Kurşun Rafinasyonu ve Yan Ürün Kazanımı

Çeşitli yöntemlerle cevher, konsantre ve diğer hammaddelerden üretilen ham kurşunda, az veya daha yüksek konsantrasyonlarda çeşitli safsızlıklar bulunurlar. Bunların en önemlileri Cu, As+Sb+Sn, Ag (+Au), Zn ve Bi metalleridir. Ham kurşundan bu safsızlıklerin

giderilmesi ancak oksidasyon ile mümkün olabilmektedir. Öte yandan, safsızlıklerin kurşundan ayrılması, bakır giderme, yumuşatma (As, Sb, Sn giderilmesi), gümüşün ayrılması, çinkonun uzaklaştırılması ve son olarak da (yeterli konsantrasyonda ise) bizmutun ayrılması kademelerini içerir.

Bu emprüritelerin uzaklaştırılması, konsantrasyonlarının arttırıldığı bir fazda toplanması ve "Yan ürün" olarak kazanılmalarını ifade etmektedir. Kurşun rafinasyonu ile rafine kurşun üretimi sırasında, çinko, bakır, arsenik, antimuan, kalay, altın, gümüş, kobalt ve bizmut rafinasyon prosesinde birbirini izleyen kademelerde yan ürün olarak kazanılmaktadır. Kurşundaki safsızlıklarin giderilmesi ya da diğer bir deyişle yan ürün kazanımında birbirini takip eden proses zincirinin detayları aşağıda anlatılmaktadır.

Çinko (Zn): Kurşun-çinko cevher yataklarında gerek sülfürlü ve gerekse oksitli yapıda,

kurşuna eşlik eden en yaygın mineral çinkonun sülfürlü ve oksitli mineralleri olmaktadır. Bu nedenle kurşun metali üretiminde çinko, yan ürünlerin kazanılmasına yönelik olarak uygulanan proseslerin birinci kademesinde ilk olarak kazanılması gereken metal olarak düşünülmektedir. Ağırlıklı olarak çinko minerallerinin eşlik ettiği sülfürlü yapıdaki cevherlerden, çinkonun kazanılması cevher hazırlama kademesinde başlamaktadır. Cevher hazırlama ve devamında uygulanan metalurjik proseslerde çinko'nun kazanılmasına yönelik proses kademeleri "Çinko" bölümünde detayları ile verilmektedir.

Bakır (Cu):Kurşun rafinasyonunun birinci kademesi bakırın giderilmesi işlemi olup "Colcord

Prosesi" olarak adlandırılır. Cevherdeki Cu konsantrasyonu ve düşey fırınındaki çalışma şartlarına bağlı olarak (mat üretilip üretilmediği gibi) metalik kurşun içinde değişen miktarda bakır olabilmektedir. Bu bakırın önemli bir bölümü, metalik kurşunun katılaşması sırasında ayrılabilmektedir. Teknolojik uygulamada bu tip bir fiziksel ön işlemle Cu %0,1 ile %0.06 değerine indirilebilmektedir. Daha düşük değerlere inmek ancak sisteme element halinde S ilavesine dayanan "Colcord yöntemi" ile mümkündür. Bu yöntemde ilave edilen S miktarı kurşunun %0,2 si civarındadır. İşlem sonunda sıcaklık 370-380oC civarında sabit tutulur ve sıvı kurşunun damlayarak ayrılması için "kuru karıştırma" uygulanır. Alınan "lapa", %83 Pb içeren PbS şeklinde kurşun, yaklaşık %6 Cu ve bunun yanısıra %2 Sb+2 As+0,3 Ni+0,1 Zn+0,2 Co ve 0,05 Sn içeren ve tonda 1200 grama kadar Ag içeren bir karışımdır ve bakır tesislerinde değerlendirilir. Avustralya Port Pirie'de %0,8-1,2 Cu içeren kurşuna uygulanan bu işlem sonucu çıkan kurşun %0,001 Cu içermektedir.

Arsenik, Antimuan, Kalay (As, Sb, Sn): Ham kurşunun içerdiği bakırın giderilmesinden

sonra, oksitleyici ortamda oluşan kurşun oksit, diğer safsızlıkleri oksitleyerek cürufa geçirir. Bu işlem reverber tipi bir fırında hava üflenerek 700-750oC civarında gerçekleştirilir. İlk

oksitlenecek safsızlık kalaydır. %1 den fazla Sn olduğu durumlarda oluşan katı kalay oksiti tek başına elde etmek için çalışmak ekonomik olabilir. Eğer Sn konsantrasyonu daha düşük ise, Sn, As ve Sb'u sıvı cürufta toplamak yeterli olabilir. Bu oksit fazı, sıvı Pb ile karışmadığı için temiz ve sürekli bir ayırım yapılabilmektedir. As+Sb+Sn'ın oksijene afinitesi Ag(+Au) ve Zn+Bi'dan daha fazla olduğundan kurşun rafinasyonunun ikinci kademesinde (Cu giderildikten sonra) bunlar giderilir. İki yöntem vardır:

• Yumuşatma Yöntemi: Reverber fırınına 700-750oC civarında hava üflenerek PbOAs2O3, PbOSb2O3, ve PbOSnO2 tipi yumuşak, macunumsu ve Pb'dan daha hafif bileşikler oluşturularak yüzdürülür. Ancak bu yöntemde, yüzdürülecek safsızlık (As+Sb+Sn) miktarının %2.5 katı kadar Pb kaybı olur.

• Harris Yöntemi: Oksitlenen Pb banyosunda oluşan As2O3, Sb2O3 ve SnO2 nin amfoter (asite karşı bazik, baza karşı asidik) oksitler olmasından yararlanarak, sisteme oksidan olarak güherçile (NaNO3) ilave edilir.

As+Sb+Sn yarı soy metaller, Pb ise bazik metaldir. Oksidan atmosferde Pb kaybı olacağından şaft fırınında As+Sb+Sn ayrılmaz. Ayrıca şaft fırınındaki As2O3, Sb2O3, SnO2 silikat yapılı cürufla bağlanamaz. Çünkü bunlar asit karakterli olduklarından asidik SiO2 tarafından As2O3SiO2 şeklinde yapılar oluşmaz.

Gümüş ve Altın: Bütün kurşun cevherleri pratik olarak az veya çok miktarda gümüş (ve

altın) içerir. Bu gümüş yüksek fırında yürütülen izabe işlemi sırasında külçe kurşuna geçer. Ergimiş haldeki kurşuna çinko ilave edilir ve banyo karıştırılırsa oluşan Ag-Zn alaşımı ağırlığının az olması nedeniyle yüzeye çıkar ve sistemden uzaklaştırılır. Bu yöntem Parkes yöntemi olarak da bilinir.

Küpelasyon (Fire Assay): Pb'nun oksitlenerek yok edilmesi sonucu Ag(+Au) güherçilesinin

eldesidir (kemik külü potada). İşlem kızıl sıcaklıkta ve litarj (PbO) oluşumu için gerekli oksijenin fırına tüyerel erden hava yollanmasıyla yürütülür. Kolaylıkla ergiyen litarj, fırını eğmek suretiyle kalıplara dökerek uzaklaşırken, gümüş ve varsa altın bakımından zengin şarj küpel üzerinde kalır. Bu nihai külçe, elektroliz yoluyla ayırma yapabilmek için ince anotlar halinde dökülür.

Kobalt: Kurşun cevherlerinin genellikle içerdiği kobalt, şaft fırınındaki Pb izabesi sırasında

indirgenerek kurşun kütlesi içinde sistemi terkeder. Bu ham (izabik) kurşunun rafinasyonu sırasında ortaya çıkan bakır drosu, reverber fırınında işlenirken oluşan speiss fazı başlangıç cevherinde mevcut kobaltın tümünü içerir. Kobaltın speiss'dan kazanılması için uygulanan yöntem şöyledir:

Speiss kavrulur, asitte çözündürülür, filtre edilir. Fitre kekindeki metal sülfatlar su ile liç edildiğinde değerli metaller kekde kalır ve Au+Ag kazanımına gönderilir. Cu, Fe, Co, Ni içeren liç çözeltisinin önce bakırı elektroliz ile kazanılır sonra Fe, Mn ve As'i giderilir. Nihayet çözeltide kalan Co ve Ni dir. Kobalt nötr bir çözeltide hipoklorit ilavesiyle Co- hidroksit şeklinde çöktürülür. Çökelek zayıf bir asitle eritilip NaCO3 ile kalsine edilir ve su ile çalkalanıp filtre edildikten sonra elde edilen Co-oksit kurutulur. Ürün %69-70 Co içermektedir.

Bizmut: İzabe Pb içinde %0.05 veya daha fazla Bi varsa rafinasyona gidilir. Daha düşük

konsantrasyonlarda herhangi bir işleme gerek yoktur. Bizmut, kurşun ile kardeş metaldir. Kurşunun gösterdiği bütün kimyasal özelliklere sahiptir. Tek farkı, Bi'un alkali veya toprak alkali elementlerle Zn-Ag benzeri ara kimyasal bileşikler yapabilmesidir. İki yöntem vardır. • Kroll-Betterton Yöntemi (Ca, Mg)

• Jolivet Yöntemi (K, Mg)

Bu metaller 420oC de banyoya ilave edilirse Bi içeren köpükler oluşur ve kurşunun Bi içeriği %0.05 den %0.002 ye düşer: Bu yöntemler pahalıdır çünkü, Mg, K ve Ca çok aktif olduklarından saklanmaları zordur ve ancak gazyağı veya vakum altında saklanabilirler.Drostan ayrılan ve %50 Bi, %35 Pb, %5 Cu ve %5 Mg içeren bileşiğe oksidasyon ve elektroliz işlemlerinin uygulanması ile metalik bizmut elde edilir.