Hidrometalurjik bakır ekstraksiyonunda tufalden elde edilen reaktanın kullanılması

Metalürji sektöründe önemli bir yer tutan dökümhane ve haddehanelerdeki üretim süreci esnasında sıcak slab ve kütük yüzeyinde yüksek sıcaklık ve oksitleyici ortamdan dolayı oksitli bir yapıya sahip tufal oluşumu meydana gelmektedir. Slab ve kütükler üzerinde meydana gelen ve demir oksit yapısında oluşan tufal esasen önemli bir metalürjik atık olarak görülmekte ancak metal içeriğinden faydalanılan bir yöntemle ekonomik olarak değerlendirilememektedir. Demir-çelik sektöründe oluşan tufalin değerlendirilmesi konusu tüm dünyada bulunan benzer sektörlerin ortak sorunu olup, araştırmacıların üzerinde sıklıkla yoğunlaştığı bir konu haline gelmiştir. Sülfürlü cevherlerden ve konsantrelerden bakır üretimi, önemli ölçüde yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilen izabe işlemlerini içeren pirometalurjik tekniklerle yapılmaktadır. Kalkopirit konsantresinden pirometalurjik yöntemlerle bakırın üretimi, matın elde edilmesi ve takiben mattan konvertisaj işlemiyle blister bakırın elde edilmesi temel aşamalarından meydana gelir. Çevresel duyarlılık açısından kalkopirit konsantresinin liçi yıllardan beri alternatif bir seçenek olarak değerlendirilmektedir. Ancak, kalkopirit çoğu sülfürlü mineral gibi çözünmeyen kovalent yapılı bağlara sahip olmasından dolayı bozunması için güçlü oksidantlara ihtiyaç gösterir. Pirometalurjik işlemler sırasında değerli metal içeriğine sahip (ortalama % 5 Cu) çeşitli cüruflar oluşmaktadır. Değerli metal içeriğine sahip cüruflar ergitme ve konvertisaj işlemleri sırasında oluşmaktadır. Bu cüruflar soğutma-katılaştırmadan sonra kırılır, öğütülür ve flotasyona tabi tutulur ve daha sonra ergitme fırnına beslenir. Bu çalışmada, tufalde bulunan demirin HCl ile ferrik klorür olarak çözeltiye alınması ve bu yükseltgen karakterli çözeltinin kalkopirit konsantresi ve cüruftan bakırın kazanılmasında kullanılması araştırıldı. Çalışma üç etapta yapılan liç işlemi ile gerçekleştirildi. Birinci etap çalışmalarda tufaldeki demirin çözeltiye alınmasında hava ve mekanik karıştırıcı kullanıldı. Birinci etapta optimum şartlarda (60 dk liç süresi, 105 °C liç sıcaklığı, 7M HCl konsantrasyonu, 1/10 katı-sıvı oranı, 400 dev/dk mekanik karıştırma hızı, -74 µm tufal partikül boyutu) Fe % 100, Fe3+ konsantrasyonu 55.05 g/l ve Fe3+/Fe2+ oranı 5.04 olarak belirlendi. Çalışmanın ikinci etabında, birinci etapta elde edilen çözelti kalkopirit konsantresi ve cüruftan bakırın ekstraksiyonunda liç reaktanı olarak kullanıldı. Optimum şartlarda (120 dk liç süresi, 105 °C liç sıcaklığı, 1/25 katı-sıvı oranı, karıştırma hızı 400 dev/dk-manyetik karıştırıcı, konsantre ve cüruf partikül boyutu -74 µm), kalkopirit konsantresi ve cüruftan çözünen bakır miktarı sırasıyla % 95.04 ve % 97.22 olarak belirlendi. Çalışmanın üçüncü etabında piyasadan temin edilen ticari HCl ve FeCl3 varlığında ayrı ayrı, kalkopirit konsantresi ve bakır üretim cürufundan bakırın geri kazanımı incelendi ve elde edilen sonuçlar karşılaştırıldı. Birinci etap çalışmalarında elde edilen optimum şartlar göz önünde bulundurularak hazırlanan çözeltilerle yapılan liç işleminde 7M HCl varlığında kalkopirit konsantresi ve cüruftan bakır çözünürlüğü sırasıyla % 14 ve % 84 olarak elde edildi. Bununla birlikte FeCl3 ile yapılan liç deneylerinde ise söz konusu konsantre ve bakır üretim cürufundan bakır geri kazanımının sırasıyla % 96.75 ve % 96.13 olduğu tespit edildi. Ayrıca, kalkopirit konsantresi ve cüruf, HCl+tufal ile birlikte ayrı ayrı liç işlemine tabi tutuldu. Kalkopirit konsantresi için yapılan deneylerde optimum şartlarda bakırın % 95.73'nün çözeltiye alındığı ve toplam demir konsantrasyonunun ise 83.41 g/l olduğu saptandı. Diğer taraftan bakır üretim cürufu ile yapılan deneysel çalışmalarda elde edilen optimum şartlarda bakır geri kazanımı % 78.66 olarak belirlendi. Bu şartlarda çözeltideki demir konsantrasyonu ise 66.18 g/l olduğu belirlendi. Sonuç olarak, kalkopirit konsantresinden ve cüruftan bakırın ekstraksiyonunda liç reaktanı olarak tufalden elde edilen demir klorür çözeltisinin oksidasyon potansiyelinin yeterli olduğu ve liç işleminde başarılı olarak kullanılabileceği ortaya konuldu. Anahtar Kelimeler: Kalkopirit, Bakır, Hidrometalurji, Tufal, Hidroklorik asit, Liç, Metalurjik atık, Demir.