Hidrometalurjik yöntemlerin uygulanmasıyla malahit cevherinden metalik bakır üretilmesinin incelenmesi

Bu çalışmada, hidrometalurjik yöntemlerin oksitli bakır cevherlerinden biri olan malahit mineraline uygulanmasıyla metalik bakır kazanımı incelenmiştir. Hidrometalurjik yöntemlerin ilk basamağı liç işlemidir. Malahit (CuCO3.Cu(OH)2) mineralinin perklorik asit çözeltilerinde liç edilmesi ve liç kinetiği incelenmiştir. Çalışmalarda, perklorik asit derişimi (C), parçacık boyutu (PB), katı/sıvı oranı (K/S), karıştırma hızı (KH) ve reaksiyon sıcaklığı (T) değişken parametreler olarak seçilmiştir. Liç işlemi üzerine perklorik asit konsantrasyonu, katı boyutu, karıştırma hızı, katı/sıvı oranı ve sıcaklık değişken parametre olarak seçilmiştir. Katı boyutu ve katı/sıvı oranının azalması, reaksiyon sıcaklığı, perklorik asit konsantrasyonu ve karıştırma hızının artması ile liç hızının arttığı belirlenmiştir. Cevherdeki demirin çözünürlüğünün asit derişiminden oldukça etkilendiği gözlenmiştir. Reaksiyon koşullarının kontrol edilmesiyle çözelti ortamına geçen bakır miktarının yüksek, demir miktarının ise düşük seviyelerde tutulabileceği belirlenmiştir. Liç proses hızının karışık kinetik modelle temsil edilebileceği görülmüştür. Aktivasyon enerji değeri 34.69 kJ/mol olarak bulunmuştur. Sonuç olarak liç işleminde kullanılan parametreleri içeren kinetik denklem aşağıdaki gibi bulunmuştur. [1-(1-X_Cu )^(2/3) ]^2= 0.00014.(C)^0.643.(PB)^(-1.554).(K⁄S)^(-0.842).(KH)^2.155.exp⁡((-4172)⁄T)t İkinci işlem basamağı solvent ekstraksiyonudur. Liç çözeltisinden Acorga M5640 ekstraktantı kullanılarak bakırın solvent ekstraksiyonu ile kazanımı ve kinetiği incelenmiştir. Solvent ekstraksiyon deneyleri için, sulu çözelti başlangıç pH, Cu(II) derişimi (C), sıcaklık (T), karıştırma hızı (KH) ve organik faz oranı (RH) değişken parametreler olarak seçilmiştir. Solvent ekstraksiyon hızının karıştırma hızı, sıcaklık ve başlangıçtaki bakır konsantrasyonunun artmasıyla arttığı belirlenmiştir. pH 1 değerinde seçimli olarak bakırın kazanılmasında etkin olduğu gözlenmiştir. Solvent ekstraksiyon prosesinin kinetik modeli aşağıdaki gibi elde edilmiştir. Ekstraksiyon prosesi için aktivasyon enerjisi 50.04 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. pH>1 için, -In(1-Y_Cu)=〖9.5.10〗^9 (RH)^1.069 〖(C)〗^(-13.949) 〖(pH)〗^0.518 〖(KH)〗^2.157 exp((-6018.8)⁄T)t pH<1 için, -In(1-Y_Cu)=〖9.5.10〗^9 (RH)^1.069 〖(C)〗^(-13.949) 〖(pH)〗^1.295 〖(KH)〗^2.157 exp((-6018.8)⁄T)t Acorga M5640 ekstraktantı ile bakır iyonlarının maksimum ekstraksiyon verimi %99 olarak bulunmuştur. Birbiriyle karışmayan durgun fazlar arasındaki kütle transferine sulu çözelti pH, sıcaklık, organik faz oranı, organik faz/sulu faz oranı gibi parametrelerin etkileri araştırılmıştır. Sulu çözelti pH, sıcaklık, organik faz oranı ve sulu faz oranı sabit iken organik faz oranının artmasıyla kütle transfer hızı artmaktadır. Sıyırma deneylerinde sıcaklık, perklorik asit konsantrasyonu, karıştırma hızı ve karıştırma süresi değişken parametre olarak seçilmiştir. Sıcaklık (T), perklorik asit derişimi (C), karıştırma hızının (KH) artmasıyla sıyırma hızının arttığı gözlenmiştir. 5 dakikalık karıştırma süresi yeterli olabilir. Yüklenmiş organik fazdan (R2Cu) bakırın perklorik asit ile sıyırma kinetiği aşağıda verilen kinetik model ile temsil edileceği sonucuna varılmıştır. Sıyırma prosesi aktivasyon enerjisi 27.75 kJ/mol olarak hesaplanmış ve prosesin difüzyon kontrollü olduğu sonucuna varılmıştır. -In(〖1-Z〗_Cu)=166.77(〖(R_2 Cu)〗^(-0.6889) 〖(C)〗^0.929 〖(KH)〗^1.339 exp(-3899.2⁄(T)))t Elektroliz çalışmalarında gerilim (Ve), Cu(II) derişimi (C), sıcaklık (T), elektrotlar arası mesafe (de) ve karıştırma hızı (KH) gibi parametrelerin etkileri incelenmiştir. Uygulanan gerilim, bakır derişimi, sıcaklık ve karıştırma hızı arttıkça elektroliz hızı artmıştır. Reaksiyon parametreleri dahil edilerek yazılan elektroliz kinetiği aşağıda verilmiş olan birinci dereceden kinetik model ile temsil edilebileceği sonucuna varılmıştır. -In(1-X_e)=37.02.[(C)^0,8583.〖(V_e)〗^4.8078.(d_e )^n.(KH)^w.exp⁡(-3423.3⁄T]t eletrotlar arası mesafe < 5 cm için n= 1.319 elektrotlar arası mesafe >5 cm için n= -2.319 metalik bakır birikim kesri yaklaşık Xe < 0.6 için w= 1.295 Xe > 0.6 için w= 0.875 Elektroliz prosesi için aktivasyon enerjisi 28.46 kJ/mol olarak hesaplanmış ve prosesin difüzyon kontrollü olduğu belirlenmiştir. Elde edilen verilere göre, ayırma ve saflaştırma tekniklerinden biri olan solvent ekstraksiyonu ile düşük tenörlü oksitli bakır cevherlerinden liç, solvent ekstraksiyonu ve elektroliz yöntemleriyle bakır üretiminin mümkün olabileceğini göstermiştir.