İslahiye bölgesi diasporitik boksidin alümina üretiminde değerlendirilmesinin araştırılması

Bu çalışmada, Gaziantep – İslahiye bölgesi diasporitik boksitten mikrodalga liçiyle alümina üretimine mekanik aktivasyon ve Ca(OH)2 katkısının etkisi ile diasporitik boksitin dehidroksilasyon kinetiği, izotermal olmayan yöntemlerle incelenmiştir. İslahiye bölgesinden temin edilen diasporitik boksit cevherinin XRF sonuçlarına göre %50,63 Al2O3, %13,87 Fe2O3, %14,52 SiO2, %7,64 TiO2 içerdiği ve kızdırma kaybının %12,75 olduğu tespit edilmiştir. Cevherde, XRD analizi sonuçlarına göre ana faz olarak diasporit (AlOOH), minör fazlar hematit (Fe2O3), kuvars (SiO2), anataz (TiO2), muskovit (KAl2Si3AlO10(OH)2) ve kaolinit (Al2O3.2SiO2.2H2O) bulunmuştur. Diasporitik boksidin yapısı üzerine mekanik aktivasyonun etkileri incelenmiş ve bu çalışmalarda mekanik aktivasyonda bilya/numune oranı etkisini görebilmek için 15, 25, 35 ve 45 oranlarında 30 dak süre ile yapılan aktivasyon işleminde amorflaşma derecesi sırasıyda %24,6, %42,3, %53.1 ve %59,7; 60 dak süre ile yapılan çalışmalarda sırasıyla %43,5, %58,8, %71,4 ve %79,6 olarak hesaplanmıştır. En uygun bilya/numune oranının 25 olduğu bulunmuştur. 60 dak süre ile yapılan çalışmalarda yapının daha fazla amorflaştığı görülmüştür. Mekanik aktivasyon süresinin etkisini görebilmek için 25 bilya/numune oranında 15, 30, 60, 90, 120 dak sürelerde mekanik aktivasyon işlemi yapılmış ve amorflaşma derecesi sırasıyla %35,16, %43,41, %64,33, %70,44, %72,05 olarak hesaplanmıştır. En verimli sürenin 60 dak olduğu tespit edilmiştir. Amorflaşma derecesi 60 dakikaya kadar önemli derecede artmış daha fazla sürelerde yapılan aktivasyonda artış hızı düşmüştür. Orijinal cevherde ortalama partikül boyutu (D50) 36,6 µm ve spesifik yüzey alanı 5,81 m2/g değerinde iken bu değerler 30 dakika mekanik aktivasyon işlemiyle 19,50 µm ve 54,36 m2/g olarak tespit edilmiştir. 60 dakikalık mekanik aktivasyon sonrasında ise ortalama tane boyutu 16,70 µm ve spesifik yüzey alanı 63,18 m2/g olarak bulunmuştur. 60 dakikadan daha uzun mekanik aktivasyon işlemlerinde oluşan aglomerasyon nedeniyle ortalama partikül boyutu bir miktar artmıştır. FT-IR analizi ile gözlemlenen mekanik aktivasyon sonrası piklerin kaybolması ya da azalma eğiliminde olması kristalin kaybı, mikro gerilim, amorflaşma gibi nedenlerden kaynaklı bağ yapısının zayıfladığı tespit edilmiştir. Diasporitin termal analizinde ise orijinal numuneye ait dehidratasyon reaksiyonunun 503 °C de meydana geldiği, 30 dakika aktive edilen cevherin 471°C ve 90 dakika aktive edilen cevherin ise 464°C de dehidratasyona uğradığı görülmüştür. Termal analiz sonucu orijinal cevherin 400°C den sonra parçalandığı, mekanik aktivasyon sonrası ağırlık kaybı hızının önemli bir şekilde arttığı ve oda sıcaklığından itibaren önemli derecede ağırlık kaybı gerçekleştiği tespit edilmiştir. Diasporitik boksitin dehidroksilasyon kinetiği izotermal olmayan yöntemle, Kissenger, Boswell ve Ozawa metotları kullanılarak incelenmiştir. İzotermal olmayan kinetik çalışma sonucu diasporitik boksitin dehidroksilasyonu için gerekli aktivasyon enerjisi 231 – 239 kJ/mol aralığındadır. 60 dakika aktive edilen diasporitin dehidroksilasyonu için gereken aktivasyon enerjisi, yapıdaki amorflaşma nedeniyle başlarda 81,7 kJ/mol olarak tespit edilmiştir. Reaksiyonun yarısının tamamlandığı anda aktivasyon enerjisi 141,6 kJ/mol ve sonrasında ortalama 226,6 kJ/mol değerine çıkmıştır. NaOH ile yapılan mikrodalga liç çalışmalarında Ca(OH)2 katkısı, sıvı/katı oranı, mikrodalga gücü ve liç süresi gibi parametreler hem orijinal diasporitik boksit hem de 60 dakika aktive edilmiş diasporitik boksit için incelenmiştir. . Ca(OH)2 katkısız mikrodalga destekli liç çalışmaları 1000 W mikrodalga gücü ve 20 dakika liç süresi sabit tutularak sıvı/katı oranları 10, 20, 30 ve 40 olacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Sıvı/katı oranlarına bağlı olarak %Al verimleri orijinal cevher için %8-10 aralığında kalırken bu verim mekanik aktive edilmiş diasporitik boksitte %28-39 aralığında gerçekleşmiştir. Daha sonraki çalışmalar için en uygun sıvı/katı oranı 20 olarak bulunmuştur. Ca(OH)2 katkılı mikrodalga destekli liç işlemleri 1000 W mikrodalga gücünde ve 20 dakika süre ile farklı sıvı/katı oranları (10, 20, 30 ve 40) için gerçekleştirilmiştir. Ca(OH)2 katkısı liç verimine olumlu yönde etki etmiştir. Orijinal cevherde %Al verimi %39,62 olarak gerçekleşirken bu değer mekanik aktive edilmiş cevherde %64,27 olarak gerçekleşmiştir. En uygun sıvı/katı oranı 20 olarak bulunmuştur. Ca(OH)2 katkılı mikrodalga destekli liç işleminde sıvı/katı oranı 20, liç süresi 20 dakika sabit tutularak mikrodalga gücünün (800, 1000, 1200 ve 1400 W) %Al verimine etkisi incelendiğinde en uygun mikrodalga gücünün 1200 W olduğu görüşmüştür. Bu mikrodalga gücünde %Al verimi orijinal cevherde %43,65 olarak gerçekleşirken bu değer 60 dakika aktive edilmiş cevherde %71,85 olarak tespit edilmiştir. 1400 W mikrodalga gücüne çıkıldığında verimde çok fazla bir değişim olmamıştır. Ca(OH)2 katkılı mikrodalga destekli liç işleminde, sıvı/katı oranı 20 ve mikrodalga gücü 1200 W sabit tutularak %Al verimine liç süresini (10, 20, 30 ve 40 dakika) etkisi incelendiğinde 30 dakikaya kadar liç veriminin kayda değer bir şekilde artış gösterdiği ancak daha uzun sürede alüminyum veriminin değişmediği gözlenmiştir. 30 dakikalık liç işleminde %Al verimi orijinal cevherde %48,56 olarak gerçekleşirken bu değer 60 dakika aktive edilmiş cevherde %79,14 olarak gerçekleşmiştir. Diasporitik boksitin mikrodalga destekli liç işlemlerinde hem mekanik aktivasyon ön işleminin hem de Ca(OH)2 katkısının cevherden aluminyum çözünme verimine olumlu yönde çok önemli etkisi olduğu görülmüştür. Liç çalışmaları sonrası elde edilen çözeltiden pH düzenlemesi ile alüminyum hidroksit çöktürülmüş ve numune 900 °C de 3 saat süre ile kalsine edilerek saf α-alümina üretilmiştir. Elde edilen ürünün saf α-Al2O3 olduğu hem XRD analizi hem de SEM-EDS analizi yapılarak ortaya konulmuştur.