Yığın Liçi Çözeltisinden Sementasyon ile Bakır

Yığın Liçi Çözeltisinden Sementasyon ile Bakır Kazanımı Uygulaması:
Helva Madeni (Bayburt)
E. Y. Yazıcı & İ. Alp, H. Deveci, T. Yılmaz, O. Celep
Karadeniz Teknik Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Trabzon
ÖZET: Cevherlerden metal kazanımı için karıştırmalı liç yönteminin ekonomik olmadığı durumlarda düşük
tenörlü oksitli/sülfürlü bakır cevherleri için genellikle yığın liçi tercih edilmektedir. Bu çalışmada Bayburt
iline bağlı Maden bucağının 3 km güneybatısında yer alan Helva madeninde eski madencilik faaliyetlerinden
kalan pasalara uygulanan yığın liçi+sementasyonla bakır kazanımı işlemi incelenmiştir. Sementasyon
işlemine verilen yüklü çözelti 0,41-2,58 gr/lt Cu, 0,33-0,74 gr/lt Zn ve 0,68-1,12 gr/lt Fe içermektedir.
Sementasyon işlemi için hurda demir saç kırpıntıları sementasyon havuzuna eklenmektedir. Sement bakırın
Cu içeriği % 60-70 arasındadır.
ABSTRACT: Heap/dump leaching is used for low grade oxidized/sulphide copper ores when conventional
stirred tank leaching is not economical. In this study the heap leaching+cementation process used for old
mining tails located in Bayburt-Maden was reported. The pregnant solution fed to the cementation tanks
contain 0.41-2.58 g/l Cu,0.33-0.74 g/l Zn and 0.68-1.12 g/l Fe. Scrap iron is used to produce cement copper
with a copper content of 60-70%.
işletme maliyetleri diğer yöntemlere göre düşüktür.
Sementasyon yönteminde, çözünmüş değerli metalin
bulunduğu ortama daha aktif (daha kolay
yükseltgenen) olan bir metal eklenir. Çözeltideki
değerli metal indirgenerek eklenen metalin yüzeyine
çöker ve daha aktif olan metal de yükseltgenerek
çözeltiye geçer (EPA, 1994; Manahan, 2001). Demir
bakırdan daha aktif bir metaldir (Tablo 1). Bakır
çözeltilerinden bakırın kazanılması için çözeltiye
genellikle hurda demir kırpıntıları eklenerek
sementasyon yapılmaktadır. Demir yüzeyine
çökelmiş olan metalik bakır ürününe “Sement Bakır
(≈%60-90 Cu)” denilmektedir. pH genellikle 2’de
kontrol edilmektedir. Bakırın demirle sementasyonu
yükseltgenme ve indirgenme tepkimeleri sonucu
meydana gelmektedir (EPA, 1994; Fabian vd., 1997;
Manahan, 2001; Dib ve Makhloufi, 2004).
Çözeltideki bakırın demir ile sementasyonu
sırasında şu tepkimeler meydana gelmektedir:
Demirin yükseltgenmesi
Fe o → Fe +2 + 2e −
E0=0,44 V (25ºC)
(1)
1 GİRİŞ
Cevher içerisinde bulunan değerli metalin geleneksel
liç yöntemleri (karıştırmalı tank liçi, perkolasyon
liçi) ile ekonomik olarak çözeltiye alınamadığı
durumlarda genellikle yığın liçi yöntemi tercih
edilmektedir. Yığın liçi düşük tenörlü cevherlere
veya eski madencilik atıklarına uygulanmaktadır.
Altın, gümüş, bakır ve uranyum cevherleri için yığın
liçi uygulamaları bulunmaktadır. Yığın liçinin ilk
yatırım ve işletme maliyetleri geleneksel liç
Yöntemin
yöntemlerine
göre
düşüktür.
dezavantajlarından birisi liç verimi ve etkinliğinin
atmosferik şartlardan (yağmur, sıcaklık vb.) kolayca
etkilenir olmasıdır. Bakır içeriği düşük olan cevher
veya atıklara yığın liçi uygulaması yaygın olarak
kullanılmaktadır (Girgin ve Kırşan, 1990).
Yüklü liç çözeltilerinden bakırın kazanımı için
farklı yöntemler bulunmaktadır; solvent ektraksiyon,
çöktürme/sementasyon ve iyon değişimi (Fabian vd.,
1997). Solvent ekstraksiyon ve özellikle iyon
değişimi yönteminin maliyeti daha yüksektir. Yüklü
liç çözeltisinin bakır içeriği 1-3 gr/lt’den yüksekse
genellikle solvent ekstraksiyon yöntemi, düşükse
sementasyon yöntemi tercih edilmektedir. Sementasyon yönteminde bakır metalik olarak kazanılmaktadır. Kontrolü kolay bir yöntemdir. Ayrıca yatırım ve
Bakırın indirgenmesi
E0=0,34 V (25ºC)
(2)
Tam tepkime şöyle ifade edilir:
0
Cu +2 + Fe o → Cu 0 + Fe +2 E =0,78 V (25ºC) (3)
Cu +2 + 2e − ' ' → Cu 0
305
Tablo 1. Elektropotansiyel tablosu (Kılıç ve Köseoğlu,
1999)
E0 (V)
İndirgeme Reaksiyonları
Ag+(s) + e-
→ Ag(k)
0,80
Cu+2(s) + 2e-
→ Cu(k)
0,34
2H+(s) + 2eCd
Fe
+2
+2
(s)
(s)
+2
Zn (s)
Al+3(s)
→ H2 (g)
0
-
→ Cd(k)
-0,40
-
+ 2e
+ 2e
+ 2e
→ Fe(k)
-0,44
-
→ Zn(k)
-0,76
-
→ Al(k)
-1,66
+ 3e
Sementasyon yönteminin en önemli dezavantajı
yan tepkimelerden dolayı stokiyometrik orana göre
gereken demir miktarından çok daha fazla demir
tüketilmesidir. Stokiyometrik olarak 1 kg bakırın
çökeltilmesi için 0,88 kg demir gerekirken pratikte
bu miktar 1,2-2,6 kg’a çıkmaktadır. Düşük pH’larda
demir tüketimi önemli oranda artmaktadır (Dib ve
Makhloufi, 2004):
0
+
+ 2
Fe + 2H " Fe + H2
Şekil 1. Yer bulduru haritası
İşletme zonunun iki yanında açılmış bulunan iki
galeri bugün kapalı durumdadır. Üretilen zengin
damarların
ergitme
ile
değerlendirildiği
düşünülmektedir. Cumhuriyet yıllarında özel
teşebbüs tarafından gerek galerilerden üretilmiş
cevherden ve gerekse eski üretim artıklarından
bakırın kazanılması için çeşitli faaliyetler
yapılmıştır. Bu çalışmalarda boyut ufalama
sonrasında cevher, karıştırma tanklarında asitli su ile
tepkimeye sokulmuş, dinlendirme havuzlarında katısıvı ayrımı yapıldıktan sonrada sementasyon
havuzlarına gönderilmiştir. Elde edilen sement bakır
ergitme ile nihai ürün olarak değerlendirilmiştir.
Yeraltı işletmesine ve karıştırmalı liç çalışmalarına
20 yıl önce son verilmiştir. O tarihten bu yana eski
üretimlerin ortaya çıkardığı pasalar yığın liçi ile
değerlendirilmeye çalışılmaktadır (Şekil 2). Eski
üretim pasalarının bakır içeriği bölgesel olarak
%0,1-4,3 Cu aralığında değişim göstermektedir.
Yığınlar içerisinde bol miktarda pirit ve az oranda
kalkopirit ve oksitli bakır çözeltiler bulunmaktadır
(Brennich, 1963).
Helva maden sahasında, bakır mineralleri içeren
pasa yığınlarının üzerine su verilerek yıkamaya tabi
tutulmakta ve oluşan bakırlı eriyikler su toplama
oluk ve galerileri ile toplanmaktadır.
(4)
Bakır çözeltisinde Fe(III) iyonunun bulunması
da demir tüketimini artırmaktadır. Çözeltiye SO2
gazı verilerek Fe(III) iyonun indirgenmesi
sağlanabilir.
Çözeltilerdeki bakırın demirle sementasyonunda
dar tanklar, döner tamburlar veya konik çöktürücüler
(Kennecott konisi) kullanılır. Konik çöktürücülerde
bakır çözeltisi koninin alt ucunda basınçla hurda
demir üzerine püskürtülür. Böylece çözeltinin
demirle teması daha iyi sağlandığı için tepkime hızı
ve bakır kazanma oranı daha yüksek olmaktadır
(Akdağ, 1986). Bakır içeriği düşük olan
cevherlerden bakırın kazanılması için yığın
liçi+sementasyon yöntemi ekonomik yönden tercih
edilmektedir.
2 HELVA MADENİ (BAYBURT)
Saha, Bayburt ili Merkez-Maden bucağının 3 km
günaybatısında, Sırataşlar sırtının kuzey yamacında
yer alır (Şekil 1). Saha ve çevresinde Üst Kretase
yaşlı çamurtaşı, kiltaşı, tüf, spilit, bazalt, diyabaz ve
radyolarit, kireçtaşı olistolitlerinden oluşan ofiyolitik
karışık (Melanj) ile bunların üzerinde aynı yaşlı
resifal kireçtaşları yüzeylenir (Güner, 2000).
Sahada eski madencilik faaliyetlerinde kalan pasa ve
curuflar bulunmaktadır. Madenin ilk işletilmesiyle
ilgili kesin bilgi bulunmamakla beraber Rum Pontus
ve Osmanlı devletleri zamanında işletildiği
sanılmaktadır. Sahanın 1914 yılından önce yeraltı
madenciliği ile işletildiği bilinmektedir.
306
Şekil 2. Yığın liçi uygulanan pasalar
atıklardaki metalin kazanımı için sementasyon
yöntemi tercih edilmektedir. Fakat bu yöntemin en
önemli dezavantajı metal kazanım oranının düşük
olmasıdır. Bu çalışmada sunulan prosesteki
sementasyon veriminin artırılması için kullanılmakta
olan sementasyon havuzları yerine Kennecott konisi
kullanılması önerilebilir.
İşletmede kullanılan taze su 2 km. mesafeden su
kanalları ile doğal kaynaktan getirilmektedir. Plastik
borular vasıtası ile tek noktada toplanan bakırlı su
sementasyon
havuzlarına
verilmektedir.
Sementasyon işlemine verilen su içerisinde bakır
0,41-2,58 gr/lt, çinko ise 0,33-0,74 gr/lt ve demir ise
0,68-1,12 gr/lt konsantrasyonlarda bulunmaktadır.
Bakır sementasyonu, 2 m. çapında ve 1 m.
yüksekliğe sahip ağaçtan yapılmış silindirik-konik
havuzlarda gerçekleştirilmektedir. Suyun bakır
içeriğine ve mevsimlere bağlı olarak 24 ile 48
arasında değişen sayılarda sementasyon havuzu
birbirine seri olarak bağlanmaktadır. Sementasyon
işlemi hurda demir saç kırpıntılarının havuz içerisine
konulması
ile
bakırın
çökeltilmesi
ile
gerçekleştirilmektedir (Şekil 3).
KAYNAKLAR
Akdağ, M., 1986. Ekstraktif Metalurji-Hidrometalürji ve
Uygulamalar, Dokuz Eylül Üniversitesi,İzmir.
Brennich, G., 1963. Bayburt Civarındaki Helva Bakır Madeni
Zuhuru.
Dib, A. ve Makhloufi, L., 2004. Cementation Treatment of
Copper in Wastewater: Mass Transfer in a Fixed Bed of
Iron Spheres, Chemical Engineering and Processing, 43,
1265-1273.
EPA, 1994. Technical Resource Document-Extraction And
Beneficiation Of Ores And Minerals (Volume 4) Copper,
U.S. Environmental Protection Agency, Rapor No: 530-R94-031, Washington (www.epa.gov.tr).
Fabian, H. ve Richardson, H.W., Habashi, F., Besold, R., 1997.
Copper, in Handbook of Extractive Metallurgy, Ed: Fathi
Habashi, Volume II, Wiley-VCH, New York.
Girgin, İ. ve Kırşan H. İ., 1990. Yığın Liçi Uygulamaları ve
Ekonomik Açıdan Önemi, Madencilik Dergisi, Cilt:30,
Sayı:3, 39-43.
Güner, S., 2000. Doğu Karadeniz’de Madenciliğin Tarihçesi,
MTA No: 677, Ankara.
Kılıç ve Köseoğlu, 1999. Analitik Kimya, Bilim Yayıncılık,
Ankara.
Manahan, S. E., 2001. Fundamentals of Environmental
Chemistry, 993 s., CRC Pres
Hurda demir
kırpıntıları
Şekil 3. Seri bağlı sementasyon havuzları
Bakır sementasyon havuzlarından çıkan suyun bir
kısmı bir pompa yardımı ile tekrar yığınların üzerine
basılmaktadır. Sementasyon havuzlarında biriken
sement bakır %60-70 oranında bakır içermektedir ve
belli aralıklarla alındıktan sonra döner ergitme
fırınlarında saflaştırılarak külçe halinde dökümü
yapılmaktadır. Dökülen külçeler ergitme fırınlarında
yumuşatılarak kullanım alanına uygun olarak saç
haline getirilerek pazarlanmaktadır.
3 SONUÇLAR ve ÖNERİLER
Bu çalışmada düşük tenörlü cevherlere ve eski
madencilik atıklarındaki değerli metalin ekstrakte
edilmesinde yaygın olarak kullanılan yığın liçi
yöntemi ve yüklü liç çözeltilerindeki metalin
kazanımı için kullanılan sementasyon yöntemi
tanıtılmıştır. Bayburt ili Merkez-Maden bucağında
bulunan
bakır
içeren
pasalara
yığın
liçi+sementasyon uygulanarak metalik bakır
kazanılmaktadır. Metal içeriği düşük cevher ve
.
307

Download Report