Changes on the Physical Structure Caused by the Advanced Grinding Pro-cess before Direct Reduction of Chalcophyrite Concentrate with Carbon

Yıl 2024, Cilt: 10 Sayı: 2, 309 - 324, 31.12.2024

Mustafa Boyrazlı , Elif Arancı Öztürk , Selman Yilmaz , Mustafa Süner , Emrah Çelik , Güneş Başbağ

https://doi.org/10.29132/ijpas.1481272

Öz

After selecting the appropriate pyrometallurgical or hydrometallurgical methods according to the type of ore used in copper production, electrometallurgical refining processes are applied to reach the desired purity level. When mechanical activation processes are applied before reduction processes, they have changed the traditional workflow scheme in many processes by both shortening the process and reducing energy consumption. This study constitutes the first stage of the direct reduction of chalcopyrite in the presence of carbon and quicklime. The mixture consisting of biochar, quicklime and concentrated chalcopyrite was mixed in a stoichiometric ratio and over-ground in a spex type mill for different periods of time. Changes in the physical structure of the over-ground mixture were examined by XRD, SEM and EDX images. XRD images showed that there was a large amount of amorphization in the crystal structure as a result of excessive grinding of the material for 60 minutes. According to the DLS analysis results, it was observed that the grain size decreased to 5240 nm due to increasing grinding time.

Anahtar Kelimeler

advanced grinding, biocoal, chalcopyrite, direct reduction, spex

Kalkopirit Konsantresinin Karbon ile Direkt Redüksiyonundan Önce İleri Öğütme İşleminin Fiziksel Yapıda Oluşturduğu Değişimler

Öz

Bakır üretiminde kullanılan cevherin cinsine göre uygun pirometalurjik veya hidrometalurjik yöntemler seçildikten sonra istenilen saflık seviyesine ulaşmak için elektrometalurjik rafinasyon işlemleri uygulanır. Mekanik aktivasyon işlemleri redüksiyon işlemlerinden önce uygulanarak hem süreci kısaltıp hem de enerji tüketimini azaltarak birçok proseste geleneksel iş akış diyagramını değiştirmiştir. Bu çalışma, kalkopiritin karbon ve sönmemiş kireç varlığında doğrudan indirgenmesinin ilk aşamasını oluşturmaktadır. Stokiyometrik oranda karıştırılan biyokömür, kalkopirit konsantresi ve sönmemiş kireç spex tipi bir değirmende farklı sürelerde öğütülmüştür. Aşırı öğütülmüş karışımın fiziksel yapısındaki değişiklikler XRD, SEM ve EDX görüntüleri ile incelenmiştir. XRD görüntülerinde malzemenin 60 dakika boyunca aşırı öğütülmesi sonucu kristal yapısında büyük miktarda amorflaşma olduğu görülmüştür. DLS analiz sonuçlarına göre artan öğütme süresi ile birlikte tane boyutunun 5240 nm’ye kadar düştüğü gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

biyokömür, doğrudan indirgeme, ileri öğütme, kalkopirit, spex

Kaynakça

• Habashi, F. (1978). Chalcopyrite: Its Chemistry and Metallurgy. New York (McGraw Hill), ISBN 0-07-025383-8.
• Boyrazlı, M. (2001). Bakır Konverter Cürufunun Dikromatlı Ortamda Liçinin İncelenmesi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi
• Özboz, F., Kartal, M., Alp, A. (2016). Karadeniz Rize Bölgesi Bakır Sülfür Cevherlerinin Anodik Oksidasyon Prosesi ile Liçi ve Çevre Açısından Önemi, ISEM2016, 3rd International Symposium on Environment and Morality, 4-6 November 2016, Alanya-Antalya/Turkey
• Santoro, S., Estay, H., Avci, A. H., Pugliese, L., Ruby-Figueroa, R., Garcia, A., Aquino, M., Nasirov, S., Straface, S., Curcio, E. (2021). Membrane technology for a sustainable copper mining industry: The Chilean paradigm. Cleaner Engineering and Technology, 2, 100091.
• Hawker, W., Vaughan, J., Jak, E., Hayes, P.C. (2017). The Synergistic Copper Process concept, Mineral Processing and Extractive Metallurgy IMM Transactions Section C
• Jha, A., Grieveson, P., Jeffes, JHE. (1989) An investigation on the carbothermic reduction of copper sulfide minerals-kinetic and thermodynamic considerations. Scandinavian Journal of Metallurgy 18.1, 31-45.
• Moinpour, M., Rao, YK. (1985) Direct reduction of copper sulfide with carbon in the presence of lime, Canadian Metallurgical Quarterly, 1985: Vol. 24, No. 1, pp. 69-81.
• Machingawuta, N., Jha, A., Grieveson, P. (1989) Mechanism of carbothermic reduction of nickel sulfide minerals in the presence of lime, Scandinavian Journal of Metallurgy, 18, pp. 81-88.
• El-Rahaiby, S.K., Rao, Y.K. (1984) Cell measurements of the reduction potentials of gas-phase emanating from PbS/CaO/C at elevated temperatures, Metall. Trans. 15B, 19.
• Bronson, M.C., Sohn H.Y. (1983) The carbothermic reduction of nickel sulfide in the presence of lime, Metallurgical Transaction B, Vol. 14B, December, pp. 605-615.
• Terry, B.S., Riveros, G., Sanchez, M., Jeffes, J.H.E. (1984) Lime-concentrate process for roasting of copper-bearing sulphides-part 1 : analysis of optimum roasting conditions, Trans. Instn Min. Metall. (Sec. C: Mineral process, Extr. Metall.), 103, C193-200.
• Terry, B.S., Riveros, G., Sanchez, M., Jeffes, J.H.E. (1984) Lime-concentrate process for roasting of copper-bearing sulphides-part 2: effect of sulfide: lime ratio, air flow rate, pellet size and porosity on reaction kinetics, Trans. Instn Min. Metall. (Sec. C: Mineral process, Extr. Metall.), 103, C201-209.
• Terry, B.S., Riveros, G., Sanchez, M., Jeffes, J.H.E. (1984) Lime-concentrate process for roasting of copper-bearing sulphides-part 3: mechanism of roasting reactions, Trans. Instn Min. Metall. (Sec. C: Mineral process, Extr. Metall.), 103, C210-216.
• Vahdati Khaki, J., Hadji Soleimani, S., Moosavi Nejad M. (2007) Direct Reduction of Sarcheshme Copper Sulfide Concentrate with Carbon in The Presence of Lime, Iranian Journal of Materials Science and Engineering, Vol. 4, Numbers 1 and 2, winter and spring 2007
• Yılmaz, T., Alp, İ., Deveci, H., Duran, C., Celep, O. (2007). Kayabaşı Masif Bakır Cevherinin Ferrik Sülfat Liçi, İstanbul Üniversitesi, Yerbilimleri Dergisi, 2007;20:63-69.
• Xiao, L., Fang, Z., Qiu, G.Z., Wang, S.F., Wang, C-X. (2010). Mechanism of Elec-tro-Generative-Leaching of Chalcopyrite-MnO2 in Presence of Acidithiobacillus Ferrooxidans, Trans.Nonferrous Met. Soc. China 2010;20:15-20.
• Eghbalnia, M., Dixon, D.G. (2011) Electrochemical Study of Leached Chalcopyrite Using Sol-id-Paraffin-Based Carbon Paste Electrodes, Hydrometallurgy, 2011;110:1–12.
• Arancı, E. (2014) Mekanik aktivasyon işlemine tabi tutulmuş demirli mangan oksit cevherinden karbotermik yöntemle ferromangan üretimine karbonize çay atıklarının etkisi, Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi
• Baláž, P., et al. (2013) Hallmarks of mechanochemistry: from nanoparticles to technology. Chemical Society Reviews 42.18 pp. 7571-7637.
• Apaydin, F., Atasoy, A., Yildiz, K. (2011). Mekanik Aktive Edilmiş Kromitin Grafitle Karbotermal Redüksiyon Kinetiği, SAÜ. Fen Bilimleri Dergisi, 15. Cilt, 1. Sayı, s.17-22.
• Demir, F., Algül, H., Gül, H., Akçil, M., Alp, A. (2021). Mekanik Aktivasyon Yapılmış Çinko Konsantrelerinde Kavurma Sıcaklığının Redüksiyonuna Etkisinin Termal Analiz Yöntemleri ile İncelenmesi, Academic Platform Journal of Engineering and Science 9-2, 324-331.
• Uysal, T., Erdemoğlu, M., Birinci, M. (2019). Pirofillit Cevherinden Asit Liçi Yöntemiyle Alüminyum Kazanımına Aktivasyonun Etkisi, Madencilik, 2019, 58(2), 111-120.
• Arancı, E.Ö. (2018). Manyetit Cevheri Konsantresinin Karbonize Çay Tesis Atıkları ile Mikrodalga Redüksiyonuna Mekanik Aktivasyon İşleminin Etkisinin Araştırılması. Fırat Üniversitesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı, Doktora Tezi.
• Perek, K.T., Arslan, F. (2010). Effect of Mechanical Activation on Pressure Leaching of Küre Massive Rich Ore, Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, No. 31, 2010, s. 191-200, ISSN: 0882-7508, Taylor&Francis
• Baláž, P. (2003). Mechanical activation in hydrometallurgy, International Journal of Mineral Processing 72.1-4 pp. 341-354
• Çakır, M. (2010). Bakır Atıklarından Bakır Kazanımına Mekanik Aktivasyonun Etkisi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi
• Demirel, S. (2011). Rize Bölgesi Bakır Cevherlerinden Bakır Kazanımına Mekanik Aktivasyonun Etkisi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi
• Türkiye İstatistik Kurumu Verileri, https://biruni.tuik.gov.tr/
• Bulut, Y., Tez Z. (2007). Adsorption studies on ground shells of hazelnut and almond. J. Hazard. Mater., 149, 35-41, 2007
• Hasar, H., Cuci, Y. (2000). Removal of Cr(VI), Cd(II), and Cu(II) by Activated Carbon Prepared from Almond Husk”, Enviromental Technology, Vol. 21, No. 12, pp. 1337-1342(6), 1 December 2000
• Urrestarazu, M., Salas, M.C., Matarin, A., Martinez, G., Segure, M.L. (2004). Almond Waste: A New Ecology-Friedly Alternative Substrate in Tomato Culture. Acta Hort. (ISHS) 638:285-288.
• Özsin, G. (2018). Termal analiz ile birleştirilmiş spektral yöntemlerin kullanımı ile biyokütle pirolizinin incelenmesi. BAUN Fen Bil. Enst. Dergisi, 20(2), 315-329.
• Boyrazlı, M., Arancı, E.Ö., Şengül, N., Çelik, T., Abo, A. (2019). Badem Kabuklarının Karbon-izasyonu, MAS EUROPEAN INTERNATIONAL CONGRESS ON MATHEMAT-ICS-ENGINEERING-NATURAL & MEDICAL SCIENCES-VIII, October 11-13, 2019, Diyarbakır, Turkey.
• https://rruff.info/chalcopyrite/display=default/
• Bor, F.Y. (1989) Ekstraktif Metalurji Prensipleri-Kısım:2. İTÜ Matbaası, 1989.