Öğrencinin Sınav Tarihi: Adı Soyadı : Öğr. N0 : MEM-314 DEMİR DIŞI METALLERİN ÜRETİMİ DERSİ BÜTÜNLEME SINAV SORULARI

Transkript

1 Öğrencinin Sınav Tarihi: Adı Soyadı : Öğr. N0 : MEM-314 DEMİR DIŞI METALLERİN ÜRETİMİ DERSİ BÜTÜNLEME SINAV SORULARI S.1. Pirometalurjik yolla metalik magnezyum üretiminde üretim aşamalarını gösterir akım şemasını çiziniz (25 P). S.2. Pirometalurjik yolla metalik kurşun üretiminde Self reduction processi dendiğinde ne anlıyorsunuz (15 P). S.3. Birincil (doğal) kaynaklardan metalik alüminyum üretimi ne şekilde gerçekleştirilir kısaca açıklayınız (25 P). S.4. Bakır cevherinden pirometalurjik yolla metalik bakır üretiminde temel uygulamalar nelerdir açıklayınız (25 P). S.5. Çinkonun en fazla tüketim alanı neresidir ve tüketim sebebi nedir açıklayınız (10 P). Not : Sınav Süresi 45 dakika Prof. Dr. Halil ARIK Dersin Öğretim Elemanı CEVAPLAR

2 MEM Bütünleme Sınav Cevap Anahtarı C.1. C.2. Self reduction process Kavurma : Konsantre cevher hava içeren ortamda ısıtılır ve kurşun sülfür kısmen kurşun oksit ve kurşun sülfata dönüştürülür. 2PbS + 3O2 > 2 PbO + 2SO2 PbS + 2O2 > PbSO4 Self reduction : Hava uygulaması kesilir ve yüklenen malzemeyi ergitmek için sıcaklık yükseltilir. Galen(PbS) kurşun oksit (PbO) ve kurşun sülfat (PbSO4 ) tarafından metalik kurşuna indirgenir. PbS + 2PbO > 3Pb + SO2 PbS + PbSO4 > 2Pb + 2SO2 C Aşama Boksid yaklaşık %30 kostik soda (sodyu hidroksit) Na(OH) içeren otoklavda C ve 4-30 atm aralığında çözeltiye alınır (LİÇ). Bu uygulama boksidin liç edilmesidir. Bu arada solüsyonda çözünmeyen Fe2O3, SiO2, ve TiO2 tankın tabanında toplanır. Al2O3 + 2NaOH+ 3H2O 2NaAl(OH)4 2. Aşama İkinci aşamada tank tabanındaki çözünmeyen atıklar alındıktan sonra sodyum alüminat içeren solüsyon daha geniş bir tanka aktarılarak soğumaya bırakılır. Bu tankta sodyum alüminat NaAl(OH)4 bozunarak alüminyum hidroksit (Al(OH)3 ) ve sodyum hidroksit Na(OH) açığa çıkar. NaAl(OH)4 Al(OH)3 + Na(OH) açığa çıkar. Daha sonra Al(OH)3 çökelti olarak tankın tabanında birikir. 3. Aşama Al(OH)3 yaklaşık 1000 C de ısıtılarak aşağıda verilen şekilde kalsine edilir. Yani kimyasal olarak parçalanır. 2Al(OH)3 Al2O3 + 3 H2O 4. Aşama : Alüminanın Elektrolizi

3 C.4. Flotasyonla Ayırma The finely crushed ore is concentrated by Froth-Floatation process. The finely crushed ore is suspended in water containing a little amount of pine oil. A blast of air is passed through the suspension. The particles get wetted by the oil and float as a froth which is skimmed. The gangue sinks to the bottom. Flotasyonla ayırma sonrası elde edilen konsantrenin bakır içeriği % arası değişmektedir. Kavurma işleminde Flotasyon sonrası kurutulmuş konsantre bakır cevherinin kavrulmasıyla; (a) Fazla olan olan sulfur ve arsenic ve antimony gibi elementler okside edilerek ortamdan uzaklaştırılırlar. Kavurma ile cevherde bulunan sülfürün bir bölümü okside edilerek ortamdan uzaklaştırılırken asıl hedeflenen demirin okside edilmesidir. (b) Kavurma ile demir oksidin büyük bölümü okside edilir. (c) Konsantre cevherde yalnızca istenen oranda sülfur yapı bırakılır. (d) Cevher partiküllerinin ergimesine müsade edilmez. Kavurma işlemiminde meydanmel reaksiyonlar 2CuFeS2 (kalkopirit) + O Cu2S + 2FeS + SO2 S + O SO2 4As + 3O As2O3 4Sb + 3O Sb2O3 Bakır sülfür ve demir sülfür ilerleyen süre içerisinde kendi oksitlerine dönüşürler. 2Cu2S + 3O Cu2O + 2SO2 (Bu dönüşüm kısmen gerçekleştirilir) 2FeS + 3O FeO + 2SO2 Ergitme Reaksiyonları Cu2O + FeS Cu2S + FeO CaO+SiO CaSiO3 FeO+SiO FeSiO3 (ergiyik MAT bakır üzerinde yüzen cüruf). Bessemer Konvertöründe Dönüşüm Bakır, ergiyik MAT (CU2S + FeS) bakırdan bessemer konvertörlerinde üretilir. MAT bakır bessemer konvertörüne yüklenir. Konvertörün dışı çelik içi MgO veya SiO2 ile astarlanmıştır. Konvertör tüyerler vasıtasıyla içerisine gönderilen sıcak hava ile ısıtılmaktadır. Konvertöre aynı zamanda MAT dışında silika ve curuf yapıcılarda yüklenmektedir. Konvertör içerisine gönderilen havadaki oksijen FeS i okside ederek FeO e dönüştürür. Bu demir oksit ise silikayla (SiO2) birleşerek cürufu oluşturur. 2FeS + 3O > 2FeO + 2SO2 FeO + SiO > FeSiO3 (Cüruf) Üflenen hava bakır sülfürü (Cu2S) kısmen CuO2 e dönüştürürki bu bakır oksitte geri kalan Cu2S ile reaksiyona girerek metalik bakır açığa çıkar. 2Cu2S + 3O > 2Cu2O + 2SO2 Cu2S + 2Cu2O > 6Cu + SO2 C.5. Çinkonun en fazla tüketildiği alan çelik yapıların yüzeylerinin kaplanması (Galvanizleme). Sebebi ise çelik yapıları kullanıldıkları ortamda çevrenin korozif etkilerinden koruyarak kullanım ömrünü uzatmaktır.

4 Öğrencinin Sınav Tarihi: Adı Soyadı : Öğr. N0 : MEM-314 DEMİR DIŞI METALLERİN ÜRETİMİ BÜTÜNLEME SINAV SORULARI S.1. Metaller yerkabuğunda doğal olarak hangi hallerde bulunabilir birer örnekleme yapınız (20 P). S.2. Boksit cevherinden alümina eldesini anlatınız (20 P). S.3. Demir içeren çinko cevherinden elektrolitik yolla metalik çinko üretiminde nötr ve asidik liç uygulamalarını açıklayınız (30 P). S.4. Titanyum cevherinden metalik titanyum üretimini açıklayınız (30 P) CEVAPLAR Prof. Dr. Halil ARIK Dersin Öğretim Elemanı

5 MEM-314 BÜTÜNLEME SINAVI CEVAP ANAHTARI C.1. Metaller yerkabuğunda saf ve bileşik (mineral) halde bulunmaktadır. Saf halde bulunabilen metallere en bariz örnek altındır (Au). Metallerin büyük çoğunluğu doğada kendiliğinden değişik şekillerde bileşikler oluştururlar. Bu bileşikler oksit (Fe 2O 3), Sülfür (PbS), Sülfat (ZnSO 4), veya Karbonatlar (CaCO 3) şeklinde bulunmaktadırlar. C Aşama : Boksid yaklaşık %30 kostik soda (sodyu hidroksit) Na(OH) içeren otoklavda C ve 4-30 atm basınç aralığında çözeltiye alınır. Bu uygulama boksidin liç edilmesidir. Bu arada solüsyonda çözünmeyen Fe 2O 3, SiO 2, ve TiO 2 tankın tabanında toplanır. Al 2O 3 + 2Na(OH) + 3H 2O 2NaAl(OH) 4 2. Aşama : İkinci aşamada tank tabanındaki çözünmeyen atıklar alındıktan sonra sodyum alüminat içeren solüsyon daha geniş bir tanka aktarılarak soğumaya bırakılır. Bu tankta sodyum alüminat NaAl(OH) 4 bozunarak alüminyum hidroksit (Al(OH) 3 ) ve sodyum hidroksit Na(OH) açığa çıkar. 2NaAl(OH) 4 Al(OH) 3 + NaOH açığa çıkar. Daha sonra Al(OH) 3 çökelti olarak tankın tabanında birikir. 3. Aşama : Al(OH) 3 yaklaşık 980 C de ısıtılarak aşağıda verilen şekilde kalsine edilir. 2Al(OH) 3 Al 2O H 2O C.3. The crude zinc oxide is leached with spent electrolyte, which is sufficiently rich in sulfuric acid to dissolve the oxide and restore the concentration of the zinc sulfate in the electrolyte solution. As mentioned above, some of the zinc oxide is present with iron(iii) oxide in the form of zinc ferrite. Several variations on the leaching process are used to separate zinc from impurities. Most of these use hot acid conditions to produce a mixture of zinc and iron(iii) sulfates, followed by removal of the iron(iii) sulfate. One method (Figure 5) precipitates the iron as a 'jarosite' (jarosites are compounds based on iron(iii) sulfate, and found in some mineral deposits).

6 C.4. Titanyumun oksidini basit bir şekilde indirgeyebilmek mümkün değildir. Çünkü aşırı reaktif bir metaldir ve oksijen atomlarıyla çok güçlü bağ oluşturur. Bu nedenle titanyumu üretebilmek için daha pahalı bir yol izlenir. Birden fazla uygulamayı içeren üretim aşamasında klorin (Cl2) ve daha reaktif sodyum ya da magnezyum gibi bir metal tüketilir. Titanyum cevheri genel yapı olarak TiO2 içerir buda karbon ve klorinle ısıtılarak titanyum tedracloride (TiCl4) dönüştürülür. TiO2 + C + 2Cl2 ==> TiCl4 + CO2 Daha sonra klorit sodyum veya magnezyumla tepkimeye sokularak metalik titanyum ile sodyum klorit yada magnezyum klorit oluşturulur. Bu reaksiyon basitçe bir yeralan reaksiyonudur. Daha az reaktif olan titanyum daha fazla reaktif olan sodyum veya magnezyum metaliyle yer değiştirmektedir. Reaksiyon inert argon atmosferinde gerçekleştirilir. Bu şekilde atmosferin oksijeni ile bir metal oksit oluşumu da engellenmiş olacaktır. titanium(iv) chloride + magnesium ==> titanium + magnesium chloride TiCl4 + 2Mg ==> Ti + 2MgCl2 veya titanium(iv) chloride + sodium ==> titanium + sodium chloride TiCl4 + 4Na ==> Ti + 4NaCl Bu bir yer alan reaksiyonudur ve bu reaksiyonda daha fazla reaktif olan magnezyum veya soydun daha az reaktif olan titanyumla yer değiştirmektedir.

7 Öğrencinin Sınav Tarihi: Adı Soyadı : Öğr. N0 : MEM-314 DEMİR DIŞI METALLERİN ÜRETİMİ DERSİ FİNAL SINAV SORULARI S.1. Metalik alüminyum üretiminde Bayer Prosesi nedir açıklayınız. S.2. Metalik alüminyum üretiminde Alüminyum oksitten Pirometalurjik indirgeme yoluyla metalik alüminyum üretebilirmiyiz. Bu mümkün değilse sebebini açıklayınız. S.3. Metalik alüminyumun mühendislik özellikleri bakımından tercih edilen ve sorunlu görülüp çözüm üretilmeye çalışılan özellikleri hangileridir. S.4. Kurşunun ve çinkonun en önemli iki minerali doğal olarak bir arada bulunuyorlarsa nasıl bir kansantre elde etme işlemi uygularız. S.5. Kurşunun Dünyadaki yaklaşık yıllık üretimi değeri, en önemli üretici ülkeleri, temel tüketim alanları ve toplam üretimdeki geri dönüşümün payı nedir. S.6. Dünyadaki toplam çinko üretiminde geri dönüşümün payı nedir ve yoğun şekilde nereden ne şekilde Üretilmektedir. S.7. Çinko kalsinelerine sadece Nötr liç uygulaması yerine Nötr+Asidik liç uygulamasının sebebi nedir. S.8. Deniz suyundan metalik magnezyumu nasıl elde ederiz. S.9. Pirometalurjik yolla metalik magnezyum üretiminde temel indirgeyici nedir. S.10. Anat bakırla kadodik bakır arasındaki temel fark nedir açıklayınız. Not : Sınav Süresi 45 dakika, Her sorunun puanı eşit. Prof. Dr. Halil ARIK Dersin Öğretim Elemanı CEVAPLAR C.1. Bayer Prosesi boksit cevherinden kademeli olarak saf alümüna üretimidir. 1. Aşama : Boksid yaklaşık %30 kostik soda (sodyu hidroksit) Na(OH) içeren otoklavda C ve 4-30 atm basınç aralığında çözeltiye alınır. Bu uygulama boksidin liç edilmesidir. Bu arada solüsyonda çözünmeyen Fe2O3, SiO2, ve TiO2 tankın tabanında toplanır. Al2O3 + 2Na(OH) + 3H2O 2NaAl(OH)4 2. Aşama : İkinci aşamada tank tabanındaki çözünmeyen atıklar alındıktan sonra sodyum alüminat içeren solüsyon daha geniş bir tanka aktarılarak soğumaya bırakılır. Bu tankta sodyum alüminat NaAl(OH)4 bozunarak alüminyum hidroksit (Al(OH)3 ) ve sodyum hidroksit Na(OH) açığa çıkar. 2NaAl(OH)4 Al(OH)3 + NaOH açığa çıkar. Daha sonra Al(OH)3 çökelti olarak tankın tabanında birikir. 3. Aşama : Al(OH)3 yaklaşık 980 C de ısıtılarak aşağıda verilen şekilde kalsine edilir. 2Al(OH)3 Al2O3 + 3 H2O 4. Aşama : Daha sonra elde edilen alümina elektroliz işlemine tutularak metalik alüminyum üretimi gerçekleştirilir. 2Al2O3 + 3C ---> 4Al + 3CO2 C.2. Üretemeyiz sebebi ise. Elingam diyagramlarındanda açıkça gördüğümüz gibi alüminyumun alüminyum oksit oluşturma standart serbest enerji değeri çok düşük olup, Al2O3 ü C veya CO ile indirgemek çok mümkün değildir. C.3. Metalik alüminyumun en önemli özellikleri hafif olması, hafifliğine karşılık iyi bir mukavemete sahip olması, sorunlu özellikleri ise sertlik ve ergime derecesinin düşük olması aynı zamanda aşınma özelliğinin de iyi olmaması. C.4. Kademeli flotasyon uygulaması gerektirir. The lead ore is separated from the zinc ore. A chemical called a depressant is added which is soluble in water (for example, zinc sulfate) and the zinc ore sinks and the lead ore is skimmed off. Later, a chemical such as copper(ii) sulfate is added and the zinc ore now floats and is skimmed off. The lead ore concentrate from the flotation tanks now contains about 50% lead and ca 0.1% of silver, a relatively small but valuable amount.

8 C.5. Kurşunun Dünyadaki yaklaşık yıllık üretimi değeri, en önemli üretici ülkeleri, temel tüketim alanları ve toplam üretimdeki geri dönüşümün payı nedir. C milyon ton, en önemli üretici ülke : ÇİN, Batarya üretimi, kurşun alaşımlar ve bina sektöründe. Yaklaşık % 50 si geri dönüşümden gelir. C.7. Çinko konsantrelerinin kavrulması sonrası yapı genel olarak ZnO dönüşürken, bir bölümü ise çinko ferritin şeklinde bulunur. Böyle bir yapıda nötr liç ortamında ZnO ZnSO4 şeklinde çözeltiye alınırken mevcut şartlarda çinkoferritin çözünmeyip katı halde kalırken çözeltiye alabilmek için 90 C üzeri ve 150 g/l den fazla H2SO4 içeren daha asidik ve sıcak ortamda asidik liç uygulaması gerçekleştirilir. C.8. The Mg 2+ cation is the second-most-abundant cation in seawater (about ⅛ the mass of sodium ions), which makes seawater and sea salt attractive commercial sources for Mg. To extract the magnesium, calcium hdroxide is added to seawater to form magnesium hydroxide precipitate. MgCl2 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaCl2 Magnesium hydroxide (brucide) is insoluble in water and can be filtered out and reacted with hydrochloric acid to produced concentrated magnesium chloride. Mg(OH)2 + 2 HCl MgCl2 + 2 H2O From magnesium chloride, elctrolysis produces magnesium. C.9. Temel indirgeyici ferrosilisyumdur. C.10. Katot bakır anot bakırın elektroliz sonrası elde edilmiş daha yüksek saflıktaki halidir.