Asit liç yöntemi ile pirofillit cevherinden alümina üretiminde aktifleştirme koşullarının araştırılması

Abstract

Bu doktora tezinde, alümina (Al2O3) üretimi için değerlendirilecek pirofillit (Al2Si4O10(OH)2) cevherinin hidroklorik asit (HCl) liçinde daha yüksek alüminyum kazanımı elde etmek üzere bir ön-işlem olarak uygulanan aktifleştirme koşulları araştırılmıştır. Üretilen alüminanın ileri teknoloji seramiklerin üretiminde kullanılması olanakları da ayrıca incelenmiştir. Pütürge (Malatya) pirofillit yataklarından sağlanan ve ortalama %23,60 Al2O3 tenörüne sahip bir cevher kullanılmıştır. Başlıca pirofillit, kaolinit ve muskovit gibi alüminyum silikat kil mineralleri yanında kuvars da içeren bu cevherden alüminyumun HCl liçi ile çözeltiye alınması için deneysel yöntemler tasarlanmıştır. Kullanılan cevher, ürünler ve artıkların tamamı XRF ve ICP yöntemleri ile kimyasal olarak, XRD, TG-DSC, SEM yöntemleri ve tane boyu, özgül yüzey alanı ölçümleri ile fiziksel olarak tanımlanmıştır. HCl liçiyle çözeltide alüminyum kazanımının düşük olduğu tüvenan cevher için hem termal aktifleştirme amacıyla kalsinasyonun hem de mekanik aktifleştirme amacıyla aşırı öğütmenin etkinliği incelenmiştir.Deneysel çalışmaların sonuçlarına göre, tüvenan cevher, kalsine edilerek termal aktifleştirilmiş cevher ve aşırı öğütülerek mekanik aktifleştirilmiş cevher için çözeltide alüminyum kazanımı sırasıyla %10,57, %33,63 ve %86,53 olduğu bulunmuştur. Kalsinasyon sıcaklığının oda sıcaklığından yaklaşık 600 °C'ye kadar artmasıyla birlikte artmaya başlayan çözeltide alüminyum kazanımının, kalsinasyonun 900 °C'den yüksek olduğu sıcaklıklarda gerçekleştirilmesi durumunda, minerallerde çözünmeye dirençli yeni mineralojik yapıların ortaya çıkmasına bağlı olarak aniden düştüğü ortaya çıkarılmıştır. Bunun yanında, 20 dakika kadar kısa bir süre aşırı öğütmeyle pirofillit, kaolinit ve muskovitin neredeyse tamamıyla ve kuvarsın oldukça düşük oranda amorflaşması sonucu mekanik aktifleşmenin sağlandığı bulunmuştur. Aşırı öğütülmüş pirofillit cevherinin HCl liçiyle elde edilen yüklü çözeltiden evaporasyon işlemiyle çöktürülen alüminyum klorür tuzunun 1150 °C'de kavrulması sonucu %97,40 Al2O3 saflığına sahip bir alümina tozu üretilmiştir. Pirofillit cevherinden üretilen alüminanın, katma değeri yüksek olan ileri teknoloji seramik malzemelerin üretiminde kullanılabilirliğini göstermek üzere, bu tezdeki deneysel çalışmalarla üretilmiş olan Al2O3 ve ticari olarak sağlanmış TiO2 karışımına 1370 °C'de ısıl işlem uygulanarak alüminyum titanat (Al2TiO5) üretilmiştir.Sonuç olarak, cevherdeki pirofillit, kaolinit ve muskovit gibi kil minerallerinin kalsinasyona göre aşırı öğütme yoluyla daha etkin bir şekilde aktifleştiği, mekanik olarak aktifleştirilmiş cevherden alüminyumun daha yüksek verimle çözeltiye alınabildiği ortaya çıkarılmış, hidrometalurjik süreçlerle kazanılan alüminanın alüminyum titanat üretiminde kullanılabileceği gösterilmiştir.

In this Ph.D. thesis, conditions for the activation method applied as a pre-treatment method to facilitate higher aluminum recoveries in the hydrochloric acid (HCl) leaching of pyrophyllite (Al2Si4O10(OH)2) ore to be utilized for alumina (Al2O3) production was investigated. Possible usage of the produced alumina in the manufacture of high-tech ceramics was also examined. An ore supplied from the Pütürge (Malatya) pyrophyllite deposits, which has average 23.60% Al2O3 grade was used. Experimental studies were designed to dissolve aluminum by HCl leaching from this ore which contains mainly alumina silicate clay minerals such as pyrophyllite, kaolinite and muscovite, as well as quartz. The ore, products and residues were chemically characterized by XRF and ICP, and physically characterized by XRD, TG-DSC, SEM methods together with particle size and specific surface area measurements. Effectiveness of both of calcination for thermal activation and intensive milling for mechanical activation was examined for the raw ore where the aluminum recovery in the solution with HCl leaching was low.According to the results of the experimental studies, it was found that the aluminum recovery in the solution was 10.57%, 33.63% and 86.53%, for raw ore, thermally activated ore by calcination and mechanically activated ore by intensive milling. It was found that the aluminum recovery in the solution which starting to increase with increase in the calcination temperature from room temperature to about 600 °C dramatically decreases when the calcination is performed at temperatures higher than almost 900 °C due to the formation of new mineralogic structures resistant to dissolution of minerals. Besides, it was found that by means of a short time intensive milling as much as 20 min, mechanical activation is provided as a result of amorphization of pyrophyllite, kaolinite and muscovite almost completely and of quartz slightly. An alumina powder having Al2O3 purity of 97.40% was produced by roasting the aluminum chloride salt at 1150 °C, which was precipitated by evaporation from the pregnant solution obtained by HCl leaching of intensively milled pyrophyllite ore. Aluminum titanate (Al2TiO5) was manufactured by heat treatment of a mixture of Al2O3 produced in the experimental studies in this thesis and commercially available TiO2 at 1370 °C to demonstrate the usefulness of the alumina produced from pyrophyllite ore in the manufacture of high-tech ceramic materials with high added value.Consequently, it was concluded that clay minerals such as pyrophyllite, kaolinite and muscovite in the ore are activated more effectively by intensive milling than calcination, aluminum can be solved from mechanically activated ore at higher recovery values, and it was shown that alumina recovered with hydrometallurgical processes is able to be used in the manufacture of the aluminum titanate.