Yerel Bir Çinko Karbonat Cevherinin Sodyum Hidroksit Liçiyle Değerlendirilmesi

Bu tez çalışmasının ilk adımında ana safsızlıkları götit ile kalsit olan Yahyalı/Kayseri bölgesine ait %29,16 ZnO, %26,51 Fe2O3 ve %7,37 CaO içerikli bir simitsonit (ZnCO3) cevher numunesinin, tanımlanmasını takiben, farklı derişimlere sahip sodyum hidroksit (NaOH) çözeltilerindeki çözünme davranımı, farklı analiz (kimyasal, XRD, TG/DTA, FT-IR ve SEM-EDS) yöntemleri kullanılarak detaylı bir biçimde incelenmiştir. Çözeltiye alma işleminde kullanılan NaOH çözelti derişiminin 1 M'den 4 M'ye yükseltilmesiyle çinko çözünme oranının, ZnCO3 + 4OH− → Zn(OH)4−2 + CO3−2 genel çözünme tepkimesi uyarınca, sürekli olarak arttığı gözlenmekte ve %70,9 ile %57,1'lik en yüksek çinko çözünme oranlarına sırasıyla 25°C ile 90°C sıcaklığa sahip 4 M NaOH çözeltilerinde 1 saat süreyle yapılan çözeltiye alma işlemleri sonrasında ulaşılmaktadır. Bununla birlikte, optimum olarak seçilen 3 M derişimindeki NaOH çözeltisi kullanılarak 1 saat süreyle yapılan çözme deneylerinde çözelti sıcaklığının 25°C'den 90°C'ye yükseltilmesi, çözünmüş zinkat türlerinin duraylılığının azalarak Zn(OH)4−2 → ZnO + 2OH− + H2O tepkimesi uyarınca katı çinko oksite (ZnO) dönüşmesi sebebiyle, çinko çözünme oranının %70,1'den %40,5'e düşmesine sebep olmaktadır. Diğer taraftan, 25°C sıcaklıktaki 3 M derişime sahip NaOH çözeltisinde karıştırma süresinin 0,25 saatten 1 saate uzatılması çinko çözünme oranını %57,8'den %70,1'e yükseltmekte iken karıştırma süresinin 4 saate uzatılması, katı haldeki sulu kalsiyum zinkat (CaZn2(OH)6·2H2O) oluşumu sebebiyle, çinko çözünme oranını %60,6'ya düşürmektedir. Cevher numunesi ile çözeltiye alma işlemleri sonrasında elde edilen çözünmemiş katılara uygulanan kimyasal analizler ile XRD, TG/DTA, FT-IR ve SEM-EDS analizleri, numune içindeki simitsonit fazının numunedeki var olan safsızlıklara karşı seçimli olarak çözündüğünü göstermektedir. Bu tez çalışması kapsamında, NaOH derişimi ve karıştırma süresinin etkilerinin yanında, katı/sıvı oranının (0,075, 0,10 ve 0,15 g/mL) etkisi de farklı NaOH derişimlerinde (2 ve 3 M) incelenmiştir. Ayrıca, numunedeki kurşun bileşeninin (%2,07 PbO) çözünme davranımı da belirlenmiş ve kurşun için elde edilen çözünme oranları da tezde sunulmuştur. Tez çalışmasının son adımında, cevher numunesinin sodyum hidroksit çözeltilerinde çözeltiye alınması sonrasında elde edilen ve çözünmüş halde hem çinko hem de karbonat içeren yüklü çözeltilerdeki çözünmüş karbonatın (CO3−2) toprak alkali elementleri (Mg, Ca, Sr ve Ba) içeren reaktif kalite (r-) ve doğal (n-) malzemeler kullanılarak uzaklaştırılmasına/kazanılmasına ilişkin 'doğrudan dönüşüm' deneyleri yürütülmüştür. İlk olarak, reaktif kalite stronsiyum sülfat (r-SrSO4) ve sölestin konsantresinin (n-SrSO4) çözünmüş karbonat içeren yüklü çözeltilerdeki davranımları SrSO4 + CO3−2 → SrCO3 + SO4−2 doğrudan dönüşüm tepkimesi uyarınca incelenmiş olup NaOH derişimi 3 M olan çözeltide cevher numunesinin çözündürülmesiyle elde edilen yüklü çözeltiye 1:2 r-SrSO4:CO3−2 mol oranında katı r-SrSO4 ilavesini takiben 2 saat karıştırma sonrasında oluşan dönüşmüş katının XRD deseni, kullanılan r-SrSO4'ün hemen hemen tümüyle çözünmüş CO3−2 ile etkileşerek SrCO3'e dönüştüğünü işaret etmektedir. Aynı deneysel koşullar altında, katı n-SrSO4 daha iri tane boyuna sahip olduğundan tümüyle SrCO3'e dönüşmemektedir. Dönüşmüş katıların XRD desenleri, 3 M ve 4 M başlangıç NaOH çözelti derişimlerinde elde edilen yüklü çözeltilere 1:2 n-CaSO4·2H2O:CO3−2 veya 1:2 r-Ca(OH)2:CO3−2 mol oranında jips veya reaktif kalite kalsiyum hidroksit ilavesinin ardından 1 saatlik karıştırma süresi sonunda, CaCO3 yerine, Ca(OH)2 + 2Zn(OH)4−2 + 2H2O → CaZn2(OH)6·2H2O + 4OH− tepkimesi uyarınca baskın faz olarak CaZn2(OH)6·2H2O oluşumunu işaret etmekte iken 8 M başlangıç NaOH derişimindeki çözelti kullanımı sonrasında baskın fazlar olarak CaCO3 ve Ca(OH)2'nin oluştuklarını göstermektedir. En saf CaZn2(OH)6·2H2O oluşumu başlangıç NaOH derişimi 4 M olan yüklü çözelti kullanımında gözlenmiş olup çözünmüş çinko %85'in üzerindeki verimlerde çözelti fazından sulu kalsiyum zinkat olarak kazanılabilmektedir. Son olarak, reaktif kalite magnezyum hidroksit (r-Mg(OH)2) ve reaktif kalite baryum sülfat (r-BaSO4) kullanımlarında, beklenildiği üzere, yüklü çözeltideki karbonat iyonuyla herhangi bir etkileşim gözlenmemekte iken reaktif kalite baryum hidroksit oktahidrat (r-Ba(OH)2·8H2O) BaCO3'e dönüşmektedir. Doğrudan dönüşüm deneyleri sonrasında elde edilen sonuçlar, simitsonit cevherlerinin sodyum hidroksit çözeltilerinde çözündürülmesi sonrasında oluşan yüklü çözeltilerin ilgili literatürde bulunmayan yeni ve farklı yöntemlerle değerlendirilebileceğini göstermektedir.