapılabilir. Standart şartlar altında 1 mol kg. gaz hacmi 22,4 m3 kadardır.

Örnek problem

22,41600 x = 1120 m3 okjsijen gerekmektedir. 32

Bir bakır konvertöründe 8000 Kg Cu2S bulunmaktadır. Cu2S’ ü okside etmek için

konvertöre hava üflenmektedir.

Cu2S + O2 --------------- 2 Cu + SO2 reaksiyonuna göre gerekli hava miktarını bulunuz.

32 kg kükürt (S) için 22, 4 m3 oksijen gerekmektedir. Yada 1 kg kükürt (S) için 22,4/32 m3 oksijen gerekmektedir.

Konvertördeki kükürt miktarı 32/160x 8000 = 1600 kg

Havada hacimce % 21 oksijen bulunduğuna göre 1120/0,21 = 5330 m3 hava gerekmektedir.

Yanma

Yakıtın yanmasıyla oluşan reaksiyona yanma denir. Yanma reaksiyonları pirometaluri uygulamalarında büyük önem taşımaktadır. Oksitlenmesi sonucu ısı veren her medde bir yakıt olarak kabul

edilebilir. En çok kullanılan yakıtlar, maden kömürü, kok kömürü, akaryakıtlar, gaz yakıtlar, odun kömürü ve odundur. Bazı metalurjik işlemlerde yakıt gibi ısı veren başka maddelerde vardır. Bunlardan silisyum, manganez ve metal sülfürler önemlidir. Yakıtlar içerisinde yanan maddeler, karbon hidrojen ve muhtelif hidro – karbon bileşimleridir. Yanma sonucu elde edilen ürünler ise, CO2 ve H2O dur. Maden kömürü, kok ve diğer katı yakıtların kompozisyonunda daima az veya çok miktarda kül vardır.

Kalorifik Güç (Isı gücü)

Bir ünite (ağırlık veya hacim olarak) yakıt tamamen yakıldığında vermiş olduğu ısı miktarına, o yakıtın kalorifik gücü denir. Katı ve sıvı yakıtlarda kilogram yakıt başına kalori olarak gaz yakıtlarda ise metreküp başına kalori olarak ifade edilir. Elementlerin veya bileşimlerinin kalorifik güçleri yanma reaksiyonu sonucu elde edilen ısılar bilinmekle hesap edilebilir.ÖrneklerC + O2 ------------ CO2 H = -97200 Cal.

97200 / 12 = 8100 cal/gr = (8100 kcal/kg) Karbon için bulunan ısı gücü

2 C2H2 + 5 O2------------ 4 CO2 + 2 H2O H = - 613160 cal

C2H2 asetilen yani 0,0224 m3’ ün vermiş olduğu ısı miktarı 306580 cal ısı vermekte.O halde 1 m3 asetilenin verdiği ısı miktarı 13686,6 kcal/m3 olarak bulunur bu değer Asetilenin kalorifik gücünü ifade eder.

Metalurjik Yakıtlar

Oksitlenmesi sonucu endüstriyel işlemler için gerekli ısıyı verebilen ve havanın oksijeni ile hızla yanabilen her çeşit malzemeye yakıt denir. Yanma deyimi daha çok yakıtlar için kullanılmaktadır.

Tam yanmama deyimi : Yakıtın tamamının yanmaması (Örneğin yakıt yandıktan sonra arta kalan cürufta bir miktar karbon kalması) anlaşılır.

Yetersiz yanma: Karbonun tamamının (CO2) yapmayıp, bir kısmının (CO) yapması anlaşılır.

Yakıtın ateş alma sıcaklığı : Yakıtın yanmaya başladığı sıcaklık anlaşılır. Ateş alma sıcaklığı sabit bir değer olmayıp, yakıtın fiziksel yapısı ve atmosfere basıncına bağlı olarak değişmektedir.

Kül : Katı yakıtın kompozisyonunda olup, onun yanmayan kısmını teşkil eder. Cüruf : Yakıt yakıldıktan sonra geride kalan katı kitledir.

Yakıtların Sınıflandırılması

I. Katı YakıtlarA. TabiiOdunLinyit kömürüTaş kömürAntrasitB. SuniPulverize kömürBiriket kömürüKarbonize yakıtlarOdun kömürüKok kömürü

Yakıtların Devamı

II. Sıvı YakıtlarA. Tabiia) Ham petrolB. SuniDestilasyon ürünleri (benzin, motorin fuel-oil)Kömür katranıArtık yağlarıIII. Gaz YakıtlarTabiia) Doğal gazB. SuniKok gazlarıYüksek fırın gazı

Metalurjik Kok Kömürü

Demir ve demir dışı metallerin üretiminde kullanılan yüksek fırınlarda tüketilen yegane yakıt metalurjik kok kömürüdür. Kok kömürü taş kömüründen destilasyon işlemi sonucu elde edilmektedir.

Kok kömürü kok fırınlarında dıştan endirekt olarak ısıtılmak suretiyle kok kömürü elde edilmektedir. Kok kömürü üretiminde koktan ayrı bütün destilasyon ürünleri ( kok gazı, katran, naftalin, hafif yağlar ve amonyum sülfat gibi) yan ürünler elde edilmektedir. Kömür gazlarında CO, CO2, H2O, H2, N2, H2S, S ve NH3 bulunup, bu gazlar kimya sanayiinin önemli bir hammadde kaynağını teşkil etmektedir. Kok fırınlarının sıcaklığı 800-1000 °C olup, koklaştırma süresi yaklaşık 18-20 saat kadardır.

Pülverize Kömür

Pulverize Kömür: Adından da anlaşılacağı üzere, maden kömürünün pudra inceliğinde öğütülmesiyle elde edilen kömüre pülverize kömür denmektedir. Yakılmak istendiğinde basınçlı hava ile fırının cehennemliğine püskürtülmekte ve orada gaz özelliğinde yanabilmektedir. Pülverize kömür esas olarak iki maksat için kullanılmaktadır.

- İri kömüre nazaran daha mükemmel ve tam olarak yanmaktadır.-Kömür ocaklarından çıkan kömürün inceleri ve düşük kalite kömürler bu şekilde değerlendirilmektedir.

Doğal Gaz

En iyi gaz yakıt olup, gaz yakıtlar içinde en yüksek kalorifik güce sahiptirler (6,200-10,700 kcal /m3 ). Genel olarak metan (CH4), etan (C2H6) ve az miktarda H2, CO, CO2, N2, ve H2O ihtiva etmektedir. A.B.D’ lerinin Ohio eyaletinde çıkarılan doğal gazın kimyasal analiz sonuçları % olarak şu şekildedir

H2 : 1,89 CH4 : 92,84 CO : 0,2 C2H6 : 0,35 N2 : 3,82 CO2 : 0,75

Üretim Metalurjisinde Yakıtların Seçimi

FiyatTemini Yakıtın Bahis Konusu İşleme Uygunluğu Yakıtın Temizliği

REFRAKTERLER

Yüksek sıcaklıklara, korozif eriyiklere, içinde toz bulunan fırın gazlarının akışına dayanıklı her çeşit fırın yapmaya elverişli malzemeye ‘’refrakter malzeme’’ denir. Kavurma, ergitme ve ısıl işlemlerde kullanılan fırınların özellikle iç kısımları uygun refrakter malzemelerle kaplanmıştır.

Refrakter malzemeler genel olarak iki temel maksat için kullanılır

Isıl izolasyonIsıl iletkenlik

Refrakterlerin Sınıflandırılması

Refrakterler kimyasal yapılarına göre şu şekilde sınıflandırılır.

I. Asit yapılı refrakterler-Alümina – Silikat malzemeler

II. Bazik Refrakterler- Alümina Refrakterler. - Kalsiyum ve magnezyum oksitler. (MgO), (CaO)

III. Nötr Refrakterler - Suni olarak yapılan refrakterler (Zirkon karbür, Silisyum karbür)

Alümina-Silika Refrakterler

Bu çeşit refrakter tuğlalara ateş tuğlası veya şamot tuğlası da denmektedir. Refrakter malzeme kompozisyonunda Al2O3 ve SiO2’den başka FeO, MgO ve CaO gibi oksitlerde bulunmaktadır. Bir çok şamot tuğlanın ham maddesini kaolin (Al2O3 .2SiO2 . 2H2O) teşkil etmektedir. Şamot tuğla yapılırken kil su ile karıştırılıp preslenerek şekillendirilir. Tünel fırınlarda 36 saat süreyle kurutulduktan sonra sıcaklık 1280-1350 C’ ye yükseltilir. Tuğlalar bu sıcaklıkta 2-3 gün tutulur. Şamot tuğlalar yüksek sıcaklıklarda ani sıcaklık değişimlerine karşı dayanıklıdırlar. Bu tuğlaların kalitesi ve fiyatı içerisindeki alümina yüzdesi arttıkça yükselmektedir.

Cüruflar

Kavrulmuş cevher veya konsantrelerin veya zengin cevherlerin doğrudan doğruya ergitilmesi sonucu birbirine karışmayan belli başlı üç ayrı faz elde edilir. Bunlar;

Gaz faz Metalin bulunduğu eriyik faz Çeşitli silikatların oluşturduğu cüruf fazıdır

İyi bir cürufta aranan özellikler Düşük ergime sıcaklığı Yoğunluğunun düşük olması Düşük viskozite

HİDROMETALURJİ

Hidrometalurji : Sulu ortamlarda yapılan işlemlerle, cevher, konsantre, kalsine v.s. maddelerin çözülüp metallerin sonradan ayrılması diye tarif edilebilir. Hidrometalurji işlem kademeleri çoğu zaman cevher zenginleştirme işlem kademelerini ( öğütme, sınıflandırma, filtrasyon) içine almaktadır.

Hidrometalurji bir bakıma laboratuarlarda kullanılan sulu üretim metotlarının endüstriyel ölçüde tatbikidir. Uygun sulu solüsyonlar kullanılmak suretiyle mineral içindeki metal çözünmekte ve metal içermeyen gang minerali ise çözünmeksizin artık malzemede kalmaktadır. Metallerin bu şekilde uygun solüsyonlarla çözünmesine liç denmektedir. İnce taneli ham maddeler, mekanik karıştırıcılardan veya basınçlı havadan faydalanmak suretiyle solüsyon ile devamlı surette karıştırılarak liç yapılır. Liç işlemi tamamlandıktan sonra çözelti artıklardan ayrılmak (filtre etmek vs.) suretiyle zengin liç solüsyonu elde edilir. Bu solüsyondan metalin elde edilmesi aşağıdaki şekillerde olabilir.

Kimyasal çökeltme, Elektroliz, Çözeni buharlaştırmak

Hidrometalurjideki işlem basamakları

- Cevher, konsantre v.b maddelerin hazırlanması

- Metal içeren mineralin liç edilmesi

- Zengin liç solüsyonunun çözünmeyen artıklarının ayrılarak alınması

- Liç solüsyonundaki metalin çökeltilmesi

- Çökeltinin işlenip satılır hale getirilmesi (ergitme, tasfiye ve döküm vb.)

Hazırlık İşlemi

Liç yapılacak hammaddelerin hazırlığı şu şekilde yapılır

- Kırma ve öğütme

- Daha sonraki işlemlerde reaktif tüketimine sebep olacak ve işlemin yürümesine zorluk çıkarabilecek bazı çözünebilen tuzların, hammaddeyi yıkamak suretiyle bünyeden uzaklaştırılması.

- Çözünmeyen metal bileşiklerin çözünebilir hale gelmesi, zararlı bazı elementlerin uçurulup bünyeden atılması için yapılan kavurma işleminin yapılması.

Liç

Kullanılacak çözücü solüsyonun ucuz, daima kolaylıkla temin edilebilen ve bahis konusu metal bileşimleri hızla çözebilen bir özellikte olması gerekmektedir. Kullanılan belli başlı çözücüler Su, sülfirik asit, klorür asit, sodyum hidroksit, amonyak bileşimleri, sodyum siyanür, ferritik klorür ve ferritik sülfattır.

Zengin Liç Solüsyonunun Atıklardan AyrılmasıLiç işlemi tamamlandıktan sonra, liç solüsyonu çözünmeyen artıklardan

ayrılır. Artıkların solüsyondan ayrılmasında filtrasyondan faydalanılabilir.

Metallerin ÇökeltilmesiLiç solüsyonlarındaki metalleri çökeltmek şu şekillerde olabilirKimyasal yoldan çökeltmeÇözünmeyen anot kullanmak suretiyle elektronik çökeltme (Elektrovinning)Buharlaştırma suretiyle

ELEKTROMETALURJİ

Elektrometalurji : Cevher veya metal ihtiva eden her çeşit ham madde içindeki metalleri elektrik enerjisinden faydalanarak üretmeye elektrometalurji denir. Gerçekte Elektro–metalurji elektro – kimyanın bir kısmını teşkil etmektedir. Elektro– metalurjide elektro – kimya metotlarının metallere tatbiki söz konusudur. Elektro-kimyanın iki temel bölümü vardır.1. Elektroliz (Elektrik enerjisi, elektroliz yapmak için kullanılmaktadır.)2. Elektrotermik (Elektrik enerjisi, tamamen ısı temin etmek amacıyla kullanılmaktadır)Elektroliz : Elektrik cereyanının sulu veya eriyik elektrolitlerden geçmesiyle meydana gelen kimyasal ayrışma neticesi katot da metal iyonlarının ve anot da metalik olmayan iyonların serbest hale gelmesi olayıdır.

Alüminyum ve Alüminyum Üretimi

1- Giriş

2- Alüminyumu üretimi ve Kullanım Alanları

3- Alüminyumun Özellikleri

4- Alüminyumun Yerkürede Bulunuşu ve Önemli Mineralleri

5- Alüminyumun Üretimi

6- Alüminyumun Şekillendirilmesi

Giriş

Alüminyum güçlü bir elektropozitif ve oldukça reaktif bir metaldir. Havayla temasında alüminyum hızlı bir şekilde yüzeyinde tok ve şeffaf bir oksit tabakası oluşturur ve bu oksit filmi malzemenin daha fazla korozyona uğramasını önler. Bu nedenle alüminyumdan yapılan parçalar kararmaz veya paslanmazlar.

 

Alüminyumun çeliğe göre yaklaşık üçte biri kadar daha hafiftir. Lityum Berilyum ve magnezyumdan sonra en hafif metaldir. Ağırlığına karşılık mukavemeti alüminyumun uçak yapımında, demir yollarında, motor gövdelerinde ve diğer pek çok alanda kullanımını faydalı hale getirmiştir.

Giriş

Yüksek ısıl iletiminden dolayı alüminyum pek çok pişirme kaplarında, içten yanmalı motorların pistonlarında kullanılmaktadır. Aynı çapta verilen bir alüminyum tel bakırın % 63’ü kadar elektrik iletimine sahiptir. Fakat ağırlık olarak bakırdan daha hafiftir. Özellikle elektrik iletiminde uzun mesafeli hatlarda ağırlık çok önemlidir. Bu nedenle bugün 700 000 volt elektrik akımı iletmede alüminyum iletkenler tercih edilmektedir.

Alüminyumun Üretimi ve Kullanım Alanları

Aliminyum 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.

Aliminyum genel manada soğutucu yapımında, spot ışıklarda, mutfak gereçleri yapımında, hafiflik esas

olan araçların yapımında (uçak, bisiklet vs.)kullanılır. bunun yanında sanayide önemli bir madde olan aliminyum günlük hayatta her zaman

karşımıza çıkan bir metaldir

Alüminyumun Özellikleri

1- Kimyasal Gösterimi : Al

2- Atom Numarası : 13

3- Atom Ağırlığı : 26,981

4- Yoğunluğu : 2,7 g/cm3

5- Ergime Derecesi : 660 C6- Buharlaşma Sıcaklığı : 2519 C7- Kristal Yapısı : YMK

Alüminyumun Yerkürede Bulunuşu ve Önemli Mineralleri

Alüminyum yerkabuğunda en fazla bulunan metaldir. Alüminyum doğada genellikle alüminyum silikat veya silikat alüminyumun sodyum, potasyum, demir, kalsiyum, ve magnezyum gibi metallerle karışım halinde bulunmaktadır. Fakat hiçbir zaman serbest halde bulunmaz. Alüminyumun üretildiği cevherler boksit olarak isimlendirilir. Bu cevher Gibbsite (Al (OH)3) ve Böhmite (AlO (HO)) yada Diaspore (AlO (HO)) karışımından ibarettir.

Mineral Birimi Gibbsite Böhmite Diaspore

Kompozisyonu   Al(OH)3 AlO(OH) AlO(OH)

Maksimum Alumina Miktarı % 65,4 85,0 85,0

Kristal Yapısı   Monoklinik Ortorombik Ortorombik

Yoğunluk gr/cm3 2,42 3,01 3,44

Hızlı Dehidrasyon için Sıcaklık C 150 350 450

Alüminyum Üretimi

- Kırılmış ve öğütülmüş boksit cevheri % 30 kostik soda (NaOH) içeren 150-230 C aralığındaki büyük bir basınç tankına konur. Tankın basıncı düşük sıcaklıklarda 4 atm. Fakat en yüksek sıcaklıkta bu basınç 30 atm. kadardır. Sıcaklığın geniş bir aralıkta olmasının nedeni cevherdeki karışım halde bulunan alüminyum monohidrat ve alüminyum trihidratla alakalıdır. Trihidrat yapı 150 C’de çözünebilirken, monohidrat yapı daha yüksek sıcaklıklarda veya daha konsantre kostik soda çözeltilerinde çözünebilmektedir. Ancak sıcaklık yükseltildiğinde çözeltiye alınan silikanın miktarı artmaktadır ve kostik soda (NaOH) çözeltisi arıtıldığında alüminyum hidroksit çökelmesi daha zor ve pahalı olmaktadır. NaOH içerisinde çözünen silikat sodyum silikat oluşturur fakat bu bileşim çözünemeyen alümina silikat oluşturmak için sodyum alüminatla birleşir. Oluşan alümina silikat kırmızı bir çamur oluşturur.

Basınç tankı (Otoklav)

Gibbsite Al(OH)3 + Na+ + OH- ------------> Al(OH)4- + Na+

Böhmite veya Diaspore AlO(OH) + Na+ + OH - + H2O ---> Al(OH)4- + Na+

ÇökeltmeAl(OH)4

- + Na+ ---> Al(OH)3 + Na+ + OH-

Kalsinasyon 1200 C2Al(OH)3 -------------> α-Al2O3 + 3H2O

Ergitme

 

Daha sonra çökelti filtre edilir ve elde edilen -Al2O3’a 1200-

1300 C’de kalsine edilir ve ergitmeye hazır hala getirilir. Bu aşamada Al2O3’ün silis ve demirden tamamen arındırılması

gerekir. Aksi halde her iki element indirgeme sonrası elde edilen alüminyum içerisinde safsızlık olarak kalacaktır. Al2O3

elektrolitik olarak Hall-Heroult işlemi ile alüminyuma indirgenir. Alüminanın çözünmesi yaklaşık 970 C’deki ergiyik haldeki oranları sırasıyla % 87; %5; ve % 8 olan kriyolit(Na3AlF6), AlF3, CaF2 olan bir karış içerisinde

gerçekleşir.

 

2Al2O3 + 3C ---> 4Al + 3CO2

Şekil 26. Hall-Heroult Elektrolitik Alüminyum Üretim Ünitesinin Şematik Gösterimi

cathode     4 Al3+ + 12 e¯ -----------> 4 Al(l)

anode     6 O2¯ ------------> 3 O2(g) + 12 e¯

net    4 Al3+ + 6 O2 ------------> 4 Al(l) + 3 O2(g )

Al2O3 ‘dan Elektrolizle Metalik Al Eldesi

Metalik Çinko Üretimi

1- Çinkonun Özellikleri

2- Çinkonun Tüketim Alanları ve Yüzdeleri

3- Çinkonun Yerkürede Bulunuşu ve Önemli Mineralleri

4- Çinko Üretim Yöntemleri

- İndirgeme yöntemi

- Hidrometalurjik yöntem

Çinkonun Önemli Özellikleri

Çinkonun kimyasal sembolü : Zn Atom numarası : 30 Atom ağırlığı : 65,37 Özgül ağırlığı : 7,14 g/cm3

Ergime sıcaklığı : 420 oC Buharlaşma sıcaklığı : 907 oC Buharlaşma ısısı : 426 Kcal/kg Çinkonun bileşiklerinde aldığı değ. : +2 Kristal Yapısı : Hegzegonal

Çinkonun Tüketim Alanları ve % Miktarları

Galvanizlemede (kaplamada) % 48 Prinç imalatı % 18 Çinko esaslı alaşımlar % 15 Kimyasallarda (antiseptik madde) % 8 Diğer uygulamalarda % 11

Önemli Çinko Mineralleri

1. Sfelarit ZnS 67,09 Çinko sülfür

2. Smitsonit ZnCO3 52,14 Çinko karbonat

3. Hemimorfit 2ZnO.SiO2H2O 54,28 Çinko hidrosilikat

4. Willemit Zn2SiO4 58,68 Çinko silikat

5. Zinkit ZnO 80,34 Çinko oksit

Sfelarit

İndirgeme Yöntemi

Bu yöntemle metalik çinko üretiminde uygulama aşamaları1- Konsantre çinko cevherinin elde edilmesi

Kırma, Öğütme, Ayırma (Flotasyonla) ile Konsantre Çinko Cevheri Elde Edilir.

2- Kavurma : 2 ZnS + 3 O2 = 2 ZnO + 2SO2

: 2 ZnO + 2 SO2 + O2 = 2 ZnSO4

3- Yüksek fırında indirgemeZnO + C ------------------------- Zn + CO

ZnO +CO ----------------------- Zn + CO2

CO2 + C ------------------------- 2CO

Yüksek Fırında İndirgeme Yöntemiyle Çinko ve Kurşun Üretimi

Muf Fırınlarında Metalik Çinko Üretimi

İndirgeme Yöntemiyle Yüksek Fırında Metalik Çinko ve Kurşun Üretimi

Hidrometalurjik Yöntemle Metalik Çinko Üretimi

liç : ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O

Elektroliz : ZnSO4 + H2O Dogru Akım = Zn + H2SO4 + 1/2 O2

METALİK BAKIR ÜRETİMİ

Önemli Bakır Mineralleri

Copper pyrite or chalcopyrite (CuFeS2).

   Chalocite (Cu2S).

   Malachite green [CuCO3.Cu(OH)2].

   Azurite blue [2CuCO3.Cu(OH)2].

   Bornite (3Cu2S.Fe2S3).

   Melaconite (CuO) etc.

Ergitme Yöntemiyle Bakır Üretimi

Konsantrasyon İşlemiKırma ve öğütme ile gerekli boyuta getirilen cevher flotasyonla konsantre cevher durumuna getirilir. Flotasyon tankında konsantre cevher yüzerek

yüzeyde toplanırken atık tankın tabanında yeralır 

 

Kavurma

Daha sonra konsantre bakır cevheri hava içeren fırında kavrulur. Kavurma ile sülfür okside edilir (SO2 şeklinde). Bu arada arsenik ve antimon gibi düşük ergime dereceli atıklar uçucu oksitler şeklinde ortamdan uzaklaşırlar

Kavurma esnasında gerçekleşen reaksiyonlar 2CuFeS2 + O2 ---> Cu2S + 2FeS + SO2

S + O2 ---> SO2

4As + 3O2 ---> 2As2O3

4Sb + 3O2 ---> 2Sb2O3

   Daha sonra bakır ve demir sülfür tekrardan oksitlenerek kendi oksitlerini oluştururlar.

2Cu2S + 3O2 ---> 2Cu2O + 2SO2

2FeS + 3O2 ---> 2FeO + 2SO2

Ergitme

   Daha sonra kavrulan cevher kok ve silika ile karıştırılarak yüksek fırına yüklenir. Fırın içerisine sıcak hava gönderilerek

demir oksit (FeO) demir silikata (FeSiO3) dönüştürülür.

FeO + SiO2 ---> FeSiO3

Cu2O + FeS ---> Cu2S + FeO

   FeSiO3 (cüruf) ergiyik MAT bakırın üzerinde yüzer.

Bessemer Konvertöründe Ergitme

   Metalik bakır bessemer konvertörlerinde ergiyik MAT bakırdan elde edilir. Ergiyik MAT bakır üzerinde

basınçlı hava üfleyicileri olan konvertöre yüklenir. Daha sonra ergiyik MAT

içerisine hava üflenir.Hava bakır sülfürü (Cu2S) kısmen bakır okside (Cu2O)

dönüştürür ki buda diğer kısmı oluşturan bakır sülfürle (Cu2S) reaksiyona girerek

metalik bakırı oluşturur.

2Cu2S + 3O2 ----> 2Cu2O + 2SO2

2Cu2O + Cu2S ----> 6Cu + SO2

Bilister Bakırdaki Safsızlıklar ve Etkileri

Bessemer konvertöründen alınan ve bilister yada ham bakır olarak isimlendirilen bakır % 99

saflıktadır. Bu bakır temel olarak demir az miktarda da As, Zn, Pb, Ag ve Au içermektedir. Bu saflığı

bozan atıklar bakırın mekanik özelliklerini olduğu gibi elektriksel özelliklerini de olumsuz

etkilemektedir. Bu sebeple bu atıkların bakırdan uzaklaştırılma mecburiyeti vardır.

Bilister Bakırın Saflaştırılması

Bilister yada ham bakırın saflaştırılması elektroliz işlemi ile gerçekleştirilir. Elektroliz işleminde bilister bakır

bloklar halinde anot kutbunda ince saf bakır plakalar ise katot kutbunu oluşturur. Elektroliz işleminde elektrolit

iletkenliği artırmak için bir miktar H2SO4 eklenmiş bakır sülfattan ibarettir. Elektrolitik işlemde optimum

potansiyel farklılık 1.3 volt kadardır. Elektroliz esnasında saf bakır katot plakaları üzerinde toplanırken atıklar ise

elektrolit içerisinde anot çamuru olarak elektroliz hücresinin tabanında birikirler

Elektroliz Esnasındaki Elektrokimyasal Değişim

Cu Cu+2 + 2e- (anot kutbunda)Cu+2 +2e- Cu (katot kutbunda)

This electrically refined copper is 100% pure.

Bakır Üretiminin Şematik Gösterimi