Oksitli bakır cevherleri kullanılarak elde edilen liç çözeltilerinden bakır tozu üretimi

Abstract

ÖZET Doktora Tezi OKSİTLİ BAKIR CEVHERLERİ KULLANILARAK ELDE EDİLEN LİÇ ÇÖZELTİLERİNDEN BAKIR TOZU ÜRETİMİ Turan ÇALBAN Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Sabri ÇOLAK Bakır; genellikle, çözülebilir bakır tuzlarının çözeltilerinden sementasyon veya elektrokazanım yöntemleriyle üretilir. Sementasyon prosesi çok hızlı ve aynı zamanda iyonlar demir yüzeyinden veya demir yüzeyine kolay difüze olabildikleri için, elde edilen bakırın saflığı çok düşüktür. Ayrıca, oluşan demir (II) sülfat çözeltilerinin uzaklaştırılması da oldukça zordur. Bakırın saflaştırılma ve çöktürülmesinde kullanılan diğer bir metot elektrolitik ekstraksiyon prosesidir. Elektrokazanım yöntemiyle saf halde bakır üretilebildiği halde, yatırım, işletme ve enerji maliyetleri yüksektir. Çeşitli nedenlerden dolayı, bakırın ara kademe ürünlerinin elde edilmesi ve bu ürünlerden de bakırın saf halde çöktürülmesi önemlidir. Bu yüzden, asetonitril-su yardımıyla liç çözeltilerinden bakır üretimi ilgimizi çekmiştir. Bu çalışmada; saf olmayan bakirli çözeltilerinden bakır, sülfitleri halinde çöktürüldü. Bu sülfıtler kullanılarak bakır (I) sülfat çözeltileri hazırlandı ve bakır tozları termal disproporsiyonasyonla üretildi. Araştırma dört basamakta gerçekleştirildi ve her basamaktaki optimum şartlar, fraksiyonel faktöriyel deney tasarım metotları kullanılarak tayin edildi. Birinci basamakta; cevher, amonyak+amonyum sülfat çözeltisi ile çözündürüldü. Çözündürmenin optimum şartları; amonyum sülfat konsantrasyonu, stokiyometrik miktarda; amonyum konsantrasyonu, stokiyometrik miktarın dört katı; katı-sıvı oranı, 1/6 g/mL; liçing süresi, 240 dk.; partikül boyutu, -3,5 meş; sıcaklık, 14°C; karıştırma hızı, 500 devir/dk. olarak elde edildi. İkinci basamakta; 7,383 gCu/L konsantrasyonuna sahip olan liç çözeltisindeki bakır, kükürt dioksit kullanarak Chevreul tuzu (Cu2SO3.CuSO3.2H2O) halinde çöktürüldü. Çöktürmenin optimum şartlan; sıcaklık, 62°C; pH, 4; karıştırma hızı 800 devir/dk.; reaksiyon süresi, 12 dk. olarak bulundu. Üçüncü basamakta; fıltrasyondan sonra Chevreul tuzu, azot atmosferinde asetonitril-su sisteminde çözündürüldü. Chevreul tuzunun optimum çözündürülme şartlan; sıcaklık, 87°C; pH, 2,75; karıştırma hızı, 700 devir/dk.; katı-sıvı oranı, 9/40 g/mL; asetonitril-su oranı, %40; bakır (II) sülfat çözeltisinin konsantrasyonu, 0,25 mol/L olarak belirlendi. Son basamakta; bakır tozlan, bakır (I) sülfat çözeltilerinden azot atmosferinde termal disproporsiyonasyonla çöktürüldü. Bakır tozlarının elde edildiği optimum şartlar; sıcaklık, 70°C; reaksiyon süresi, 35 dk.; karıştırma hızı, 550 devir/dk.; iç basınç, 201,33 mm-Hg olarak belirlendi. Üretilen bakır tozlan %99,33 saflıkta idi. 2002, 192 Savfa ran Tte^r^urrsiRî ımMMr Anahtar Kelimeler: Liçing, Chevreul tuzu, asetonitril-su sistemi, termal disproporsiyonasyon, bakır tozu, faktöriyel deney tasarımı, optimizasyon.

ABSTRACT Ph. D. Thesis RECOVERY OF COPPER POWDERS FROM LEACH SOLUTIONS OBTAINED BY USING OXIDIZED COPPER ORES Turan ÇALBAN Atatürk University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Chemical Engineering Supervisor : Prof. Dr. Sabri ÇOLAK Copper has usually been produced by cementation or electrowinning methods from solutions of soluble copper salts. Even though cementation process is very fast and probably controlled by the rate at which the ions diffuse to and from the iron surface, cementation gives very poor quality copper and dispose of the resulting iron (II) sulfate solutions is very difficult. Another method used in the precipitation and purification of copper is electrolytic extraction process. Although pure copper is produced, its operating, investment and energy costs are rather high. For obvious reasons, there is interest in obtaining of intermediate produces and precipitation of pure copper powders by using these intermediate produces. Therefore, the production of copper from leach solutions by means of acetonitril-water has drawn attention. In this study, the copper was precipitated as sulfites to product copper from its impure solutions. Copper (I) sulfate solutions were prepared by utilizing these sulfites, and copper powders were produced by thermal disproportionation. The research was realized in four steps and the optimum conditions in every step were determined by being used fractional factorial experimental design methods. In the first step, the ore was dissolved with ammonia+ammonium sulfate solution. The optimum conditions of dissolution were obtained as ammonium sulfate concentration, at stochiometric amount; ammonia concentration, four times of stochiometric amount; solid-to-liquid ratio, 1/6 g/mL; leaching time, 240 min.; particle size, -3.5 mesh; temperature, 14°C; stirring speed, 500 rpm. In the second step, the copper in the leach solution having 7.383 gCu/L concentration was precipitated as Chevreul's salt (Cu2SO3.CuSO3.2H2O) by using sulfur dioxide. The optimum conditions of precipitation were found as temperature, 62°C; pH, 4; stirring speed, 800 rpm; reaction time, 12 min. In the third step, Chevreul's salt after filtration was dissolved in acetonitrile-water system under nitrogen atmosphere. The optimum dissolution conditions of Chevreul's salt were determined as temperature, 87°C; pH, 2.75; stirring speed, 700 rpm; solid-to-liquid ratio, 9/40 g/mL; acetonitrile-water ratio, %40; copper (II) sulfate concentration, 0.25 mol/L. At the last step, the copper powders were produced by thermal disproportionation of copper (I) sulfate in nitrogen atmosphere. The optimum conditions of obtaining copper powders were determined as temperature, 70°C; reaction time, 35 min.; stirring speed, 550 rpm; interior pressure, 201.30 mm-Hg. The copper powders produced were %99.33 purity. 2002, 192 pages Keywords : Leaching, Chevreul's salt, acetonitrile-water system, thermal disproportionation, copper powder, factorial experimental desing, optimization.