Ön Denemeler

Bu bölümde yapılan deneylerle esasen kalkopirit konsantresinden basınç liçi sisteminde etkin yükseltgenler kullanılarak bakırın liçi üzerine etki eden parametrelerin hangi aralıklarda incelenmesi gerektiğini ortaya koymak üzere çalışmalar yapıldı. Yapılan ön denemelerde materyal olarak Küre kalkopirit konsantresi kullanıldı. Daha öncede

değinildiği gibi çalışma, esasen basınç liçi operasyonlarında kullanılan konvansiyonel yükseltgen madde olan oksijenin yerine persülfat tuzları ve hidrojen peroksit gibi yükseltgen maddelerin kullanılabilme imkânlarını ortaya koymaya yöneliktir. Bu nedenle özellikle amonyum persülfatın liç vasıtası olarak kullanımına yönelik deneyler ağırlıklı olarak yürütülmüştür. Bu kapsamda, persülfatların basınç liçi sisteminde bozunma davranışının incelenmesi ve amonyum persülfat kullanılarak yapılan liç deneylerini takiben, diğer persülfat tuzlarının ve hidrojen peroksitin liç reaktifi olarak kullanıldığı ön denemeler yapılarak en uygun liç şartlarının belirlenmesinin yanı sıra, en uygun liç reaktifinin de ortaya konulması amaçlanmıştır. Bu bölümde yürütülen ön denemeler aşağıdaki gibidir.

3.5.1.1. Amonyum Persülfatın Bozunma Davranışının İncelenmesi

İlk grup ön denemelerde amonyum persülfatın basınç liçi sisteminde bozunma davranışı incelendi. Böylece persülfatlar ile yapılan çalışmalarda hangi sıcaklık ve konsantrasyon şartlarında hangi basınç değerlerine ulaşılabileceği konusunda fikir sahibi olunması da sağlanmıştır.

Amonyum persülfatın bozunmasının zamana bağlılığını incelemek için hazırlanan 200 g/l konsantrasyonundaki APS çözeltileri reaktör doluluk kesri 0.50 olacak şekilde 150 ml hacminde alınarak reaktöre dolduruldu. Ağzı kapatılan reaktörün sıcaklığı bilgisayar programı aracılığıyla 100˚C’ye ayarlandı. Birkaç dakika içerisinde sıcaklığın ayarlanan değere ulaşmasını takiben reaktördeki çözeltilerin 5-120 dk arasında farklı sürelerde ısıtılması sağlandı. Isıtma periyodu sonunda reaktör içeriğinin ısı değiştirici vasıtasıyla hızlı bir şekilde soğutulması temin edilirken, numune alma vanası yardımıyla çözelti örnekleri alınarak çözeltilerde persülfat analizleri yapıldı. Böylece APS’nin zamanla bozunma davranışının değişimi ve APS’nin bozunması için gerekli olan süre yaklaşık olarak ortaya konulmuş oldu.

Bozunma davranışının incelendiği ikinci grup deneylerde aynı yöntem kullanılarak 10– 400 g/l arasında APS içeren farklı konsantrasyonlardaki çözeltiler, 50–200˚C arasındaki farklı sıcaklıklarda bir önceki grup deneylerle belirlenen yeterli bir sürede ısıtılarak, reaksiyon kabında oluşan basınç değerleri, transmitter aracılığıyla aktarılan sinyalin kullanılan yazılım yardımıyla bilgisayardan okunmasıyla ve mekanik basınç göstergesindeki değerlerle teyit edilerek kaydedildi. Böylece farklı sıcaklık ve

konsantrasyon şartlarında elde edilecek basınç değerleri hakkında bilgi sahibi olunması sağlanmış oldu.

3.5.1.2. Sülfürik Asit Çözeltileriyle Yapılan Liç Deneyleri

Sülfürik asidin tek başına kalkopiritten bakırın ekstraksiyonu amacıyla kullanılabilir olup olmadığının araştırılması için bir grup deney yapıldı. Bunun için, 120˚C sıcaklıkta sıvı/katı oranı (ml çözelti/g katı) 10, doluluk kesri 0.50, karıştırma hızı 300 devir/dk ve liç süresi 90 dk olarak sabit tutulmak kaydıyla 0.5–7.5 M arasında farklı konsantrasyonlarda sadece H2SO4 içeren çözeltilerle liç deneyleri yapıldı.

3.5.1.3. Persülfatlarla Yapılan Liç Deneyleri

Bu bölümde basınç liçi reaktöründe önce amonyum persülfat çözeltileri kullanılarak kalkopiritten bakır ekstraksiyonu üzerine çeşitli parametrelerin etkilerinin incelendiği deneyler gerçekleştirildi. Bunun için öncelikli olarak APS konsantrasyonu ve liç sıcaklığının etkileri birlikte incelendi. Bu grup deneylerde sıvı/katı oranı (ml çözelti/g katı) 10, liç süresi 90 dk, reaktör doluluk kesri 0.50 ve karıştırma hızı 300 devir/dk olacak şekilde sabit tutulurken APS konsantrasyonu 10–400 g/l arasında, liç sıcaklığı ise 50– 200˚C arasında değiştirilerek deneyler yapıldı.

Sülfürik asit varlığının etkisini incelemek üzere, yukarıda yapılan deneylerden elde edilen en iyi bakır ekstraksiyonunun gözlendiği sıcaklık ve APS konsantrasyonu şartlarında, 0.5–7.5 M arasında değişen konsantrasyonlarda H2SO4 içerecek şekilde liç çözeltileriyle deneyler yapıldı. Ayrıca diğer parametrelerin etkilerini incelemek üzere en uygun liç sıcaklığı ve APS konsantrasyonlarında karıştırma hızının etkisi 100–900 devir/dk arasında, liç süresi 15–300 dk arasında ve son olarak APS/kalkopirit oranı sabit kalmak şartıyla sıvı/katı oranı 7.5–40 arasında değiştirilerek deneyler yapıldı.

Potasyum persülfat kullanılarak kalkopirit konsantresinden bakırın ekstraksiyon özelliklerinin incelendiği deneylerde sıcaklık ve potasyum persülfat konsantrasyonunun etkileri incelendi. Bunun için potasyum persülfatın sınırlı çözünürlüğü nedeniyle 10-100 g/l arasında değişen konsantrasyonlardaki çözeltilerle 100-175˚C sıcaklık aralığında, 0.50 reaktör doluluk kesrinde, 700 devir/dk karıştırma hızında 90 dk süreyle liç deneyleri yapıldı. Sodyum persülfat kullanılarak yapılan liç deneyleri, benzer şartlar altında

yürütülmekle beraber, sodyum persülfatın çözünürlüğünün daha yüksek olması nedeniyle konsantrasyon aralığı 50–500 g/l olarak seçildi.

3.5.1.4. Hidrojen Peroksit ile Yapılan Liç Deneyleri

Yüksek basınç reaktöründe yapılan ön denemeler kapsamında, hidrojen peroksit ile asit varlığında ve asitsiz liç deneyleri yapıldı. Hidrojen peroksidin sülfürik asit varlığında hızlı bozunmasından dolayı meydana gelen ani basınç yükselmeleri nedeniyle, asit varlığında yapılan deneyler düşük reaktör doluluk kesirlerinde gerçekleştirildi. Ayrıca H2O2-H2SO4 karışımlarının kalkopirit konsantresiyle teması neticesinde ani olarak cereyan eden ekzotermik reaksiyonlar sebebiyle düşük reaktör doluluk kesirlerinde deneyler yapıldı. Bu grup deneylerde 50 ml hacminde (Reaktör doluluk kesri yaklaşık 0.17) 0.1–2.0 M arasında H2SO4 ve 2.0 M H2O2 içeren çözeltilerle sıvı/katı oranı 10 olacak şekilde hazırlanan karışımlarla 100˚C sıcaklıkta, 300 devir/dk karıştırma hızında 90 dk süreyle liç deneyleri gerçekleştirildi.

Ayrıca bir grup deneyde, sadece hidrojen peroksit kullanılarak, 0.50 reaktör doluluk kesrinde, sıvı/katı oranı 10 olacak şekilde, hidrojen peroksit konsantrasyonu 0.1–5.0 M arasında değiştirilerek ve liç sıcaklığı 100–200˚C arasında değiştirilerek 90 dk süreyle liç deneyleri yapıldı.

3.5.1.5.Oksijen Kullanılarak Yapılan Liç Deneyleri

Oksijen gazı kullanılarak basınç liçi reaktöründe kalkopiritten bakırın ekstraksiyonu amacı ile yapılan ön denemelerde ancak sınırlı sayıda deney yapmak mümkün olabilmiştir. Zira gaz haldeki oksijenin önemli aşındırıcı etkiler yapması ve sistemi zarara uğratması söz konusudur. Bu nedenle oksijen kısmi basıncı 5 atm, sıvı/katı oranı 10, reaktör doluluk kesri 0.50, sülfürik asit konsantrasyonu 2.0 M, liç süresi 60 dk olarak sabit tutulmak üzere 50, 100 ve 150˚C sıcaklıklarda liç deneyleri yapıldı.