DERS NOTLARI

Prof. Dr. HALİL ARIK

EYLÜL-2012

MEM-313 EKSTRAKTİF METALURJİ

Metalurji

Metalurji: Metal ve alaşımların, cevher veya metal içeren hammaddelerden, kullanım sürecine uygun kalitede üretilmesini, saflaştırılmasını, alaşımlandırılmasını, şekillendirilmesini, korunmasını, ve "üretim - kullanım" ömrüiçindeki çevresel kaygı ve sorumlulukları da dikkate alarak insanların ihtiyaçlarına cevap verecek özellikte ve biçimde hazırlanmasını hedef alan bir bilim ve teknoloji dalıdır. Metalurji, kapsamı itibarıyla, üretim metalurjisi (ekstraktif metalurji) ve fiziksel metalurji (malzeme) olmak üzere iki ana kısma ayrılmaktadır

Ekstraktif MetalürjiDoğada metal dışı kum ve kaya gibi safsızlıklarla bir arada bulunan ve cevher olarak adlandırılan değişik metal bileşimlerinden bu metallerin değişik metotlarla elde edilmesi ve akabinde saflaştırılmasıuygulamalarının tümüne birden üretim metalürjisi diyoruz. Aşağıdaki tabloda metalürji içerisinde yeralan değişik uygulamaların sıralamasıverilmiştir.

Periyodik tablo

Position of Metals and Non-metals in the Periodic Table

Metaller

Kolaylıkla elde edilebildiği için, ilk bulunan ve kullanılan metaller bakır, gümüş ve altın şeklinde sıralanmaktadır. Öyle ki bu metaller bazen yaşanan döneme adını vermiştir. Demir çağı, Bronz çağı gibi.

Bugün bilinen mevcut elementlerin %75’inden fazlasımetaldir. 103 elementin 92 tanesi doğal olarak oluşmuş olup, bunların 80 adedi metaldir.

Ametaller

Metalik olmayan 22 adet element ise yerkürede, atmosferde ve okyanuslarda bulunmaktadır. Oda sıcaklığında metal olmayan elementlerin yarısı gaz haldedir. Metal olmayan elementlerde miktar olarak ilk sırayı oksijen alır. Çünkü yerkabuğunun yaklaşık %50si atmosferdeki havanında %21’ni oksijen oluşturmaktadır. Miktar olarak ikinci sırada silisyum bulunmakta yer kabuğunun yaklaşık %26’sını silisyum oluşturmaktadır. Okyanuslardaki suyu da önemli ölçüde hidrojen ve oksijen oluşturmaktadır.

Metallerin Fiziksel Özellikleri

Oda sıcaklığında sıvı halde bulunan cıva ve gallium dışında metaller katı halde bulunur.Yüzeyleri parlatılabilir ve ışığı yansıtırlar. Metaller sünektir tel şeklinde çekilebilir. Örneğin 100 g gümüş 200 m uzatılabilirBıçakla kesilebilen yumşaklıktaki sodyum ve potasyum harici metaller serttirler. Son kabuklarında 1-3 arası valans elektronu bulundururlar.Serbest elektronlarından dolayı metaller iyi iletkendirler. Gümüş ve bakır ısı ve elektriği en iyi ileten iki metaldir.Metaller yüksek yoğunluğa sahiptirler. Metaller içerisinde İridyum ve Osmiun en yüksek lityum ise en düşük yoğunluğa sahip metallerdir.Metaller yüksek ergime ve kaynama noktasına sahiptirler. Metaller içerisinde tungsten en yüksek ergime derecesine sahipken, gümüş düşük kaynama, sodyum ve potasyum ise düşük ergime derecesine sahip metallerdir.Metaller elektropozitiftirler. Elektron kaybedip katyon oluşturma eğilimindedirler. Normal olarak elektron almazlar.Nao – 1e- -------> Na+ Alo – 3e- ------> Al+3

AmetallerinÖzellikleri

- Oda sıcaklığında ametallerin bazıları gaz (oksijen) bazıları katı (karbon) halde bulunur.

- Çok kırılgandırlar ve şekil değiştirme özellikleri yoktur.

- Isı ve elektriği çok zayıf iletirler.

- Elektronegatif karakterdedir. Genellikle elektron almayı veya elektronlarını ortak kullanma eğilimindedirler.

Yerkabuğunda bulunan elementler

1 % 10 Üzeri O (46,6); Si (27,7)2 % 1 –10 Arası Al (8,1); Fe (5,0); Ca (3,6); K (2,6); Na (2,8)

3 % 0,1 –1 Arası C; H; Mn; P; Ti

4 % 0,01 – 0,1 Arası Ba; Cl; Cr; F; Rb; S; Sr; V; Zr

5 % 0,000-0,01 Arası Cu; Ce; Co; Ga; La; Li; Nb; Ni; Pb; Sn; Th; Zn;

6 1 – 10 ppm Arası As; B; Br; Cs; Ge; Hf; Mo; Sb; Ta; U; W

7 0,1-1 ppm arası Bi; Cd; I; In; TI

8 0,1-0,01 ppm Arası Ag; Pd; Se

9 0,01-0,001 ppm Arası Au; Ir; Os; Pt; Re; Rh; Ru

Metallerin reaktiflik serisi

Metallerin büyük çoğunluğu elektropozitiftir ve doğada elektron kaybederek diğer elementlerle bileşik oluşturma eğilimindedirler. Metallerin bileşik oluşturma hızı farklılık gösterirler. Yandaki çizelgede en aktif metal potasyum, en düşük aktiflikteki ise altındır.

Altın, Platinyum gibi birkaç metal dışında bütün metaller doğada bileşik halde bulunmaktadır.

Oxides Carbonates Halides Sulphides Sulphates

Zincite (ZnO) Marble or limestone (CaCO3)

Fluorspar (CaF2)

Zinc blende (ZnS) Galena (PbS)

Anglesite (PbSO4)

Haematite (Fe2O3.xH2O)Magnetite (Fe3O4) Calamine (ZnCO3)

Cryolite (Na3AlF6)

Iron pyrites (FeS2) Baryl (BaSO4)

Bauxite (Al2O3.2H2O) Siderite (FeCO3) Horn Silver (AgCl)

Cinnabar (HgS) Gypsum (CaSO4.2H2O)

Cuprite (Cu2O) Magnesite (MgCO3)

Rock salt (NaCl)

Epsom salt (MgSO4.7H2O)

•Metals like gold and platinum occur in the free metallic form not acted upon by air or water •The rest of the metals occur in the combined form as compounds. Copper is one of the

metals which occur in free as well as combined state •Aluminium is the most abundant metal in the earth's crust •The second most abundant metal in the earth is iron and the third one is calcium

Type of ore Metals Compound (in the ore)

Oxide Ores Aluminium Bauxite - Al2O3, 2H2OCopper Cuprite - Cu2OIron Haematite - Fe2O3

Magnetite - Fe3O4

Sulphide Ores Iron Iron Pyrite - FeSCopper Copper Glance - Cu2S

Copper Pyrites - CuFeS2

Zinc Zinc Blende - ZnS

Carbonate Ores Calcium Limestone - CaCO3

Zinc Calamine - ZnCO3

Halide Ores Sodium Rock Salt - NaCl

Calcium Fluorspar - CaF2

Silver Horn Silver - AgCl

Aluminium Cryolite - Na3AlF6

Classification of ores

Metallerin doğada bulunuşu

Mineral : Doğal şekilde oluşan homojen, belirli bir kimyasal bileşime sahip ve belirli bir kristal yapısı olan inorganikkristalleşmiş katı bileşiklerdir. Örnek, Hematit (Fe2O3).

Cevher : Herhangi bir metalin minerallerini içeren ve ekonomik değeri olan kayaçtır. Bir kayacın cevher olabilmesi için ekonomik değeri olması gerekir.

Tenör : Cevherde bulunan mineralin veya metalin ağırlıkça oransan miktarıdır.

Rezerv: Bir cevher yatağının toplam miktarıdır.Potansiyel rezerv : Gelecekte kullanılabilecek cevher

Kopleks Cevher : Birden fazla metal üretilebilecek cevher

MİNERALLER

http://www.mta.gov.tr/mineraller/mineraller.html

EKSTRAKTİF METALURJİNİN KISIMLARI

0- Cevher Hazırlama1- Pirometalürji2- Hidrometalürji3- Elektrometalürji

CEVHER HAZIRLAMA (ZENGİNLEŞTİRME)Cevher Hazırlamayı Gerektiren NedenlerCevher hazırlamanın ortaya çıkması ve gelişmesinin “teknolojik” ve “ekonomik” olmak üzere iki ana nedeni vardır.

Teknolojik Nedenler: Cevherin, yer kabuğundan çıkarılması ile

kullanılması arasında, tüketim yerinin teknolojik gereğine uygun bazı

değişiklikler geçirmesi temeline dayanmaktadır. Örneğin, cam

sanyiinde ana hammaddeyi oluşturan silis kumunun, 0,1-0,5mm

boyutunda olması ve en çok %0,05 Fe içermesi, teknolojik bir

zorunluluktur. Belirtilen özellikleri taşıyan silis kumu, boyutlandırma

ve demirden arındırma gibi cevher hazırlama işlemlerinin

uygulanmasının sonucunda elde edilir. Manyezit, dolomit, kalker,

kaolin, demiroksit, karbon ve kükürt gibi hammaddeler, kauçuk, ilaç

ve boya sanayiinde dolgu maddesi olarak kullanılmaktadır. Bu

maddelerin 20 mikron altına öğütülmeleri teknolojik bir zorunluluktur.

Ekonomik Nedenler: Yer kabuğundan üretildikleri şekli ile ekonomik

değeri olan cevherlerin, ekonomik değerlerinin artırılması veya yer

kabuğundan üretildiklerinde ekonomik değer taşımayan cevherlere,

ekonomik değer kazandırılması esasına dayanmaktadır.

Üretildiklerinde ekonomik değer taşıyan cevherlere örnek olarak;

kömür, demir, bakır, kurşun, çinko, antimuan v.b. gösterilebilir. Bu tür

cevherlerin izabe öncesi zenginleştirilmesi ile nakliye giderleri, izabe

kayıpları ve izabe giderleri azalacağından, büyük ekonomik yararlar

sağlamaktadır. Üretildiklerinde ekonomik olmayan cevherlere örnek

olarak da, yer kabuğunda gr/ton seviyelerinde bulunan altın, gümüş,

uranyum gibi elementleri içeren cevherler verilebilir. Bunlar ancak

cevher hazırlama uygulamalarıyla satılabilir hale getirilebilmektedir.

Yüzey Alanı Artırma (Boyut Küçültme) İşlemleri

Bir cevher içerisinde istenen ve istenmeyenler olmak üzere birden fazla tür mineral bulunabilir. Bunları birbirinden ayırabilmek için serbestleşme boyutu denen boyuta kadar kırma ve öğütme işlemleri ile boyut küçültme işlemine tabi tutulması gerekir. Boyut küçültme işlemi temel olarak üç maksada yönelik olarak yapılır.

a. Cevherin gerekli ve gereksiz kısımlarını birbirinden ayırabilmek için fiziki serbestleşmeyi sağlamak

b. Tepkime hızını artırmak zamandan tasarruf sağlamak.

c. Cevher zenginleştirme cihazının kabul edebileceği boyutta malzeme üretmek(örneğin: flotasyon için bakır cevherini 200 µm ve altı boyuta getirmek gerekir.)

Kırma-Öğütme İşlemleri

Katı bir maddenin mekanik kuvvetler etkisiyle daha küçük parçalara bölünmesi işlemidir. 50 mm ve üzeri kaba kırma5-50 mm arası ince kırma olarak kabul edilir.

Kırma-Öğütme YöntemleriMekanik Yöntemler : Baskı, Darbe, Kesme, Çarpma kuvvetleriyleIsısal Yöntem : Isıtıp hızlı soğutma ile

Çeneli Kırıcı

PE/PEX Series Jaw Crusher has the features of high crushing and even product size ratio. It can be used to crush material, whose compression strength is not more than 320Mpa. PE Series is used in primary crushing, while PEX series is used in secondary crushing and fine crushing.

Çeneli Kırıcı

Eksantirik

Dönüş yayı

Cevher besleme

Izgara

Volan

Biyel kolu

Şekil 4. Çeneli Kırıcının Şematik Gösterimi.Sert çeneler siyah renkte gösterilmiştir

Çeneli Kırıcılar

-Çeneler arası açı yaklaşık 20°

- Hareketli çenenin ileri geri hareket aralığı 3-4 cm

-Kırma kapasitesi saatte 500 tona kadar

- Dakikada darbe adedi 60-360 arası

- Kırıcı çenelerin yüzeyleri sertleştirilmiş veya %13 Mn’lıHadfield çeliği kullanılmakta.

Konik Döner Kırıcı

Şekil 5. Döner Kırıcının Şematik Gösterimi

Uyguladığı kırma kuvveti

bakımından çeneli kırıcıya benzer.

Bu kırıcının yüzeyleri de hadfield

çeliği ile kaplanmıştır. Bu kırıcılarda

saatte 500 tona kadar cevher

kırabilir. Bu kırıcılar sert ve kırılgan

malzemelerde daha iyi netice

vermekte.

Konik Döner Kırıcı

Konik Kırıcı

Döner Kırıcı

Şekil 5. Döner Kırıcının Şematik Gösterimi

7 mm altı boyut küçültme gerektiğinde

konik kırıcılar, silindirik kırıcılar veya

çekiç kırıcılar kullanılmaktadır.

Cevherler için bunlardan en uygun

olanı konik kırıcılardır. Bu kırıcılar

döner kırıcılara çok benzerdir.

Merdaneli Kırıcı

Besleme

Şekil 7. Merdaneli Kırıcının Şematik Gösterimi.

ÇEKİÇ KIRICI

Besleme

Ürün

Şekil 8. Çekiç Kırıcının Şematik Gösterim

Öğütme (Islak)

Ürün çıkışı– 100 μm

Motor Sınıflandırıcılara

Sulu ortamda bilyeli öğütücünün şematik gösterimi

Kritik Dönme Hızı (nc) = 423/√DD: Değirmenin cm cinsinden çapırpm : dakikadaki dönme sayısı (devir) (dev/dak)

Öğütme : Malzeme boyutunu 5 mm’nin altına indirme işlemine öğütme adı verilir. Öğütme işlemleri 5-0,5 mm arasında kaba 500-50 μm arasında ince öğütme olarak ikiye ayrılır. 50-5 μm tane boyutu aralığında yapılacak öğütmeler çok ince öğütme, 5 μm altındaki öğütmeler kolloid öğütme olarak sınıflandırılır. Sulu ortamda döner değirmende öğütmede değirmen içerisindeki bilyelerin değirmenin iç çapının 2/3’si kadar yukarı çıkabilmesi ve oradan aşağı düşmesi için değirmenin dönme hızının uygun olması gerekir. Değirmenin içhacminin yarısı öğütücü ve pulp (su+cevher) ile dolduğunda değirmenin dönme hızı kritik dönme hızının %75 olduğunda öğütme olmayacaktır.

Öğütme (Kuru)

Motor

Sklona gidiş

Fandan hava girişiBesleme

Hava akımı içerisindeki öğütmenin şematik gösterimi

Cevher Hazırlama

Cevher Hazırlamanın Komple Şematik Olarak Gösterimi.

Sınıflandırma Kırılmış veya öğütülmüş cevherin sınıflandırılması elekler veya diğer sınıflandırıcılarda yapılır. Genellikle parçacık boyutu 30-40 mm’den 1 mm’ye kadar olan malzemeler eleklerle sınıflandırılırken 1 mm’nin altındaki boyutların sınıflandırılmasında su veya hava gibi akışkanlardan istifade edilen diğer sınıflandırıcılar kullanılmaktadır. Sınıflandırmanın temel maksatları şu şekilde sıralanabilir.

•Cevheri cevher zenginleştirme yöntemine uygun gelecek şekilde sınıflamak•Kırma ve öğütme devresini kontrol etmek•Endüstrinin istediği özelliklerde ürün elde etmek.

Eleme : Eleme, kırılan veya öğütülen malzemeyi tane boyutuna göre sınıflandırmak için, mekanik kuvvetler yardımıyla delik boyutu ve sayısıstandart olan bir ortamdan (elek) geçirme işlemidir. Cevher hazırlama tesislerinde eleme sabit veya hareketli sistemlerde yapılır. Sabit eleme için eğimli ızgaralar kullanılmaktadır. Ancak çoğu kere ızgaralara tıkanmaları önlemek için mekanik bir hareket verilir.

Diğer Sınıflandırıcılar

Kırma ve öğütme işlemi ile belli serbestleşme boyutuna indirgenmiş cevheri boyutlarına göre ayırmak veya bütün malzeme aynı boyutta olsa bile farklı mineralleri başta yoğunluk olmak üzere diğer özelliklerinden istifade ederek birbirinden ayırma işlemlerinde kullanılan bazı ayırıcılar bulunmaktadır. Mineralleri parçacık boyutuna veya yoğunluğuna göre sınıflamada su kullanan bazı ekipmanlar vardır

Değişik Tip Sulu Ortam Sınıflandırıcıları

Ayırma ve Ayırma Sonucu Elde Edilen ÜrünlerAyırma: Üretildiği gibi ve doğrudan doğruya tüketime elverişli cevherler, günümüzde yok denecek kadar azdır. Tüketim öncesi uygulanacak işlemler, endüstride kullanılan çeşitli tüketim teknolojilerine bağlıdır. Cevherdeki kıymetli mineralleri, birbirlerinden ve gang minerallerinden ayrı ürünler halinde elde etmeye”ayırma”denir. Her ayırma işleminde,en az iki tane olmak üzere çeşitli sayıda ürün elde etmek söz konusu olmaktadır.

Zenginleştirme: Ayırma sonucu elde edilen

konsantrelerde,kıymetli mineral oranı

cevherdekine kıyasla yüksektir.Bundan

dolayı,ayırma işlemlerine çoğu kez

“zenginleştirme” de denir.

Konsantre: Cevherde mevcut bir kıymetli mineral, ayırma hassasiyetine bağlı olarak çeşitli ürünlerde, farklı oranlarda dağılmaktadır. Bir kıymetli mineralin çoğunluğunun toplandığıürüne, o mineral veya o mineraldeki kıymetli elementin “konsantre”si denir.Örneğin. bir bakır cevherinin ayrılması sonucu, bakır minerallerinin çoğunlukta bulunduğu ürüne bakır konsantresidenir.Konsantre kelimesi, ya kıymetli element veya kıymetli mineral ismi ile kullanılır. Bakır konsantresi, kurşun konsantresi denilebildiği gibi, kalkopirit (CuFeS2) konsantresi, galen (PbS) konsantresi de denilebilmektedir. Birincide elementlerin,ikincide minerallerin isimleri yer almaktadır.

Atık: Ayırma sonucunda elde edilen ürünlerden,içerisinde gang minerallerinin çoğunlukta olduğu ürüne “atık/artık” denir. Atığı/artığı oluşturan gang mineralleri çok çeşitli olabilir. Atık/artık terimi bunların tümünü kapsamakta ve ayırma sonunda elde edilen ürünlerden ekonomik değeri olmayan ve atılanlar için kullanılmaktadır.Tane serbestleşmesi: Cevher hazırlamada kullanılan ayırma yöntemlerinin tümünde, ayrılacak parçaların birbirinden serbest halde bulunmaları (cevherin her bir tanesinin, tek bir mineralden oluşması) gerekmektedir. Cevher tanelerinin, tek bir mineralden oluşmasına “tane serbestleşmesi” denilmektedir.Birleşik Tane: Tane serbestleşmesini sağlamak için yapılan işlemler sonucunda, bazı cevher taneleri iki yada daha fazla mineral içerebilir. Bunun gibi, iki yada daha fazla mineral içeren cevher tanelerine “birleşik tane” veya “kenetli tane”denir.

Kırma ve öğütme sonunda iki veya daha fazla farklı mineral içeren malzeme minerallerin fiziksel, kimyasal v.b. özellik farklılıklarından istifade ederek birbirinden ayrılabilir.

Ayırıcılar

Yıkama ile ayırma

Mağnetik Ayırıcı 1

Elektromanyetikler

Güçlü Zayıf

MağnetikZayıf

Mağnetik olmayan

Beslemee

Mağnetik Ayırıcı 2

Mağnetik Ayırıcı 3

Mağnetik Ayırıcı 4

Pulp çıkışı

Pulp girişiMağnetik konsantre

Sıyırıcı

Döner çelik disk

Mıknatıslar

Yaş sistem Mağnetik ayırıcının şematik görünümü

Elektro Statik Ayırıcı

Elektrik iletimi olan parçacıklar

İletken olmayan parçacıklar

Besleme

Flotasyon (Yüzdürme)

Flotasyon günümüzde bakırın, çinkonun ve kurşunun sülfürlü cevherlerinde

kullanılan en yaygın cevher zenginleştirme metotlarından biridir. Bu yöntemle

yeterli parçacık boyutuna getirilmiş düşük tenörlü cevherlerden, ekonomik olarak

metal üretimi yapılabilecek tenörde konsantreler elde etmek mümkündür.

Flotasyon çok küçük boyutlardaki cevherlere tatbik edilir. Sadece atık ve kıymetli

minerali birbirinden ayırmada değil aynı zamanda farklı mineralleri de

birbirinden ayırmada kullanılabilmektedir. Mineral parçacıklarının flotasyon

ünitesinin tabanından yukarı doğru yükselmekte olan hava kabarcıklarına

tutunarak yüzüp, yüzeye çıkması mineral parçacığının ortamdaki sıvı tarafından

ıslatılabilirliği ile yakından ilişkilidir. Bu durum şekilde gösterildiği gibi temas

açısının (θ) ölçümüyle hesaplanır. Temas açısının hesabı formülize edildiğinde

Katı-Sıvı ve Gaz ara yüzey gerilimlerinden hareketle; γs-g - γs-l = γl-g x Cosθ

(Bu denklemde l = Sıvı, S = Katı ve g = Gazı göstermektedir)

Eğer γs-g > γs-l ise θ < 90° sıfıra yaklaşır. Bu durumda killer, pek çok oksitler ve hidratlar

kolaylıkla suyla ıslatılabilirler. Oysa γs-g < γs-l olduğunda θ > 90° den büyük olacak ve

180° ye doğru yaklaşacaktır. Bu durumda katı parçacık yüzeyi tam olarak ıslatılamayacak

ve kolayca yüzebilecektir. Tam ıslatmada ise θ = 0° olacaktır. Yoğunluğa bağlı olarak

flotasyon için hazırlanan minerallerin boyutu 300 µm altında olmalıdır.

Ortak flotasyon özellikleri olan ve birbirine benzer minerallerin aynı zamanda flote olarak

yalnız bir konsantre halinde toplanmasına “kollektif flotasyon”, benzer flotasyon özellikleri

olan minerallerin birbirinden ayrılması için yapılan flotasyona ise “selektif flotasyon”

denir.

Boyut küçültme ile ilgili problemlerProblem 1. Maksimum parçacık boyutu 90 cm olan bir cevherin zenginleştirme devresine beslenmesi

düşünülmektedir. Cevherin tamamının 4 cm’ye indirilmesini sağlayacak kırma devresini çiziniz

ve boyut küçültme oranlarını belirtiniz.

Konik Kırıcı (ikincil kırıcı) Kapalı Devre

B.K.O. = 18/4 = 4,5

Çeneli Kırıcı (Birincil Kırıcı)

B.K.O. = 90/18 = 5- 18 cm

Titreşimli Elek (4 cm)

- 4 cm

- 4 cm

- 90 cm

+ 18 cmIzgara

(18 cm)

- 18 cm

+ 4 cm

Problem 2. Bir bakır minerali olan kalkopiritin (CuFeS2) serbestleşme boyutu 0,2 mm ‘dir. Cevherin

ocaktan üretildiği şekliyle maksimum parçacık boyutu 75 cm’dir. Üç kademeli bir kırma

devresi ve iki kademeli bir öğütme devresi içeren boyut küçültme devresini çiziniz.

Uygulama birimlerini ve boyut küçültme oranlarını belirtiniz.

Çözüm :

PİROMETALURJİ

Pirometalurji İçinde Yeralan Uygulamalar;

kurutma

kalsinasyon

kavurma

sinter yapma

ergitme

destilasyon

konvertisaj

ateşle tasfiye

döküm v.b uygulamalar şeklinde sıralanabilir.

Pirometalurji ekstraktif metalurji dallarından biridir. Temel amacı; kıymetli

metalleri kazanmak için, cevhere bir dizi ısıl işlem uygulamak ve malzemenin bu

işlemler sonucu fiziksel ve kimyasal olarak değişime uğramasını sağlamaktır. Bu

şekilde kıymetli metallerin kazanılması hedeflenir.

KurutmaKurutma : Isıtmak suretiyle cevher, konsantre, katık maddelerin rutubetinin (kimyasal

olarak bağlı olmayan) alınmasıdır. Kurutma genellikle soğuk katı maddeleri sıcak hava

veya gazlarla temas ettirmek suretiyle yapılır ve ortamdaki su buharlaştırılarak

uçurulur.

Kurutma işleminde, sıcaklık genelde, suyun buharlaştığı 100 oC‘ nin üzerinde bir değere

ayarlanır. Yüksek sıcaklık katı malzemeye de zarar verebileceğinden, bu işlem için

belirlenen sıcaklık genelde 105 oC'dir. Bununla birlikte, bazı durumlarda ise 120 oC

üzerinde sıcaklık gerekebilir.

Gazların kurutulması

Bazen hava veya gazların içerisindeki rutubetin alınması istenmektedir. Havanın

rutubeti alındığında bu havaya kuru hava denmektedir. Havanın kurutulmasında en çok

kullanılan metot rutubetli havayı kalsiyum klorür veya silika jel içerisinden geçirmekle

yapılır.

KalsinasyonBu uygulamada cevher hava içermeyen bir ortamda yüksek bir sıcaklığa kadar

ısıtılarak kimyasal yapının parçalanması gerçekleştirilir. Genellikle karbonat

halindeki cevherler veya kimyasal yapılarında su içeren cevherler kalsine

edilirler.

Magnezit MgCO3 ---------------------> MgO + CO2

Kalker CaCO3 -----------------------> CaO + CO2

Dolomit Mg Ca (CO3)2 --------------> MgO + CaO + 2CO2

Simitsonit ZnCO3 ----------------------> ZnO +CO2

Boksit Al2O3.2H2O -------------------> Al2O3 + 2H2O

Kalsinasyon, bir bileşiğin sıcaklık tesiriyle parçalanmasıdır.

Kavurma

MSn + 1,5nO2 → MOn + nSO2. Örnek

CuS + 1,5O2 → CuO + SO2ve

2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO22 PbS + 3 O2 → 2 PbO + 2 SO2

Sülfürlerin kavrulması ile açığa çıkan sülfürdioksit (SO2) büyük çoğunlukla sülfürik asit üretiminde değerlendirilmektedir.

Kavurma : Yüksek sıcaklıklarda gazlarla katıların reaksiyonlarını içeren metalurjik bir

uygulamadır. Verilebilecek en karakteristik örnek ergime olmaksızın sülfür içeren cevherlerin

okside dönüştürülmesi işlemidir. Sülfürlü metaller, kimyasal yapıları sebebiyle, ileri

rafinasyonda ve yüksek fırınlarda problem çıkartmaktadırlar. Ayrıca tepkimeye girme

süreleri uzun olduğu için enerji ve zaman giderlerini artırmaktadırlar. Ancak kavurma işlemi

ile, metal sülfürün üzerine O2 üflenmesiyle malzeme tepkimeye girer. Tepkime sonunda SO2

gazı oluşurken, metal oksitlenmiş olarak reaksiyondan çıkar. Klasik olarak bir sülfürün

kavrulmasında meydana gelecek kimyasal reaksiyonlar aşağıda verildiği şekildedir.

Metal Cevher Konsantre (%)

Mineral Teorik Konsantre Oranı (%)Fe 65 - Fe2O3 70

Cu 1 30-35 CuFeS2 35

Al 25 - Al2O3H2O 45

Zn 7-10 60-65 ZnS 67

Pb 8-15 65-75 PnS 87

Atom AğırlıklarıFe : 56 g/molZn : 65,4 g/molS : 32 g/molPb : 207,2 g/molAl : 27 g/molCu : 63,5 g/molO : 16 g/molC : 12 g/mo

Flash kavurma Fırını

Kavurmanın temel amacı

1- Sülfür yapıyı tamamen veya kısmen okside dönüştürmek

2- Cevherdeki As2O3 (Arsenic trioxide) ve Sb2O3 (Antimony trioxide) veya ZnO gibi

yapıları buharlaştırmak için kavurma

3- Belirli sülfür yapıları sülfata dönüştürmek

4- Magnetitleme kavurması, genellikle hematitin kontrollü bir şekilde magnetite

dönüştürülmesi. Böylece magnetiklik özelliğinden istifade edilerek magnetik

ayırma başarıyla tatbik edilebilecektir.

5- Ergitme öncesi metal oksitleri metale indirgeme kavurması

Gazların temizlenmesi ve SO2 eldesi

Sıcaklık kontrolüiçin su spreyi uygulaması

Kurutma veya ön Isıtma bölgeleri

Sklon

SıcakKalsine

Su spreyi

Sertleşmiş kalsine çamuru

Gerektiğinde yardımcı yakıt

Hava

Izgara

Cevher tozu borusu

Sülfür cevherinin kavrulmasının şematik gösterimi

Answerer 1

Oxides of substance are easy to purify than other ores. So for purification all the ores are first converted into it's oxide.Sulphide ores are converted into it's oxide by a process called roasting. In this process the sulphide ore is strongly heated in excess of oxygen to form it's oxides.The process of converting carbon ores into it's oxides is called calcification.This is done by heating the ore in limited supply of oxygen.Roasting is done with excess of air and calcification limited supply of air so Roasting cannot be carried on carbonate ores.

Answerer 2

Roasting is a process carried out in the presence of air. It is a part of the process of extraction of metal.Roasting is a much costlier process than calcination, the process that is used for extraction of carbonate ores in which air is not present in the reaction vessel. During roasting if done on carbonate ores, then the metal at that high temperature that is obtained in roasting, might again react with the components of air such as air. So we might end up again getting the metal oxide rather than metal.

Why is roasting carried out on sulphide ores and not on carbonate ores?

Kavurma ve Kalsinasyon İşleminin Karşılaştırılması

Zenginleştirme sonrası atıklardan önemli ölçüde arındırılmış ve üretilmek istenen

metalce daha konsantre haldeki cevherin okside dönüştürülmesi ya kavurma yada

kalsinasyon işlemiyle gerçekleştirilmektedir. Kavurma ve kalsinasyon arasındaki

temel farklılıklar aşağıdaki tabloda gösterilmektedir.

Kalkoprit Mineralinin Kavrulması

2 CuFeS2 (k) -----------------------> Cu2S (k) + 2 FeS (k) + ½ S2 (g)

Cu2S (k) + 3/2 O2 (g) -------------> Cu2O (k) + SO2 (g)

Cu2O(k) + 1/2 O2 (g) ------------> 2 CuO (k)

3 FeS (k) + 5 O2 (g) --------------> Fe3O4 (k) + 3 SO2 (g)

2 Fe3O4 (k) + 1/2 O2 (g ) --------> 3 Fe2O3 (k)

1/2 S2 (g) + O2 (g) ----------------> SO2 (g)

FeS2 (k) ------------------------------> FeS (k) + 1/2 S2 (g)

METAL OKSİTLERİN METALE İNDİRGENMESİ

Isı Kullanarak indirgemeReaktiflik serisinde çok düşük olan metallerin oksitlerinin indirgenmesinde tatbik edilir.Örnek : Civa sülfürden elde edilen civa oksit yaklaşık 300 °C’de ısıtılarak civa metali elde edilebilir

İndirgeme , Metal oksitlerin metale dönüşmesi (oksijenin ortamdan

uzaklaştırılmasıyla) indirgeme olarak adlandırılır..

Bu uygulama genellikle üç şekilde gerçekleştirilir.

1- Oksidi ısıtarak indirgeme

2- Kimyasal indirgeme

3- Elektrolitik indirgeme

2HgS + 3O2 Roasting

----------------> 2HgO + 2SO2

Mercuric sulphide (from air) Mercuricoxide

2HgO Heat---------> 2Hg + O2

(Reduction) (Mercury)

Kimyasal İndirgeme

Karbon (metalurjik kok) Kullanarak İndirgeme

Bu metot orta derecede reakatif metallerin oksitlerin indirgenmesi için kullanılır.

Metallurjik kok pahalı olmayan ve en yaygın tüketilen indirgeyicidir.

Önnek:

2 ZnO + C ----------------> 2 Zn + CO2 ↑

2PbO + C ----------------> 2 Pb + CO2 ↑

CO’le İndirgeme

Karbonmonoksitle İndirgeme

Karbonmonoksit güçlü bir indirgeyicidir. En fazla yüksek fırındaki hematitin

(Fe2O3) indirgenmesinde kullanılır.

Örnek:

Fe2O3 + 3CO ----------------> 2Fe + 3CO2 ↑

Al’ la İndirgeme

Alüminyum Kullanarak İndirgeme

Aluminyum pahalı bir indirgeyicidir. Reaktifliği yüksek metallerin

oksitlerini indirgemek için kullanılır. Fakat bu metallerin reaktiflik

serisinde aluminyumun altında olma mecburiyeti vardır.

Örnek :

Cr2O3 + 2Al ----------------> Al2O3 + 2Cr

Elektroliz’le İndirgeme

Bu uygulama reaktiflik serisinde Alüminyumun üzerinde yüksek reaktiflikteki

metallerin oksitlerini indirgemede kullanılır. Aynı zamanda alüminyumoksidin

indirgenmesi için de kullanılır.

Örnek:

2 Al2O3 ----------------> 4Al +3O2

AGLOMERASYON İŞLEMLERİ

Toz haldeki demir cevherlerini ve çeşitli cevher hazırlama yöntemleriyle zenginleştirilmiş demir cevheri konsantrelerini yüksek fırınlarda kullanılabilecek hale getirme işlemlerine genel olarak AGLOMERASYONadı verilmektedir. Aglomerasyon genellikle toz cevherlerin ve konsantrelerin boyut büyütme işlemleri olarak görülse de boyutla beraber yüksek fırına yüklenecek demir cevherlerinde aranan diğer bazıözellikleri (sertlik, mukavemet, indirgenebilirlik, gözeneklilik v.b.) de yakından ilgilendirmektedir.

Sinterleme

Şekil 1 Sinterlemede akım şeması

A- Geri dönen ince Sinter B-C- ince cevher D- Kok E- Kireçtaşı, F- Çok ince tozlar1- Karıştırma tromeli, 2- Besleyici, 3- Ateşleyici, 4- Toz tutucu, 5- Sinter kırıcı, 6- Sıcak elek 7- Soğutucu, 8-Soğuk elek, 9- Yüksek fırına gönderilen elek üstü, 10- Elek altı ürün11- Geri dönen (elek altı)ince sinter toz, 12- Toz Tutucu,13- Fan,14- Baca

Sinter harmanının kalınlığı : 10-30 cmMax. Sinter sıcaklığı : 1450 °CCevher boyutu 0-10 mmKok-Kireçtaşı boyutu : 0-3 mmSinter harmanı karışımı yaklaşık% 65 cevher% 3,5 kok% 7,5 kireçtaşı% 24 geri dönen toz sinter

Peletleme

Şekil 2. Peletlemede akım şeması

Ergitme, Katkı Maddeleri, Konvertisaj ve Destilasyon

Ergitme : Uygun fırınlarda ve yüksek sıcaklıklarda, şarjın kimyasal

reaksiyonlar ve ısı neticesi eritilmesidir. Ergitme işlemleri için

endüstriyel ölçüde düşey (Yüksek fırın, Water jaket fırını) veya

yatay (Reverber fırını) fırınlar kullanılmaktadır

Katkı maddeleri : Ergitme tipi fırınlara yüklenen cevher, konsantre

gibi maddelere ilaveten bunlarla birlikte uygun özellikte cüruf

yapıcı maddeler katılır ve bu maddelere katkı maddeleri denir. Bu

maddeler genellikle kireçtaşı (CaCO3), dolomit (Mg.Ca (CO3)2) ve

kuvars (SiO2) dır.

Konvertisaj : Sıvı haldeki metal veya ara ürün içine basınçlı hava

üfleyerek yabancı maddeleri bünyeden uzaklaştırmaktır.Yabancı

maddeler gaz halinde fırını terk ettikleri gibi, sıvı hale geçenler de

cürufa karışırlar. Konvertisajın üretim metalurjisinde iki önemli tatbik

sahası vardır.

Destilasyon : Metal veya metal bileşimlerinin buharlaştırılıp bu

buharların daha sonra sıvı veya katı olarak kondanse edilmesidir.

Destilasyon metodu, buharlaşma sıcaklığı düşük olan metal veya metal

bileşimlerine uygulanır. Cıva (357 °C), kadmiyum (765 °C) ve çinko

(907 °C) bu metallerdendir.

Kimyasal Prensipler

Tabiatta bulunan cevherler, yüksek tenörde iken doğrudan doğruya, düşük

tenörde iken muhtelif cevher zenginleştirme metotlarından en uygun olanı

tatbik etmek suretiyle konsantre cevher haline getirildikten sonra çeşitli

kimyasal reaksiyonlar sonucu saf metallere indirgenirler.

Stokiometri : Kimyasal reaksiyonların ağırlık bakımından ilişkilerini

kapsamaktadır.

Örneğin bakır sülfür (kalkopirit : CuFeS2) mineralinin kavrulma veya

oksitlenme reaksiyonunu ele alalım.

2 CuFeS2 + 6 O2----------------> Cu2O + Fe2O3 + 4 SO2

Bir elementin atom-gram ağırlığı : o elementin avagadro sayısı (6,02x1023)

kadar gerçek atomunun bir araya gelerek oluşturduğu ağırlığıdır.

Bunlara paralel olarak 44 gram karbondioksit (CO2) gazı içerisinde

6,02x1023 tane CO2 molekülü, 32 gram oksijen gazı içerisinde

6,02x1023 adet gerçek oksijen (O2) molekülü vardır.

Bir bileşimin mol gram ağırlığı da o bileşimin molekül ağırlığı kadar

grama eşittir. Böylece demirin gram atom ağırlığı 55, 89 gram iken,

FeS2’ün gram-mol ağırlığı ise (55,89+32,02x2) 119,98 gramdır.Aynı

şekilde başka ağırlık üniteleride kullanılabilmektedir. Örneğin

kilogram-atom veya ton-atom şeklinde

Örnek Problemler 1

Problem 1. Aşağıda verilen reaksiyona göre 1000 kg kalkoprit (CuFeS2) minerali kavrulduğunda elde edilen

Cu2O, Fe2O3, ve SiO2’ in ağırlıkça miktarlarını ve gerekli hava yı m3 cinsinden hesaplayınız.

2 CuFeS2 + 6O2 = Cu2O+Fe2O3 + 4SO2

Yukarda verilen bileşimlerin elementlerinin atom ağırlıklarından hareketle mol kg ağırlıklarını hesap edersek:

CuFeS2 = 184 mol/kg

Fe2O3 = 160 mol/kg

Cu2O = 14 mol/kg

SO2 = 64 mol/kg

O2 = 32 mol/kg

1000 kg kalkopirit (CuFeS2) = 1000 / 184 = 5,43 mol eder

2mol CuFeS2’den 1 mol Cu2O elde edildiğine göre

Tepkime sonrası açığa çıkan Cu2O miktarı : 1/2x5,43 = 2,71 mol eder

Buna göre Cu2Omiktarı = 2,71x144 = 391 kg

Fe2O3 miktarı : 1/2x5,43 = 2,71 mol eder 2,71x160 = 435 kg

SO2 miktarı : 4/2x5,43 = 10,86 mol eder 10,86x64 = 695 kg

O2 miktar : 6/2x5,43 = 16,29 mol eder 16,29x32 = 521 kg

Kimyasal tepkimeye giren ve çıkanları ağırlıkça hesap edersek;

Tepkimeye girenler : 1000 kg CuFeS2 ve 521 kg O2 Toplam = 1521 kg

Tepkimeden Çıkanlar = 391 kg Cu2O + 435 kg Fe2O3 + 695 kg SO2 Toplam : 1521 kg

Gerekli hava miktarı = 1736 m3

Termokimya : Kimyasal denklemlerin tamamı, aynı zamanda reaksiyonun ısı

bilançosunu gösterir ve ne kadar ısı alındığını veya verildiğini ifade eder. Bir çok

kimyasal reaksiyonun en önemli yönünü böylece termokimya teşkil eder. Metrik

sistemde ısı miktarı birimi kalori (cal), İngiliz ölçü sisteminde British termel unit

(B.t.u) kullanılır ve bunun yaklaşık değeri 252 kaloridir.

Kalori : 1 g suyun sıcaklığını 1 °C yükseltebilen ısı değeridir.

Kilo Kalori : 1 kg suyun sıcaklığını 1 °C yükseltebilen ısı değeridir.

Btu : 1 libre suyun sıcaklığını 1 °F yükseltebilen ısı değeridir.

1 cal = 4,186 Jül

1 Btu = 1054,9 Jül

1 Btu =252 cal

Reaksiyon ısısı

C + O2 ------------> CO2 + ısıYukarıdaki reaksiyonda basınç ve sıcaklık sabit olsa da reaksiyon sonucu bir ısı açığa çıkmaktadır.

Meydana gelen reaksiyon bir sistemden diğer bir sisteme geçişi ifade eder. Reaksiyon 20 °C’de katı

karbon ve gaz haldeki oksijen ile başlamakta ve neticede 20 °C’de gaz haldeki CO2 ile

sonuçlanmaktadır. 20 °C’de C + O2 sisteminde oksijen molekülleri ve karbon atomlarının vibrasyon

hareketlerinden doğan ve depo edilmiş bir ısı enerjisi vardır. Aynı şekilde 20 °C’de CO2 sisteminde de

CO2 moleküllerinin doğurduğu ve depo edilmiş bir ısı enerjisi vardır. CO2’in ısı enerjisi, C + O2

sisteminin ısı enerjisinden daha azdır. Böylece bir sistemden diğer bir sisteme geçiş (dönüşüm)

olduğu zaman enerji içerikleri arasındaki fark kendini ısı olarak gösterir ve bu ısı etrafa dağılmış olur.

Bu ısıya Reaksiyon ısısı denir ve ΔH ile gösterilir. Yukarda verilen reaksiyonda dışarıya ısı verildiği

için ΔH = - (negatif değerdedir). Böylece yukarıdaki denklemi şu şekilde yazabiliriz.

C + O2 ------------> CO2 + ΔH = -97200 Cal.

Reaksiyon Isısı

2 C + 2 O2 -------------> 2CO2 ΔH = -194400 Cal.

2 C + O2 ---------------> 2 CO ΔH = -58320 Cal.

C + ½ O2 --------------> CO ΔH = -29160 Cal.

Cu2S + O2 ------------> 2 Cu + SO2 ΔH = -51980 Cal

2 Cu + SO2 ------------> Cu2S + O2 ΔH = + 51980 Cal

ΔH = - olduğu zaman, sistem dışarıya ısı vermektedir ve reaksiyon egzotermiktir.

ΔH = + olduğu zaman, sistem dışardan ısı almaktadır ve reaksiyon endotermiktir.

Gaz Kanunları

Avagadro Kanunu : Aynı sıcaklık ve basınçta muhtelif gazların eşit hacimlerinde

aynı sayıda molekül vardır. Yine normal şartlar altında (0 °C ve 1 atmosfer basınç

altında) bütün gazların 1 formül gramı 22,4 litre (0,0224 m3) hacme sahiptir. Normal

koşullar altında bazı gazların 22,4 litresinin ağırlıkları şu şekildedir.CO2 : 44 gramSO2 : 64Cl2 : 71O2 : 32H2 : 2He : 4Hava : 28,96 gram

Bir kimyasal reaksiyonda, denklemin heriki tarafındaki ağırlıkların birbirlerine eşit

olmaları gerekirken, hacimleri eşit olmayabilir. Gazlar kendi aralarında reaksiyon

yaptıkları zaman, toplam hacim azalır, çoğalır veya eşit kalabilir. Verilen muhtelif

şartlar altındaki gazların hacimleri standart şartlara çevrilerek mukayeseler yapılabilir.

Standart şartlar altında 1 mol kg. gaz hacmi 22,4 m3 kadardır.

Örnek Problem 2

Bir bakır konvertöründe 8000 kg CuS bulunmaktadır. Aşağıda verilen

reaksiyona göre CuS’ü bakıra indirgemek için gerekli hava miktarını hesap

ediniz.

Cu2S + O2 = 2Cu + SO2

Tepkimeye giren ve çıkanları mol kg cinsinden alırsak 32 kg kükürdü SO2

yapmak için gerekli olan oksijen miktarı 22,4 m3 tür. Toplam 8000 kg Cu2S deki

kükürt miktarı : (S/Cu2S)x8000 = (32/160)x8000 = 1600 kg dır. 1600 kg kükürt

için gerekli oksijen : (22,4/32)x1600 = 1120 m3 O2 gerekli bu oksijenin

bulunduğu hava miktarı ise : 1120/0,21 = 5333 m3

YanmaYakıtın yanmasıyla oluşan reaksiyona yanma denir. Yanma

reaksiyonları pirometaluri uygulamalarında büyük önem

taşımaktadır. Oksitlenmesi sonucu ısı veren her madde bir yakıt

olarak kabul edilebilir. En çok kullanılan yakıtlar, maden kömürü,

kok kömürü, akaryakıtlar, gaz yakıtlar, odun kömürü ve odundur.

Bazı metalurjik işlemlerde yakıt gibi ısı veren başka maddelerde

vardır. Bunlardan silisyum, manganez ve metal sülfürler önemlidir.

Yakıtlar içerisinde yanan maddeler, karbon hidrojen ve muhtelif

hidro – karbon bileşimleridir. Yanma sonucu elde edilen ürünler ise,

CO2 ve H2O dur. Maden kömürü, kok ve diğer katı yakıtların

kompozisyonunda daima az veya çok miktarda kül vardır.

Problem 3Bir metalurjik fırında aşağıda kimyasal kompozisyonu verilen kömür yakılmaktadır.Not: yanan kömürden arta kalan cüruf içerisinde %25 atık karbon bulunmaktadır. Kül cürufun %75’i kadardır.% 72,2 C% 5 H2%1,7 N2%7,8 O2% 0,8 S% 12,5 Külİstenenler : 1 kg kömürü yakmak için gerekli teorik hava miktarını hesap ediniz.Meydana gelen reaksiyonlarC +O2 = CO2 (1)2H2 + O2 = 2H2O (2)S + O2 = SO2 (3)Kül cürufun %75’ini oluşturduğuna göre Cürufun Miktarı : 0,125 kg/0,75 = 0,167 kgYanmayıp cürufta kalan karbon miktarı : 0,167x0,25 = 0,042 kgYanan kömür miktarı ise = 0,722-0,042 = 0,680 kg dırKarbonu yakmak için gerekli oksijen (O2) = (0,680x22,4)/12 = 1, 269 m3

Hidrojeni yakmak için gerekli oksijen (O2) = (0,05x22,4)4 = 0,28 m3

Kükürdü yakmak için gerekli oksijen (O2) = (0,08x22,4)32 =0,056 m3

Gereken Toplam Oksijen Miktarı =1,269+0,280+0,056 =1,605 m3

Kömürden gelen oksijen miktarı : (0,070x22,4)32 =0,049 m3Lüzumlu oksijen miktarı = 1,605-0,049 = 1,556 m3

Lüzumlu teorik hava miktarı =1,556/0,21 = 7,40 m3

Yakıtların Kalorifik Gücü (Isı gücü)Bir ünite (ağırlık veya hacim olarak) yakıt tamamen yakıldığında vermişolduğu ısı miktarına, o yakıtın kalorifik gücü denir. Katı ve sıvı yakıtlarda kilogram yakıt başına kalori olarak gaz yakıtlarda ise metreküp başına kalori olarak ifade edilir. Elementlerin veya bileşimlerinin kalorifik güçleri yanma reaksiyonu sonucu elde edilen ısılar bilinmekle hesap edilebilir.

ÖrneklerKarbonun kalorifik güç hesabıC + O2 ------------> CO2 ΔH = -97200 Cal.

97200 / 12 = 8100 cal/gr = (8100 kcal/kg) Karbon için bulunan kalorifik güç

Asetilenin kalorifik gücü2 C2H2 + 5O2------------> 4 CO2 + 2 H2O ΔH = - 613160 cal

Bir mol g asetilen (C2H2 )yani 0,0224 m3’ ün vermiş olduğu ısı miktarı306580 cal ısı vermekte.O halde 1 m3 asetilenin verdiği ısı miktarı 13686,6 kcal/m3 olarak bulunur bu değer Asetilenin kalorifik gücünü ifade eder.

Metalurjik Yakıtlar

Oksitlenmesi sonucu endüstriyel işlemler için gerekli ısıyı verebilen ve

havanın oksijeni ile hızla yanabilen her çeşit malzemeye yakıt denir.

Yanma deyimi daha çok yakıtlar için kullanılmaktadır.

Tam yanmama deyimi : Yakıtın tamamının yanmaması (Örneğin yakıt

yandıktan sonra arta kalan cürufta bir miktar karbon kalması)

anlaşılır.

Yetersiz yanma: Karbonun tamamının (CO2) yapmayıp, bir kısmının

(CO) yapması anlaşılır.

Yakıtın ateş alma sıcaklığı : Yakıtın yanmaya başladığı sıcaklık

anlaşılır. Ateş alma sıcaklığı sabit bir değer olmayıp, yakıtın fiziksel

yapısı ve atmosfere basıncına bağlı olarak değişmektedir.

Kül : Katı yakıtın kompozisyonunda olup, onun yanmayan kısmını teşkil

eder.

Cüruf : Yakıt yakıldıktan sonra geride kalan katı kitledir.

Yakıtların Sınıflandırılması

I. Katı Yakıtlar

A. Tabii

Odun

Linyit kömürü

Taş kömür

Antrasit

B. Suni

Pülverize kömür

Briket kömürü

Odun kömürü

Kok kömürü

Yakıtların Devamı

II. Sıvı Yakıtlar

A. Tabii

a) Ham petrol

B. Suni

Destilasyon ürünleri (benzin, motorin, fuel-oil)

Kömür katranı

III. Gaz Yakıtlar

Tabii

a) Doğal gaz

B. Suni

Kok gazları

Yüksek fırın gazı

Metalurjik Kok Kömürü

Demir ve demir dışı metallerin üretiminde kullanılan yüksek fırınlarda

tüketilen yegane yakıt metalurjik kok kömürüdür. Kok kömürü taş

kömüründen destilasyon işlemi sonucu elde edilmektedir.

Kok kömürü kok fırınlarında dıştan endirekt olarak ısıtılmak suretiyle kok

kömürü elde edilmektedir. Kok kömürü üretiminde koktan ayrı

destilasyon ürünleri olan ( kok gazı, katran, naftalin, hafif yağlar ve

amonyum sülfat gibi) yan ürünler elde edilmektedir. Üretilen kok gazında

CO, CO2, H2O, H2, N2, H2S, S ve NH3 bulunup, bu gazlar kimya

sanayiinin önemli bir hammadde kaynağını teşkil etmektedir. Kok

fırınlarının sıcaklığı 800-1000 °C aralığında olup, koklaştırma süresi

yaklaşık 18-20 saat kadardır.

Örnek Problem : 4Aşağıda kimyasal kompozisyonu verilen 1 kg kömürü tamamen yakmak için normal şartlar altında gerekli hava miktarını m3 cinsinden hesap ediniz. (I. Bölüm)Kömürün Kimyasal Kompozisyonu (%Ağırlık olarak)% 7 C% 4 H2% 1 N2% 8 O2% 12 Kül% 3 H2OMeydana gelen reaksiyonlarC +O2 = CO2 (1)2H2 + O2 = 2H2O (2)

Not : Kömürdeki kül,N2 ve H2O tepkimeye girmezken kömürde bulunan oksijenin hesap edilen gerekli oksijenden çıkarılması gerekir.

1 kg kömürde 0,72 kg karbon ve 0,04 kg hidrojen bulunmaktadır. 1 nolu denkleme göre 0.72 kg karbonu yakmak için gerekli oksijen miktarı (O2): (0.72x32)/12 = 1,92 kg2 nolu denkleme göre 0.04 kg hidrojeni yakmak için gerekli oksijen miktarı (O2): (0.04x32)/4 = 0,32 kgToplam oksijen miktarı (O2) = (1,92+0,32)- 0,32 = 2,16 kg

Gerekli oksijenin ağırlıkça içerisinde bulunduğu hava miktarı = 2,16/0,232 = 9,31 kg Önce gerekli oksijen miktarını m3 cinsinden ifade edelim = (2,16x22,4)/32 =1,51 m3

Daha sonra gerekli oksijenin hacimce içerisinde bulunduğu hava miktarı : 1,51/0,21 = 7,20 m3

Problem 4’ün devamı

Aynı soru için açığa çıkan atık gazın miktarını ve kompozisyonunu % olarak belirleyelim. (II

bölüm)

1 Nolu deklemden (C+O2 = CO2 ) hareketle açığa çıkan CO2 miktarı : (0,72x44)/12 = 2,64 kg

2 Nolu dekleme göre (2H2+O2 = 2H2O) . (0,04x36)/4 = 0,36 kg

Kömürden gelen H2O miktarı =0,03 kg

Toplam H2O miktarı = 0,36+0,03 = 0,39 kg

Hava ağırlıkça %76,8 N2 içerir. Tüketilen havadan (9,31 kg) = 9,31x0,768 = 7,15 kg N2 açığa

çıkar.

Kömürden gelen N2 miktarı = 0,01 kg Toplam N2 miktarı = 7,15+0,01 = 7,16 kg

Hacimsel olarak (m3) CO2 = (2,64x22,4)/44 = 1,34 m3 /7,57 = 0,177

H2O = (0,39x22,4)/18 = 0,49 m3 / 7,57 = 0,065

N2 = (7,16x22,4)/28 = 5,74 m3 /7,57 = 0,758

Toplam atık gaz miktarı = 1,34 m3 +0,49 m3+5,74 m3 = 7,57 m3

Pülverize Kömür

Pülverize Kömür : Adından da anlaşılacağı üzere, maden

kömürünün pudra inceliğinde öğütülmesiyle elde edilen kömüre

Pülverize kömür denmektedir. Yakılmak istendiğinde basınçlı hava

ile fırının yanma bölgesine püskürtülmekte ve orada gaz özelliğinde

yanabilmektedir. Pülverize kömür esas olarak iki maksat için

tüketilmektedir.

- İri kömüre nazaran daha mükemmel ve tam olarak yanmaktadır.

-Kömür ocaklarından çıkan kömürün toz halde olanları ve düşük

kalite kömürler bu şekilde değerlendirilmektedir.

Pülverize kömürün avantajları ve dezavantajları

Avantajları

•Uzun alevle yanmaktadır.

•Yüksek yanma randımanına sahiptir

•Düşük kalite ve toz haldeki kömürler değerlendirilebilmektedir.

Dezavantajları

•Hava ve Pülverize kömür tozu karışımı patlayıcıdır.

•Uzun müddet depolanamaz.

•Genellikle kül yüzdesi fazladır bu nedenle şarjın üzerini izole

edebilir.

Doğal Gaz

En iyi gaz yakıt olup, gaz yakıtlar içinde en yüksek kalorifik güce

sahiptirler (6,200-10,700 kcal /m3 ). Genel olarak metan (CH4), etan

(C2H6) ve az miktarda H2, CO, CO2, N2, ve H2O ihtiva etmektedir. A.B.D’

lerinin Ohio eyaletinde çıkarılan doğal gazın kimyasal analiz sonuçları %

olarak şu şekildedir

H2 : 1,89

CH4 : 92,84

CO : 0,2

C2H6 : 0,35

N2 : 3,82

CO2 : 0,75

Üretim Metalurjisinde Yakıtların Seçimi

Fiyatı

Temini

Yakıtın Bahis Konusu İşleme Uygunluğu

Yakıtın Temizliği

Metalurjik uygulamalar için yakıt seçilirken şu faktörler göz önünde tutulur.

Fiyat : Yakıt seçiminde en önemli faktör yakıtın fiyatıdır. Uygulama için kullanılabilecek birden fazla yakıt mevcut ise fiyatı en uygun olan tercih edilmelidir.

Temini : Özellikle demir çelik üretiminde metalurjik kok kömürü kullanılmakta ve genellikle demir çelik tesisleri bu kömür yataklarına yakın yerlere kurulmaktadır.

Yakıtın Bahis Konusu İşleme Uygunluğu : Örneğin yüksek fırınlarda yakıt olarak kok kullanılmaktadır. Oysa reverber fırınlarında uzun alevli pülverize kömür, akar yakıt veya gaz yakıtlar kullanılmaktadır.

Yakıtın Temizliği : Yakıt mümkünse kül, kükürt ve fosfor ihtiva etmemelidir. Yakıtta kül bulunması, yakıtın içindeki yanıcı element ve bileşimlerin yüzdelerini azaltacağı için sonuç olarak onun kalorifik gücünü düşürmektedir. Bir çok hallerde yakıt külü, fırın şarjının bir kısmını teşkil ettiği için ergitilen cevher veya konsantre içindeki gang mineraller gibi kül elementlerine gerekli katık maddesinin de dikkate alınması gerekir. Kok içindeki kükürt ve fosfor, demir cevherinin ergitilmesinde zararlı elementler olarak tanımlanır.

REFRAKTERLERYüksek sıcaklıklara, korozif eriyiklere, içinde toz bulunan fırın

gazlarının akışına dayanıklı her çeşit fırın yapmaya elverişli

malzemeye ‘’refrakter malzeme’’ denir. Üretim metalurjisinde

Kurutma Kavurma, Kalsinasyon, Ergitme ve benzeri

uygulamalarda kullanılan fırınların özellikle iç kısımları uygun

refrakter malzemelerle kaplanmıştır.

Refrakter malzemeler genel olarak iki temel maksat için

kullanılır

Isıl izolasyon : (0rtam ısısını olması gereken yerde tutmaya ve diğer

yapıların bu yüksek ısıdan korumaya yönelik

Isıl iletkenlik : Isıl iletkenliğinin yüksek olması istenen yerler (ergitme

potaları, veya muf fırınlarında kullanılan muf elemanları

(çinko üretiminde kullanılan)

Cüruflar

Kavrulmuş cevher veya konsantrelerin veya zengin cevherlerin doğrudan doğruya

ergitilmesi sonucu birbirine karışmayan belli başlı üç ayrı faz elde edilir. Bunlar;

Gaz faz

Metalin bulunduğu eriyik faz

Çeşitli silikatların oluşturduğu cüruf fazıdır

Genel olarak cüruflar metal ile karışmazlar ve ekonomik bir değer taşımazlar.

Demir çelik tesislerindeki yüksek fırın cürufları portland çimentosu üretiminde

kullanılmaktadır. Demir dışı metal üretiminde elde edilen cüruflar genellikle

değerlendirilemeden atılırlar.

İyi bir cürufta aranan özellikler

Düşük ergime sıcaklığı

Yoğunluğunun düşük olması

Düşük viskozitede olmalı (viskozite : akışkanlığa karşı gösterilen direnç)

Örnek Problem 5.

Verilenler

CaSiO3 kompozisyonundaki cürufun ergime sıcaklığı =1540 °C

Cürufun teşekkül sıcaklığı : 1600 °C

Cürufun ergime ısısı : 100 kcal/kg

Cürufun özgül ısısı : 0-1540 °C aralığında = 0,220 kcal/kg

Ergiyik haldeki cürufun özgül ısısı : 0,40 kcal/kg

İstenenler

a) 1650 °C’de 100 kg cürufun fırın dışına taşıdığı ısı miktarını hesaplayınız.

100 kg cürufu 0-1540 °C aralığında ısıtmak için gerekli olan ısı miktarı : 1540x0,220x100

=33900 kcal

100 kg cürufu 1540 °C’de katı halden sıvı hale geçirmek için ısı miktarı : 100x100 = 10000 kcal

100 kg ergiyik halde ve 1540 °C’deki cürufun 1650 °C’ye yükselebilmesi için gerekli ısı miktarı =

(1650-1540 °C)x0,40x100 = 4400 kg

Toplam gerekli ısı miktarı : 33900+10000+4400 = 48300 kcal

b) 100 kg ve 1650 °C’de sıvı haldeki cüruf ile fırın dışına atılan 48300 kcal ısı miktarını % 100

yanma

ile sağlayabilecek gerekli kok miktarını hesaplayınız.

HİDROMETALURJİ

Hidrometalurji : Sulu ortamlarda yapılan işlemlerle, cevher, konsantre, kalsine v.b.

maddelerin çözülüp metallerin sonradan ayrılması diye tarif edilebilir. Hidrometalurji

işlem kademeleri çoğu zaman cevher zenginleştirme işlem kademelerini (kırma, öğütme,

sınıflandırma, filtrasyon) içermektedir.

Hidrometalurji bir bakıma laboratuarlarda kullanılan sulu üretim metotlarının

endüstriyel ölçekte tatbikidir. Uygun sulu solüsyonlar kullanılmak suretiyle mineral

içindeki metal çözünmekte ve metal içermeyen gang mineralleri ise çözünmeksizin artık

malzemede kalmaktadır. Metallerin bu şekilde uygun solüsyonlarla çözünmesine liç

denmektedir. İnce taneli ham maddeler, mekanik karıştırıcılardan veya basınçlı havadan

faydalanmak suretiyle solüsyon ile devamlı surette karıştırılarak liç yapılır. Liç işlemi

tamamlandıktan sonra çözelti artıklardan ayrılmak (filtre etmek vs.) suretiyle zengin liç

solüsyonu elde edilir. Bu solüsyondan metalin elde edilmesi aşağıdaki şekillerde olabilir.

Kimyasal çökeltme, Elektroliz, Çözeni buharlaştırmak

Hidrometalurjideki İşlem Basamakları

- Cevher, konsantre v.b maddelerin hazırlanması

- Metal içeren mineralin liç edilmesi

- Zengin liç solüsyonunun çözünmeyen artıklarının ayrılarak alınması

- Liç solüsyonundaki metalin çökeltilmesi

- Çökeltinin işlenip satılır hale getirilmesi (ergitme, arıtma ve döküm vb.)

Hazırlık İşlemi

Liç yapılacak hammaddelerin hazırlığı şu şekilde yapılır

Kırma ve öğütme

Daha sonraki işlemlerde reaktif tüketimine sebep olacak ve işlemin

yürümesine zorluk çıkarabilecek bazı çözünebilen tuzların,

hammaddeyi yıkamak suretiyle bünyeden uzaklaştırılması.

Çözünmeyen metal bileşiklerin çözünebilir hale gelmesi, zararlı

bazı elementlerin uçurulup bünyeden atılması için yapılan

kavurma işleminin yapılması.

LİÇKullanılacak çözücü solüsyonun ucuz, herzaman kolaylıkla temin edilebilen ve mevcut

metal bileşimleri hızla çözebilen bir özellikte olması gerekmektedir. Kullanılan belli

başlı çözücüler Su, sülfirik asit (H2SO4), hidro klorik asit (HCl), sodyum hidroksit

(NaOH), amonyak (NH3) bileşimleri, sodyum siyanür (NaCN), ferritik klorür (FeCl) ve

ferritik sülfattır (FeSO4).

Zengin Liç Solüsyonunun Atıklardan Ayrılması

Liç işlemi tamamlandıktan sonra, liç solüsyonu çözünmeyen artıklardan ayrılır.

Artıkların solüsyondan ayrılmasında filtrasyondan faydalanılabilir.

Metallerin Çökeltilmesi

Liç solüsyonlarındaki metalleri çökeltmek şu şekillerde olabilir

Kimyasal yoldan çökeltme

Çözünmeyen anot kullanmak suretiyle elektronik çökeltme (Elektrovinning)

Buharlaştırma suretiyle

Mineral Adı Bileşimi % teorik Cu

Bakırın Çözünmesi

Azurit 2CuCO3.Cu(OH)2

55,3 Asitte kolayca çözünün

Malakit CuCO3.Cu(OH)2 57,6 Asitte kolayca çözününKrisokol CuSiO3.2H2O 36,1 Asitte kolayca çözününTenorit CuO 79,7 Asitte kolayca çözününKuprit Cu2O 88,8 Ferrik Sülfat ve Asitte ÇözünürDioptaz CuSiO3.H2O 57,9 Asitte çözünür (Klorür asit)Brokantit CuSO4.3Cu(OH)

2

56,2 Asitte ÇözünürMetalik Bakır

Cu - Asit, Amonyak, Ferrik demir solüsyonunda çözünür

Kalkosin Cu2S 79,8 Asit ve Ferrik demir sülfat solüsyonundaKovellin CuS 66,4 Asit ve Ferrik demir sülfat solüsyonundaBornit Cu4FeS4 63,3 Asit ve Ferrik demir sülfat solüsyonundaKalkopirit CuFeS2 34,6 Asit ve Ferrik demir sülfat solüsyonunda

Bakırın Liç YapılmasıAşağıda muhtelif bakır minerallerinin sülfirik asit, ferik sülfat ile sülfirik asit içerisinde çözünme reaksiyonları gösterilmektedir.

Mineral Adı Meş cinsinden boyut aralığı

Solüsyon Çözünme miktarıve süresi

Sıcaklık (°C)

Azurit -100/+200150 μm/75 μm

%1-5 H2SO4 %100-1 saat Oda sıcaklığı

Malakit -100/+200 %1-5 H2SO4 %100-1 saat Oda sıcaklığıTenorit -100/+200 %1 H2SO4 %98 -1Saat Oda sıcaklığıKuprit -10/+28 H2SO4+Fe2(SO

4)3

%99-3 gün Oda sıcaklığı

Kovellin -100/+200 H2SO4+Fe2(SO

4)3

%35-11 gün 35 °C

--- --- --- --- ---

Cevherin parçacık boyutu : Yukarda verilen örneklemelerde de görüldüğü gibi liç öncesi cevher

parçacık boyutun belli bir değerin altına düşürülmesi gerekmektedir. Cevherin parçacık boyu

küçüldükçe liç süresi azalacaktır.

Solüsyonun bileşimi ve konsantrasyonu : Solüsyonun cinsi ve konsantrasyonu pek çok faktöre

bağlı olarak belirlenir. Bakır minerallerinin liç yapılmasında kullanılan asit konsantrasyonu

genellikle % 10’un altındadır.

Temas zamanı : Temas zamanı cevherin tane büyüklüğü ile doğru orantılı olarak değişmektedir.

Sıcaklık : Ferrik demir sülfatlı asit solüsyonlarının bakır sülfürleri çözmeleri, sıcaklık artışıyla artış

gösterir. Solüsyonun 20 °C den 35 °C’ye yükseltilmesiyle bakırın liç yoluyla solüsyona alınması

%40-50’lerden %75’lere kadar yükselmektedir.

Muhtelif saf bakır minerallerinin çözünme şartları

ELEKTROMETALURJİ

Elektrometalurji : Cevher veya metal ihtiva eden her çeşit ham madde

içindeki metalleri elektrik enerjisinden faydalanarak üretmeye

elektrometalurji denir. Gerçekte Elektro–metalurji elektro – kimyanın bir

kısmını teşkil etmektedir. Elektro– metalurjide elektro – kimya metotlarının

metallere tatbiki söz konusudur.

Elektro-kimyanın iki temel bölümü vardır.

1. Elektroliz (Elektrik enerjisi, elektroliz yapmak için kullanılmaktadır.)

2. Elektrotermik (Elektrik enerjisi, tamamen ısı temin etmek amacıyla

kullanılmaktadır)

Elektroliz : Elektrik cereyanının sulu veya eriyik elektrolitlerden

geçmesiyle meydana gelen kimyasal ayrışma neticesi katot da metal

iyonlarının ve anot da metalik olmayan iyonların serbest hale gelmesi

olayıdır.

In this process,he impure slab of the metals is made the anode

pure thin sheet of metal is made the cathode

salt solution of the metal is used as the electrolyte.

Electrolytic refining methodThe process of electrolysis is used to obtain very highly purified metals. It is very

widely used to obtain refined copper, zinc, tin, lead, chromium, nickel, silver

and gold metals.On passing current, pure metal from the electrolyte is deposited on the

cathode.

The impure metal dissolves from the anode and goes into the electrolyte. The

impurities collect as the anode mud below the anode.

Electrolytic Refining