Kalkopirit Konsantre Örneklerine Uygulanan Analizler

Kalkopirit örneklerinin kimyasal analizleri, öncelikli olarak başta bakır ve demir olmak üzere metalik bileşenlerin yanı sıra kalkopirit için major bir element olan kükürt içeriğinin belirlenmesi amacıyla yapılmıştır. Metalik bileşenlerin miktarlarını belirlemek üzere yapılan analizler, alınan örneklerin tamamen çözünürleştirilmesini takiben gelişmiş enstrümantal yöntemlerle yapılırken, kükürt içeriğinin belirlenmesi için gravimetrik teknikler kullanılmıştır.

Kalkopirit örneklerinin metalik bileşenler yönünden analizi, bir mikrodalga çözünürleştirme sistemi ile gerçekleştirildi. Bunun için öncelikli olarak uygun

çözünürleştirme şartlarının ve reaktiflerinin belirlenmesi için bir dizi ön deneme yapılmış olup aşağıdaki çözünürleştirme yöntemi ortaya konulmuştur:

Analizi yapılacak olan kalkopirit örneklerinden 0,100 g ± 0,001 hassasiyetle tartılarak çözünürleştirmede kullanılan bilezik kapaklı ve yüksek basınçlara dayanabilen teflon bombalara konuldu. Örnek üzerine 2 ml konsantre HNO3, 6 ml konsantre HCl ve 2 ml konsantre HF ilave edildi. Elde edilen karışımlar gaz çıkışı olması durumuna karşı 10 dk kadar ağzı açık olarak bekletildikten sonra, özel contalı kapaklarla ağızları kapatıldı. Mikrodalga sisteminde yüksek basınç oluşumunu güvenli bir şekilde temin etmek üzere özel cenderelere yerleştirilerek tam sızdırmazlık sağlandı. Bu şekilde hazırlanan örnekler Milestone Ethos D model mikrodalga fırınına yerleştirildi. Söz konusu mikrodalga sistemi aynı anda 10 adet örneği çözünürleştirmeye uygun olup, kaplardan biri sıcaklık ve basınç ölçümünü ve kontrolünü gerçekleştirmek üzere dizayn edilmiştir. Sıcaklık ve basınç ölçüm prop bağlantıları yapıldıktan sonra, bir bilgisayar aracılığıyla mikrodalga ısıtma programı oluşturularak çözünürleştirme prosedürü uygulandı. Yapılan denemeler kalkopirit örnekleri için uygun ısıtma programının 5 dk 250 W, 5 dk 400 W ve 10 dk 500 W güç vermek suretiyle olduğunu göstermiştir. Bu şekilde uygulanan bir çözünürleştirme işlemi sırasında elde edilen sıcaklık ve basınç profili Ek 1’de görülmektedir.

Mikrodalga sisteminde uygulanan çözünürleştirme programının tamamlanmasının ardından alınan teflon kaplar soğumaya bırakıldı. Soğumayı takiben açılan teflon kaplarda bulunan çözünürleştirme ürünü çözeltiler, 50 ml’lik balon jojelere aktarıldı. Teflon kaplar destile su ile yıkanarak elde edilen bu çözeltilerde balon jojelere aktarıldı ve son hacimlere destile su ile tamamlandı. Bu şekilde kalkopirit örneklerinden 25 adet çözünürleştirme işlemi yapılarak hazırlanan çözeltiler, daha sonra bir ICP-OES sisteminde analiz edildi. Çözeltiler için belirlenen metal konsantrasyonu değerlerinden geri hesapla örneklerdeki metal miktarlarına geçiş yapıldı ve paralel örnekler için bulunan sonuçların ortalamaları alındı. Çözünürleştirme işlemi sonunda elde edilen sonuçlara göre bakır için standart sapma Küre kalkopirit konsantresinde 1.28, Ergani kalkopirit konsantresinde 0.71 olarak belirlenirken demir için standart sapma değeri Küre ve Ergani kalkopirit konsantresi için sırasıyla 1.52 ve 2.12 olarak belirlendi.

Örneklerin kükürt içeriklerinin belirlenmesi gravimetrik olarak BaSO4 yöntemiyle gerçekleştirildi (Erdem ve Baykut, 1968). Bunun için kalkopirit konsantrelerinden 2.5 g hassas bir şekilde tartılarak bir kapsül içerisinde 30 ml derişik HNO3 ve 10 ml derişik HCl ile bir gece reaksiyona bırakıldı. Daha sonra bir su banyosu üzerinde kuruluğa kadar

buharlaştırıldı. Elde edilen kalıntıya 25 ml derişik HCl ilave edilerek tekrar kuruluğa kadar buharlaştırıldı. Kuru haldeki kapsül içeriği 5 ml derişik HCl ilave edildikten sonra 100 ml kaynar su ile alındı ve mavi bant süzgeç kâğıdından süzüldü. Kalıntı önce soğuk, sonra sıcak su ile yıkandı. Oluşan süzüntüler ısıtıldı ve 50 ml % 10’luk NH3 çözeltisi ilave edilerek çöktürüldü. Çökeltiyi içeren karışım 70 C’de 15–20 dk ısıtıldıktan sonra tekrar süzüldü. Alınan süzüntü HCl ile metil oranj indikatörlüğünde nötralize edildi. Nötralize edilmiş bu çözeltiye 100 ml kaynar suda 10 g BaCl2’ün çözülmesiyle hazırlanan çözelti yavaş yavaş ilave edilerek BaSO4’ın çökmesi sağlandı. Çökme olayının tamamlanması için bir süre bekletilen karışım kül içeriği çok düşük olan ve belli olan bir mavi bant süzgeç kâğıdından süzüldü. Çökeleği içeren süzgeç kâğıdı önce kurutuldu. Sabit tartıma getirilmiş bir porselen krozeye alınan süzgeç kâğıdı, önce bek alevinde sonra da kül fırınında 900C’de yakılarak elde edilen kalıntının tartılmasıyla BaSO4 miktarı belirlendi. Buradan da kükürt miktarı hesaplanarak ve analizde kullanılan örnek miktarı göz önüne alınarak % kükürt içeriği hesaplandı. Kükürt analizleri için de her bir kalkopirit örneği için 5 paralel örnekle çalışıldı. Bulunan sonuçların ortalaması alındı.

Örneklerde kızdırma kaybı tayinleri için, porselen kapsüller 1000ºC’de 6 saat süreyle sabit tartıma getirildi ve desikatörde soğutuldu. Boş ağırlıkları belirlenen kapsüllere 10.0 g ±0.001 g hassasiyetle tartılarak alınan örnekler, 900˚C’de 4 saat süre ile ısıtıldı. Daha sonra desikatörde soğutularak tartılan örneklerin, ilk ve son tartımları arasındaki farktan kızdırma kayıpları hesaplandı. Bu şekilde her kalkopirit konsantresi için yapılan 5 analizin ortalaması alındı.

3.2.2. Mineralojik Analizler

Deneylerde kullanılan kalkopirit konsantrelerinin liç işlemi öncesi ve sonrası mineralojik yapılarının aydınlatılması için bazı analizler yapıldı. Bu analizler X-ışını Difraksiyon (XRD) yöntemi ve toz difraksiyon tekniği ile yapıldı. Bu amaçla TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Malzeme ve Kimya Teknolojileri Araştırma Enstitüsü bünyesindeki laboratuarlarda bulunan Shimadzu XRD-6000 ve İnönü Üniversitesi Merkez Laboratuarları’nda bulunan Rigaku RadB-DmaxII X-ışını Difraktometreleri kullanıldı. Analizler Cu X ışını tüpü kullanılarak ve λ=1.5405 ºA dalga boyunda gerçekleştirildi. Bu şartlar altında alınan difraktogramlar, JPDS-ICCD PDF kartları yardımıyla değerlendirilerek, örneklerde mevcut mineral fazları kalitatif olarak belirlendi.

3.2.3. Partikül Boyut Dağılımı Analizleri

Temin edilen kalkopirit konsantresi örneklerinin partikül boyut dağılım analizleri, TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Malzeme ve Kimya Teknolojileri Araştırma Enstitüsü bünyesindeki laboratuarlarda bulunan lazer ışık saçınımı yöntemini kullanan Malvern Instruments MasterSizer X cihazı ile gerçekleştirildi. Cihazdan alınan sonuçlar MasterSizer X Ver.2.18 bilgisayar programıyla değerlendirilerek örneklerin partikül boyut dağılımları ve ortalama partikül büyüklükleri belirlendi.

3.2.4. Yüzey Alanı Tayinleri

Kalkopirit örneklerinin spesifik yüzey alanı ölçümleri Fırat Üniversitesi Kimya Mühendisliği Laboratuarları’nda bulunan Micromeritics ASAP 2020 cihazı ile yapıldı. Analizler çok noktalı N2-BET yöntemi ile gerçekleştirildi. Cihazdan alınan veriler ASAP 2020bilgisayar programı aracılığıyla değerlendirilerek spesifik yüzey alanları hesaplandı.

3.2.5. Termal Analizler

Orijinal kalkopirit konsantrelerinin diferansiyel termal analizleri (DTA) ve termal gravimetrik analizleri (TGA) Fırat Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya bölümü bünyesindeki laboratuarlarda bulunan Schimadzu TA 60- WS ile gerçekleştirildi. DTA- TGA analizleri, kalkoprit konsantrelerinin alumina kapsül kullanılarak hava atmosferinde 10C/dk ısıtma hızında, oda sıcaklığından 1000C sıcaklığa kadar ısıtılmasıyla gerçekleştirildi. Elde edilen ağırlık değişimlerinin cihaza ait bir bilgisayar programıyla değerlendirilmesi sonucu DTA ve TG eğrileri elde edildi.