kirmizi camurdan demir ve aluminyumun sulfurik asit cozeltisindeki cozunme kinetigi dissolution...

8/2/2019 Kirmizi Camurdan Demir Ve Aluminyumun Sulfurik Asit Cozeltisindeki Cozunme Kinetigi Dissolution Kinetics of Iron a

1/93

T.C.SAKARYA NVERSTES

FEN BLMLER ENSTTS

KIRMIZI AMURDAN DEMR VE ALUMNYUMUNSLFRK AST ZELTSNDEK

ZNME KNET

YKSEK LSANS TEZDeer UZUN

Enstit Anabilim Dal : KMYA

Tez Danman : Yrd. Do. Dr. Mustafa GLFEN


2/93

Haziran 2006T.C.

SAKARYA NVERSTESFEN BLMLER ENSTTS

KIRMIZI AMURDAN DEMR VE ALUMNYUMUN

SLFRK AST ZELTSNDEKZNME KNET

YKSEK LSANS TEZ

Deer UZUN

Enstit Anabilim Dal : KMYA

Bu tez 08 / 06 / 2006 tarihinde aadaki jri tarafndan Oybirlii ile kabuledilmitir.

Prof. Dr. Ali Osman AYDIN Yrd.Do.Dr. Mustafa GLFEN Yrd.Do.Dr. Kenan YILDIZJri Bakan ye ye


3/93

Bu alma, Sakarya niversitesi Bilimsel Aratrma Projesi Komisyonu tarafndan

desteklenmitir (Proje No: 06-FBY-023)


4/93

TEEKKR

almalarm srasnda tevik ve yardmlarndan dolay Sakarya niversitesi Fen-

Edebiyat Fakltesi Kimya Blm Bakan Sayn Prof. Dr. Ali Osman AYDINa

teekkrlerimi sunarm.

Bu alma srasnda hibir fedakarlktan kanmayan, her trl destek ve teviklerini

esirgemeyen, bilgi ve tecrbelerinden istifade ettiim saygdeer hocam Sayn Yrd.

Do. Dr. Mustafa GLFENe sonsuz teekkrlerimi sunarm.

Desteklerinden ve yardmlarndan dolay Aratrma Grevlisi Sayn Semra

YILMAZERe ve Kimya Blm retim elemanlarna teekkr ederim.

Tez almam srasnda manevi desteklerini esirgemeyen aileme ve arkadalarma

teekkr ederim.

Deer UZUN


5/93

NDEKLER

TEEKKR...........................................................................................................................iii

NDEKLER............................................................................................................iv

SMGELER VE KISALTMALAR LSTES ...........................................................viii

EKLLER LSTES ...................................................................................................x

TABLOLAR LSTES ............................................................................................... xi

ZET.. .....................................................................................................................xiii

SUMMARY .............................................................................................................xiv

BLM 1.

GR............................................................................................................................1

BLM 2.

BOKST VE ZELLKLER.......................................................................................4

2.1. Boksit ve Mineralleri..............................................................................4

2.1.1. Alumina........................................................................................6

2.1.2. Gibsit............................................................................................7

2.1.3. Bhmit..........................................................................................8

2.1.4. Diasporit.......................................................................................8

2.2. Boksitte Bulunan Safszlklar.................................................................9

2.2.1. Silisyum........................................................................................9

2.2.2. Demir..........................................................................................10

2.2.3. Titan............................................................................................11

2.2.4. Kalsiyum.....................................................................................11

2.2.5. Dier safszlklar.........................................................................112.3. Boksitlerin Jeolojik Oluumu...............................................................12


6/93

2.4. Boksitin Kullanm Alanlar...................................................................12

2.5. Boksit Kaynaklar.................................................................................13

2.5.1. Dnya boksit kaynaklar.............................................................13

2.5.2. Trkiye boksit kaynaklar...........................................................14

BLM 3.

KIRMIZI AMUR VE OLUUMU..........................................................................16

3.1. Alumina retimi...................................................................................16

3.1.1. Bayer prosesi...............................................................................17

3.1.1.1. Bayer prosesinin blmleri............................................19

3.2. Krmz amurun Oluum ve zellikleri..............................................233.2.1.Kimyasal bileimi........................................................................23

3.2.2. Minerolojik bileimi....................................................................24

3.2.3. Boksit artnn hacmi.................................................................24

3.3. Krmz amurun evreye Etkileri.......................................................25

3.4. Krmz amurun Deerlendirilmesi....................................................26

3.4.1.Krmz amurun inaat sektrnde kullanlmas........................28

3.4.2. Krmz amurun yol inaatnda ve hafif yap malzemesi

retiminde kullanlmas..............................................................29

3.4.3. Krmz amurun seramik retiminde kullanlmas....................30

3.4.4. Krmz amurun kimya sektrnde kullanlmas.......................30

3.4.5. Krmz amur ile ilgili yaplan dier almalar........................31

3.5. Krmz amurun ve Boksit Cevherlerinin Asidik Ortamdaki

znrlk almalar........................................................................33

BLM 4.

ZNME KNET..............................................................................................36

4.1. Snr Film Difzyonu............................................................................37

4.2. Arayzey Kimyasal Reaksiyonu...........................................................38

4.3. rn Katmanndaki Difzyon...............................................................39

4.4. Birden Fazla Admn Kontrol Ettii Kinetik fade...............................40

4.5. Aktivasyon Enerjisi...............................................................................40


7/93

BLM 5.

MATERYAL VE METOT.........................................................................................42

5.1. Numunelerin Temini ve Hazrlanmas..................................................425.2. Kimyasal Analizler...............................................................................42

5.2.1. SiO2 tayini ..................................................................................42

5.2.2. Al2O3 -Fe2O3 -TiO2 btnnn tayini.........................................43

5.2.3. Fe2O3 tayini................................................................................43

5.2.4. Al2O3 tayini.................................................................................44

5.2.5. TiO2 tayini...................................................................................44

5.2.6. CaO tayini..................................................................................445.2.7. Na2Otayini..................................................................................44

5.2.8. Kzdrma kayb............................................................................44

5.3. Kalsinasyon almalar.......................................................................45

5.4. znrlk almalar........................................................................45

5.4.1. znrlk zerine kat/sv orannn etkisi...............................45

5.4.2. znrlk zerine kartrma hznn etkisi .............................46

5.4.3. Kalsinasyon scakl ve sresinin znrle etkisi................46

5.4.4. Slfrik asit konsantrasyonunun znrle etkisi..................46

5.4.5. znme scakl ve sresinin znrle etkisi....................47

5.4.6. znme kinetiinin incelenmesi...............................................47

BLM 6.

DENEYSEL BULGULAR.........................................................................................48

6.1. Krmz amurun Kimyasal Analizi.....................................................48

6.2. Kalsinasyon almalar.......................................................................48

6.3. znrlk almalar........................................................................50

6.3.1. znrlk zerine kat/sv orannn etkisi...............................50

6.3.2. znrlk zerine kartrma hznn etkisi..............................51

6.3.3. Kalsinasyon scakl ve sresinin znrle etkisi................52

6.3.4. Slfrik asit konsantrasyonunun incelenmesi.............................53

6.3.5. znme scakl ve sresinin incelenmesi..............................55

6.3.5.1. Demirin znrlnn incelenmesi...........................556.3.5.2. Aluminyumun znrlnn incelenmesi.................56


8/93

6.4. Krmz amurda Demir ve Aluminyumun znme Kinetiinin

ncelenmesi...........................................................................................58

6.4.1. Demirin znme kinetii...........................................................58

6.4.2. Aluminyumun znme kinetii.................................................62

BLM 7.

SONULAR...............................................................................................................69

BLM 8.

TARTIMA VE NERLER.....................................................................................71

KAYNAKLAR...........................................................................................................73

ZGEM................................................................................................................78


9/93

SMGELER VE KISALTMALAR LSTES

k' : Gzlenen hz sabiti

% : YzdeoC : Santigrat derece

dk : Dakika

: Reaksiyona giren madde kesri

: Stokiometrik faktr

r : Yarap

ro : Balangtaki kat taneciin yarap

s : Saniye

T : Scaklk

t : Zaman

k : Hz sabiti

K : Kelvin

Kg : Kilogram

kJ : Kilojoule

L : Litre

m : Metre

mm : Milimetre

M : Molarite

mL : Mililitre

MSi : Silis modl

Mohs : Sertlik birimin : Mol says

N : Normalite

R : Gaz sabiti

R2 : Regrasyon sabiti

P : Basn

m : Mikrometre

A

: Arrhenius sabitiatm : Atmosfer basnc


10/93

cm : Santimetre

cal : Kalori

x : Uzaklk

A : Alan

() : zelti

(k) : Kat

AAS : Atomik Absorpsiyon Spektrometresi

ABD : Amerika Birleik Devletleri

BDT : Birleik Devletler Topluluu

MTA : Maden Tetkik Arama Enstits

USA : Amerika Birleik Devletleri

vb : ve benzeri


11/93

EKLLER LSTES

ekil 3.1. Bayer prosesi akm emas .......................................................................22

ekil 4.1. Kat-zelti arayzey konsantrasyon deiimi..........................................37

ekil 4.2. Bir kat taneciin reaksiyon esnasndaki kesiti.........................................39

ekil 6.1. Krmz amurun scaklk ve sreye bal olarak % arlk azalmas.......49

ekil 6.2. znrlk zerine kat/sv orannn etkisi..............................................50

ekil 6.3. znrlk zerine kartrma hznn etkisi............................................51

ekil 6.4. Kalsinasyon scaklna ve sresine bal olarak % znrlk

deiimi......................................................................................................52

ekil 6.5. H2SO4 konsantrasyonunun Fe2O3 znrlne etkisi............................53

ekil 6.6. H2SO4 konsantrasyonunun Al2O3 znrlne etkisi............................54

ekil 6.7. Scaklk ve sreye bal olarak Fe2O3 in % znrlk erileri...............56

ekil 6.8. Scaklk ve sreye bal olarak Al2O3 in % znrlk erileri...............57

ekil 6.9. Farkl scaklklarda Fe2O3 iin y=1-(1-)1/3 t grafii..............................59

ekil 6.10. Fe2O3 iin y=1-(1-)1/3 denklemine gre lnk-1/T grafii.......................60

ekil 6.11. Farkl scaklklarda Fe2O3 iin y= ln(1-) t grafii.............................61ekil 6.12. Fe2O3 iin y= ln(1-) denklemine gre lnk-1/T grafii.........................62

ekil 6.13. Farkl scaklklarda Al2O3 iin y=1-(1-)1/3 t grafii............................64

ekil 6.14. Al2O3 iin y=1-(1-)1/3 denklemine gre lnk-1/T grafii........................65

ekil 6.15. Farkl scaklklarda Al2O3 iin y= ln(1-) t grafii..............................66

ekil 6.16. Al2O3 iin y= ln(1-) denklemine gre lnk-1/T grafii.........................67


12/93

TABLOLAR LSTES

Tablo 2.1. Boksitin kimyasal bileimi..........................................................................5

Tablo 2.2. Boksitin silis modl (% Al2O3/ % SiO2) ile % Fe2O3 tenrne gresnflandrlmas..........................................................................................5

Tablo 2.3. Boksitin %Al2O3 ve % SiO2 oranna gre snflandrlmas......................10

Tablo 2.4. Demir ierii bakmndan boksitlerin snflandrlmas.............................10

Tablo 2.5. Dnya boksit rezervleri.............................................................................14

Tablo 2.6. Trkiye boksit rezervleri...........................................................................15

Tablo 3.1. Krmz amurun kimyasal bileimi..........................................................23Tablo 4.1. Farkl kinetik proseslerin karlatrlmas................................................41

Tablo 6.1. Orjinal krmz amurun kimyasal bileimi...............................................48

Tablo 6.2. 873 K 1 saat kalsine krmz amurun kimyasal bileimi..........................48

Tablo 6.3. Krmz amurun scaklk ve sreye bal olarak % arlk azalmalar.....49

Tablo 6.4. znrlk zerine kat/sv orannn etkisi..............................................50

Tablo 6.5. znrlk zerine kartrma hznn etkisi.............................................51

Tablo 6.6. Kalsinasyon scaklk ve sresine bal olarak krmz amurun %znrlk deerleri..................................................................................52

Tablo 6.7. Fe2O3 in znrlnn asit konsantrasyonuna gre deiimi...............53

Tablo 6.8. Al2O3 in znrlnn asit konsantrasyonuna gre deiimi..............54

Tablo 6.9. Scaklk ve sreye bal olarak Fe2O3 in % znme deerleri................55

Tablo 6.10. Scaklk ve sreye bal olarak Al2O3 in % znme deerleri..............57

Tablo 6.11. Scaklk ve sreye bal olarak Fe2O3 in deerleri.............................58

Tablo 6.12. Fakl scaklklarda Fe2O3 iin y=1-(1-)1/3 deerleri.............................59

Tablo 6.13. Fakl scaklklarda Fe2O3 iin k hz sabitleri ve regrasyon analizi..........60

Tablo 6.14. Fakl scaklklarda Fe2O3 iin y= ln(1-) deerleri..............................61

Tablo 6.15. Fakl scaklklarda Fe2O3 iin k hz sabitleri ve regrasyon analizi..........62

Tablo 6.16. Scaklk ve sreye bal olarak Al2O3 in deerleri..............................63

Tablo 6.17. Fakl scaklklarda Al2O3 iin y=1-(1-)1/3 deerleri.............................63

Tablo 6.18. Fakl scaklklarda Al2O3 iin k hz sabitleri ve regrasyon analizi..........64

Tablo 6.19. Fakl scaklklarda Al2O3 iin y= ln(1-) deerleri...............................66

Tablo 6.20. Fakl scaklklarda Al2O3 iin k hz sabitleri ve regrasyon analizi..........67


13/93

Tablo 6.21. Fe2O3 veAl2O3 iin aktivasyon enerjileri (Ea) ve R2 deerleri..............68


14/93

ZET

Anahtar Kelimeler: Krmz amur, znme Kinetii, Aluminyum, Demir, SlfrikAsit zeltisi

Bu almada, Etibank Seydiehir Aluminyum Tesislerinden temin edilen ve Bayerprosesi at olan krmz amurdan demir ve aluminyumun slfrik asitzeltisindeki znme kinetii incelenmitir. Kalsinasyon scakl ve sresi,kat/sv oran, kartrma hz, slfrik asit konsantrasyonu ve zndrme scaklve sresi deneysel olarak allmtr. Krmz amurun 873 Kde 1 saat sre ilekalsine edilmesinin ve 6 M slfrik asit zeltisi kullanlmasnn uygun olacabulunmutur. Scakln zndrme zerinde etkili olduu gzlenmitir. % 97,46Fe2O3 ve % 64,4 Al2O3 znrlklerine ulalmtr. Yaplan kinetikdeerlendirmeler sonunda demir ve aluminyum znmesinin arayzey kimyasalreaksiyon kontroll znme olduu bulunmu ve znme aktivasyon enerjileriFe2O3 iin 61,42 kJ/mol ve Al2O3 iin 7,39 kJ/mol olarak hesaplanmtr.


15/93

DISSOLUTION KINETICS OF IRON AND ALUMINIUM FROMRED MUD IN SULFURIC ACID SOLUTION

SUMMARY

Keywords: Red mud, Dissolution Kinetics, Iron, Aluminium, Sulfuric acid solution.

In this work, the dissolution kinetics of iron and aluminium from red mud, a wastefrom Bayer Process and obtained from Seydiehir Aluminium Factory, wereinvestigated in sulfuric acid solution. Calcination temperature and time, solid/liquidratio, agitation rate, sulfuric acid concentration and dissolution temperature and timewere studied as experimental work. As the optimum condition, calcinationtemperature and time were choosen as 1 hour at 873 K, and sulfuric acidconcentration was 6 M. It was found that temperature was very effective in thedissolution and the maximum dissolutions were 97.46 % for Fe2O3 and 64.40 % forAl2O3. Moreover, it was found that the dissolutions were controlled by interfacechemical reaction and activation energies were 61.42 and 7.39 kJ/mole for Fe2O3 andAl2O3, respectively.


16/93

BLM 1. GR

Aluminyum % 8 oranyla mineralleri halinde tabiatta en ok bulunan metal olarak

bilinmektedir. Element olarak bolluk srasnda ise oksijen ve silisyumdan sonra

gelmektedir [1]. Endstride demirden sonra en yaygn kullanm alanna sahip olan

aluminyum tabiatta ok deiik mineraller halinde bulunmaktadr [2]. Aluminyum

metalinin elektrik ve s iletkenlii, dk younluu, ince levha halinegetirilebilmesi, alamlarnn zelliklerinin tercih edilmesi, korozyona direnli olmas

nedeni ile kullanm alan ok genitir. Aluminyum metalinin retimi Al2O3 retimine

bal olmakta ve Al2O3 retimi ise en ekonomik olarak boksit cevherlerinden

yaplmaktadr [3]. % 50-60 Al2O3 ieren cevherler ilenmektedir. Boksit cevherleri

ierisinde bulunan dier maddeler TiO2, Fe2O3, SiO2 ile dk miktarlarda CaO,

Cr2O3, V2O5, Mn2O3, P2O5, ZnOdir [4].

Aluminyumun endstri alanna girmesi, insan tarihinin ilk zamanlarnda kefedilip

kullanlan dier metallere gre olduka yenidir. Element olarak aluminyum 1807ler

de H. Davy tarafndan bulunmu ve aluminyum tuzlarnn elektrolizi ile bir demir

aluminyum alam elde edilmitir. Daha sonra H. C. Oersted ve F. Whler

tarafndan farkl yollarla elementel aluminyum elde edilmitir. Bu konuda H. St. C.

Deville tarafndan yaplan almalar ile aluminyum retimi endstriye mal

edilmitir. Gnmzdeki aluminyum retim metodu 1886lar da P. L. T. Herault (Fr)

ve C. M. Hall (USA) tarafndan ortaya konmutur. Metodun esas kriyolit - alumina

(Na3AlF6 - Al2O3) banyosunun elektrolizine dayanmaktadr. Karmn erime

noktasn drmek iin aluminyum florr, kalsiyum florr gibi katk maddeleri

kullanlmtr. Bylece aluminyum retimi iin temel hammadde olarak alumina

nem kazanmtr. 1892lerde Karl. J. Bayer boksitin alkali ortamda yksek scaklk

ve basn altnda znrletirilebilmesinin prensiplerini ortaya koymutur. Bu

yntem halen Bayer metodu olarak kullanlr [4].


17/93

1990 ylnda dnyada aluminyum retimi 17.832.000 ton, 2001 ylnda 20,5 milyon

ton ve 2004 ylnda ise 24 milyon ton olmutur [5].

lkemizde aluminyum ile ilgili almalar 1960 dan sonra balamtr. Konya

Seydiehir blgesinde (Marta, Doankuzu) bulunan boksit rezervlerini ilemek

amacyla kurulan tesis 1974de retime gemitir [3].

Tesisler ylda yaklak 117 bin ton alumina kullanarak, 60 bin ton sv aluminyum

retebilecek kapasitededir. 1984 ylnda aluminyum retimi 36.000 ton/yl olarak

gereklemitir [4].

Dnyada aluminyum kullanm alanlarnn gittike artmas, dolayl olarak aluminaya

olan ihtiyac arttrmtr. retilen bir ton alumina veya 0,5 ton aluminyum metaline

karlk yaklak olarak bir ton kmz amur (kuru baza gre) meydana gelir. Baka

bir deyile de Bayer prosesi ile ilenen her ton boksitin yaklak olarak % 40

krmz amura gemektedir.

Krmz amurun tiksotropik, kolloidal yapkan zellikleri ve ayrca yksek nemierii, ok ince tane bykl (% 60 1 dan kk) ve bamsz mineral fazlarn

i ie gemi olmas, krmz amurun ilenmesinde bir dezavantaj olarak ortaya

kmaktadr [6].

Krmz amurun aluminyum retim endstrisinde nemli bir atk problemi haline

gelmesi amurun deerlendirilmesi iin ok sayda alma yaplmasna neden

olmutur. Krmz amurun deerlendirilmesi ile evre kirlilii nlenecek, depolamasorunu ortadan kaldrlacak, aluminyum retim maliyeti drlebilecek ve

metalurji, inaat ve kimya sektrne ekonomik katk salanabilecektir [4].

Krmz amurda % 30-60 Fe2O3, % 5-20 Al2O3, % 1-20 SiO2, % 1-10 Na2O, eser -

% 10 TiO2 bulunmaktadr. Krmz amur iinde demir, aluminyun ve titanyum

bileenlerinin kazanlmasndan sonra atk olarak kullanlmas daha ekonomik

olacaktr.


18/93

Krmz amurdaki demir, aluminyum ve titanyumun kazanlmasna ynelik li

almalar nemli olmaktadr. Bu almada krmz amurdan slfrik asit

zeltisinde li artlar ve znme kinetii incelenmitir.


19/93

BLM 2. BOKST VE ZELLKLER

Aluminyum retiminin balang hammaddesi aluminadr. Aluminann gnmzde

% 90dan fazlas boksit tipi cevherlerden elde edilmektedir. Aluminyumun boksitten

baka kaynaklar da vardr. rnein; baz killer ancak bu kaynaklar aluminyum

retimi iin yeterli olmadndan gnmzde sadece boksit tipi cevherlerden

yaplmaktadr [4].

2.1. Boksit ve Mineralleri

Yeryznde en ok bulunan metal olan ve ok eitli minerallere sahip olan

aluminyum, ekonomik adan daha ok boksit cevherlerinden yola klarak elde

edilmektedir. Boksit, adn Fransann Les Baux maden yataklarndan almaktadr.

Boksit cevherlerinin ana bileeni olan aluminyum hidratlar genel olarak Al2O3.2H2Oveya Al2O3.nH2O eklinde gsterilmektedir. Aslnda Al2O3 .2H2O molekl yapsnda

bir mineral yoktur. Boksit Al2O3.H2O ve Al2O3.3H2O moleklne sahip minerallerin

her ikisini de temsilen kullanlmtr [7].

Boksitin temel ierii olan aluminyum oksitler yannda demir, silisyum ve titanyum

oksitler de bulunur. Eser miktarda vanadyum, nikel, fosfor, inko elementlerini de

ierir [8].

Boksitlerin kimyasal bileimi genellikle ana bileenlerinin arlk yzde aral

olarak karakterize edilir ve Tablo 2.1de gsterilmitir [4].


20/93

Tablo 2.1. Boksitin kimyasal bileimi

Al2O3 : % 38 65

SiO2 : % 0,5 12

Fe2O3 : % 3 30

TiO2 : % 0,5 8

H2O : % 10 34

Boksitin kalitesi bir ok kritere gre tarif edilmitir. Fakat en ok kullanlan kriter

silis modl (% Al2O3 / % SiO2) ile % Fe2O3 tenrne gre snflandrlmadr ve

Tablo 2.3de gsterilmitir [6].

Tablo 2.2. Boksitin silis modl (% Al2O3/ % SiO2) ile % Fe2O3 tenrne gre snflandrlmas

% Al2O3 / % SiO2 = 20 Yksek aluminal cevher

% Al2O3 / % SiO2 = 10-20 Aluminal cevher

% Al2O3 / % SiO2 = 4-10 Silisli cevher (endstriyel cevher)

% Al2O3 / % SiO2 = 4 Yksek silisli cevher

% Fe2O3 = 25 ok demirli cevher

% Fe2O3 = 10 25 Demirli cevher

% Fe2O3 = 10 Az demirli cevher

Dnya alumina retiminin % 90 dan fazlas Bayer metodu ile gerekletiinden,

boksit rezervlerini snflandrrken bu proses teknolojisinin zellikleri dikkate alnr.

Bayer projesi ile ilenecek boksitlerin deerlendirilmesinde kullanlan iki ana kriter;

znebilen alumina ile reaktif ve kostikte znebilen silis bileenleridir. nceleri

% 5den fazla SiO2 ieren cevherlerin ilenmesi ekonomik grlmemekteydi, ancak

bugn iin teknolojinin seviyesi ve tehizat % 6,57 SiO2 ierikli boksitlerin bile

ekonomik olarak kullanlmasn mmkn klmaktadr.

Cevherde bulunmas gereken alumina miktarnn alt limiti dier faktrlere bal

olarak % 30 kabul edilebilmektedir. Ayrca boksitin silis modlnn 7 den byk

olmas gerekir [4].


21/93

MSi (Silis Modl): % Al2O3 / % SiO2

Boksitlerin kimyasal bileimi hibir suretle ayn olmayp, teekkl ettii mevkiye ve

meydana geldii kayaca gre deiir [4].

Boksit cevherleri, renk olarak toprak beyaz gri renkten krmz kahverengine kadar

deien renklerde bulunmaktadr. Ergime noktas 2093 K civarnda olan boksitin

sertlii 1 4 mohs, zgl arl 2,5 3,5 g/cm3 olarak verilmitir [9, 10].

Alumina ve hidratlar beyaz renklidir. Ancak boksit cevherlerinin renkli ve

renklerinin deiken olmas dier tali bileenlerden ileri gelmektedir. rnein demir

oksitlerinin oran yksek olduunda daha krmzms kahverengi boksit cevheri, az

olduunda ise daha beyaza yakn gri renkli boksit cevheri ile karlalmaktadr [9].

Boksit cevherleri ihtiva ettii alumina mineralleri bakmndan farkl

snflandrlmaya tabi tutulmutur. Bu adan boksit cevheri alumina (Al2O3), gibsit

(-Al2O3.3H2O), bhmit (-Al2O3.H2O) ve diasporit ( -Al2O3.H2O) aluminyum

oksit hidrat minerallerini bulundurabilmektedir. rnein, gibsit minerali bulunduranboksit cevherleri gibsitik boksit cevherleri olarak anlmaktadr [11].

2.1.1. Alumina

Aluminaya doada saf kristal olarak rastlamak mmkn olup, korund adn

almaktadr. Sentetik olarak hazrlanan alumina kristalleri ise aluminyum oksit olarak

adlandrlmakta, ancak her ikisi iin de alumina ismi kullanlmaktadr [1]. Safalumina beyaz renklidir, fakat farkl renklerde ortaya kmas eser miktarda dahi olsa

ierdii safszlklardan kaynaklanmaktadr. Krmz renkli doal alumina halk

arasnda yakut, mavi renkli olan ise safir olarak bilinmektedir [12].

Alumina oran yksek boksit cevherlerinde ya da korund olarak isimlendirilen

cevherlerde aluminyum oksit - Al2O3eklinde gsterilmi olup hegzagonal kristal

yapsna sahiptir. Bu kristal yapsndaki - Al2O3 tabiatta elmastan sonra en sertmineraldir. Sertlii 9 mohs olurken zgl arl 4,0 4,1 g/cm3 arasndadr [1].


22/93

Sentetik olarak elde edilen alumina, aluminyum metali eldesinde, seramik, refrakter

ve pigment retiminde, ayrca katalizr ve kimyasal katk maddeleri olarak

kullanlmaktadr. Kimyasal olarak elde edilen Al2O3 yksek scaklklarda kalsine

edildiinde formuna sahip, 9 mohs sertliindeki hegzagonal kristal yapsna

dnmektedir. Al2O3 n dier kristal yaps ise - Al2O3 olarak gsterilen

ortorombik sistemdir. Sertlii 8 mohs ve zgl arl 3,6 g/cm3 dir. Yine - Al2O3

1200 K scakl zerinde - Al2O3 yapsna dnmektedir [1,13].

2.1.2. Gibsit

Gibsit, forml Al(OH)3 veya -Al2O3.3H2O olarak gsterilmekte olup bazen

monoklinik ve bazen de hegzagonal sistemde kristallenen bir - alumina trihidrattr.

Sertlii 2,53,5 mohs ve zgl arl 2,3 3,4 g/cm3 arasnda deien bir boksit

cevheridir [12].

Gibsit; korund, nefelin ((Na,K)2O.Al2O3.2SiO2) veya feldispat (KAlSi2O8) gibi

aluminyumca zengin minerallerin bozunmasyla meydana gelen sekonder bir

mineraldir. Magmatik kayalarn hidrotermal deiimi ile olutuu dnlmektedir.

-Al2O3.3H2O mineralince zengin gibsitik boksitler stld zaman bnyesindeki

kristal suyunu kademeli olarak, farkl scaklk aralklarnda kaybetmektedir. Mevcut

mol kristal suyundan iki mol (2.1) reaksiyonuyla 583-603 K scaklk aralnda

geriye kalan bir mol suyunun byk bir ksm (2.2) reaksiyonuyla 803823 K

scaklk aralnda ayrld belirtilmektedir. 873 K scaklndan sonra, bir mol ok

daha az kalan kristal suyu ise geni scaklk aralnda ve uzun srede ayrlmaktadr

[1, 12].

- Al2O3.3 H2O -Al2O3.H2O + 2H2O H = 890 kJ / kg (2.1)

- Al2O3.H2O -Al2O3 + H2O H = 430 kJ / kg (2.2)

2 Al(OH)3 -Al2O3 + 3H2O H = 1320 kJ / kg (2.3)

- Al2O3 -Al2O3 (2.4)


23/93

Artan scakla bal olarak elde edilen gibsitin dehidratasyon rnleri farkldr. 603

K scaklnda bhmit ve - alumina karm, 823 K scaklnda byk oranda

- alumina ve 1203 K scakl zerinde (2.4) reaksiyonu ile gsterilen, kristal

yapsndaki dnm ile -alumina elde edilmektedir. Kristal suyunun ayrlmas

neticesinde gibsitik boksit cevherlerinin zgl yzey alan artmakta ve bu durum

kullanm alanlarn geniletmektedir [1, 12].

2.1.3. Bhmit

Bhmit, -Al2O3.H2O bileiminde bir - alumina monohidrat olup, zgl arl

3,0 3,2 g/cm3 ve sertlii 3,5 5,0 mohs civarndadr. Tabiatta genellikle demir

mineralleri ile kark kk kristaller halinde ortaya kan bhmit ortorombik kristal

sistemine sahiptir [14]. Krmz kahverengiden grimsi kahverengine kadar deien

renklerde grlmektedir [13].

Tabii olarak bulunan bir mineral olmasna ramen, gibsitin dehidratasyonu ile ara

rn olarak ele gemektedir. Bhmitik boksitler ( -Al2O3.H2O) 603 K zerindeki

gibsitik boksitlerin dehidratasyonu ile benzerlik gsterirler. 803 823 K scaklk

aralnda (2.2) reaksiyonuna gre dehidratasyonun byk bir ksm

gereklemektedir. Gibsitteki gibi daha yksek scaklkta ok az kalan kristal suyu

geni scaklk aralnda ayrlmaktadr. Gene (2.4) reaksiyonu ile gsterilebilen

kristal yapsndaki dnm sonunda (1203 K zerinde) - Al2O3 olumaktadr [1].

- Al2O3.H2O - Al2O3 + H2O H = 430 kJ / kg (2.2)

2.1.4. Diasporit

Diasporit minerali -Al2O3.H2O ( -alumina monohidrat ) yapsna sahip olup,

ortorombik kristallerden meydana gelmitir. Kimyasal bileimi itibariyle bhmite

benzemekte ancak kristal yaplanmas bakmndan farkllk gstermektedir. Esasnda,

diasporit bhmitin diyajenez ve hafif metamorfizma ile deimesinde meydana

gelmitir. Sertlii daha yksek (6,5 7,0 mohs) bir boksit minerali olan diasporit


24/93

tabii olarak korund ve zmpara ile birlikte dolomit ve granler kil talar veya

kristalize istler iinde yer almaktadr [3, 10].

Diasporit boksitler kalsine edildiinde bhmite benzer bir ekilde bnyesindeki

kristal suyunu 803823 K scaklk aralnda maksimum bir arlk azalmas ile

kaybeder. Daha yksek scaklklarda ise kalan % 5lik kristal suyu yava olarak

ayrlr. 823 K zerinde kalsine boksit cevheri byk oranda -Al2O3 ihtiva

etmektedir. Dier kalsine boksit cevherlerinde olduu gibi kalsine diasporitin yzey

alan artmaktadr [11].

2.2. Boksitte Bulunan Safszlklar

Tabiatta bulunan dier cevherler gibi boksit cevherleri gibsit, bhmit ve diasporit

minerallerinin dnda safszlk olarak belirtilen oksitleri ihtiva etmektedir. Bu

safszlklar alumina retimine etki ettii gibi dier kullanm alanlarnda da etkili

olmaktadr. zellikle znme esnasnda safszlklar asndan orijinal cevherin

zellikleri nemli rol oynamaktadr. Baz nemli safszlklar, silisyum oksitler, demir

oksitler, titanyum dioksit, kalsiyum oksit ve daha az olarak da fosfor, kkrt ve diermetal oksitler bulunmaktadr. Bu safszlklar yan rn asndan da nem

kazanabilmektedir.

2.2.1. Silisyum

Boksit cevherleri ierisindeki silisyum, kuvars ve kalsedon olarak bulunabilmektedir.

Serbest halde (SiO2) bulunabildii gibi kaolinit ve aluminaya bal olarak silikatlarhalinde de rastlanabilir. Boksit cevherlerinden alumina retimi amacyla bazik

zndrmelerde silisyum zeltiye geebilmekte ancak bu durum istenmemektedir.

Bundan dolay % Al2O3 ve % SiO2 oranlarna gre boksit cevherleri iin bir

snflandrma yaplm ve bu snflandrma Tablo 2.3.de verilmitir [1].


25/93

Tablo 2.3. Boksitin % Al2O3 ve % SiO2 oranlarna gre snflandrlmas

Yksek aluminal boksit

Aluminal boksit

Silisli boksit

Yksek silisli boksit

% Al2O3 / % SiO2 > 20

% Al2O3 / % SiO2 = 10 - 20

% Al2O3 / % SiO2 = 4 -10

% Al2O3 / % SiO2 < 4

Asidik zndrmede yalnzca atk olarak ayrlan silisyum oksitler, bazik

zndrmede aluminayla birlikte zeltiye geip, daha sonrasnda

(Na2O.Al2O3.2SiO2) sodyum aluminyum silikat eklinde tekrar kelerek zeltiden

kat faza gemektedir. Bu durum cevher iindeki silisyuma dikkatin ekilmesineneden olmaktadr [1, 4].

2.2.2. Demir

Boksit cevherleri iinde nemli bir bileen olan demir, hematit (Fe2O3), geotit

(Fe2O3.H2O), siderit (Fe2CO3), limonit (2Fe2O3.3H2O), manyetit (Fe3O4) ve pirit

(FeS2), olmak zere farkl mineraller halinde bulunmaktadr [11]. Demirminerallerinin cevher iindeki bulunma oranna gre, boksit cevherlerinin renkleri

deimektedir. Demir oran yksek boksit cevherleri Laterik boksit adn almakta ve

daha krmz renkli olmaktadr. Aksi takdirde demir orannn dk olduu cevherde

ise renk daha beyaza ve gri toprak rengine doru deimektedir. Gene demir ierii

bakmndan boksit cevherleri snflandrmaya tabi tutulabilmektedir ve bu

snflandrma Tablo 2.4te verilmitir [1, 9].

Tablo 2.4. Demir ierii bakmndan boksitlerin snflandrlmas

ok demirli boksit; % Fe2O3 > 25

Orta demirli boksit; % Fe2O3 = 10-25

Az demirli boksit; % Fe2O3 < 10

Boksit cevherleri eer bazik proseslerle zndrlerek ilenirse, demir bileenleri

ata gitmekte ve krmz amur olarak adlandrlmaktadr. Bu krmz amur baka


26/93

amalar iin deerlendirilebilmektedir. Asidik bir zndrme esnasnda demir

ierii byk oranda zeltiye gemektedir [1, 11].

2.2.3. Titan

Boksitlerde ortalama olarak % 1-5 arasnda bulunan titan, rutil (TiO2) ve ilmenit

(FeO.TiO2) mineralleri halinde ortaya kmaktadr. Boksit cevherlerinin

ilenmesinde bazik zndrme yaplrsa bir dereceye kadar znmekte ancak daha

sonra hidratlar halinde krmz amura gemektedir. zellikle rutil (TiO2)

yapsndaki titan yksek scaklklarda znr hale getirilebilmektedir. Asidik

proseslerde ise titan byk oranda zeltiye gemektedir [1].

2.2.4. Kalsiyum

Boksit cevherlerindeki kalsiyum oran ok deikendir. Ayn yatan farkl

ksmlarnda bile bu deikenlie rastlanmaktadr [11]. Ancak kalsiyum % 3 ve daha

az oranda bulunur. Cevher iinde kalsiyum kalsit, apatit, ankorit, alumina hidro

kalsit, dolomit, frankolit, jips, zeolit, sfen v.b. mineralleri halinde ortaya kmaktadr[1, 15].

2.2.5. Dier safszlklar

Boksit cevherlerinde silisyum, demir, titan ve kalsiyum mineralleri dnda ok az

olmak zere magnezyum, fosfor, kkrt, galyum, inko, krom, nikel ve mangan

elementlerine de rastlanmaktadr [15].

Magnezyum; kalsiyuma nazaran daha az bulunur. Boksitin tipine, ana kayaca ve yan

kayaca gre deiik miktarlarda bulunmaktadr [1].

Boksit iindeki fosfor, P2O5 olarak %3e kadar deiik deerlerde bulunabilmektedir.

Genellikle flor veya klor apatit ve aluminyum fosfatlar halinde ortaya kmaktadr

[16].


27/93

Kkrt tenr, yatan minerolojik tipine bal olarak deiir. Boksitteki kkrt,

bata pirit olmak zere kalsiyum demir ve aluminyum slfatlar halinde

bulunmaktadr. Vanadyum, boksit iinde ok az bulunmaktadr [11, 16].

2.3. Boksitlerin Jeolojik Oluumu

Boksit cevherleri, jeolojik oluumuna gre iki gruba ayrlmaktadr. Bunlardan

birincisi lateritik dieri ise karstik boksitlerdir. Lateritik boksitlere ayn zamanda

silikat boksitleri ad da verilmekte olup, silikat kayalarnn tropik koullarda

deimelerinden oluan bol hidrarjilitli boksitlerdir. Deiime urayan kaya bazik

boksit olduunda demir oran da yksek olmakta ve yalnzca laterit ismi

verilmektedir. Boksitin orijinini tekil eden ana kayata nce nefelinli feldisfatlar

yzeysel deime ile kaolinlemi, daha sonra zellikle tropik yamur tarafndan

silis, alkali ve toprak alkaliler ykanp giderken saf aluminyum mineralleri ise klcal

atlaklar yolu ile hafif asitli sular tarafndan yzeye tanmtr [1, 10].

Karstik boksitlerin oluumu ise asidik sularn kireta yzeylerden geerken

ntrallemeleri ile znm aluminyumun karstik boluklara kelmesi ileaklanmaktadr. Bu tr boksitlerin tipik yzey erozyonu gsteren kiretalarnn

yzeyinde bulunduu tespit edilmitir.

Laterik boksitler daha ok Amerika ktasnda rastlanrken, karstik boksitler zellikle

Akdeniz lkelerinde grlmektedir. Trkiye boksit yataklar ise karstik boksit

grubuna girmektedir [10].

2.4. Boksitin Kullanm Alanlar

Boksit cevherlerinin kullanm incelendiinde, cevher zelliinde direkt kullanm,

aluminyum bileikleri elde edilerek kullanm ve aluminyum metali retimi

yapabilmek amac ile Al2O3 retiminde kullanlr.

Aluminyum metali endstriyel olarak erimi Na3AlF6 + Al2O3 banyosunda elektroliz

ile gereklemesi ve zellikle Al2O3n saflnn srarla istenmesi Al2O3 retimini


28/93

nemli klmaktadr. Ekonomiklik ve ilenebilirlik zellikleri itibariyle boksit

cevherleri en nemli Al2O3 kayna olduu dnlrse, Al metali iinde boksit

cevheri nem arz etmektedir. Al metali, elektrik ve s iletkenlii, younluk,

korozyona direnci, ince levha haline getirilebilme ve ok sayda alam yapabilme

zelliklerinden dolay, inaat, kimya, gda, ulam, elektrik, elektronik, ambalaj ve

muhtelif eya yapmnda kullanlabilmektedir [1, 17].

Boksit cevherlerinden gerek direkt olarak ve gerekse Al2O3 retilerek aluminyum

bileenleri elde edilebilmektedir ve bu bileikler de zelliklerine gre ok farkl

alanlarda (kimya, tarm, ila sanayi v.b.) kullanlmaktadr. Ancak cevherin,

aluminyum bileeni ile beraber dier safszlklar da ihtiva ettii kullanm alanlar da

vardr. Adsorpsiyon zelliklerinin gelitirilmesi ile ya ve eker retiminde renk

giderici madde olarak kullanm alan bulunmaktadr. Refrakter tula, imento

retiminde kullanld gibi, baz n bileenler ile abrasiv olarak zmpara kad ve

zmpara ta yapmnda da kullanm sz konusudur [1, 18, 19].

2.5. Boksit Kaynaklar

2.5.1. Dnya boksit kaynaklar

Dnya boksit rezervleri grnr muhtemel ve mmkn olmak zere toplam 34.666

milyar ton civarnda olduu ve bu deerin farkl kaynaklara gre % 20 deiebildii

anlalmtr [12].

Dnya boksit rezervinin iletilebilir olan 29.2 milyar tonluk miktarna karlk,retim ylda 120 milyon ton seviyesine ulat bilinmektedir. Buna gre, mevcut

kapasitelerle, iletilebilir rezervlerin yaklak 240 yl yeterli olaca kesindir. Dnya

iletilebilir cevherlerin 12.645 milyar tonu Afrika, 7.583 milyar tonu Amerika, 4.656

milyar tonu Asya, 3.883 milyar tonu Okyanusya ve 405 milyar tonu ise Avrupa da

bulunmaktadr. Buna gre Afrika % 43,3 iletilebilir boksit cevheri potansiyeli ile

birinci srada yer almaktadr [6].

Dnya boksit rezervlerine ait bilgiler Tablo 2.5de gsterilmitir [6].


29/93

Tablo 2.5. Dnya boksit rezervleri (milyar ton )

lke Toplam Rezerv % lenebilir Rezerv %

Gine 10.700 30.9 9.095 31.2

Brezilya 5.624 16.2 4.780 16.4Avustralya 4.200 12.1 3.570 12.2

Hindistan 1.716 5.0 1.459 5.0

Kamerun 1.500 4.3 1.275 4.4

in 1.290 3.7 1.097 3.8

Jamaika 1.200 3.5 1.020 3.5

Endonezya 1.069 3.1 909 3.1

Gana 900 2.6 765 2.6

Guyana 610 1.8 519 1.8

Mali 560 1.6 476 1.6

Surinam 500 1.4 425 1.5

Trkiye 427 1.2 66 0.2

Yunanistan 420 1.2 357 1.2

ABD 250 0.7 213 0.7

BDT 870 2.5 740 2.5

Dier lkeler 2830 8.2 2406 8.3

Toplam 34.666 100 29.172 100

2.5.2. Trkiye boksit kaynaklar

lkemiz aluminyum sanayinin kuruluu ve boksit potansiyelinin aratrlmas 1960l

yllarda MTA tarafndan yaplmtr. Buna gre, Trkiye toplam boksit rezervinin

430 milyon ton olduu tahmin edilmektedir [12].

Trkiyedeki iletilebilir birinci ncelikli rezervler, Seydiehir Akseki yresinde

35,5 milyon ton, Mula Milas yresinde 19,5 milyon ton olmak zere toplam 55

milyon ton seviyesindedir. Ayrca, ZonguldakKokaksu, TufanbeyliSaimbeyli

yrelerindekilerle birlikte bu deer 67,5 milyon ton dzeyine kabilmektedir. Bu

deerlerle Trkiye Dnya boksit potansiyelinin iletilebilir rezerv asndan sadece

% 0.2sine sahiptir. Mevcut kapasitesiyle Etibank Seydiehir Aluminyum Tesisleri

tek ve nemli aluminyum ve alumina retim tesisleridir. Bu tesislerSeydiehir-Akseki boksit rezervlerini deerlendirmek amac ile kurulmutur [6, 12].


30/93

lkemize ait eitli blgelerdeki boksit trleri, rezerv miktar, ile % Al2O3 ve % SiO2

miktarlar Tablo 2.6da gsterilmitir [1].

Tablo 2.6.Trkiye boksit yataklar

Blgesi Boksit tr Rezerv(x103 ton) % Al2O3 % SiO2

Seydiehir Bhmitik 27.296 52-56 5-10

Antalya - Akseki Bhmitik 15.229 50-62 4-10

Antalya - Alanya Diasporitik 9.007 45-60 8-20

Adana - Saimbeyli Diasporitik 11.500 50-52 8-11

Zonguldak - Kokaksu Bhmitik 9.280 41-51 8-18

Mersin Ayranc -

Bolkarda

Diasporitik 3.930 55-58 3-8

Hatay - Payas Demirli 69.720 18-30 15-24

Gaziantep -slahiye Demirli 145.800 30-46 9-22

Isparta - Yalva Demirli|-Diasporitik 115.585 30-40 17-25

Mula Milas - Bafa Diasporitik 16.708 45-60 4-8

Mula Milas - Yataan Diasporitik 6.005 45-58 4-10


31/93

BLM 3. KIRMIZI AMUR VE OLUUMU

3.1. Alumina retimi

Alumina retimi iin kullanlan yntemleri ana grupta toplamak mmkndr.

a)Asidik yntemler

Bu yntemle elde edilen alumina saf deildir. Ayrca ok pahal cihazlar

gerektirdiinden ve kullanlan asidin geri kazanlmas ok zor olduundan ekonomik

deildir.

b)Elektrotermik yntemler

Bu yntemde ok fazla elektrik enerjisi tketimi sz konusudur. Ayrca retilen

alumina yeterli saflkta olmadndan uygulama alan pek yoktur.

c) Bazik yntemler

Gnmzde yaygn olarak kullanlan bu yntemde boksit, s ve basn altnda

NaOH veya Na2CO3 ile reaksiyona tabi tutulur ve sodyum aluminat zeltisi elde

edilir. Cevherdeki demir, titanyum ve kalsiyum oksitler bazik zelti ile reaksiyona

girmezler ve kalnt olarak kalrlar. Silika ise ksmen reaksiyona girer ve sodyum

aluminyum silikat bileii oluturur. Dolays ile cevherin silika ieriine bal

olarak bir miktar alkali ve alumina kayb sz konusudur. Bu nedenle bazik

yntemlerde cevherin silis modl (MSi = % Al2O3 / % SiO2) ok nemlidir. Dk

silikal cevherler iin Bayer prosesi, yksek silikal cevherler iin


32/93

Deville Pechiney prosesi olmak zere iki tip bazik yntem dnya da yaygn

olarak kullanlmaktadr. Bunlara ek olarak birde Bayer prosesi ile Spekani (Sinter)

prosesinin birlikte tatbik edildii Kombine prosesi mevcuttur [6].

Karl Josef Bayerin 1888 ylnda boksitten alumina retimi zerine alm olduu

patentten bu yana Bayer prosesi, alumina elde edilmesinde kullanlan neredeyse tek

yntem haline gelmitir [20].

Krmz amur, Bayer prosesi ile alumina retimi srasnda oluan atktr. retime

giren boksit cevherlerinin yaklak % 35 - 40 krmz amur olarak ata gemekte

ve daha sonra ykanarak atk barajna pompalanmaktadr [6].

3.1.1. Bayer prosesi

1887 ylnda Karl J. Bayer tarafndan gelitirilmi olan bu proseste, boksit cevherleri

yksek scaklk ve basn altnda sodyum hidroksit zeltisi ile zndrme yaplr

ve aluminyum ierii zeltiye alnr. Bu zeltinin scakta bir sre daha

tutulmasyla zeltinin desilikasyonu salanr. Bu yntemdeki kimyasal olaylar srasile (3.1), (3.2), (3.3) ve (3.4) reaksiyonlar ile gsterilmitir. Bylece cevher

yapsndaki aluminyum ve silisyum zeltiye alnmaktadr [1, 4].

Al2O3.3H2O(k) + 2NaOH() 2NaAlO2() + 4H2O(s) (3.1)

Al2O3.H2O(k) + 2NaOH() 2NaAlO2() + 2H2O(s) (3.2)

2SiO2 (k) + 4NaOH() 2Na2SiO3 () + 2H2O(s) (3.3)

Bu zndrme reaksiyonlar gerekletikten sonra istenmeyen bir durum olarak

(3.4) reaksiyonu gereklemekte ve bir miktar znm aluminyum bazik ortamda

silisyum ile birlikte geri kmektedir. ken Na2O.Al2O3.2SiO2 (sodyum aluminyum

silikat) ile birlikte cevher iindeki aluminyum ata gitmektedir. Bu nedenle, boksit

cevherinin snflandrlmas silis ierii bakmndan da yaplmaktadr.

% Al2O3 / % SiO2 orannn 7den kk olmamas istenmektedir [1].

2Na2SiO3 () + 2NaAlO2 () + 2H2O Na2O.Al2O3.2SiO2 (k) + 4NaOH() (3.4)


33/93

Bayer prosesi sonucunda, sodyum aluminat zeltisinden ayrlan ve bu znmeyen

sodyum aluminyum silikatlar yannda ana bileenler olarak demir ve titan oksitleri de

ieren bu kat atk bunlarn yannda tesise beslenen boksitlerin yapsna bal olarak

kalsiyum, magnezyum, vanadyum, galyum, zirkonyum, nadir toprak elementleri vs

gibi elementleri ok daha dk oranlarda da ierir. Bu kat atk ierdii demir

oksitten ileri gelen krmz rengi nedeniyle krmz amur olarak adlandrlr [4].

retilen bir ton alumina veya 0,5 ton aluminyum metaline karlk yaklak olarak bir

ton krmz amur (kuru baza gre) meydana gelir. Baka bir deyile de Bayer

prosesi ile ilenen her ton boksitin yaklak olarak % 40 krmz amura

gemektedir. Giderek artan aluminyum metali retiminde krmz amur bu

endstrinin en nemli atk problemidir. nemli miktarda kostik soda ve aluminyum

kaybna neden olduu gibi ierdii kostik nedeniyle gne nda ve kuruyan

krmz amurlarn rzgarla havay kirletmesi gibi nedenlerle evresel sorunlara da

sebep olmaktadr. Byk miktarlarda aa kan bu amurun depolanmas da ayr

bir problemdir [4]. Birka alumina fabrikasnda krmz amur kurallara uygun olarak

deniz altnda depolanr. Krmz amur atlnda ok rastlanan bir metotta karadasetli geirgen olmayan bir alanda havuzlamaktr. Bir sre sonra, gllenmi saha

grsel kirlenmeyi gidermek iin yeniden eklenebilir [21].

J. K. Bayer tarafndan bulunan ve patenti alnan bu proses, dnyada en ok kullanlan

bir proses olup yksek kaliteli alumina retir. Bayer prosesinin temelini tekil eden

prensibi, boksitteki sulu aluminyum oksitlerin kostik soda ve scaklk ile deiken

olarak znmeleridir [4].

Bu prosesin ana reaksiyonu yledir.

Al(OH)3 + NaOH NaAl(OH)4 (373 K) (3.5)

znm alumina, 90-150 g/L Na2O ieren dk kostik konsantrasyonlu aluminat

zeltilerinden, 318-348 K gibi dk scaklklarda kristalize edilerek ayrtrlr [4].


34/93

3.1.1.1. Bayer prosesinin blmleri

Bayer prosesi drt ana blmden olumaktadr.

a) Boksit hazrlama

Boksit, alumina fabrikasna ya madenden karld gibi ya da ykanp kurutulduktan

sonra sevk edilir. Boksit nce bir elekten geirilerek iindeki byk talar ve iri

safszlklar atlr. Boksitin sertliine bal olarak, krma ilemi ile para bykl

yaklak 50 mm ye indirilir. Boksitin tlmesi her alumina fabrikasnda ya

metotla kuvvetli zelti kullanarak yaplr ve 300 1000 g/L kat ihtiva eden bir pulp

meydana getirilir. Yine sertlie bal olarak kapal veya ak devre olarak alan

eitli deirmenler kullanlr.

b) znrletirme

Silisin rn kalitesindeki ve s transferindeki zararl etkilerini azaltmak amacylatmeyi takiben bir desilikasyon ilemi yaplr. 373 K scaklkta ve 610 saat

bekleme sresi iinde silis zndrlerek sv fazn sodyum aluminyum silikat

halinde kmesi salanr [4].

Ham pulp n stclarda stldktan sonra, otoklavda basn altnda (36 atm) ve

indirekt buharla (508 K) stlarak reaksiyona sokulur. Burada boksitteki alumina,

sodyum aluminat olarak sv faza geer ve dier bileikler, zellikle demir, titan vekalsiyum oksitler kat halde kalr. znrletirme zaman 40 50 dakikadr [4, 6].

Otoklav pulpunun basnc ok kademeli bir fla sistemiyle (seperatrler) atmosferik

basnca drlr. kan buharlar pulpun n stmasnda ve proses zeltisinin bir

ksmnn stlmasnda kullanlr [4].

Seyreltme kartrclarnda ise zeltinin konsantrasyonu, kmeyi kolaylatracak

deere ayarlanr ve zelti krmz amur ktrme tanklarna gnderilir. Alumina


35/93

zeltiye alndktan sonra geri kalan kat faza krmz amur denir ve karmak bir

sodyum aluminyum silikat ile demir oksitten oluur [6].

c) Krmz amurun ayrlmas

Fla edilen pulp, kristalizasyon iin gereken Na2O konsantrasyonuna seyreltilir,

sonra krmz amurun aluminat zeltisinden ktrme ile ayrld ktrclere

beslenir. ktrc alt akm olarak 200 500 g/L kat ihtiva eden krmz amur

pulpu elde edilir. ktrmeye yardmc olmak ve ince krmz amur tanelerinin

skln temin etmek iin eitli tabii veya sentetik flokulantlar kullanlr. ktrme

ileminden sonra alt akmdan alnan krmz amur, ters akml ykama sistemi ile

ykandktan sonra atk barajna pompalanr [4, 6].

Krmz amur pulpulun sv fazndan kostik ve aluminann geri kazanlmas sonraki

ilemlerin ana hedefidir. Ancak bu ilemler krmz amur iin seilen depolama ve

deerlendirme metotlarna uygun biimde gerekletirilir.

Krmz amur depolanmasnn ve ileminin ekonomisi tm tesisin ekonomisi iindenemli bir faktrdr ve fizikokimyasal zelliklerinin nemli lde etkisi altndadr

[4].

d) Alumina eldesi

Bu blmde ileme hazr hale getirilen aluminat zeltisi alama hidratyla

[Al(OH)3] kartrlp dekompozrlere (soutma) gnderilir. Burada oluan hidrolizolay sonucu aluminyum hidroksit kristalleri elde edilir. Bu rn ktrlp zayf

zeltiden ayrlr, ykanr ve filtre edilir. Filtre edildikten sonra 1273 1473 Kde

dner frnlarda kalsine edilir.

Dekompozrlerdeki hidroliz prosesi sonucu Al(OH)3 kristalizasyonu (3.6)

reaksiyona gre olur ve reaksiyon tersinirdir.


36/93

Na2O.Al2O3 () + 4 H2O 2 NaOH () + 2 Al(OH)3 (k) (3.6)

Buharlatrma blmnde devreye zorunlu olarak giren sularn zeltiden ayrlmas

veya kostik zeltinin rejenerasyonu ve soda ayrm (devrede varsa) ilemi yaplr.

Ayrca buharlatrma ilemi srasnda ortaya kan scak sular kazan dairesinde ve

eitli kademelerde kullanlmak zere blmlere gnderilir.

Elde edilen hidrat 50 150 m uzunluunda 2 5 m apnda ve % 1 2 eime sahip

dner frnlarda 1273 1473 K arasnda kalsine edilerek fiziksel nemi ve kristal suyu

uurularak aluminyum metalinin temel retim maddesi olan alumina elde edilir

[4, 6].

Saf aluminyum ise elektroliz metodu ile elde edilir. Elektroliz hcresi karbon ile

astarlanm bir elik kaptan ibarettir. Anot karbondur. Elektroliz esnasnda katotta

erimi aluminyum retilirken anotlar okside olarak CO2 meydana getiriler. Hcrenin

kendisi katot grevi grr [5].

Al2O3 + 3/2 C 2Al + 3/2 CO2 (3.7)

Bayer prosesinin akm emas ekil 3.1de verilmektedir [12, 22].


37/93

ekil 3.1. Bayer prosesi akm emas

Krma

tme (ya)

Desilikasyon ven stma

Is ve basn altndaznrletirme

Seyreltme ve

desilikasyon

Krmz amurunayrlmas

Filtrasyon(sellz filtre)

Dekompozisyon(soutma)

Kristallendirme(ktrme)

Filtrasyon ve ykama

Kalsinasyon

Hidrat

BOKST

Sud kostik

Kire

Koaglant(un)

Kostifikasyon

Sodannktrlmesi

Buharlatrma

Artkzelti

Ykama

suyu

Krmzamur Ykama

Alama

Krmzamur baraj

ncekristaller

Alumina


38/93

3.2. Krmz amurun Oluum ve zellikleri

3.2.1. Kimyasal bileimi

Krmz amurun kimyasal ve minerolojik bileimi boksitin ayr

kompozisyonlarndan ve uygulanan teknolojiden etkilenir. Boksitlerin

znrletirilmeleri srasnda toplam aluminann % 7693 kadar aluminat

zeltisinde sv faza geer. Boksitteki silis, sodyum aluminat zeltisiyle reaksiyona

girerek eitli kompozisyonlardaki sodyum aluminyum silikatlar halinde kat faza

geer ve boksit artnn temelini oluturur. Boksitin dier ana bileenleri, rnein

demir ve titanda kat fazda kalrlar. Ayrca galyum, vanadyum, fosfor, nikel, krom,

magnezyum gibi boksitte az miktarda bulunan dier safszlklarda boksit artnda

bulunur [21].

Boksit artnn iki ana bileeni Na ve Ca genellikle boksitte bulunmayp arta

teknolojik ilemler sonucu, ksmen desilikasyon reaksiyonuyla, ksmen

znrletirme katk maddesi veya ksmen de sinterletirilecek karmn bileeni

olarak geerler.

Boksit artnn kimyasal bileimi ok deimektedir. Bayer prosesinde oluan

krmz amurlarn ana bileenlerinin kimyasal kompozisyon aral Tablo 3.1de

verilmitir [4].

Tablo 3.1. Krmz amurun kimyasal bileimi

Bileikler Miktar (%) (Kuru bazda)

Fe2O3

Al2O3

SiO2

Na2O

TiO2

CaO

Kzdrma Kayb

30 60

5 20

1 20

1 10

eser 10

2 8

5 15


39/93

3.2.2. Mineralojik bileimi

Krmz amurun minerolojik bileimi ksmen boksitin deimeyen fazlarndan,

ksmen de ani oluan fazlarda ya da proses teknolojisi srasndaki kontroller srasnda

tayin edilir. Yeni mineral fazlarn oluumuna en iyi rnek silisin aluminat

zeltisiyle yapt reaksiyondur. Bu reaksiyonla; scaklk, kostik konsantrasyonu,

reaksiyon zaman, kat bileenler ve miktarlar, zeltideki safszlklar gibi teknolojik

parametrelere bal olarak deien kompozisyonlarda sodyum aluminyum silikatlar

aadaki formle gre meydana gelir.

OX.nH).Na.2SiOOO.Al3(Na 222322 [burada

22

42

3 AlO,OH,Cl,SO,CO:X ]

Belli artlarda boksitteki TiO2 de aluminat zeltisiyle reaksiyona girerek deien

kompozisyonlarda sodyum titanatlar meydana getirmektedir. Demir bileenleri,

Bayer zeltisinde kat fazda bulunur. Boksitlerde gtit formunda bulunan demir

bileeni genellikle krmz amurun kme ve filtrasyon ilemlerine olumsuz ynde

etki eder. Krmz amur ileme tehizat, rnein ktrcler, ykayclar, filtreler,

hematit tipi boksitlerin amur tehizatna nazaran daha byk tutulmaldr. Buda

yatrm maliyetini ve iletme maliyetini ters ynde etkiler. Bu durumda

znrletirme ilemine CaO, slfatlar, klorrler gibi katk maddeleri ilave edilir.

Kontrol edilen artlar altnda gtit hematit haline dnr ve sonu olarak amurun

kme ve filtrasyon karakterleri iyileir [14, 21].

3.2.3. Boksit artnn hacmi

Alumina proseslerinden kan boksit artklarnn miktar deimekte, boksit

kalitesine ve proses teknolojisine bal olmaktadr. 1 ton kalsine aluminaya e deer

krmz amur miktar iin karakteristik bir katsay vardr. En az krmz amur

Surinam boksitlerinin ilenmesi srasnda kmaktadr. Rapor edildiine gre 0,3

ton / ton aluminadr. Seydiehir krmz amurlar iin bu oran 0,6 1 arasndadr.

eitli kalitede boksit ileyen ve farkl proses teknolojileri uygulanan dnya aluminatesislerinden kan krmz amurlarn ortalama miktar dnldnde 1 ton


40/93

alumina iin karlacak krmz amur miktar 1 ton olmaldr. Krmz amurlarn

younluklar 2,7 3,2 ton/m3 arasndadr. Krmz amurun ykanmasnda ama sv

fazda bulunan kostik ve alumina gibi deerleri geri kazanmaktr [4].

3.3. Krmz amurun evreye Etkileri

Krmz amurun ekonomik olarak ilenmesi konusunda eitli metotlar bulunmu

ancak imdiye kadar pratik bir zm gelitirilememitir. Bu yzden proses art

olan krmz amur faydasz bir atk olarak grlmekte ve depolanmas her yerde

evresel sorunlara yol amaktadr. Alumina fabrikalar krmz amurlar baraj olarak

isimlendiren gl tipi alanlarda depolamakta, ancak depolama metotlar fabrikadanfabrikaya deimekte ve ou evreye zarar vermektedir. Krmz amur kolloidal

yaps nedeni ile bol miktarda su ierir. Bu haliyle barajlarda depolanan atk, rzgarn

ve eitli doa olaylarnn etkisiyle, evreye tanr. erdii alkali ve mikron boyutlu

partikller (1m 2 mm arasnda deiir) nedeniyle evre sal konusunda endie

uyandrmaktadr [21].

Kirlenmenin dier bir etkisi de tozlanmadr. Yazn kuruyan tozlar rzgarla uarakhavay kirletmekte ve alkali ierii sorunu bytmektedir. Bu sorun yeniden

yeillendirme veya periyodik sulama ile nlenmelidir [22].

Son yllarda evre kontrol hizmetlerinin gz ard edilemeyecei ve btnyle ele

alnmas gerektii aka grlmektedir. Yaadmz atmosferin kirlenmesi; yer

kabuunda, su ve hava da yer alan proseslerin zelliklerinin bilinmesiyle ve kar

tedbirler alnmak suretiyle kontrol edilebilir. Bu tr dnce ekli alumina retimi ve

zellikle krmz amur depolama sorununun zm iinde benimsenmelidir.

Krmz amurun teknolojide ve depolamadaki davranmn tayin eden

karakteristikleri, proses teknolojisinden ziyade boksitin kalitesiyle belirlenir.

Bununla beraber, eitli znrletirme katk maddelerinin ilavesiyle, zayf kme

ve sklk zellikleri gsteren krmz amurlarn elde edildii baz boksitlerin

teknolojik davranmlarnda nemli gelimeler kaydedilmitir. Ayn gelimeler

depolama alannda da mevcuttur ancak henz ispat edilememitir.


41/93

Birka alumina fabrikasnda krmz amur kurallara uygun olarak deniz altnda

depolanr. Krmz amur atlnda ok rastlanan bir metotta karada setli geirgen

olmayan bir alanda havuzlamaktr. Bir sre sonra, gllenmi saha grsel kirlenmeyi

gidermek iin yeniden eklenebilir. Krmz amur kullanmlar iin eitli aratrma

ve gelitirmeye byk bir aba harcanm olmasna ramen bunlarn hibiri ticari

bazda nemli miktardaki kullanma mit vermemektedir [21].

Denizde depolama sorunu yalnzca ekonomi bazna gre halledilemez. Deniz dibi

test sonularna gre dipteki depolama sahasnn uzun bir sre sonunda biyolojik

dengeyi olumsuz ynde etkileyip etkilemedii konusunun detayl olarak aratrlmas

gerekmektedir [23].

Krmz amurla ilgili olan evresel sorunlarn en kkl zm yolu amurun

deerlendirilerek ortadan kaldrlmasdr [22]. Bunun neticesi olarak miktar

azalaca iin kirlenme zerindeki etkisi de zayflayacaktr [23].

3.4. Krmz amurun Deerlendirilmesi

Krmz amurun deerlendirilmesi zerine ok sayda almalar yaplmtr. Bu

almalar;

-Krmz amurdaki birden fazla bileenin deerlendirildii prosesler,

-Krmz amurdaki bir tek bileenin deerlendirildii prosesler,

-Krmz amurun deiik alanlarda deerlendirilmesi zerine prosesler,

-Krmz amurun susuzlandrlmas ve evre etkilerinin azaltlmas zerine olanprosesler eklinde sralanabilir.

Krmz amurun % 90nn 10 mikronun altnda tane boyutuna sahip olmas,

deerlerin kazanm asndan gravitasyonel, magnetik ve boyutsal ayrmalarn etkili

olmad nceki almalarda saptanmtr [22].


42/93

Krmz amurun toplu deerlendirilmesini hedef alan sinter ya da izabe yntemiyle

pik demir retimi ve crufun ilenmesi yolu dnda pek ok deerlendirme

seenekleri vardr. Bunlarn balcalar krmz amurun,

-Atk su ve gaz artm iin adsorban,

-Vanadyum ieren konverter cruflarnn ykseltgen kavrulmasnda inert katk

maddesi,

-Kauuk endstrisinde dolgu maddesi,

-Andrc,

-Seramik yer karosu pigmenti,

-imentoya katk maddesi,

-Yapay agregat ham maddesi,

-Kmrn svlatrlmasnda katalizr,

-Radyoaktif atklarn giderilmesinde ham madde,

-Karayolu yapmnda yatak malzemesi,

-Hafif inaat malzemesi ve s izolasyon malzemesi olarak,

-Ekilebilir toprak slahnda kullanmlardr.

ok eitlilik gsteren bu uygulama alanlarnn ortak zellikleri, krmz amurun

ierdii btn deerlerin bir arada kazanmna olanak vermemeleridir. Bu nedenle

son yllarda giderek nem kazanan zm ekillerinden biri, krmz amuru sinter ve

izabe ilemleriyle pik demire indirgeyerek demiri kazanmak, izabe srasnda crufa

geen alumina, sodyum oksit, titan dioksit, zirkonyum, uranyum, toryum ve nadir

toprak metallerini li ilemi, hidrolitik ktrme, klorinasyon, kristalizasyon ve

sv sv ekstraksiyonu gibi eitli yntemlerle elde etmektedir. Saylan bu maddeleralndktan sonra crufun li art gbre, imento vb. yapmnda kullanlmaktadr.

Krmz amurdan ncelikle demir ve aluminyum deerlerinin kazanm iin nde

gelen iki yol; karbon kire soda sinterleme prosesi ve kokkire ta ile yaplan

elektrik ark frn izabe prosesidir. Bu proseslerin yatrm maliyetlerinin ve enerji

tketimlerinin yksek olmas bir dezavantajdr. Krmz amurun mevcut demir

yataklarnn ierdii demir tenrnden (% 50) daha dk demir tenrne sahip

olmas ve proseslerin sahip olduklar dezavantajlar nedeni ile krmz amurdaki


43/93

demir bileeninin eldesi ynndeki almalar bugn iin ekonomik deildir. Dnya

hammadde kaynaklarnn devaml azalmas krmz amuru deerli maddelerin elde

edilebilecei alternatif bir kaynak olarak srekli gndemde tutmaktadr.

Krmz amurun deerlendirilmesi; evre kirliliinin nlenmesi, depolama sorununu

ve maliyetini drmesi, ok eitli uygulama alanlarna alternatif bir hammadde

kayna olmas asndan byk nem tamaktadr. Gelitirilen pek ok proses

ekonomik olmad iin uygulama imkan bulamamsa da aratrmalar halen

srmektedir [22].

3.4.1. Krmz amurun inaat sektrnde kullanlmas

imentolar kalitelerine bal olarak az veya ok miktarlarda Fe2O3 iermektedir.

Klasik imento retim yntemlerinde Fe2O3 % 12 pirit sinteri ilavesiyle

yaplmaktadr. imentonun iine az miktarda krmz amurun ilave edildii deiik

almalar yaplmtr.

Katayama ve Horiguchi imento iine % 120 orannda krmz amur ilavesi yapmve imentonun donma hznn arttn grmtr. Akma hz ise azalmaktadr.

imentolarda atlama ve deformasyon olmamaktadr. % 15 krmz amur

ilavesiyle imentonun sertlii ilk 91 gnde % 5 azalmakta, 1 yl sonunda ise tekrar

% 5 artmaktadr. Daha fazla miktarlarda krmz amur ilavesiyle sertlik

azalmaktadr. Katayama ve Horiguchi slfroz asitle ve karbonik asitle muamele

edilmi krmz amuru imento iine ilave etmilerdir. Krmz amurun az miktarda

ilavesiyle donma hzlanmakta, %5in zerindeki ilaveler ise donmaygeciktirmektedir. Krmz amurun % 1020 arasnda ilavesiyle imentolarn sertlii

azalmaktadr.

Katayama ve Horiguchinin bir Japon patentinde, krmz amur SO2 ile bir saat

muamele edilmi bylece Na2O ve Al2O3n bir ksm zeltiye alnmtr. Kat

ksm kurutulmu ve tlmtr. Bundan portland imentosuna % 2 ilave edildii

zaman imentonun 3. ve 7. gnden sonra sertlii % 46 ve % 36 artmtr.


44/93

Satalkin ve Solntseva, gunite harlarnn ilk sertlemesini salayacak hzlandrclar

arasnda (% 0,55 miktarnda) krmz amur veya krmz amur, NaF, CaO

karmlarn da kullanmtr.

Bir Japon firmas krmz amuru % 30 nem ierecek ekilde szm ve imento

retiminde 1 ton imento iin 30 45 kg krmz amur kullanmtr [24].

3.4.2. Krmz amurun yol inaatnda ve hafif yap malzemesi retiminde

kullanlmas

Krmz amurun ziraata elverili topraklarn gelitirilmesinde kullanlabilecei,

ancak byle bir uygulamann krmz amurun tama masraflar nedeni ile

olmayaca belirtilmektedir.

Krmz amur yol inaatnda dolgu maddesi olarak ok iyi bir ekilde kullanlabilir.

Vaw (GFR) ile Building Material Research Instit birlikte 1972ye kadar bu ekilde

30.000 m2 deneme yolu ina etmitir.

Baka bir almada krmz amurun % 40 45 dikalsiyum silikat ierii nedeni ile

yaptrc zelliine sahip olduu, ayrca yksek sktrlabilme, dk geirgenlik

ve yksek imentolama zelliklerine sahip olduu belirtilmekte, ayn zamanda uzun

sre bekletmenin zelliklerini etkilemedii ve ehirler aras yol inaat iin tavsiye

edilmektedir [24].

Krmz amurun hafif yap malzemesi ve s izolasyon maddesi retimindekullanlmas amac ile baz almalar yaplmtr. Krmz amurdan tula yapm

teknii zerinde ilk kez Almanyada allmtr. Metot, bir tula fabrikasnda

yllardan beri uygulanmaktadr. Tulalarn mukavemeti normal yollarla

yaplanlarnkinden fazla olup, yksek binalarn inaatnda bile

kullanlabilmektedir [25].


45/93

Yalnz krmz amurun nakliyesi bir para sorun olmaktadr. Tauber ve arkadalar

krmz amurla killi isti kartrp piirmek suretiyle iyi kaliteli tula

retmilerdir [24].

Krmz amurun tane boyutu ve ierdii faz oluturan bileiklerde dikkate alnarak,

bu atn yap malzemesi olarak kullanlabileceinden yola klarak yaplan

almalarda krmz amurun tek bana veya katk malzemeleriyle birlikte tula,

kiremit ve seramik malzeme retimine uygunluu aratrlmtr [26].

3.4.3. Krmz amurun seramik retiminde kullanlmas

Krmz amurun kimyasal analizinde bulunan ve sinterleme sonras cams faz

oluturan SiO2, CaO, Na2O gibi oksitleri iermektedir. Bu zellik krmz amurdan

salam yapl seramik yaplabileceini gstermektedir. Yksek orandaki amorf

malzemenin mukavemeti drecei dnlebilir, fakat amorf hematit stma ve

soutma aamalarnda kristallenir.

Krmz amurun seramik retiminde deerlendirilmesi amacyla yaplan biralmada, kurutulmu ve 1mmlik elekten elenmi numuneden zel kalp

kullanlarak dikdrtgen prizma eklinde ve 5x10x60 mm ebatlarnda ubuklar

hazrlanmtr. ubuklar hidrolik preste 32 kg/cm2 basnta ve oda scaklnda

preslenmitir. Bu ekilde hazrlanan ve etvde 105 oCde bir gece bekletilen

numuneler elektrik stmal frna konulmutur. Frnn saatte 300 oC art hz ile

istenen scakla ulamas salanmtr. Piirme scakl 950-1150 oC arasnda

50

o

C lik aralklarla deitirilmitir. Elde edilen sonular numunenin basmamukavemetinin 1050 oCye kadar deimediini bu scaklktan itibaren

mukavemetinin hzla artarak 90-135 MN/m2 arasnda deitiini gstermektedir [27].

3.4.4. Krmz amurun kimya sektrnde kullanlmas

Krmz amurun gazlardan ve svlardan S, SO2, H2S giderilmesi ilemlerinde gaz

temizleme maddesi olarak ve sulardan arsenik giderilmesinde kullanlmas amacyla

yaplan almalarda vardr.


46/93

Kauuk endstrisinde krmz amurun dolgu maddesi olarak kullanlmas ile ilgili

almalar da gerekletirilmitir.

Fanke ve dierlerinin yapt bir almada 1 kg krmz amurun kurutulduktan

sonra 6,35 kg % 6,3luk sulu HCl ile 90oCda 30 dakika sreyle stlmtr. Meydana

gelen atktan stma ile Fe2O3 pigmenti hazrlanmtr. Pigmentin szlerek

ayrlmasndan alumina, silikat ve az miktarda Fe2O3 ieren filtrat ise 110oCde

kurutulmu ve tlerek kauukla kartrlm ve glendirilmi kauuk

retilmitir.

Krmz amur ile doymam poliesterler, stiren ve sisal elyafndan polimerizasyon

ile fiziksel zellikleri kuvvetli bir malzeme Yuan H. C. ve dierleri tarafndan 60 CO

radyasyonu ile hazrlanm ve bu malzemenin boru yapmnda, depo kaplamasnda

vs. kullanlabilecei sylenmitir.

Krmz amurun boya sektrnde pigment olarak kullanlmas ile ilgili aratrmalar

yaplm olup ayrca az miktarda endstriyel bir uygulamadan da bahsedilmitir.

Krmz amurun yksek su ve alkali ierii pigment olarak kullanlmasnda birdezavantaj olmaktadr. Ramanuyan krmz amurun ok iddetli olmayan koullarda

daha deerli olan kurun krmzs yerine korozyonu nleyici boyalarda kullanlma

olasln arttrmtr. Krmz amurun astar olarak ve st boya formlleri ve

kullan ile ilgili tavsiyeler yaplmtr. Krmz amurun kimya sektrnde baka bir

uygulama alan da atk sularn artlmasnda kullanlmasdr [24].

3.4.5. Krmz amur ile ilgili yaplan dier almalar

Krmz amurlarla ilgili almalar yukarda saylanlarla snrl deildir. Gerek

krmz amurun daha deiik alanlarda kullanlmas, gerekse krmz amurdan

bileenlerinin geri kazanlmasnda kullanlacak farkl yntemler ile ilgili almalar

devam etmektedir [6].

Gaz temizleyici pastas (Lux-paste) da yine krmz amurdan yaplmaktadr. Bir

Alman firmas, krmz amur kullanarak su temizleme ilemi iin floklant retimi


47/93

zerinde almtr. Ferriflac diye bilinen bileik demir ve aluminyum slfatlardan

oluur. Pozitif ykl yksek molekll metal hidroksit kompleks bileikleri,

katklarn negatif ykl molekllerini yakalayarak sudan ayrr. Yksek titan ihtiva

eden krmz amurlarn ilenmesiyle pigmentler retilebilir. Ayrca krmz amur

kullanlarak adsorplayc, katalistlerin retimi ile ilgili aratrmalar gelime

safhasndadr [28].

Fosfatik maden cevherinden kaolin amuru ve krmz amur gibi mineral

amurlarnn suyunu karmak zerine yaplan bir almada, amurlarn sular sv

bir karm veya acrilamid polimer ktrc, topaklatrc emlsiyon eleman ve

mikro fiber katk maddeleri eklenerek karlmtr. ok abuk bir ekilde bu

amurlarn sular karlm ve % 25-35 kat malzeme elde edilmitir. Bu malzeme

tekrar ilenerek % 60 kat hale getirilebilir.

Boksitler ve olduka kark birlemi kil talar, ssal ilemde ve organoaluminyum

bileikli ilemden sonra etilenin polimerizasyonundan dolgu ve katalizr olarak

kullanlabilirlii belirlenmitir. Krmz amur, asidik iyon deitirme ileminden

sonra olduka etkili dolgu ve katalizr olmaktadr.

Krmz amurdan manyetik demir konsantresi hazrlama ile ilgili bir almada

demir mineralleri slak ve titreimli bir meyilde manyetik ayrtrma ile krmz

amurdan ayrtrlmtr. Krmz amur, % 13 Fe2O3 ieren piirilmi boksitin

Bayer ilemine tabi tutulmas ile elde edilmitir.

Krmz amura svlatrlm yatak kmr kl ilavesi ile ekillendirme, sinterleme,srlama ve sr tabakalarnn piirilmesi ile suni mermer imali yaplmtr.

Krmz amur dolgulu PVC retimi ile ilgili yaplan bir almada zel

kompozisyon, 150-170 oC altnda % 70-75 orannda PVC, % 20-25 orannda krmz

amur ve % 5-10 orannda plastikletiricinin kartrlmas ile hazrlanmtr. Krmz

amur partikllerinin karma bir diren salad tespit edilmitir.


48/93

Krmz amur altn cevherlerinin hazrlanmasnda da kullanlmtr. Altnn

siyanrizasyonunda bir pH modifikatr olan boksit atk krmz amurunun rlatif

etkinlii aratrlmtr. Sonuta krmz amurun altn madeni cevherinin pHsn

modifiye etmekte ok etkili olduu grlmtr. Altn ihtiva eden bir krmz amur

kolaylkla ayrtrlabilir [24].

3.5. Krmz amurun ve Boksit Cevherlerinin Asidik Ortamdakiznrlk almalar

Boksit cevherlerinin asidik zeltiler iindeki zndrme almalar, dk tenrl

ve yksek silisli boksit cevherlerinin deerlendirilmesi amacyla yaplmaktadr.

Bazik proseslerdeki silisyum bileeninin znme sonrasnda tekrar ken

Na2O.Al2O3.2SiO2 den ileri gelen problemin asidik proseslerde olmamas dikkate

deer bulunmutur. Bylece yksek silisli ve dk tenrl boksit cevherlerinin ve

hatta dier aluminyum cevherlerinin kullanlmasna imkan veren asidik prosesler

aratrma konusu olmutur. Ayrca asidik zndrme sonrasnda ksa yoldan farkl

aluminyum bileiklerinin (AlCl3 ve Al2(SO4)3 gibi) ve demir bileiklerinin (FeCl3 ve

Fe2(SO4)3 gibi) elde edilebilmesi, ayrca aluminyum bileikleri kalsinasyonunun

Al2O3 retimine imkan vermesi asndan asidik almalar nem kazanmtr

[29, 30].

Cohen ve Adjemian tarafndan 1979 ylnda yaplm olan bu almada; aluminyum

cevheri HCl ve H2SO4 zeltileri karm kullanlarak zndrme yaplmtr. Ele

geen zeltide HCl gaz doyurularak soutma sonrasnda AlSO4Cl.6H2O kristalleri

ayrlm ve 873 K zerine kmayan bir kalsinasyon ile Al2O3 retimi

gerekletirilmitir. alma artlarnda % 40-60 konsantrasyonunda H2SO4 zeltisi

ile atmosferik basnta ve 5 saatlik srede kaynatlarak zndrme yaplmtr [31].

eitli aluminyum kaynaklarndan alumina retimi amacyla yksek scaklkta

kalsine edilen cevherler % 30luk H2SO4 zeltisiyle muamele edilmitir. Elde edilen

zeltinin kurulua kadar buharlatrlp kalsinasyonu ile ve tekrar zndrlmesi

ile saf alumina retilmitir [29].


49/93

Deriik H2SO4 kullanlan bir almada 373 K civarnda yaplan znrlk

almalarnda aluminli ist, kil, alum ta ve boksit kullanlarak cevher iindeki

mevcut aluminyum oksidin % 95 orannda ekstrakte edilebildii belirlenmitir [30].

Az miktarda diasporit ihtiva eden bhmitik boksitlerden alumina retimi iin yaplan

bir almada, cevher nce % 15lik slfrik asit zeltisiyle atmosferik basnta ve

kaynama noktasna yakn scaklkta 2 saat sre ile zndrlerek demir oksitler li

edilmitir. Cevherdeki aluminann byk bir ksm % 30luk H2SO4 zeltisiyle

basn altnda daha yksek bir scaklkta ikinci bir ilemle zndrme yaplmtr.

% 99,75 saflktaki Al2O3 % 85 verimle elde edilmitir [32].

Krmz amur numunesi zerinde yaplm bu almada krmz amurun

hidroklorik asit zeltisindeki znrl incelenmitir. Buna gre; uygun asit

konsantrasyonunun 6M, gerekli kalsinasyon scaklnn 1173 K, optimum

zndrme sresinin 3 saat olduu tespit edilirken demir bileenin % 97 ve

aluminyum bileenin % 52,2 civarnda znme olduu grlmtr [4].

Rand tarafndan abrasiv alumina retimi amacyla yaplm bir almada boksitcevherleri H2SO4 ile muamele edilmi ve ele geen zeltiden Al2(SO4)3 ayrlarak,

SO3 ve alumina vermek zere 1283 K scaklnda ve sonra da alumina vermek zere

1623 1823 K scaklnda kalsine edilmitir. Kullanlan % 35 H2SO4 zeltisi ile

378 K scaklnda zndrme yaplmtr [33].

Yang ve Ready tarafndan yaplm olan US patentinde 75 78 g Al2O3, 8 16 g

Fe2O3, 7 9 g silika, 4 g TiO2 ihtiva eden 200 g boksit cevheri 20 g H2SO4 ihtivaeden deriik asit ile kartrlarak paslanmaz elikte nce buharlatrma ve sonra da

823 K de kalsinasyon yaplmtr. Elde edilen rn kolonlara doldurularak AlCl3

mevcudiyetinde alkil benzenlerin adsorpsiyonu incelenmitir [34].

Sutyrin tarafndan yaplm olan bu almada dk tenrl kaolinli, gibsitik

boksitler 823 K de kalsine edilmi, 150 g/L konsantrasyonundaki HNO3 zeltisi ile

basnl ortamda ve 433-473 K scaklnda li edilmitir. % 85 civarnda bir verim


50/93

elde edilerek ele geen Al(NO3)3 zeltisinde hidrolitik keltme ile aluminyum

ayrlmtr [35].

Kasliwal tarafndan li ortamnda yaplan bir almada krmz amurdaki

aluminann % znrl zerine, kavurma zaman ve scakln etkisi

aratrlmtr [36].

Vachon ve arkadalar tarafndan yaplan aratrmada; slfrik asit, sitrik ve okzalik

asit karmlar kullanlarak krmz amurun kimyasal liingi ile aluminyum

% 96snn geri kazanlabildii grlmtr [37].

E. ayan ve M. Bayramolu tarafndan yaplan bir almada H2SO4 ile krmz

amurda bulunan titanyum li edilmitir. TiO2 nin elde edilmesinde scakln, li

sresinin, asit konsantrasyonunun, katsv orannn ve kartrma zamannn etkili

olduu grlmtr [38].

almalarn devamnda, titanyumun slfrik asit liinde utrasound gcnn etkisi

aratrlmtr. TiO2, Al2O3 ve Fe2O3 n eldesinde utrasound gc, scaklk, li sresi,asit konsantrasyonu ve kat sv oran etkileyici parametreler olsada, asit

konsantrasyonu ve scaklk TiO2nin li edilmesinde en nemli faktrdr. Utrasound

kullanldnda TiO2nin kazanlmasnda % 20 art gzlenmitir [39].


51/93

BLM 4. ZNME KNET

Kimyasal reaksiyonlar genel olarak homojen ve heterojen olmak zere iki gurupta

incelenebilmektedir. Homojen reaksiyonlar tek bir fazda meydana gelirken, heterojen

reaksiyonlar birden fazla fazda gereklemektedir. Cevher znme reaksiyonlar

kat sv veya kat gaz sv fazlarnda cereyan etmekte olup heterojen reaksiyon

zellii gstermektedirler. Katsv znme reaksiyonlarna rnek olarak

cevherlerin asit, baz veya tuz znmesi verilebilirken kat sv gaz heterojen

znme reaksiyonlar iin bir sv zc ile kartrlmasndan sonra Cl2, SO2 ve

bunun gibi gazlarn sspansiyona gnderilerek yaplan almalar gsterilebilir [1].

znme reaksiyonlarnn kinetik incelemesinde reaksiyon hzn kontrol eden

olaylar aadaki ekilde belirtilmitir [40, 41].

a) Kat tanecik evresindeki akkann oluturduu film iinden reaktifin difzyonu(Snr film difzyonu)

b) Akkan ve kat arasndaki arayzey kimyasal reaksiyonu (Arayzey kimyasalreaksiyonu)

c) Reaksiyon rnnn oluturduu gzenekli kat ve akkann oluturduu filmiinden reaktif ve rnlerin difzyonu (rn faz difzyonu)

Bir znme reaksiyonunda snr film difzyonu, arayzey kimyasal reaksiyonu veya

rn faz difzyonu kinetik adan btn znme olaynda etkili olabilmektedir.

Difzyon fiziksel bir olay olup znme esnasnda daha dk aktivasyon enerjisi

gerektirirken arayzey kimyasal reaksiyonu ise daha yksek aktivasyon enerjisi

gerektirmektedir [41, 42].


52/93

4.1. Snr Film Difzyonu

Difzyon, bir faz iinde konsantrasyonun eit olma eilimini gsteren bir prosestir.

Kat-zelti ortamlarda kat yzeyindeki zelti faznda, konsantrasyon fark

oluabilmektedir. ekil 4.1de kat-zelti arayzey konsantrasyon deiimi

verilmitir [40]. ekil 4.1den de anlald zere katya daha yakn yerde daha

dk konsantrasyon ve uzakta daha yksek konsantrasyon olabilmektedir. Bu

konsantrasyon farkndan dolay difzyon sz konusudur.

ekil 4.1. Kat-zelti arayzey konsantrasyon deiimi

Snr film difzyon kontroll reaksiyonlar iin genel kinetik ifade (4.1) ile

gsterilmitir. Buna gre, ; reaksiyon boyunca reaksiyona giren maddelerin

dnm kesrini, k ; gzlenen hz sabitini, t; zaman ifade etmektedir.

1-(1-)1/3 = k.t (4.1)

Bu durumda zc konsantrasyonu (C), yksek konsantrasyonlar iin sabit olup,

yine sabit kresel taneciin balang yarap (r0) dikkate alnarak31)1(1 ile t

arasnda izilecek grafikler lineer olacak ve bu grafik eimleri ise k' gzlenen hz

sabitlerini verecektir [11, 40].

Bir katnn znmesi srasnda kat taneciin sahip olduu geometri ekline (dz

levha, kresel, silindirik ve kbik) gre reaksiyon boyunca alan (A) deikenlik

gsterebilmektedir. Difzyon kontroll reaksiyonlar iin deiik tanecik yapsna

gre tretilmi kinetik ifadeler (4.2-6) denklemleri ile gsterilmitir [11, 40, 42].


53/93

Dz levha ; tk'2 = (tek boyutlu difzyon) (4.2)

Silindirik, tel ; r)(Ltk')1(1 21

>>= (4.3)

Silindirik ; r)(Ltk')1(1 31

== (4.4)

Kresel ; tk')1(1 31= (4.5)

Kbik ; tk')1(1 31

= (4.6)

4.2. Arayzey Kimyasal Reaksiyonu

Kresel geometriye sahip bir kat ile akkan arasndaki kimyasal olayn arayzeyreaksiyon kontroll kinetik ifadesi (4.7) eitlii ile gsterilebilir.

1-(1-)1/3 = k.t (4.7)

Bu kinetik ifade tretilirken katnn kresel geometriye sahip, akkan reaktife gre

birinci mertebe reaksiyon, akkan konsantrasyonu sabit ve katnn taneciin

balang yarap sabit olduu gz nne alnmtr.

Grld gibi snr film difzyonu kontroll reaksiyonlarn kinetik ifadesi ile

arayzey kimyasal reaksiyon kontroll reaksiyonlarn kinetik ifadesi matematiksel

olarak benzerdir. Ancak farkllk aktivasyon enerjilerinde ortaya kmaktadr. Snr

film difzyon kontroll reaksiyonlarn aktivasyon enerjileri daha dktr. Dier

taraftan difzyon kontroll kinetikte kartrma veya ak hz etkili olurken,

arayzey kimyasal reaksiyon kontroll kinetikte scaklk etkili olmaktadr [43, 44].

Akkann reaktife gre birinci mertebe reaksiyon olduu gz nne alndnda,

bununla ilgili kinetik ifade (4.8) ile gsterilebilir.

-ln(1-) = k.t (4.8)


54/93

4.3. rn Katmanndaki Difzyon

Baz kat-akkan reaksiyonlarda reaksiyon sonunda kat rn oluabilmekte veya

baz kat bileenler reaksiyona girmeden geriye kalan bir tabaka oluabilmektedir. Bu

tabaka reaksiyona girmemi ksmdan ayrlmadan kaldnda reaksiyon hzn

etkilemektedir. Bu tabaka iinden reaktif ve rnlerin difzyonu etkili olmaktadr.

Bu kat rn veya reaksiyon vermeyen bileenlerin oluturduu tabaka gzenekli bir

yapya sahipse reaktif ve rnlerin difzyonu pek az bir direnle karlarken,

gzeneksiz olduunda difzyona kar nemli bir diren sz konusudur. Kat rn

tabakasnn meydana geldii bir proses reaksiyonun herhangi bir an iin kat

taneciin kesiti ekil 4.2de verilmitir [42, 45].

ekil 4.2. Bir kat taneciin reaksiyon esnasndaki kesiti

rn katmannn olutuu bir kat-akkan reaksiyonda rn tabakasnda reaktif ve

rnlerin difzyonu btn bir prosesin hzn kontrol edebilir. Bu durumda kat

taneciin balang yarap (r0) sabit olup, reaksiyona girmemi ksmn yar ap

reaksiyon esnasnda deikendir. Bundan dolay oluan rn katman kalnl olan

(r0-r) deeri de deiken olacaktr. Bu durum dikkate alnarak rn katmanndaki

difzyon iin kinetik ifadeler genel olarak (4.9) ve (4.10) denklemi ile verilebilir.

Snr film

rn katman

Reaksiyona girmeyen

ksm

r0

r


55/93

[1-(1-)1/3]2 = k.t (4.9)

1-2/3-(1-)2/3 = k.t (4.10)

4.4. Birden Fazla Admn Kontrol Ettii Kinetik fade

Bir kat-akkan reaksiyonunda reaksiyon hz snr film difzyonu, arayzey

kimyasal reaksiyonu ve rn katman difzyonunun birlikte kontrol ettii prosesler

iin verilen kinetik ifade denklem (4.10) ile gsterilmitir.

tr

3VC)(11k1)(1

321

2D'r3

Dx

0

31

s

320

s

=

+

+

(4.10)

Burada, Ds zeltideki difzyon katsays, D' kat rn katmanndaki difzyon

katsays, ks arayzey kimyasal reaksiyonu hz sabiti, stokiometrik faktr, r0 kat

taneciin balang yarap, V molar hacim, C konsantrasyon, x uzunluk ve

dnm kesri olarak tanmlanmtr [42].

4.5. Aktivasyon enerjisi (Ea)

Kat-akkan reaksiyonlarnn aktivasyon enerjilerini hesaplamak mmkndr.

Uygun kinetik model ve kinetik denklem kullanlarak k hz sabitleri

bulun

ur. Bulunan bu k hz sabitleri ve Arrhenius denklemi (4.11) yardmyla

reaksiyonun aktivasyon enerjisi hesaplanabilir.

RT

Ea

Aek

= (4.11)

Bunun iin, (4.11) denkleminin tabanna gre logaritmas alnr ve lnk-T

1grafiinin

eiminden aktivasyon enerjisi hesaplanr.

RT

EalnAlnk = (4.12)


56/93

Aktivasyon enerjisi asndan reaksiyon kinetii incelendiinde, aktivasyon enerjisi

difzyon kontroll proseslerde dk olurken, arayzey kimyasal reaksiyon kontroll

proseslerde daha yksektir. Difzyon kontroll proseslerde aktivasyon enerjisi

Ea 25 kJ/mol olduu literatrde belirtilmitir [46, 47].

Genel olarak znme kinetii deerlendirilmesinde snr film difzyonu, arayzey

kimyasal reaksiyonu ve rn katman difzyonu kontroll prosesler iin karlatrma

Tablo 4.1de yaplmtr [47].

Tablo 4.1 Farkl kinetik proseslerin karlatrlmasSnr film difzyonu Arayzey kimyasal reaksiyonu rn katman difzyonuKartrma hz etkili Kartrma hz etkisiz Kartrma hz etkisizEa <

kirmizi camurdan demir ve aluminyumun sulfurik asit cozeltisindeki cozunme kinetigi dissolution...

Documents