Ekonomik Metalurji. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU 2012

Transkript

1 Ekonomik Metalurji Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU 2012

2 Ders İçeriği Metalurji tanım ve sınıflandırma Dünyada ve Türkiye de üretilen madenler Maden Yataklarının Değerlendirilmesi Tenör ve Rezerv Saptanması Birimler Cevher Hazırlama Cevher Hazırlamada Metalurjik Faktörler Fizibilite Etüdü ve Karlılık Maden ve Metal Piyasası Soy Metaller Metalurjik Hammadde ve Ürünler Yüksek Sıcaklık Metalleri Düşük Sıcaklık Metalleri Endüstriyel Hafif Metaller Diğer Metaller Yarı Metaller ve Metalik Olmayan Elementler

3 Ekonomik Metalurji Giriş Metalurji - Maden Metalurji Metal ve alaşımların, cevher veya metal içeren hammaddelerden, kullanım sürecine uygun kalitede üretilmesini, saflaştırılmasını, alaşımlandırılmasını, şekillendirilmesini, korunmasını, ve "üretim - kullanım" ömrü içindeki çevresel kaygı ve sorumlulukları da dikkate alarak insanların ihtiyaçlarına cevap verecek özellikte ve biçimde hazırlanmasını hedef alan bir bilim ve teknoloji dalıdır.

4 Ekonomik Metalurji Giriş Metalurji - Maden Maden Maden, diğer adıyla cevher yer kabuğunda doğal etkenlerle oluşan, ekonomik yönden değer taşıyan minerallere verilen addır. Her maden (cevher) bir mineraldir, ancak her mineral cevher değeri taşımaz. Bir mineralin cevher değeri taşıması için piyasa şartları gibi bir takım ekonomik etkenlerce belirlenen tenör değerlerine sahip olması gerekir. Madenlerin ekonomiye kazandırılması süreci, jeoloji, maden ve metalurji ve malzeme mühendislerine kadar çeşitli mühendislik dallarında çalışan mühendisleri içine alan uzun bir süreçtir. Birçok maden çeşidi vardır. Bunlardan yüzeye yakın olanlar açık işletme, derindekiler ise kapalı işletme teşekkülleri ile çıkartılır.

5 Ekonomik Metalurji Giriş Metalurji - Maden Tüm sanayi dallarının ürünlerinde veya kullandıkları araç ve gereçte, doğrudan veya dolaylı olarak maden ürünlerine ihtiyaç vardır. Seramik, metalurji, cam ve refrakter sanayileri ve inşaat sektörü başta olmak üzere, boyalar, aşındırıcılar, değerli taşlar, elektronik ve kimya endüstrilerinin en önemli girdisi madenlerdir. Dolayısı ile Endüstriyel Gelişmenin Temelinde, yerkabuğunda maden yatakları şeklinde zenginleşmiş minerallerin ve yararlı kayaçların bir plana göre aranması, üretilip nakledilmesi ve hazırlanması vardır. Türkiye nin Maden Gerçeği ve Öneriler, TÜGİAD,

6 Ekonomik Metalurji Giriş Metalurji - Maden Mineral (doğal olarak oluşur, herhangi bir parçası bütününün özelliklerini taşır, belirli bir kimyasal formulü vardır, katı haldedirler. Hematit Fe2O3 Dünya kabuğunu teşkil eden ve doğal olarak belirli bir kimyasal yapıdaki homojen maddelere mineral denir. Beyaz, kalsit Metalik gri: galenit Açık mor: florid Kuvars, Myanmar da Minerals, Issue #4, The Collector s Newspaper 2012

7 Ekonomik Metalurji Giriş Metalurji - Maden Endüstride ekonomik şekilde üretime yarayan minerallere cevher adı verilir. Cevher ve mineral terimlerini birbirinden iyice ayırmakta fayda vardır. Her cevher bir veya birden fazla mineral ihtiva eder. Fakat her mineralizasyon cevher vasfında olmak durumunda değildir. Bu arada mineralojik açıdan cevher deyimi ile metalurjik açıdan cevherden anlaşılan husus arasında da farklılık vardır. Mineralojik anlamda cevher tarifi teknolojik faydalanma imkanını kapsamaz. Metalurjik açıdan tarifinde ise teknolojik faydalanma temel kriterlerden biridir.

8 Ekonomik Metalurji Giriş Metalurji - Maden Cevher, herhangi bir metalin minerallerini içeren ve ekonomik değeri olan kayaçtır. Bir kayacın cevher olabilmesi için ekonomik değeri olması kritiktir. Örneğin bir altın rezervi için, üzerinde yapılan fizibilite çalışmalarının ardından eğer o rezerv kar edilebilecek şekilde işletilebilecekse, yani ekonomik değeri varsa, rezervdeki altından "altın cevheri" olarak bahsedilebilir. Değerli olarak bilindiği halde ekonomik olarak işletilemediği, yani cevher sıfatını alamadığı için ayaklarımızın altında yatan yüz binlerce ton rezerv vardır. Örnek (Fe 2 O 3,SiO 2,Al 2 O 3, ) Amethyst Hematite

9 Ekonomik Metalurji Giriş Metalurji - Maden Maden Yatağı Yer kabuğunu meydana getiren kayaçlar içinde normal bir dağılım gösteren çok sayıda mineralden bazılarının miktar, zaman ve yerel koşullarına göre teknik ve ekonomik açıdan kendilerinden faydalanılabilecek durumda yüksek yoğunlaşma gösterdikleri yerlerdir.

10 Ekonomik Metalurji Metalurji Tanım Sınıflandırma Metalurji Sınıflandırma

11 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Metalurji Sınıflandırma Üretim Metalurjisi (Ekstraktif Metalurji) ve Fiziksel Metalurji (Malzeme Bilimi) Metalurji, konusu itibarıyla, üretim metalurjisi (Ekstraktif metalürji ya da Kimyasal metalurji) ve fiziksel metalurji (Malzeme bilimi) olmak üzere iki ana dala ayrılabilmektedir. Üretim metalurjisi, gerek doğada mevcut cevherlerden, gerekse metal içeren hammaddelerden veya ikincil kaynaklardan (hurda, artıklar, baca tozları, vs.) fiziksel ve kimyasal yöntemlerle saf metallerin veya alaşımların üretimi konularını kapsar. Öte yandan Malzeme Bilimi, metallerle birlikte seramikleri (porselen, fayans, tuğla, kiremit, cam, ateş tuğlası, refrakter malzemeler, özel sermetler, vb. malzemeleri), organik yapı malzemelerini (bilhassa polimerler gibi plastikleri, kauçuk maddesini), çimento, ahşap, fiber ve kompozit malzemeleri, elektrik-elektronik ve manyetik malzemelerini, dişçilik ve tıpta kullanılan malzemeleri, yakıt malzemelerini ve bunların özelliklerinin geliştirilmesini ve üretimini inceleyen bilim dalıdır.

12 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Üretim Metalurjisi (Ekstraktif Metalurji) Cevher hazırlama (oksit ve sülfür bileşikleri) Pirometalurji Hidrometalurji Elektrometalurji Üretim metalurjisi, cevher hazırlama aşamasından başlayarak, pirometalurjik, hidrometalurjik ve elektrometalurjik yöntemler uygulamak suretiyle metalin cins ve özelliğine uygun işlemler seçmekte ve diğer endüstrilerde kullanılmaya elverişli saf metaller veya alaşımlar üretmektedir.

13 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Cevher Hazırlama Bir cevherdeki çeşitli mineralleri, kimyasal yapılarını bozmadan, endüstrinin ihtiyaçlarını en iyi karşılayabilecek hammadde haline getirmek ve ekonomik değeri olanlarla olmayanları birbirinden ayırmak için yapılan işlemlerin tümüdür.

14 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Cevher hazırlamanın amaçları Ekonomik Amaç Kuşkusuz metal üretiminde kullanılacak cevher içerisinde istenen mineraller yanında istenmeyen mineraller de mevcuttur. Cevherin bu haliyle kullanılması başta nakliye olmak üzere metalin üretim maliyetini önemli ölçüde artıracaktır. Bu olumsuzlukları gidermek ve daha ekonomik bir üretim için mümkünse cevherin çıkartıldığı yerde cevher hazırlama uygulamaları ile gerekli ve gereksiz malzemelerin birbirinden ayrılması gerekir. Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009

15 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Cevher hazırlamanın amaçları Teknolojik Amaç Cevher içerisindeki bazı maddeler daha sonraki teknolojik uygulamalar için problem oluşturabilir. Bunun için başlangıçta bu maddelerin ortamdan mümkün olan ölçülerde uzaklaştırılması gerekir. Ayrıca maden ocaklarından çıkarılan cevherler boyut ve şekil bakımından bu haliyle doğrudan üretime uygun olmayabilir. Bu nedenle gerekiyorsa boyut küçültme (kırma ve öğütme işlemleri), gerekiyorsa boyut büyültme (aglomerasyon uygulamaları) gibi ön hazırlık işlemleri uygulanmaktadır. Cevherin toz halde veya gereğinden daha büyük blok parçalar şeklinde olması indirgeme reaksiyonlarında problem teşkil edecektir. Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009

16 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Cevher hazırlama kademeleri Cevher hazırlama temel olarak iki kısımdan oluşur a. Cevherdeki minerallerin serbest hale getirilmesi b. Minerallerin konsantre edilip atık maddelerden ayrılması Bir cevher içerisinde istenen ve istenmeyenler olmak üzere birden fazla mineral türü bulunabilir. Bunları birbirinden ayırabilmek için serbestleşme boyutu denen boyuta kadar kırma ve öğütme işlemleri ile boyut küçültme işlemine tabi tutulması gerekir. Boyut küçültme işlemi temel olarak üç maksada yönelik olarak yapılır. a. Cevherin gerekli ve gereksiz kısımlarını birbirinden ayırabilmek için fiziki serbestleşmeyi sağlamak b. Cevheri zenginleştirme cihazının kabul edebileceği boyuta getirmek. c. Endüstrinin istediği özelliklere uygun hammadde haline getirmek Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009

17 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Boyut küçültme (Kırma ve Öğütme) Kırma Katı bir maddenin mekanik kuvvetler etkisiyle daha küçük parçalara bölünmesi işlemidir. Teknolojide kırma, kaba (50 mm den büyük) ve ince kırma (50-5 mm) şeklinde uygulanır. Kırma parçalanacak malzemenin sert yumuşak veya lifli yapıda olmasına göre; basınç, darbe ve çarpma tipi kuvvetler yaratan cihazlarda gerçekleştirilir. Basma yükü altında cevherin kırılması. a) Yüksüz, b) Elastik gerilim altında, c) Çatlak oluşumu, d) Kırık parçacıklar. Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009

18 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Boyut küçültme (Kırma ve Öğütme) Kırma Katı bir maddenin mekanik kuvvetler etkisiyle daha küçük parçalara bölünmesi işlemidir. Teknolojide kırma, kaba (50 mm den büyük) ve ince kırma (50-5 mm) şeklinde uygulanır. Kırma parçalanacak malzemenin sert yumuşak veya lifli yapıda olmasına göre; basınç, darbe ve çarpma tipi kuvvetler yaratan cihazlarda gerçekleştirilir. Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009

19 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Kırıcı çeşitleri Merdaneli Kırıcı Çeneli Kırıcı Sert çeneler siyah renkte gösterilmiştir. Çekiç Kırıcı Cevherlerin kırma işlemleri değişik konstrüksiyonlarda imal edilmiş kırıcılarda yapılmaktadır. Bu kırıcıların laboratuar tipinden sanayi tipine kadar çeşitleri mevcuttur. En büyük tipleri saatte 500 tona kadar cevher kırabilmektedir. Bu kırıcının küçültme oranı 4 ten 10 a kadar değişmektedir. Dakikadaki vurma sayısı 60 ila 360 arasında değişmektedir Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009

20 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Kırıcı çeşitleri bauxite ore

21 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Kırıcı çeşitleri

22 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Kırıcı çeşitleri

23 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Öğütme Malzeme boyutunu 5 mm nin altına indirme işlemine öğütme adı verilir. Öğütme işlemleri 5-0,5 mm arasında kaba μm arasında ince öğütme olarak ikiye ayrılır μm tane boyutu aralığında yapılacak öğütmeler çok ince öğütme, 5 μm altındaki öğütmeler kolloid öğütme olarak sınıflandırılır. Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009

24 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Mekanik Yöntemler - Öğütme Öğütme: sert bilyeler, çubuklar veya çekiçler ile yapılan mekanik darbe işlemidir. Gevrek malzemeler için kullanılır. Kavanoz tipi değirmen

25 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Mekanik Yöntemler Öğütme: σ = 2Er D Darbe gerilmesi malzemedeki kusurlara bağlıdır.

26 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Mekanik Yöntemler Öğütme: Sünek malzemeler için uygun değil. Çözüm? Titanyum örneği... Hidrür oluşumu Hidrürlenmiş Nb

27 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Mekanik Yöntemler Öğütme: Hidrürlenmiş Nb tozu

28 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Mekanik Yöntemler Öğütme: Kavanozun dönme hızı önemli. Enerjinin büyük bir kısmı ses ve ısıya dönüşür, verim düşük En uygun öğütme için: Bilya çapı malzeme çapının yaklaşık 30 katı Bilyalar kavanozun yarısını doldurmalı Öğütülecek malzeme kavanozun yaklaşık %25 ini doldurmalı Elde edilen malzeme sert, düzensiz şekillidir. Özellikle toz topaklarının dağıtılması amacıyla kullanılır Borürler, karbürler, nitrürler, oksitler, intermetalikler bu yolla üretilebilir.

29 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Mekanik Yöntemler Öğütme: Mekanik ayırma sonucunda bir tozun partikül boyut dağılımında değişim. a orjinal partikül boyut dağılımı; b, c ve d öğütme süresinin artmasıyla partikül boyut dağılımında meydana gelen değişim (b>c>d).

30 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Sınıflandırma Kırılmış veya öğütülmüş cevherin sınıflandırılması elekler veya diğer sınıflandırıcılarda yapılır. Genellikle parçacık boyutu mm den 1 mm ye kadar olan malzemeler eleklerle sınıflandırılırken 1 mm nin altındaki boyutların sınıflandırılmasında su veya hava gibi akışkanlardan istifade edilen diğer sınıflandırıcılar kullanılmaktadır. Sınıflandırmanın temel maksatları şu şekilde sıralanabilir. - Cevheri cevher zenginleştirme yöntemine uygun gelecek şekilde sınıflamak - Kırma ve öğütme devresini kontrol etmek - Endüstrinin istediği özelliklerde ürün elde etmek. Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009

31 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Sınıflandırma, Eleme Eleme, kırılan veya öğütülen malzemeyi tane boyutuna göre sınıflandırmak için mekanik kuvvetler yardımıyla delik boyutu ve sayısı standart olan bir ortamdan (elek) geçirme işlemidir. Cevher hazırlama tesislerinde eleme sabit veya hareketli sistemlerde yapılır. Sabit eleme için eğimli ızgaralar kullanılmaktadır. Ancak çoğu kere ızgaralara tıkanmaları önlemek için mekanik bir hareket verilir. Hareketli eleklerden tambur elekler ve titreşimli eleyiciler geniş uygulama alanları bulmaktadırlar. Laboratuarlarda yapılan küçük çaplı eleme işlemlerinde 50 gr numune için eleme süresi 15 dakikadır. Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009

32 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Zenginleştirme Zenginleştirme, değerli mineralleri değersiz olanlardan ayırma işlemidir. Bu ayırma işlemi minerallerin fiziksel ve kimyasal farklılıklarından istifade etmek suretiyle yapılmaktadır. Zenginleştirme işlemi sonucunda kazanılan değerli ürüne konsantre değersiz ürüne ise atık denmektedir. Cevher zenginleştirmek suretiyle değerli mineraller daha az bir kitlede toplanmış olurlar. Böylece; nakliye, ergitme masraflarından da tasarruf sağlanacağı gibi zararlı olan bazı yabancı maddeler metal taşıyan kitlelerden ayrılmış olur ve daha sonraki ergitme işlemlerinde yapılacak cürufta daha az metal kaybı verilmiş olur. Cevher zenginleştirme metotları tatbik edilmemiş olsaydı, halen çalışılan bir çok madenler cevher yatağı vasfını kazanamazdı. Konsantrelerin direkt olarak ergitilmesi, cevhere nazaran tonajın çok azalması ve metal tenörünün yükseltilmesi neticesi kazanç sağlamaktadır. Aynı zamanda ergime safhasında kullanılan katık maddelerinin tüketimi de çok azalmış olacaktır. Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009

33 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Zenginleştirme Ayırıcılar Flotasyon, günümüzde kullanılan en yaygın cevher zenginleştirme metotlarından biridir. Bu yöntemle yeterli tane boyutuna getirilmiş düşük tenörlü cevherlerden, ekonomik olarak metal üretimi yapılabilecek tenörde konsantreler elde etmek mümkündür. Flotasyonla cevher zenginleştirmenin temel prensibi, ince öğütülmüş malzemeyi suyla karışım haline getirmek, ilave kimyasal maddelerle değerli yada gangı (atık) yüzey kimyası açısından hidrofob (suyla ıslanmayan) veya hidrofil (suyla ıslanan) yapmak ve hidrofob ürünü pulp içinde yaratılan hava köpükleriyle yüzdürmektir. Yüzdürülecek cevherin tane boyutu minerallerin yoğunluk ve özelliklerine bağlıdır. Genellikle 0,20-0,04 mm civarında öğütülmüş cevherler başarıyla yüzdürülebilmektedirler. Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009

34 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Üretim Metalurjisi Cevher hazırlama Pirometalurji Hidrometalurji Elektrometalurji

35 Ekonomik Metalurjisi Metalurji Tanım Sınıflandırma Pirometalurji Pirometalurji, yüksek sıcaklıklar gerektiren bir ekstraktif metalurji metodu diye tarif edilebilir. Pirometalurji işlemlerinde gerekli olan ısı yakıt yakmak suretiyle karşılanmaktadır. Yakıt yanması sonucu elde edilen ısı ile birlikte çıkan indirgeyici (indirgeyici) gazların mineralleri indirgemesi ile metaller elde edilmektedir. Cevherler, konsantreler, ara ürünler, yakıtlar, katkı maddeleri ve havanın oksijeni piro metalurji işlemlerinin hammaddesini teşkil etmektedir. Pirometalurjinin ürünleri metaller, alaşımlardır.

36 Ekonomik Metalurjisi Maden Yataklarının Değerlendirilmesi Hidrometalurji Cevher hazırlama Pirometalurji Hidrometalurji Elektrometalurji

37 Ekonomik Metalurjisi Maden Yataklarının Değerlendirilmesi Hidrometalurji Sulu ortamlarda yapılan işlemlerle, cevher, konsantre, kalsine v.s. maddelerin çözülüp metallerin sonradan ayrılması diye tarif edilebilir. Hidrometalurji işlem kademeleri çoğu zaman cevher zenginleştirme işlem kademelerini (öğütme, sınıflandırma, filtrasyon) içine almaktadır. Hidrometalurji bir bakıma laboratuarlarda kullanılan sulu üretim metotlarının endüstriyel ölçüde tatbikidir. Uygun sulu solüsyonlar kullanılmak suretiyle mineral içindeki metal çözünmekte ve metal içermeyen gang minerali ise çözünmeksizin artık malzemede kalmaktadır. Metallerin bu şekilde uygun solüsyonlarla çözünmesine liç denmektedir. İnce taneli ham maddeler, mekanik karıştırıcılardan veya basınçlı havadan faydalanmak suretiyle solüsyon ile devamlı surette karıştırılarak liç yapılır. Liç işlemi tamamlandıktan sonra çözelti artıklardan ayrılmak (filtre etmek vs.) suretiyle zengin liç solüsyonu elde edilir.

38 Ekonomik Metalurjisi Maden Yataklarının Değerlendirilmesi Hidrometalurji Bu solüsyondan metalin elde edilmesi aşağıdaki şekillerde olabilir. a) Kimyasal çökeltme b) Elektroliz c) Çözeni buharlaştırmak Hidrometalurjideki işlem basamakları 1. Cevher, konsantre v.b maddelerin hazırlanması 2. Metal içeren mineralin liç edilmesi 3. Zengin liç solüsyonunun çözünmeyen artıklarının ayrılarak alınması 4. Liç solüsyonundaki metalin çökeltilmesi 5. Çökeltinin işlenip satılır hale getirilmesi (ergitme, tasfiye ve döküm vb.)

39 Ekonomik Metalurjisi Maden Yataklarının Değerlendirilmesi Elektrometalurji Cevher hazırlama Pirometalurji Hidrometalurji Elektrometalurji

40 Ekonomik Metalurjisi Maden Yataklarının Değerlendirilmesi Elektrometalurji Elektrometalurji : Cevher veya metal ihtiva eden her çeşit ham madde içindeki metalleri elektrik enerjisinden faydalanarak üretmeye elektrometalurji denir. Gerçekte Elektro metalurji elektro kimyanın bir kısmını teşkil etmektedir. Elektro metalurjide elektro kimya metotlarının metallere tatbiki söz konusudur. Elektro-kimyanın iki temel bölümü vardır. 1.Elektroliz (Elektrik enerjisi, elektroliz yapmak için kullanılmaktadır.) 2.Elektrotermik (Elektrik enerjisi, tamamen ısı temin etmek amacıyla kullanılmaktadır)

41 Ekonomik Metalurjisi Maden Yataklarının Değerlendirilmesi Elektrometalurji Elektroliz : Elektriğin sulu veya eriyik elektrolitlerden geçmesiyle meydana gelen kimyasal ayrışma neticesi katot da metal iyonlarının ve anot da metalik olmayan iyonların serbest hale gelmesi olayıdır. Elektrotermik : Elektrik enerjisinin ısı temini maksadıyla kullanılmasıdır. Elektrik fırınları elektrotermik tatbikatı olarak, aşağıda verilen maksatlar için kullanılmaktadır - Ergitme - Arıtma - Alaşım yapma - Muhtelif metal veya alaşımların döküm maksadıyla eritilmesi için

42 Metalurji Üretim Metalurjisi (Ekstraktif Metalurji) Cevher hazırlama Pirometalurji Hidrometalurji Elektrometalurji Elektroliz : Elektrik akımı yardımı ile, bir sıvı içinde çözünmüş kimyasal bileşiklerin ayrıştırılması işlemidir. Bu değişiklik maddenin elektron vermesinden (yükseltgenme) ya da almasından (indirgenme) kaynaklanır. Elektroliz işlemi, elektroliz kabı ya da tankı denen bir aygıt içinde uygulanır. Bu aygıt, çözünerek artı ve eksi yüklü iyonlara ayrılmış bir bileşiğin ( Elektrolit) içine birbirine değmeyecek biçimde daldırılmış iki elektrottan oluşur. Elektrotlar bir akım kaynağına bağlandığında meydana gelen gerilim (elektriki alan), iyonları karşıt yüklü elektroda (kutup) doğru hareket ettirir. Karşıt kutupta yükünü dengeleyen atom veya moleküller elektrotta çökelir veya elektrolit içindeki moleküllerle yeni reaksiyonlara girer. Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009

43 Metalurji Elektroliz Elektroliz kapalı devre çalışan ve çevre kirliliğine duyarlı bir yöntemdir. Kurulum maliyeti ve uygulama maliyeti düşük ve aynı zamanda yüksek saflıkta metal üretimi gerçekleştirilebilen bir yöntemdir. Diğer yöntemlerle kıyaslandığında yüksek mukavemetle ve daha az oksijen içeren malzeme üretimi için daha avantajlıdır.

44 Metalurji Elektroliz Bu tür bir sistemin çalışma prensibi Şekilde şematik olarak gösterilmiştir. Olay, elektrolitik bir hücre içerisinde uygulanan belirli bir gerilim altında anodun çözünmesi ile başlar. İlgili şekilde anot ve katot reaksiyonları bakır ve demir reaksiyonları olarak verilmiştir. Sülfat esaslı elektrolit üzerinden gerçekleşen madde taşınımı ile katot üzerinde saf halde bir çökelme gerçekleşir. Katot üzerinde oluşan bu poröz çökeltiler daha sonrasında hazneden alınarak sırası ile yıkama, kurutma, tavlama ve öğütme işlemlerinin uygulanması ile istenilen boyutta toz haline getirilir.

45 Metalurji Elektroliz elektrolitik olarak üretilmiş nikel-kobalt tozlarının dentritik morfolojisi. (a) 300 X, (b) 1000 X.

46 Metalurji Elektroliz (a) Kobalt, 520 X, (b) Nikel 400 X.

47 Metalurji Elektroliz Örnek Uygulama: Bakır tozu üretimi, Tozlar kurutulduktan sonra öğütme işlemine tabi tutulmuşlardır. E. Uzun, M. Boz, 6th International Advanced Technologies Symposium, 83-87, 2011, Turkey

48 Metalurji Elektroliz Tipik süngerimsi ve dendritik yapı gösteren elektrolitik bakır tozları (SEM).