METALURJİ
1) Fiziksel Metalurji
· Alaşım yapımı
· Kristallografi
· Malzeme bilimi
· Yeni malzemelerin geliştirilmesi
· Testler
2) ekstraktit metalurji
a- hidrometalurji
· düşük tenörlü cevherlerin işlemleri
· çözeltiye almış
· çözeltiden kazanma
b- pirometalurji
· kompakt cevherlerden ısıl işlemlerle metallerin kazanılması
c- elektrometalurji
CEVHERLERİN ÖN HAZIRLAMA İŞLEMLERİ
Cevher konsantreleri veya yüksek tenörlü cevherler metalurjik işlemlerle metalin kazanılmasından önce optimum fiziksel ve kimyasal özelliklere getirebilmesi için hazırlanırlar. Oksitler sülfitlerle (Na2S,Cu2S) daha kolay metale dönüştürülür veya onlar sülfat bileşiğinde ise sülfit bileşimine göre daha kolay nich edilir. Konsantreleri sültaf taşıyan mineral tanecikleri daha kolay metal ve yantaş ayrımına oluşabilmesi için öncelikle oksit ve sülfatına dönüştürülür.
- CuFeS2 + H2SO4 (%70-75) à CuSO4 + FeSO4
- CuFeS2 + O2 + ısı à CuSO4 + Fe2O3
- CuSO4 + %5’lik H2SO4 à Cu++ + SO4-
Fiziksel olarak konsantredeki tane boyu dağılımı metalurjik oksitlenmeye ve ergitmeye alma işlemi için çok önemlidir.
1. KURUTMA
İşlemi ile mekanik olarak (kimyasal işlem söz konusu değil) cevher veya konsantredeki nem uzaklaştırılır. Genellikle yatay fırınlarla ve akışkan yataklı kurutucularla sağlanır. Suyun kaynama noktasının üstündeki bir sıcaklıkta atmosfer basıncında ısıtılarak yapılır.faydalı bir işlemdir. (bu işem için herhangi bir başın uygulama işlemine gerek yok,çünkü atmosfer basıncında uygulanabilir)
Nemli örnek -> tartım -> kurutma -> tartım (ağırlık kaybı elde edilir, %Nem : Ağırlık kaybı/ilk ağırlık * 100 )
2. KALSİNASYON
İşleminde numunedeki bağlı su ve CO2 gazı ve diğer gazların uzaklaştırılmasıdır. Kalsinasyonda kimyasal olarak bağlı su uzaklaştırılır.
CaCO3 à CaO + CO2 /\h: +42,5 kcal/kg (900 derece sıcaklıkta)
2Al(OH)3 à Al2O3 + 3H2O
Kalsinasyon Fırınları ;
· düşey fırınlar
· yatay fırınlar
· akışkan yataklı fırınlar
3. KAVURMA
Genel olarak metal sülfürlerin metal oksitlere ve sülfatlara dönüşüm işlemi için yapılır.
- ZnS + 3O2 à ZnO + SO2 /\h: -220 kcal/kg mol
- FeS2 + 11/2 O2 à Fe2O3 + 4SO2 /\h : -410 kcal/g mol
· aynı anda yer alan diğer reaksiyonlar
SO2 + ½ O2 à SO3
ZnO + Fe2O3 à ZnFe2O4
· kavurma işlemi ile yapılan tipik cevherler bakır,çinko,kurşun.. sıcaklık 500-600 derece arasındadır.
Tam kavurma : reaksiyonlar sonucu mineral taneciğinin içerdiği sülfürün tamamı uzaklaştırılır.
Kısmı kavurma : bir kısım sülfür uzaklaştırılmıştır.
Kavurma Tipleri
1. Oksitleme Kavurma ;
Me (herhangi bir metal) + 3/2 O2 à MeO + SO2
2. sülfatlama kavurma ;
MeS + 2O2 à MeSO4
3. indirgeme kavurma ;
MnO2 + CO à MnO + CO2
4. klorlama kavurma ;
Me + CI2 à MeCI2
MeO + CI2 à MeCI2 + ½ O2
5. tuz ile kavurma ;
MeO + NaCI à MeCI2 + NaO
6. manyetik özelliklerin artması için kavurma ;
FeS2 + 11/2 O2 à Fe2O3 + 4SO2
Kavurma işlemi yapılan fırın tipleri ;
· çok bölmeli fırınlar
· flaş ve süspansiyon halinde kavurma işlemi yapılan fırınlar
· akışkan yatak tipi fırınlar
· döner yatay fırınlar
not; kavurma işlemi en çok bakır,Zn,Co,Ni gibi elementlerin sülfürlü cevherleri için uygulanır
4. AGLOMERASYON
Bir konsantrenin tane boyutu çok küçük olduğundan cevher taneciği fırından aşağı inerken karşı yönden gelen hava akımı çok ince tanecikleri fırından dışarı taşıyabilir.
Fırın içinde en iyi hava-tanecik kontağının olabilmesi için taneciklerin biraraya getirelerek ağırlığının arttırılması ve fırın içinde yeteri kadar indirgeme işlemi için iyi hava-tanecik kontağı amacı aglomera edilmesi gereklidir.
Yöntemler
1. SİNTERLEME
Yeteri kadar iri boyuttaki tanecikler, -8+0.15 mm ergime noktasının altındaki bir sıcaklığa ısıtılarak yumuşayan tanecikler birbirlerine yapışarak daha iri parçacıkların oluşturulmasını sağlar. Sinterleme işleminde yatağın gaz geçirgenliğine etki eden faktörler ;
· cevherin tane iriliği
· beslenen ürünün nem miktari
· cevherin kimyasal yapısı
· homojen karışım
· yapı maddesinin tane iriliği
2.PELETLEME
Çok ince boyutlu tanecikler kritik nem ile bir tambur tipi cihazda dönüş hareketi ile sağlama çığ oluşumu benzeri mekanizma ile tancikler birbirlerine yapışarak daha büyük boyutlu tanecikler oluşturur.
Peletlemede ısıl işlem yoktur.
PELETLEMENİN SİNTERLEMEYE GÖRE AVANTAJLARI
a) yüksek dayanıma sahip pelet, iyi taşınaiblen bir maddedir. Bu nedenle metalurjik tesisten ziyade cevherin hemen yakınına kurulabilir
b) peletlemede temini kolay ucuz yakıt maddeleri kullanilabilir. Sinterlemede enerji sarjı 400-700.000 kcal/ton, peletlemede 200-250.000 kcal/ton
c) %100 pelet kullanılarak yapılan yüksek fırın ergitmesi hem %50 pelet + %50 sinterden hemde %100 sinterden daha hızlıdır.
Beslenen sarjdaki pelet oranını %25’ten %30 a çıkması ile fırın indirgeme hızı %20’den %40 a çıkmaktadır. Peletleme boyutu cevher taneciğinin %70’i 44 mikronun altındao lduğu zaman daha sağlam peletler elde ederiz. Curuf yapıcı olarak fırın içerisine CaO ilave edilir.
3.BRİKETLEME (-325 mesh\44 mikron)
Sıcak ve soğuk şartlarda yine bir bağlayıcı ile karıştılarak belirli oranda yani %5-10 basın altında (1500-2500kg/cm2) sıkıştırılarak briket elde edilir.
PİROMETALURJİK EKSTRAKSİYON YÖNTEMLERİ
Pirometalurjik işlemlerde yüksek sıcaklıklarda kimyasal reaksiyonların söz konusu olmasıdır.
Pirometalurjik prosesler ;
a- kavurma, kalsinasyon, kurutma, aglomerasyon
b- ergitme : metal ve yantaşlar ergitilerek birbirine karışmayan iki ergimiş sıvı elde edilir. İki tip ergitme ve ısıl işlemi vardır
1. mat içinde ergitme
metal sülfitler à ergitme à curuf ; SiO2, CaO, Al2O3
(20-30 Cu) à Mat. Cu2S, FeS, US (%31-34 Cu)
Mat : ağır metallerin sülfürlerinin ergimiş karışımıdır. Aşağıdaki fırınlarda yapılabilir.
- tanecikler çok ince olduğu zaman reverber fırın
- çok ince tanecikler fla$ tipi fırın
- parça cevher ve aglomera edilmiş cevher için yüksek fırın
- ince taneli konsantreler için elektrikli fırın
bu nedenle mat için ergitme ve saflaştırma işlemi pirometalurjik konsantrasyon olarak kabul edilmektedir. Sıvı curuf ise silisli ve oksitli minerallerden oluşan yantaşlardır.
2. metal içinde ergitme
metal oksitler
veya konsantre à metal için ergitme à sıvı curuf :
indirgeyici madde à pik demir
(kok,taşkömürü)
Tmat için ergitme <>1800 C ise indirgemenin maliyeti çok artar. Örneğin fırınlar içerisine yerleştirilen refrakterler yüksek sıcaklıklarda problem oluşturur. Yeni bir refrakter problemi yaşanabilir. Metalin aynı ortamda diger ekventlerle reaksiyon kabiliyeti artar.
5. ateş ile saflaştırma
àhava+oksijen
pik demir (saf olmayan demir)à çelik için ergitme à curuf
à çelik
6. buharlaştırma
düşük ergime noktasına sahip metaller yüksek ergime noktasına sahip metallerden buharlaştırma ile ayrılabilirler.
Ergimiş sıvı metal karışımı à buharlaştırma à ayrılmış buhar
à artık (curuf)
Örn ; civa buharlaştırılarak çinkodan ayrılır (357 C)
Çinko kurşundan ayrılabilir (907 C)
7. halojenlerin metalurjisi
CI,Br,F,I kullanılarak metal bileşikleri oluşturulur.
Klorlama J
HİDROMETALURJİK EKSTRAKSİYON İŞLEMLERİ
Cevherlerin,konsantrelerin veya kalsinasyon ürünlerinin liç ile çözeltiye alma işlemleri ile bu çözeltilerden metal kazanılmasını kapsar. Bazı durumlarda seçimli olarak çözünme işlemi yapılabilir.
Esas işlem ;
1. metallerin çözeltiye alınması
2. liç çözeltilerinden metallerin kazanılması
yardımcı işlem ;
1. liç çözeltisinin çözülmeyen katılardan ayrılması
YÖNTEMİN AVANTAJLARI ;
- Metali, değerleri yüksek saflıkta elde eder.
- Çok az yakıt gerektirir.
- İşlemlerde kullanılacak ekipman basit ve ucuzdur. En temel masraf kullanılan kimyasal reaktiflerden oluşur.
- Konsantrelerin çözeltiye alınmasına uygun olduğu kadar düşük tenörlü cevherler içinde uygundur. Örn ; altın cevherleri ve Zn konsantreleri
- Daha az çevresel problem oluşturmaktadır. (ancak bir çok cevher liç işlemine uygun değildir, çoğunlukla bir ön hazırlama işlemi gerektirir. Bu ise maliyeti arttıran bir etkendir )
KULLANILAN BAŞLICA ÇÖZÜCÜ REAKTİFLERİN GEREKSİNİMLERİ
1. cevher mineralinin kısa sürede yüksek verimle çözmelidir. Ancak yan taşı çözmemelidir.
2. ucuz olmalı ve her yerde bulunmalıdır.
3. mümkün olursa yeniden kazanılabilmeli.
Bazı çözücüler ;
· su : ZnSO4,CuSO4 su ile çözeltiye alınabilir.
· Asitler ; seyreltik H2SO4,HCI,HNO3
· Bazlar ; NH4OH,NaOH,Na2CO3
· Tuzlar ; NaCI, KCI
· Bakteriler ; thibacillus,thioxidans,ferrobacillus,ferrooxidans
· Hidrometalurjik işlemlerde katı\sıvı ayırma yöntemleri
1. sedimantasyon
Tiknerler ; çok basit mekanik araçlardır.
2. filtrasyon
3. kurutma ; ısı ile
katı\sıvı işlemleri à sedimantasyon à filtrasyon à kurutma
metal yüklü liç çözeltisindeki katı kısımdaki dekantasyon (sudan kurtulma) ve tikner ile atıldıktan sonra filtre edilir. Liç ve katı\sıvı ayrımı sürekli olarak “C.C.D” katılar ile sıvı ters yönde akar. Katıda çözülebilen madddeler sıvı ile bir tarafa aktarılırken çözünmeyen katılar başka tarafta toplanmaktadır.
METALLERİN ÇÖZELTİLERDEN KAZANILMASI
1.sementasyon
Daha pozitif metal iyonik hale geçerken daha az pozitif metal katı veya sıfır değerlikli hale geçerek çökelir.
2.gaz ile indirgeme
3.çöktürme ve oksijen basıncı kontrolu ile (pH)
4.Solvent ekstraksiyonu
5. iyon değiştirme
ELEKTROMETALURJİ
a. elektroliz à elektrolit rafinerasyon (Cu,Fe,Co,Pb,Zn)
à ergimiş tuz elektrolizi (Al2O3,MgCI2)
özellikle metalik Na,Mg,Zn,K,Ca
b. elektro kazanma
c. elektrorafinasyon
Metalik değerler çözeltiden kazanıldıktan sonra daha saf ürün elde etmek amacıyla elektroliz işleminde iki aşamada safsızlaştırılır.
1. aşama ; elektrokazanma ; bu aşamada metal katotda toplanır fakat saf değildir daha saf ürün elde etmek için ürün 2. kez elektroliz hücresinde işleme tabi tutulur. Ancak burdaki hücredeki anot bizzat ilk aşamada alınan üründür. Katot ise grafit çubuk veya uygun bir elektroliz kutbu olabilir. Bu aşamada anottaki metaller çözülerek katotda toplanır ve anot içindeki safsızlıklar ise anot çamuru olarak çökelir. Ve saf elektrolitik ürün elde edilir.
YAKITLAR
Enerji üretiminde en verimli bir şekilde kullanılmalıdır. Çünkü üretim maliyetinin büyük bir kısmı enerjiden gelmektedir.
Kömür,doğalgaz,petrol à enerji à cevher à metalurjik hazırlanma à metal
YANMA ; bir yakıtın oksijenli ortamda tutuşması sonucu ısı ortaya çıkmasından oluşan sonuçtur.
Tam Olmayan YANMA ; bir yakıtın yeterli oksijen alamadan tamamen enerjiye dönüşememesidir.
Mükemmel Olmayan YANMA ; yakıtın tamamı tam olarak oksitlenmez, yetersiz oksijen ile olan yanmadır. Çıkan ürünlerde CO > CO2 daha fazladır.
Isı üreten Elementler
C,H,S,Si,Mn,Al ve P
REFRAKTERLER
Yüksek sıcaklıklara,aşınmalara,dayanımlı ve ısı yalıtım özelliği olan malzemelere refrakter denilir.
Asit refrakterler ; ergimiş ortamda çözündüğünde ortamdan O2 alabilen refrakter özelligi.
Bazik refrakterler ; ergimiş ortamda çözündüğünde ortama O2 verebilen rekrakter özelligi.
Nötr refrakter ; refrakter ne asidik,ne bazik curuf tarafından etkilenmeyen refrakter türüdür.
REFRAKTER MADDELER
· silika,alümina, alumina silikat,kireç, magnezyum oksit, forsterit,dolomit,hematit,kromit,karbon,korbitler
Refrakterlerin Ergime Noktaları ;
Silika à 1724
Kaolen à 1744
Boksit tuğla à 1680-1820
Magnezyum tuğla à 2165
Kremit tuğla à 2050-2200
Silikon korbit à 2700’in üzeri
Karbon à 3600
PİK DEMİR ÜRETİMİ
Yüksek fırına beslenenler ;
1. ana hammaddeler
a. demir cevheri
· manyetit à %72,4 Fe
· hematit à %70 Fe
· limonit à %59,63 Fe
· siderit à %48,2 Fe
· pirit à %46,2 Fe
b. kok kömürü
demir çelik endüstrisinde en önemli hammaddeler arasındadır. Isıtıcı,indirgeyici ve demir cevherinden metalik demire geçerken karbon ihtiyacını temin edici özellikte kullanılır. Bunun yanı sıra kok gazı,fuel oil kullanılmaktadır. Fırın kapasitesinin artmasına sebep olmaktadır. Düşük kül yüzdesi,yüksek aşınma ve kırılma dayanımı yüksek porozite düşük kükürt yüzdesi ve yüksek ısıl değere sahip olması istenmektedir.
2. yardımcı hammaddeler
· curuf yapıcılar
amac ; istenmeyen yabancı maddeler ile birleşerek düşük ergime noktası olan curuf yapar. Bu amaçla bazik yabancı maddeleri gidermek için asit karekterli curuf yapıcı, asit yabancı maddeler içinde bazik karekterli curuf yapıcı kullanılır. Curufları daha akışkan yapabilmek için düşük ergime noktası olan curuflar kullanılır.
Demir cevherinin fırında ergitilmesi sırasında curuf yapıcı olarak kireçtaşı kullanılır,fırın sıcaklığında CaCO3 parçalanarak CaO oluşur, silisli maddelerle birleşerek kalsiyum silikat oluşturur. Kalker, cevher ve koktaki mevcut kükürt ile birleşerek kalsiyum süldür yaparak demirden uzaklaştırılır.
Asit curuf yapıcı ; SiO2
Bazik curuf yapıcı ; kireçtaşı,dolomit,CaF2
Demir üretiminde fırın öncesi malzeme hazırlanması ve önemi
Doğadaki her demir cevheri minerali yüksek tenörlü değildir. Bu durumda tenörü yükseltmek için cevher kırma-öğütme-zenginleştirme işlemlerinden geçmesi kaçınılmazdır. Yani cevher ince boyutlu olacaktır fakat bu durum yüksek fırına beslenirken problem oluşturabilmektedir. Ters akım yüzünden..
1. ufalama
2. zenginleştirme
3. aglomerasyon – sinterleme,peletleme,briketleme
4. kavurma
DEMİR-ÇELİK YÜKSEK FIRINI
· dikey silindirik şekilli olup yüksekliği 30m, iç capı 5-10 metredir. Kalın bir saç gövdenin içerisi samat tipi tuğla ile örülmüştür. Hazne ve taban kısmı en kaliteli sıkı yapılı sert ve üstün yapılı şamat silikat + tuğla veya karbon bloklardan ibarettir.
· Tuğla kalınlığı gövde kısmında 90-150 cm, karın kısmında 75 cm dir.
· Karın kısmında ayrıca içi boş soğutma plakaları vardır. Sıcak hava ergitme ortamına yüklenerek ısı ile indirgeme işlemi sağlar.
· Fırının en önemli bölümü karın bölgesi olup,ergitme işlemi bu bölgede olur. Karın kısmının altında hazne vardır, haznenin en altında pik demir akıtma deliği onun 120-150 cm üzerinde curuf akıtma deliği vardır. Fırının en üstünde sarjın kolay beslenebilmesi için ve oluşan gazların çıkamaması için bir düzenek yapılmıştır. Fırının çevresinde yardımcı tesisler vardır. Bunların en önemlileri stoklama sahaları nakliyat tesisasi,hava temin eden pompalar,toz tutma sistemleri gibi tesislerdir.
YÜKSEK FIRINDA MEYDANA GELEN KİMYASAL OLAYLAR
Fırına girenler ; cevher+curuf yapıcı + kok (kok yerine CH4’de konulabilir)
· ön ısıtma zonu ; 400 C’e kadar
· indirgeme zonu 400-800 C’e kadar
· karbonlama zonu 1000 C
· ergitme zonu 1400 C’e kadar
Oluşan reaksiyonlar
3Fe2O3 + CO à Fe3O4 + CO2
CO2+C à 2CO
Fe3O4 + CO à 3FeO à CO2
CO2+C à 2CO
FeO + CO à Fe + CO2
CO2+C à 2CO
Fe + 2CO à (Fe+C) + CO2
CO2+C à 2CO
O2+C à CO2
Diğer oksitlerin indirgenmesi ve pik bünyesine geçmesi
1. karbon ; yukarıdan aşağıya doğru inen sünger yapılı demir sıcaklığın artması ile ergiyip çok yüksek sıcaklıklara ısınmış kok yüzeyleriyle kontak halindedir. Fırın haznesinde biriken pik içerisinde %3,5-4,5 C erimiş halde bulunmaktadır. Karbon pik içerisinde Fe3C şeklinde bulunmaktadır. Karbon bulunuş şekline pikteki silisyum,kükürt ve sıcaklığın etkisi büyüktür. Örn ; yüksek silisyum düşük kükürt içeriği Fe3C’nin bozunmasına neden olmaktadır.
2. kükürt ; ham demirde müsaade edilen S miktarı %0,05 altındadır. Kükürt, FeS2,CaSO4 şeklinde girmektedir. CaO ve CO kükürtün bir kısmını aşağıdaki şekilde bağlarlar.
*FeS + CaO + C à Fe + CaS + CO
*CuSO4 + 4CO à CaS + 4CO2
3.mangan ; indirgenen mangan miktarı sıcaklık ve curufub bazikliğine bağlıdır. Genel olarak manganın %50-70’i pik demire geri kalan ise curuf ve fırın gazlarına karışır
Curufdaki mangan / pikteki mangan = 1
4. fosfor
5. silisyum ; indirgenerek demirin bünyesine geçmesi fırının alt kısmınlarında meydana gelmektedir. Silisyum elementer demir ve elementer mangan tarafından indirgenmektedir.
6. titanyum
Yüksek fırında kapasiteyi arttıran teknolojik gelişmeler
A . yüksek basınçlı hava ile çalışma
Yüksek fırına verilen hava normalde 1,5-2,5 atmdir. Bu durumda fırın gazları borudan 0,1-0,5 atm basınçla çıkarlar. Yüksek basınçlı gazlar kulllanılmasının gazların bacayı 0,8-1,2 atm ile terketmesine neden olur. Esas olarak basın arttıkça fırın içinde daha çok reaksiyona oksiyen sokulur. Yani daha çok CO üretimi olur ve bu işlemde üretim verimini arttırır.
Avantajlar ;
1. pik demir üretiminde %6-10 artış meydana gelir.
2. %2-4 kok sarfiyatı tasarrufu lur.
3. baca gazlarında kaybolun toz miktarı %2-50 azalır.
4. fırındaki indirgeme bölgesine ait olan kısım artar.
5. pik bünyesine daha az Si, daha fazla C geçer
B.yüksek fırın havasına su buharı eklenmesi
C. yüksek fırın havasının gaz,sıvı ve katı yakıt maddeleri ile zenginleştirilmesi
Doğalgaz kullanılmasındaki amaç ; fırın içinde direk indirgeme oranını etkiler.
CH4 + 2O2 + 3C à 4CO + 2H2 reaksiyon gereği CO ve H2 üretimini arttırmaktadır. Bu nedenle dayanan fırındaki indirgen gaz miktarı artışı üretim kapasitesini arttırmaktadır. Doğalgaz kullanıldığında kok tüketimi azalmaktadır. Buna bağlı olarak kokun yapısında fırına giden S miktarıda azalacaktır. Böylece daha az asidik karekterli curufla çalışmak mümkün olacaktır.
Fuel kullanılmasınki amaç ; en gelişmiş ülkelerde kullanılmaktadır. Buradaki karbon etkinliği doğalgazınkinden daha etkendir. Kullanılan fuel oil miktarı ortalama 30-60 kg/1ton pik demir.
MAT’da Bilister Bakır Üretimi ;
1. aşama ; curuf yapılması ;
Fe2S + 3O2 à 2FeO + 2SO2
xFeO + y SiO2 à x.FeO.ySiO2
birinci kademede mat bileşimindeki FeS verilen havanın oksijeni ile okside olur ve meydana gelen FeO ilave edilen SiO2 birleşerek curuf yapar. Oksitleme ekzotermiktir. Reaksiyon sonunda oluşan ısı işleminin devamı için gerekli ve yeterlidir.
Şarjdaki tüm kilitler bir-iki saat gibi bir sürede FeO’ya dönüşmekte ve SiO2 birleşerek curuf yapılmaktadır. Mat deyimi ; çoğunlukla bazı oksitleride birlikte bulunduran ağır metallere asit sülfür bileşiklerinin karışımı anlaşılmaktadır.
2. aşama ; bu safhada Cu2S kısmen oksitlenirse de meydana gelen Cu2O tekrar, feS ile reaksiyona girer. bu aşamada reaksiyonlar endotermiktir. Reaksiyon devamı için ortama ısı ilavesi gereklidir. Bu safhanın sonunda elde edilen bilister bakır potalara doldurularak daha sonraki sarj için hazırlanır. Sıvı bakır dökülerek rafinasyon işlemleri için piyasaya arz edilir.
Bakır İzabe Yöntemleri
1. flash ergitme yöntemi ;
bakır konsantresi,flux ve diğer yardımcı malzeme ile birlikte 300-400 C’ye ısıtılmış hava ile birlikte karıştırılıp reaksiyon kulesinin yukarısından aşağıya doğru beslenir. Sıcaklık kafi görülmezse yardımcı brülür ile ısı arttırılır.
Flash izabede curuf %2’e kadar Cu içermektedir. Bu flotasyonla bakır tekrar konsantre edilerek geri beslenir.
2. sürekli ergitme yöntemi
bakır konsantrelerinin ve yardımcı malzemenin direk ergitelerek sarj işleminin aynı fırında yapılarak cevherin doğrudan bilister bakıra dönüştürüldüğü yeni tekniklerden bir tanesidir. Fırın tabanının meyilli olarak bir hazneye bağlanmıştır. Mat ve curuf ergidikten sonra yoğunluk farkından dolayı aksi yönlere doğru hareket ederler.
Başlıca özellikleri ;
1. konsantreden mat yerine doğrudan bilister bakır elde edilir.
2. dışarıya atılan curuf bir daha işlenmeyecek kadar az Cu içermektedir.
3. curuf mat ve metal akışı birbirinden zıt yöndedir.
Avantajları ;
1. aynı kapasite ile kurulacak klasik yönteme nazaran %20-30 daha az yatırım gerekmektedir.
2. mahalli şartlara bağlı olarak işletme masrafları daha azdır.
3. elektrik fırınlarda ergitme ;
avantajları ;
1. ısı randımanı klasik yöntemden çok yüksektir. Yanma gazları olmadığı için azami derecede ısı tasarrufu sağlanır.
2. bacayı terk eden gazlar toz taşımazlar
3. curuftaki cu yüzdesi düşüktür.
PİROMETALURJİ VE HİDROMETALURJİ KARŞILAŞTIRILMASI
Proses bazında ;
1. çok düşük tenörlü cevherler için piro uygulanmaz, yüksek tenörlü cevherlerden metal kazanılmasında iki metot uygundur ancak enerji açısından piro daha avantajlıdır.
2. pirometalurjik işlemden yüksek sıcaklık nedeniyle birçok kimyasal reaksiyon hızlı olur. Bu nedenle proseste kalma süresi az,günlük kapasite yüksektir.
1) Fiziksel Metalurji
· Alaşım yapımı
· Kristallografi
· Malzeme bilimi
· Yeni malzemelerin geliştirilmesi
· Testler
2) ekstraktit metalurji
a- hidrometalurji
· düşük tenörlü cevherlerin işlemleri
· çözeltiye almış
· çözeltiden kazanma
b- pirometalurji
· kompakt cevherlerden ısıl işlemlerle metallerin kazanılması
c- elektrometalurji
CEVHERLERİN ÖN HAZIRLAMA İŞLEMLERİ
Cevher konsantreleri veya yüksek tenörlü cevherler metalurjik işlemlerle metalin kazanılmasından önce optimum fiziksel ve kimyasal özelliklere getirebilmesi için hazırlanırlar. Oksitler sülfitlerle (Na2S,Cu2S) daha kolay metale dönüştürülür veya onlar sülfat bileşiğinde ise sülfit bileşimine göre daha kolay nich edilir. Konsantreleri sültaf taşıyan mineral tanecikleri daha kolay metal ve yantaş ayrımına oluşabilmesi için öncelikle oksit ve sülfatına dönüştürülür.
- CuFeS2 + H2SO4 (%70-75) à CuSO4 + FeSO4
- CuFeS2 + O2 + ısı à CuSO4 + Fe2O3
- CuSO4 + %5’lik H2SO4 à Cu++ + SO4-
Fiziksel olarak konsantredeki tane boyu dağılımı metalurjik oksitlenmeye ve ergitmeye alma işlemi için çok önemlidir.
1. KURUTMA
İşlemi ile mekanik olarak (kimyasal işlem söz konusu değil) cevher veya konsantredeki nem uzaklaştırılır. Genellikle yatay fırınlarla ve akışkan yataklı kurutucularla sağlanır. Suyun kaynama noktasının üstündeki bir sıcaklıkta atmosfer basıncında ısıtılarak yapılır.faydalı bir işlemdir. (bu işem için herhangi bir başın uygulama işlemine gerek yok,çünkü atmosfer basıncında uygulanabilir)
Nemli örnek -> tartım -> kurutma -> tartım (ağırlık kaybı elde edilir, %Nem : Ağırlık kaybı/ilk ağırlık * 100 )
2. KALSİNASYON
İşleminde numunedeki bağlı su ve CO2 gazı ve diğer gazların uzaklaştırılmasıdır. Kalsinasyonda kimyasal olarak bağlı su uzaklaştırılır.
CaCO3 à CaO + CO2 /\h: +42,5 kcal/kg (900 derece sıcaklıkta)
2Al(OH)3 à Al2O3 + 3H2O
Kalsinasyon Fırınları ;
· düşey fırınlar
· yatay fırınlar
· akışkan yataklı fırınlar
3. KAVURMA
Genel olarak metal sülfürlerin metal oksitlere ve sülfatlara dönüşüm işlemi için yapılır.
- ZnS + 3O2 à ZnO + SO2 /\h: -220 kcal/kg mol
- FeS2 + 11/2 O2 à Fe2O3 + 4SO2 /\h : -410 kcal/g mol
· aynı anda yer alan diğer reaksiyonlar
SO2 + ½ O2 à SO3
ZnO + Fe2O3 à ZnFe2O4
· kavurma işlemi ile yapılan tipik cevherler bakır,çinko,kurşun.. sıcaklık 500-600 derece arasındadır.
Tam kavurma : reaksiyonlar sonucu mineral taneciğinin içerdiği sülfürün tamamı uzaklaştırılır.
Kısmı kavurma : bir kısım sülfür uzaklaştırılmıştır.
Kavurma Tipleri
1. Oksitleme Kavurma ;
Me (herhangi bir metal) + 3/2 O2 à MeO + SO2
2. sülfatlama kavurma ;
MeS + 2O2 à MeSO4
3. indirgeme kavurma ;
MnO2 + CO à MnO + CO2
4. klorlama kavurma ;
Me + CI2 à MeCI2
MeO + CI2 à MeCI2 + ½ O2
5. tuz ile kavurma ;
MeO + NaCI à MeCI2 + NaO
6. manyetik özelliklerin artması için kavurma ;
FeS2 + 11/2 O2 à Fe2O3 + 4SO2
Kavurma işlemi yapılan fırın tipleri ;
· çok bölmeli fırınlar
· flaş ve süspansiyon halinde kavurma işlemi yapılan fırınlar
· akışkan yatak tipi fırınlar
· döner yatay fırınlar
not; kavurma işlemi en çok bakır,Zn,Co,Ni gibi elementlerin sülfürlü cevherleri için uygulanır
4. AGLOMERASYON
Bir konsantrenin tane boyutu çok küçük olduğundan cevher taneciği fırından aşağı inerken karşı yönden gelen hava akımı çok ince tanecikleri fırından dışarı taşıyabilir.
Fırın içinde en iyi hava-tanecik kontağının olabilmesi için taneciklerin biraraya getirelerek ağırlığının arttırılması ve fırın içinde yeteri kadar indirgeme işlemi için iyi hava-tanecik kontağı amacı aglomera edilmesi gereklidir.
Yöntemler
1. SİNTERLEME
Yeteri kadar iri boyuttaki tanecikler, -8+0.15 mm ergime noktasının altındaki bir sıcaklığa ısıtılarak yumuşayan tanecikler birbirlerine yapışarak daha iri parçacıkların oluşturulmasını sağlar. Sinterleme işleminde yatağın gaz geçirgenliğine etki eden faktörler ;
· cevherin tane iriliği
· beslenen ürünün nem miktari
· cevherin kimyasal yapısı
· homojen karışım
· yapı maddesinin tane iriliği
2.PELETLEME
Çok ince boyutlu tanecikler kritik nem ile bir tambur tipi cihazda dönüş hareketi ile sağlama çığ oluşumu benzeri mekanizma ile tancikler birbirlerine yapışarak daha büyük boyutlu tanecikler oluşturur.
Peletlemede ısıl işlem yoktur.
PELETLEMENİN SİNTERLEMEYE GÖRE AVANTAJLARI
a) yüksek dayanıma sahip pelet, iyi taşınaiblen bir maddedir. Bu nedenle metalurjik tesisten ziyade cevherin hemen yakınına kurulabilir
b) peletlemede temini kolay ucuz yakıt maddeleri kullanilabilir. Sinterlemede enerji sarjı 400-700.000 kcal/ton, peletlemede 200-250.000 kcal/ton
c) %100 pelet kullanılarak yapılan yüksek fırın ergitmesi hem %50 pelet + %50 sinterden hemde %100 sinterden daha hızlıdır.
Beslenen sarjdaki pelet oranını %25’ten %30 a çıkması ile fırın indirgeme hızı %20’den %40 a çıkmaktadır. Peletleme boyutu cevher taneciğinin %70’i 44 mikronun altındao lduğu zaman daha sağlam peletler elde ederiz. Curuf yapıcı olarak fırın içerisine CaO ilave edilir.
3.BRİKETLEME (-325 mesh\44 mikron)
Sıcak ve soğuk şartlarda yine bir bağlayıcı ile karıştılarak belirli oranda yani %5-10 basın altında (1500-2500kg/cm2) sıkıştırılarak briket elde edilir.
PİROMETALURJİK EKSTRAKSİYON YÖNTEMLERİ
Pirometalurjik işlemlerde yüksek sıcaklıklarda kimyasal reaksiyonların söz konusu olmasıdır.
Pirometalurjik prosesler ;
a- kavurma, kalsinasyon, kurutma, aglomerasyon
b- ergitme : metal ve yantaşlar ergitilerek birbirine karışmayan iki ergimiş sıvı elde edilir. İki tip ergitme ve ısıl işlemi vardır
1. mat içinde ergitme
metal sülfitler à ergitme à curuf ; SiO2, CaO, Al2O3
(20-30 Cu) à Mat. Cu2S, FeS, US (%31-34 Cu)
Mat : ağır metallerin sülfürlerinin ergimiş karışımıdır. Aşağıdaki fırınlarda yapılabilir.
- tanecikler çok ince olduğu zaman reverber fırın
- çok ince tanecikler fla$ tipi fırın
- parça cevher ve aglomera edilmiş cevher için yüksek fırın
- ince taneli konsantreler için elektrikli fırın
bu nedenle mat için ergitme ve saflaştırma işlemi pirometalurjik konsantrasyon olarak kabul edilmektedir. Sıvı curuf ise silisli ve oksitli minerallerden oluşan yantaşlardır.
2. metal içinde ergitme
metal oksitler
veya konsantre à metal için ergitme à sıvı curuf :
indirgeyici madde à pik demir
(kok,taşkömürü)
Tmat için ergitme <>1800 C ise indirgemenin maliyeti çok artar. Örneğin fırınlar içerisine yerleştirilen refrakterler yüksek sıcaklıklarda problem oluşturur. Yeni bir refrakter problemi yaşanabilir. Metalin aynı ortamda diger ekventlerle reaksiyon kabiliyeti artar.
5. ateş ile saflaştırma
àhava+oksijen
pik demir (saf olmayan demir)à çelik için ergitme à curuf
à çelik
6. buharlaştırma
düşük ergime noktasına sahip metaller yüksek ergime noktasına sahip metallerden buharlaştırma ile ayrılabilirler.
Ergimiş sıvı metal karışımı à buharlaştırma à ayrılmış buhar
à artık (curuf)
Örn ; civa buharlaştırılarak çinkodan ayrılır (357 C)
Çinko kurşundan ayrılabilir (907 C)
7. halojenlerin metalurjisi
CI,Br,F,I kullanılarak metal bileşikleri oluşturulur.
Klorlama J
HİDROMETALURJİK EKSTRAKSİYON İŞLEMLERİ
Cevherlerin,konsantrelerin veya kalsinasyon ürünlerinin liç ile çözeltiye alma işlemleri ile bu çözeltilerden metal kazanılmasını kapsar. Bazı durumlarda seçimli olarak çözünme işlemi yapılabilir.
Esas işlem ;
1. metallerin çözeltiye alınması
2. liç çözeltilerinden metallerin kazanılması
yardımcı işlem ;
1. liç çözeltisinin çözülmeyen katılardan ayrılması
YÖNTEMİN AVANTAJLARI ;
- Metali, değerleri yüksek saflıkta elde eder.
- Çok az yakıt gerektirir.
- İşlemlerde kullanılacak ekipman basit ve ucuzdur. En temel masraf kullanılan kimyasal reaktiflerden oluşur.
- Konsantrelerin çözeltiye alınmasına uygun olduğu kadar düşük tenörlü cevherler içinde uygundur. Örn ; altın cevherleri ve Zn konsantreleri
- Daha az çevresel problem oluşturmaktadır. (ancak bir çok cevher liç işlemine uygun değildir, çoğunlukla bir ön hazırlama işlemi gerektirir. Bu ise maliyeti arttıran bir etkendir )
KULLANILAN BAŞLICA ÇÖZÜCÜ REAKTİFLERİN GEREKSİNİMLERİ
1. cevher mineralinin kısa sürede yüksek verimle çözmelidir. Ancak yan taşı çözmemelidir.
2. ucuz olmalı ve her yerde bulunmalıdır.
3. mümkün olursa yeniden kazanılabilmeli.
Bazı çözücüler ;
· su : ZnSO4,CuSO4 su ile çözeltiye alınabilir.
· Asitler ; seyreltik H2SO4,HCI,HNO3
· Bazlar ; NH4OH,NaOH,Na2CO3
· Tuzlar ; NaCI, KCI
· Bakteriler ; thibacillus,thioxidans,ferrobacillus,ferrooxidans
· Hidrometalurjik işlemlerde katı\sıvı ayırma yöntemleri
1. sedimantasyon
Tiknerler ; çok basit mekanik araçlardır.
2. filtrasyon
3. kurutma ; ısı ile
katı\sıvı işlemleri à sedimantasyon à filtrasyon à kurutma
metal yüklü liç çözeltisindeki katı kısımdaki dekantasyon (sudan kurtulma) ve tikner ile atıldıktan sonra filtre edilir. Liç ve katı\sıvı ayrımı sürekli olarak “C.C.D” katılar ile sıvı ters yönde akar. Katıda çözülebilen madddeler sıvı ile bir tarafa aktarılırken çözünmeyen katılar başka tarafta toplanmaktadır.
METALLERİN ÇÖZELTİLERDEN KAZANILMASI
1.sementasyon
Daha pozitif metal iyonik hale geçerken daha az pozitif metal katı veya sıfır değerlikli hale geçerek çökelir.
2.gaz ile indirgeme
3.çöktürme ve oksijen basıncı kontrolu ile (pH)
4.Solvent ekstraksiyonu
5. iyon değiştirme
ELEKTROMETALURJİ
a. elektroliz à elektrolit rafinerasyon (Cu,Fe,Co,Pb,Zn)
à ergimiş tuz elektrolizi (Al2O3,MgCI2)
özellikle metalik Na,Mg,Zn,K,Ca
b. elektro kazanma
c. elektrorafinasyon
Metalik değerler çözeltiden kazanıldıktan sonra daha saf ürün elde etmek amacıyla elektroliz işleminde iki aşamada safsızlaştırılır.
1. aşama ; elektrokazanma ; bu aşamada metal katotda toplanır fakat saf değildir daha saf ürün elde etmek için ürün 2. kez elektroliz hücresinde işleme tabi tutulur. Ancak burdaki hücredeki anot bizzat ilk aşamada alınan üründür. Katot ise grafit çubuk veya uygun bir elektroliz kutbu olabilir. Bu aşamada anottaki metaller çözülerek katotda toplanır ve anot içindeki safsızlıklar ise anot çamuru olarak çökelir. Ve saf elektrolitik ürün elde edilir.
YAKITLAR
Enerji üretiminde en verimli bir şekilde kullanılmalıdır. Çünkü üretim maliyetinin büyük bir kısmı enerjiden gelmektedir.
Kömür,doğalgaz,petrol à enerji à cevher à metalurjik hazırlanma à metal
YANMA ; bir yakıtın oksijenli ortamda tutuşması sonucu ısı ortaya çıkmasından oluşan sonuçtur.
Tam Olmayan YANMA ; bir yakıtın yeterli oksijen alamadan tamamen enerjiye dönüşememesidir.
Mükemmel Olmayan YANMA ; yakıtın tamamı tam olarak oksitlenmez, yetersiz oksijen ile olan yanmadır. Çıkan ürünlerde CO > CO2 daha fazladır.
Isı üreten Elementler
C,H,S,Si,Mn,Al ve P
REFRAKTERLER
Yüksek sıcaklıklara,aşınmalara,dayanımlı ve ısı yalıtım özelliği olan malzemelere refrakter denilir.
Asit refrakterler ; ergimiş ortamda çözündüğünde ortamdan O2 alabilen refrakter özelligi.
Bazik refrakterler ; ergimiş ortamda çözündüğünde ortama O2 verebilen rekrakter özelligi.
Nötr refrakter ; refrakter ne asidik,ne bazik curuf tarafından etkilenmeyen refrakter türüdür.
REFRAKTER MADDELER
· silika,alümina, alumina silikat,kireç, magnezyum oksit, forsterit,dolomit,hematit,kromit,karbon,korbitler
Refrakterlerin Ergime Noktaları ;
Silika à 1724
Kaolen à 1744
Boksit tuğla à 1680-1820
Magnezyum tuğla à 2165
Kremit tuğla à 2050-2200
Silikon korbit à 2700’in üzeri
Karbon à 3600
PİK DEMİR ÜRETİMİ
Yüksek fırına beslenenler ;
1. ana hammaddeler
a. demir cevheri
· manyetit à %72,4 Fe
· hematit à %70 Fe
· limonit à %59,63 Fe
· siderit à %48,2 Fe
· pirit à %46,2 Fe
b. kok kömürü
demir çelik endüstrisinde en önemli hammaddeler arasındadır. Isıtıcı,indirgeyici ve demir cevherinden metalik demire geçerken karbon ihtiyacını temin edici özellikte kullanılır. Bunun yanı sıra kok gazı,fuel oil kullanılmaktadır. Fırın kapasitesinin artmasına sebep olmaktadır. Düşük kül yüzdesi,yüksek aşınma ve kırılma dayanımı yüksek porozite düşük kükürt yüzdesi ve yüksek ısıl değere sahip olması istenmektedir.
2. yardımcı hammaddeler
· curuf yapıcılar
amac ; istenmeyen yabancı maddeler ile birleşerek düşük ergime noktası olan curuf yapar. Bu amaçla bazik yabancı maddeleri gidermek için asit karekterli curuf yapıcı, asit yabancı maddeler içinde bazik karekterli curuf yapıcı kullanılır. Curufları daha akışkan yapabilmek için düşük ergime noktası olan curuflar kullanılır.
Demir cevherinin fırında ergitilmesi sırasında curuf yapıcı olarak kireçtaşı kullanılır,fırın sıcaklığında CaCO3 parçalanarak CaO oluşur, silisli maddelerle birleşerek kalsiyum silikat oluşturur. Kalker, cevher ve koktaki mevcut kükürt ile birleşerek kalsiyum süldür yaparak demirden uzaklaştırılır.
Asit curuf yapıcı ; SiO2
Bazik curuf yapıcı ; kireçtaşı,dolomit,CaF2
Demir üretiminde fırın öncesi malzeme hazırlanması ve önemi
Doğadaki her demir cevheri minerali yüksek tenörlü değildir. Bu durumda tenörü yükseltmek için cevher kırma-öğütme-zenginleştirme işlemlerinden geçmesi kaçınılmazdır. Yani cevher ince boyutlu olacaktır fakat bu durum yüksek fırına beslenirken problem oluşturabilmektedir. Ters akım yüzünden..
1. ufalama
2. zenginleştirme
3. aglomerasyon – sinterleme,peletleme,briketleme
4. kavurma
DEMİR-ÇELİK YÜKSEK FIRINI
· dikey silindirik şekilli olup yüksekliği 30m, iç capı 5-10 metredir. Kalın bir saç gövdenin içerisi samat tipi tuğla ile örülmüştür. Hazne ve taban kısmı en kaliteli sıkı yapılı sert ve üstün yapılı şamat silikat + tuğla veya karbon bloklardan ibarettir.
· Tuğla kalınlığı gövde kısmında 90-150 cm, karın kısmında 75 cm dir.
· Karın kısmında ayrıca içi boş soğutma plakaları vardır. Sıcak hava ergitme ortamına yüklenerek ısı ile indirgeme işlemi sağlar.
· Fırının en önemli bölümü karın bölgesi olup,ergitme işlemi bu bölgede olur. Karın kısmının altında hazne vardır, haznenin en altında pik demir akıtma deliği onun 120-150 cm üzerinde curuf akıtma deliği vardır. Fırının en üstünde sarjın kolay beslenebilmesi için ve oluşan gazların çıkamaması için bir düzenek yapılmıştır. Fırının çevresinde yardımcı tesisler vardır. Bunların en önemlileri stoklama sahaları nakliyat tesisasi,hava temin eden pompalar,toz tutma sistemleri gibi tesislerdir.
YÜKSEK FIRINDA MEYDANA GELEN KİMYASAL OLAYLAR
Fırına girenler ; cevher+curuf yapıcı + kok (kok yerine CH4’de konulabilir)
· ön ısıtma zonu ; 400 C’e kadar
· indirgeme zonu 400-800 C’e kadar
· karbonlama zonu 1000 C
· ergitme zonu 1400 C’e kadar
Oluşan reaksiyonlar
3Fe2O3 + CO à Fe3O4 + CO2
CO2+C à 2CO
Fe3O4 + CO à 3FeO à CO2
CO2+C à 2CO
FeO + CO à Fe + CO2
CO2+C à 2CO
Fe + 2CO à (Fe+C) + CO2
CO2+C à 2CO
O2+C à CO2
Diğer oksitlerin indirgenmesi ve pik bünyesine geçmesi
1. karbon ; yukarıdan aşağıya doğru inen sünger yapılı demir sıcaklığın artması ile ergiyip çok yüksek sıcaklıklara ısınmış kok yüzeyleriyle kontak halindedir. Fırın haznesinde biriken pik içerisinde %3,5-4,5 C erimiş halde bulunmaktadır. Karbon pik içerisinde Fe3C şeklinde bulunmaktadır. Karbon bulunuş şekline pikteki silisyum,kükürt ve sıcaklığın etkisi büyüktür. Örn ; yüksek silisyum düşük kükürt içeriği Fe3C’nin bozunmasına neden olmaktadır.
2. kükürt ; ham demirde müsaade edilen S miktarı %0,05 altındadır. Kükürt, FeS2,CaSO4 şeklinde girmektedir. CaO ve CO kükürtün bir kısmını aşağıdaki şekilde bağlarlar.
*FeS + CaO + C à Fe + CaS + CO
*CuSO4 + 4CO à CaS + 4CO2
3.mangan ; indirgenen mangan miktarı sıcaklık ve curufub bazikliğine bağlıdır. Genel olarak manganın %50-70’i pik demire geri kalan ise curuf ve fırın gazlarına karışır
Curufdaki mangan / pikteki mangan = 1
4. fosfor
5. silisyum ; indirgenerek demirin bünyesine geçmesi fırının alt kısmınlarında meydana gelmektedir. Silisyum elementer demir ve elementer mangan tarafından indirgenmektedir.
6. titanyum
Yüksek fırında kapasiteyi arttıran teknolojik gelişmeler
A . yüksek basınçlı hava ile çalışma
Yüksek fırına verilen hava normalde 1,5-2,5 atmdir. Bu durumda fırın gazları borudan 0,1-0,5 atm basınçla çıkarlar. Yüksek basınçlı gazlar kulllanılmasının gazların bacayı 0,8-1,2 atm ile terketmesine neden olur. Esas olarak basın arttıkça fırın içinde daha çok reaksiyona oksiyen sokulur. Yani daha çok CO üretimi olur ve bu işlemde üretim verimini arttırır.
Avantajlar ;
1. pik demir üretiminde %6-10 artış meydana gelir.
2. %2-4 kok sarfiyatı tasarrufu lur.
3. baca gazlarında kaybolun toz miktarı %2-50 azalır.
4. fırındaki indirgeme bölgesine ait olan kısım artar.
5. pik bünyesine daha az Si, daha fazla C geçer
B.yüksek fırın havasına su buharı eklenmesi
C. yüksek fırın havasının gaz,sıvı ve katı yakıt maddeleri ile zenginleştirilmesi
Doğalgaz kullanılmasındaki amaç ; fırın içinde direk indirgeme oranını etkiler.
CH4 + 2O2 + 3C à 4CO + 2H2 reaksiyon gereği CO ve H2 üretimini arttırmaktadır. Bu nedenle dayanan fırındaki indirgen gaz miktarı artışı üretim kapasitesini arttırmaktadır. Doğalgaz kullanıldığında kok tüketimi azalmaktadır. Buna bağlı olarak kokun yapısında fırına giden S miktarıda azalacaktır. Böylece daha az asidik karekterli curufla çalışmak mümkün olacaktır.
Fuel kullanılmasınki amaç ; en gelişmiş ülkelerde kullanılmaktadır. Buradaki karbon etkinliği doğalgazınkinden daha etkendir. Kullanılan fuel oil miktarı ortalama 30-60 kg/1ton pik demir.
MAT’da Bilister Bakır Üretimi ;
1. aşama ; curuf yapılması ;
Fe2S + 3O2 à 2FeO + 2SO2
xFeO + y SiO2 à x.FeO.ySiO2
birinci kademede mat bileşimindeki FeS verilen havanın oksijeni ile okside olur ve meydana gelen FeO ilave edilen SiO2 birleşerek curuf yapar. Oksitleme ekzotermiktir. Reaksiyon sonunda oluşan ısı işleminin devamı için gerekli ve yeterlidir.
Şarjdaki tüm kilitler bir-iki saat gibi bir sürede FeO’ya dönüşmekte ve SiO2 birleşerek curuf yapılmaktadır. Mat deyimi ; çoğunlukla bazı oksitleride birlikte bulunduran ağır metallere asit sülfür bileşiklerinin karışımı anlaşılmaktadır.
2. aşama ; bu safhada Cu2S kısmen oksitlenirse de meydana gelen Cu2O tekrar, feS ile reaksiyona girer. bu aşamada reaksiyonlar endotermiktir. Reaksiyon devamı için ortama ısı ilavesi gereklidir. Bu safhanın sonunda elde edilen bilister bakır potalara doldurularak daha sonraki sarj için hazırlanır. Sıvı bakır dökülerek rafinasyon işlemleri için piyasaya arz edilir.
Bakır İzabe Yöntemleri
1. flash ergitme yöntemi ;
bakır konsantresi,flux ve diğer yardımcı malzeme ile birlikte 300-400 C’ye ısıtılmış hava ile birlikte karıştırılıp reaksiyon kulesinin yukarısından aşağıya doğru beslenir. Sıcaklık kafi görülmezse yardımcı brülür ile ısı arttırılır.
Flash izabede curuf %2’e kadar Cu içermektedir. Bu flotasyonla bakır tekrar konsantre edilerek geri beslenir.
2. sürekli ergitme yöntemi
bakır konsantrelerinin ve yardımcı malzemenin direk ergitelerek sarj işleminin aynı fırında yapılarak cevherin doğrudan bilister bakıra dönüştürüldüğü yeni tekniklerden bir tanesidir. Fırın tabanının meyilli olarak bir hazneye bağlanmıştır. Mat ve curuf ergidikten sonra yoğunluk farkından dolayı aksi yönlere doğru hareket ederler.
Başlıca özellikleri ;
1. konsantreden mat yerine doğrudan bilister bakır elde edilir.
2. dışarıya atılan curuf bir daha işlenmeyecek kadar az Cu içermektedir.
3. curuf mat ve metal akışı birbirinden zıt yöndedir.
Avantajları ;
1. aynı kapasite ile kurulacak klasik yönteme nazaran %20-30 daha az yatırım gerekmektedir.
2. mahalli şartlara bağlı olarak işletme masrafları daha azdır.
3. elektrik fırınlarda ergitme ;
avantajları ;
1. ısı randımanı klasik yöntemden çok yüksektir. Yanma gazları olmadığı için azami derecede ısı tasarrufu sağlanır.
2. bacayı terk eden gazlar toz taşımazlar
3. curuftaki cu yüzdesi düşüktür.
PİROMETALURJİ VE HİDROMETALURJİ KARŞILAŞTIRILMASI
Proses bazında ;
1. çok düşük tenörlü cevherler için piro uygulanmaz, yüksek tenörlü cevherlerden metal kazanılmasında iki metot uygundur ancak enerji açısından piro daha avantajlıdır.
2. pirometalurjik işlemden yüksek sıcaklık nedeniyle birçok kimyasal reaksiyon hızlı olur. Bu nedenle proseste kalma süresi az,günlük kapasite yüksektir.
