Çinko ekstraksiyon atığı döner filtre kekinden yüksek sıcaklık-basınç şartlarında çinko-kurşun kazanımı

Karbonatlı cevherlerden hidrometalurjik yöntemle çinko üretim prosesinde, cevherin içermiş olduğu çinko sıcak sülfürik asit çözeltisiyle ekstrakte edilirken, özellikle kurşun ve çinko başta olmak üzere önemli miktarlarda değerli metalleri içeren ekstraksiyon atığı açığa çıkmaktadır. Yüksek metal içeriğinden dolayı bu atık kurşun, çinko, gümüş ve altın gibi bazı değerli metaller için bir kaynak olarak düşünülebilir. Bu nedenle uygun bir şekilde değerlendirilmesi gerek çevresel ve gerekse de ekonomik açıdan büyük bir önem arz etmektedir. Bu çalışmada; ana bileşen olarak anglezit (PbSO4) kristal yapısında ve % 15.14 oranında Pb ile franklinit (ZnFe2O4) kristal yapısında ve % 7.98 oranında Zn içeriğine sahip çinko ekstraksiyon atığı döner filtre kekinden kurşun ve çinkonun yüksek sıcaklık-basınç NaOH, H2SO4 ve FeCl3 liçiyle ekstraksiyonu araştırılmıştır. Çalışmada; atıktan kurşun ve çinkonun liç verimi üzerine etkin olan liç reaktifi derişimi ve türü, temas süresi, sıcaklık ve basınç gibi parametrelerin etkileri incelenmiştir. Her bir liç reaktifi için elde edilen sonuçlar heterojen tepkime denklemlerine uygulanarak liç kinetiği ortaya koyulmuştur. Liç çözeltisindeki kurşun ve çinkonun çözelti ortamından kazanılması için CO2 ve Na2S ile çöktürme testleri uygulanmış ve elde edilen çökeltiler kimyasal ve mineralojik olarak analiz edilmiştir. Ayrıca, elde edilen liç bakiyelerinin TCLP ve EC testleriyle kirlilik potansiyelleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, çinko ekstraksiyon atığından kurşun ve çinko liç verimlerinin kullanılan liç rekatifinin tür ve derişimine önemli oranda bağlı olduğunu ve atmosferik şartlara göre yüksek sıcaklık ve basıncın liç verimini kısmen artırdığını göstermiştir. NaOH, H2SO4 ve FeCl3 liç reaktifleri için en yüksek liç verimlerinin elde edildiği şartların aşağıdaki gibi olduğu belirlenmiştir. 1. Yüksek sıcaklık-basınç NaOH liçinde; 110 g/l derişimindeki NaOH ortamında, 100°C sıcaklık ve 60 dk temas süresi sonunda atıktaki kurşun ve çinko sırasıyla % 100 ve % 31.58 oranında ekstrakte edilebilmiştir. 2. Yüksek sıcaklık-basınç H2SO4 liçinde; 2 M derişimindeki H2SO4 ortamında, 100°C sıcaklık ve 60 dk temas süresi sonunda atıktaki kurşun ve çinko sırasıyla % 0.04 ve % 98.59 oranında ekstrakte edilebilmiştir. 3. Yüksek sıcaklık-basınç FeCl3 liçinde, daha yüksek sıcaklık ve daha uzun temas süresine rağmen, her iki metalin ekstraksiyon verimleri oldukça düşük kalmıştır. İncelenen şartlarda kurşun ve çinko için maksimum liç verimleri; 4 stokiometrik FeCl3 varlığında, 150°C sıcaklık ve 8 saatlik temas süresi sonunda sırasıyla % 9.65 ve % 61.84 oranında olduğu belirlenmiştir. Çinko ekstraksiyon artığından kurşunun ve çinkonun NaOH ortamındaki liç kinetiğinin sırasıyla kül film difüzyonu-kimyasal reaksiyon kontrollü karışık bir mekanizma ve kimyasal reaksiyonla kontrol edildiği tespit edilmiştir. H2SO4 ve FeCl3 liçinde kurşun liç verimleri düşük olduğundan dolayı, kinetik denklemler sadece çinkoya uygulanmış ve H2SO4 için etkin olan mekanizmanın kül film difüzyonu-kimyasal reaksiyon kontrollü olduğu ve FeCl3 liçi için ise kül filmi difüzyonunun liçi kontrol ettiği belirlenmiştir. Kurşunun NaOH ile liçine ait aktivasyon enerjisinin 2.78 kJ/mol olduğu, çinkonun ise NaOH, H2SO4 ve FeCl3 ile liçleri için sırasıyla 20.06; 13.02 ve 13.40 kJ/mol olduğu hesaplanmıştır. Liç çözeltisindeki kurşun ve çinkonun birbirinden ayrılabilmesi için uygulanan kimyasal çöktürme işlemleri sonucunda; çözeltideki kurşunun CO2 ile % 99.76'sının NaPb2(CO3)2OH yapısında, Na2S ile ise Na2S/Pb oranı 1.5 olduğu durumda % 99.85'inin galen kristal yapısında çöktürülerek ayrıldığı tespit edilmiştir. Liç atıklarının TCLP testine göre evsel nitelikli atıklarla depolanabileceği ancak 2003/33/EC testine göre atıkların inert olmadığı ve bu nedenle landfillerde depolanamayacağı belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Çinko; Kurşun; Çinko ekstraksiyon artığı; Basınç liçi; Metal kazanma