Kuvars cevherinin kimyasal yöntemlerle saflaştırılması

Abstract

ÖZETKuvarsın kimyasal yöntemlerle saflaştırılması, özellikle cam, elektronik, deterjan, seramik, boya, refrakter ve metalürji sanayileri için son derece önemlidir. Kuvarsın endüstriyel işlemlerde kullanılabilmesi için demir içeriğinin %0,01-0,1 aralığında olması gerekmektedir. Ülkemizdeki kuvars rezervleri hem kalite hem de miktar açısından yetersiz olduğundan optik cam ve elektronik sanayinde etkin olarak kullanılamamaktadır. Kuvarsın demir içeriğini istenilen sınır değerlere azaltmak için çeşitli fiziksel ve kimyasal yöntemlerin, endüstriyel ölçekte, uygulandığı bilinmektedir. Yaygın olarak uygulanmasına rağmen fiziksel yöntemlerin (klasik manyetik ayırma, yeni ve daha pahalı olan süper iletken manyetik ayırma ve flotasyon gibi) etkinliğinin düşük olması, kimyasal demir uzaklaştırma yöntemlerinin önemini artırmaktadır. Organik ve inorganik asitlerin kullanıldığı kimyasal yöntemlerle, kuvars cevherlerindeki en önemli safsızlık olan demiri büyük ölçüde uzaklaştırmak mümkündür.Bu tez çalışmasının amacı liç yöntemi ile kuvars cevherinde safsızlık olarak bulunan demirin uzaklaştırılmasıdır. Bu kapsamda planlanan doktora tez çalışması 4 ana fazda gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın birinci fazında kimyasal ve mineralojik karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Buna göre kuvars cevherinde safsızlık olarak bulunan demirin Fe2O3 yapısında bulunduğu ve cevherdeki içeriğinin 310 ppm olduğu belirlenmiştir. İkinci fazda ise tane boyutuna göre ön zenginleştirme çalışmaları yürütülmüş ve kuvars cevherinin Fe2O3 içeriği 88 ppm'e düşürülmüştür. Kimyasal liç testlerinin gerçekleştirildiği üçüncü faz çalışmalarında, farklı asitlerin performansı ve katı/sıvı oranı, sıcaklık, liç süresi ve reaktif derişimi gibi parametrelerin Fe2O3 uzaklaştırma verimine etkisi tam faktöriyel deney tasarımı yöntemine göre belirlenmiş, elde edilen sonuçlar ANOVA (varyans analizi) yöntemi ile değerlendirilmiş ve ampirik modeller oluşturulmuştur. İndirgeyici reaktif olarak oksalik asit, sitrik asit, hidrojen peroksit ve glikoz; asit olarak ise sülfürik asit, hidroklorik asit, fosforik asit, perklorik asit ve nitrilotriasetik asit ile çalışılmıştır. Elde edilen veriler değerlendirildiğinde, sülfürik asit liçinde indirgeyici reaktiflerin kullanıldığı testlerde yüksek Fe2O3 uzaklaştırma verimleri elde edilmiştir. Özellikle oksalik asit ve hidrojen peroksit ilavesiyle sülfürik asit liçi testleri sonunda %98,9 Fe2O3 uzaklaştırma verimi ve 1 ppm Fe2O3 içerikli kuvars ürünü elde edilmiştir. Düşük Fe2O3 uzaklaştırma verimleri elde edilen diğer liç testlerinde etkin faktörler dikkate alınarak, liç verimini arttırmak amacıyla iki aşamalı liç testleri yapılmıştır. İlk olarak perklorik asit liçi ve sonrasında glikoz ilavesiyle sülfürik asit liçi sonunda %91,9 Fe2O3 uzaklaştırma verimi ve 7,1 ppm Fe2O3 içerikli kuvars ürünü elde edilmiştir. Dördüncü fazda ekonomik modelleme çalışmaları kapsamında tesis simülasyonu oluşturulmuştur. Simülasyon ile tasarlanan kuvars saflaştırma tesisinin ekonomik olarak uygulanabilir olduğu belirlenmiştir.

ABSTRACTPurification of quartz with chemical processes is extremely important for many industries including glass, electronic, detergent, ceramics, paint, refractory and metallurgy. The iron content of quartz is required to be in the range of 0.01-0.1% for its industrial use. Quartz reserves in Turkey have not been exploited effectively in the glass and electronical industries mainly due to the limitations in the quality and quantity of these resources. There appears to be different physical and chemical methods available in industrial scale for the beneficiation of quartz to reduce its iron content down to the desired levels. Although the physical methods including conventional magnetic separation, new and more expensive super conductive magnetic separation and flotation are commonly employed, the chemical methods have been gaining importance particularly due to the low efficiency of physical methods for iron removal. Iron as the most significant impurity present in quartz ores can be substantially removed by aqueous chemical processes using organic and inorganic acids.The purpose of this thesis was to investigate the removal of iron as impurity from quartz ores by chemical leaching method. The thesis work was developed in four major phases. First phase of the study involved chemical and mineralogical characterization studies. Accordingly, it was determined that iron content of the quartz ore sample was determined to be 310 ppm in the form of Fe2O3. In the second phase, pre-enrichment studies based on particle size were conducted and the Fe2O3 content of the quartz ore was decreased to 88 ppm. In the third phase of the studies chemical leaching tests were performed to evaluate the performances of different acids and effects of the parameters including pulp density, temperature, leaching duration and reagent concentration on Fe2O3 removal using full factorial design method. The results were evaluated by ANOVA (analysis of variance) method and empirical regression models were established. Oxalic acid, citric acid, hydrogen peroxide and glucose were used as reducing agents and sulphuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, perchloric acid and nitrilotriacetic acid were used as inorganic acids. Higher Fe2O3 removals were obtained in the tests when reducing agents in sulphuric acid leaching were used. A Fe2O3 removal of 98,9% and 1 ppm Fe2O3 content quartz product were obtained when sulphuric acid leaching in the presence of oxalic acid and hydrogen peroxide was tested. Based on the results of leaching tests where low Fe2O3 removals were obtained, two-step leaching tests were performed to further reduce the iron content. In the first step perchloric acid leaching was carried out, and then sulphuric acid leaching in the presence of glucose as the reducing agent was used. In these tests Thus, 91,9% Fe2O3 removal and 7,1 ppm Fe2O3 content quartz product were obtained. In the fourth phase, process simulation was performed within the scope of economical modeling studies. These studies showed that the feasibility of quartz purification process would be economically feasible.