Çaldağ Tipi Lateritik Cevherlerin Nikel Kazanım Yöntemleri
Lateritik cevherler genel olarak magnezyum ve silikaca zengin garnierit cevherleri ya da demirce zengin limonit cevherleri şeklinde bulunurlar. Dolayısı ile nikel zenginleştirmenin ana amacı, nikeli demir ve magnezyumdan ayırmaktır. Bu amaçla başlıca iki yöntem uygulanmaktadır:
- Pirometalurjik Yöntemler (ergitmeye dayalı)
- Hidrometalurjik Yöntemler (çözündürmeye dayalı)
Hem pirometalurjik hem de hidrometalurjik aşamaları içeren Caron prosesi de nikel ekstraksiyon yöntemlerinden biridir. Hidrometalurjik yöntemler ise iki ana başlıkta incelenebilir:
- Yüksek Basınç-Sıcaklık Asit Liçi (HPAL)
- Atmosferik Liç (AL)
Garnierit türü cevherler, yüksek nikel ve magnezyum içerikleri nedeniyle pirometalurjik yöntemlerle kazanılırlar. Demirce zengin olmalarına karşılık nikel açısından fakir olan limonitik cevherler ise hidrometalurjik yöntemlerle değerlendirilirler. Hem pirometalurjik hem de hidrometalurjik aşamaları içeren Caron prosesi de nikel ekstraksiyonu için kullanılmaktadır.
Ergitme Yöntemi
Nikelin elektrikli fırınlarda demirle birlikte redüklenerek ferro-nikel alaşımı halinde ya da sisteme kükürt katılarak nikel matı olarak elde edilmesi başlıca ergitme yöntemleridir. Lateritik cevherlerden endüstriyel çapta ilk nikel üretimi 1889’da Yeni Kaledonya’da bulunan zengin garnierit cevherlerinden mat eldesi şeklinde başlamıştır. Genel olarak %70–80 nikel içeren matın üretimi, hala Yeni Kaledonya, Japonya ve Rusya gibi ülkelerde ve INCO tarafından geliştirilmiş yeni bir yöntemle Guatemala ve Endonezya da uygulanmaktadır. Bununla birlikte, 1950’lerde başlayan ferronikel üretimi, bugün lateritik cevherlerden ergitme yolu ile yapılan üretimin çoğunluğunu oluşturmaktadır. Yeni Kaledonya, Japonya, Amerika Birleşik Devletleri, Yunanistan, Brezilya, Kolombiya ve Dominik Cumhuriyeti ferronikel üretimi yapılan başlıca ülkelerdir.
Ferronikel üretiminde, cevher bir döner fırında, fuel oil ya da doğal gaz kullanılarak kurutulur ve yapısındaki suyun uçurulması için 900–1000 oC’de kalsine edilir. Kalsine edilmiş sıcak cevher, indirgenmesi için gerekli olan kömür ya da kok ilave edilerek elektrik fırınına verilir. Bu fırın, cevherin metale indirgenmesinin ve indirgenmiş metalin ergimesinin gerçekleştiği ortamdır. Çalışma sıcaklığı 1550 oC olan fırında, nikelin tümü ve demirin %60-70’i indirgenerek %25 nikel içeren ferronikel alaşımı oluşturulur. Demirin geri kalanı ile cevherdeki magnezyum ve silika curuf olarak ayrılır. Bu şekilde üretilen kaba ferronikelden öncelikle soda külü kullanılarak, kükürt curuf olarak ayrılır. Daha sonra karbon, silikon, krom ve fosfor gibi istenmeyenlerin ayrılması için ferronikel bir dönüştürücüye (konverter) aktarılır. Burada hava üflenerek istenmeyen bileşenler oksitlenerek ya gaz şeklinde (karbon monoksit) ya da curuf olarak ayrılır. Rafine ferronikel ingotlar halinde dökülerek satışa sunulur.
Mat üretimi de, ferronikel üretimi gibi döner fırın-elektrikli fırın-konverter kullanımına dayanmaktadır. Başlıca farklılığı, döner fırında indirgenmiş cevhere kükürt ilave edilerek demir ve nikelin sülfit formuna geçmesi sağlanır. Elektrikli fırında ise metal sülfitleri içeren mat, oksit formundaki bileşenleri içeren curuftan ayrılır. Ham matın içeriği %30–35 nikel, %50–60 demir ve %9–12 kükürttür. Konverterde hava üflenerek demir oksitlenir ve ürün olarak %77–78 nikel, %0.5–0.6 demir ve % 21–22 kükürt içeren nikel matı elde edilir.
Ferronikel üretiminde kullanılan elektrikli fırınlar günde birkaç bin ton kapasiteli olabilirler ve ton başına yaklaşık 400–500 kilovat-saat enerji harcarlar. Bunun anlamı, Çaldağ’da sadece elektrik fırınında yılda 1–1.25 milyar kWh enerji harcanması demektir. Bu enerji, en yakın santral olan Soma-B termik santralinin kurulu kapasitesi olan 6,435 milyar kilowat-saat’in beşte biridir. Bu da santralin yıllık yakıt kapasitesi olan 8 milyon 212 bin ton linyit kömürünün 1 milyon 642 bin tonuna karşılık gelmektedir. Bu miktarda yakıtın yanması sonucu oluşacak olan CO2 ve SO2 emisyonlarına, döner fırında kullanılacak olan yakıttan oluşacak olanlar da eklenmelidir.
Yüksek miktarlarda gaz salınımına neden olmasının yanı sıra, aşırı enerji sarfiyatından dolayı, Türkiye gibi pahalı enerji kullanan ülkelerde ferronikel üretimi düşük tenörlü cevherler için uygun değildir. Halihazırda kurulu olan tesislerin kabul ettiği nikel alt tenörleri, normal de %1,3’ün üstünde olup nikel fiyatlarının tepe yaptığı 2007 ortalarında bile %1,2’nin altına düşmemiştir. Ayrıca, ergitme yöntemi ile cevher içerisindeki kobaltın kazanımı da çok az ya da hiç olmadığı için, kobaltın yan ürün olarak kazanımı avantajı da ortadan kalkar.
Caron Yöntemi
1920’lerde Caron tarafından geliştirilen ve 2. Dünya Savaşı döneminde Küba’da uygulanmaya başlayan bu yöntemde ergitme ve hidrometalurji birlikte uygulanır. Yüksek demir içeren limonit cevherleri için uygundur.
Caron yönteminde cevher, nemi %2-3’lere düşürülecek şekilde kurutulup 75 mikronun altına öğütülür ve nikel ve kobaltın indirgendiği, demirin ise oksit formda bırakıldığı indirgeme kavurmasına tabi tutulur. Selektif indirgeme için sıcaklık 700 oC civarındadır ve dikkatli olarak kontrol edilir. Buna rağmen, nikel ve kobalta ilave olarak demirin de %10 kadarı indirgenir.
İndirgenmiş sıcak cevher 150–200 oC’ye soğutulur ve indirgeyici atmosfer altında amonyak çözeltisi içeren tanklara boşaltılır. Bazik ortamda (pH=10) nikel ve kobalt karmaşık amin iyonları oluşturarak çözünür. Kobalt ve nikelin amonyuma olan yüksek ilgisi yüksek pH’da hidroliz olmalarını engeller. Buna karşılık, başlangıçta ferrik amin olarak çözünse de, demir hızla ferrik iyonuna oksitlenerek hidrolize olur ve çökelir.
Nikel ve kobalt içeren çözelti ters akımlı çökelticilerde katılardan ayrılır. Kobalt sülfid formunda çökeltilerek ayrılır. Geride kalan nikel çözeltisinden buhar ortamında ısıtma ile amonyak ve karbon dioksit uzaklaştırılır ve nikel karbonat formunda bir çökelti oluşturulur. Bu çökelek çözeltiden koyulaştırıcı ve filtreler kullanarak ayrılır.
Caron yönteminde kullanılan kurutma ile indergeme işlemleri, kullanılan toplam enerjinin %60’ını harcar ve yüksek enerji maliyeti getirir. Yoğun olarak petrol ya da kömür bazlı yakıtlar kullanılmasından dolayı yüksek gaz salınımı olan bir işlemdir. Toplam metal kazanımı düşüktür ve kobaltın çoğu demirle birlikte çökelerek kaybedilir. Aşağıda anlatılacak olan hidrometalurjik yöntemlerle karşılaştırıldığında, hem yüksek enerji tüketen kurutma-kavurma aşamalarını ve hem de liç işlemleri gerektirdiğinden ekonomik değildir.
Yüksek Basınç-Sıcaklık Asit Liçi Yöntemi (HPAL)
Çoğunlukla nikelin kil veya silika tabakasına bağlı olduğu düşük magnezyum içerikli limonitik cevherler için uygun olan bu yöntem, ilk olarak 1959’da Küba Moa Bay’de devreye alınmıştır. Bugünkü uygulanış şekliyle bu proses, cevherin titanyum kaplı otoklavlarda yüksek sıcaklık (245–270 0C) ve basınçta (40-45 bar) çözündürülmesi esasına dayanır. Bu sıcaklıklarda, çözeltideki yüksek miktardaki ferrik iyonlarının yüksek sıcaklıklarda hidrolize olarak götit ve hematit formuna dönüşür ve çözeltinin demir içeriği düşük seviyede kalır (litrede 1 gramdan az).
Çözelti otoklavlardan atmosferik basınçta çalışan tanklara alınır ve ilk nötralizasyon aşamasını takiben katılar, ters akımlı çöktürme tanklarında ayrılır ve atık göletine gönderilirler. Çözelti hidrojen sülfid ile tekrar nötralize edilerek nikel-kobalt karışık konsantresi elde edilir. Bu konsantre daha sonra kobalt ve demirin ayrıştırılması için Caron yönteminde anlatıldığı gibi yöntemlere tabi tutulabilir.
HPAL işletmelerin avantajı, kullanılan sıcaklık ve basınçlar nedeniyle elde edilen yüksek çözündürme hızları (1–2 saat) ve yüksek verimlerdir (%95’e nikel kazanımı). Ayrıca, cevherin mineral tipine, tenörüne ve mineral doğasına bağımlı bir metot değildir. Başlıca dezavantajları ise, çok yüksek yatırım maliyeti, cevheri ve asiti ısıtmak için gerekli olan yüksek enerji ihtiyacı ve sıcak asitin neden olduğu donanım ve tesisteki aşınma ve yırtılmalardır. Bu nedenlerle, HPAL ancak yüksek tenörlü nikel cevherlerine (%1,3 nikel ve yukarısı) uygulanabilmektedir. Ayrıca, işletmeden çıkan ve nikeli alınmış atıklar çamur halindedir ve çevresel açıdan risk oluştururlar. Yüksek sıcaklıklar için gerekli olan enerjinin üretilmesinin neden olacağı CO2 ve SO2 salınımları da bu dezavantajlara eklenmelidir.
Atmosferik Liç (AL) Yöntemi
Nikel cevherinin atmosferik basınç ve sıcaklıklarda çözündürülmesi esasına dayanır. Çözündürme işlemi, tanklarda ya da yığınlarda yapılabilir. Kullanılan düşük basınç ve sıcaklıklar oldukça yavaş çözündürme hızlarına neden olur. Bu da, kullanılması gereken çözündürme tank kapasitelerini makul ölçülerin üzerine taşır. Ayrıca, tanklardan büyük miktarlarda filtrelenmesi zor ve pahalı çamur ortaya çıktığı için, yığın liçi tank liçine tercih edilir. Yığın liçinde çözeltinin, cevher tanelerinin arasından kendiliğinden süzülmesi gerektiği için, cevherin kil içeriğinin düşük ve geçirimliğinin yüksek olması şarttır.
Yığın liçinde cevher, altına kil ve yüksek yoğunluklu polietilen tabakalar serilerek geçirimsizliği sağlanmış bir taban üzerine 4–6 metre yükseklikte istiflenir. Bu yığın üzerine, sık aralıklarla düşük debide (metrekareye saat başına 5–10 litre) seyreltik sülfürik asit (%5’lik) damlatılır. Asit çözeltisi cevherin içinden süzülürken metalleri çözer ve polietilen tabaka üzerinde akarak yine geçirimsiz olarak hazırlanmış havuzlarda toplanır. Havuzdaki çözelti, nikel içeriği belirli bir değere ulaşıncaya kadar kapalı devre olarak tekrar yığın üzerine gönderilir.
İstenilen nikel içeriğine sahip asidik çözelti çöktürme tesisine alınır. Burada ilk aşamada kireçtaşı ile pH yükseltilerek demir hidroksit jipsle birlikte çökeltilir ve koyulaştırma tanklarından sonra filtrelenerek ayrılır. Berrak çözelti nikel devresine alınarak pH’sı soda külü ile tekrar yükseltilir ve bir nikel-kobalt hidroksit ürünü elde edilir. İçinden nikeli ve kobaltı alınmış olan nötral çözelti tekrar havuzlara geri döndürülür.
Yığın liçi, atmosferik sıcaklık ve basınçlarda çalışmasından dolayı ergitme ve HPAL yöntemlerine göre hem yatırım hem de işletme masrafları açısından daha ekonomiktir. Bu nedenle diğer yöntemlerle değerlendirilmesi ekonomik olmayan Çaldağ gibi düşük tenörlü cevherlere uygulanabilir. Ayrıca, çözelti yığınlardan kendi cazibesi ile süzülerek ayrıldığı için, yığınların asit ve su ile yıkanmasını takiben geride geçirimsiz tabakalar üzerinde yığılı katı atıklar kalmaktadır. Tam anlamıyla kapalı devre olarak uygulanabilir olan yığın liçinin CO2 ve SO2 emisyon miktarları da diğer yöntemlere kıyasla çok daha düşüktür.
Nikel Özütleme Yöntemlerinin Karşılaştırılması
Yukarıda kısaca anlatılan nikel kazanım yöntemlerinin özet bir karşılaştırması aşağıdaki tabloda verilmiştir. Hem ergitme hem de liç işlemleri gerektiren CARON yöntemi aşağıdaki tabloya dahil edilmemiştir.
Kaynak: Sardes Nikel Madencilik
Alıntı ile Cevapla
Nikel Kazanım Yöntemleri
Yetkileriniz
Bu Konuyu Paylaşın !