Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Hazırlayan:Ö ğ r. Gör. Dr. Tuna ARIN KTÜ Metalurji ve Malzeme Mühendisli ğ i Bölümü Çinko Üretimi.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Hazırlayan:Ö ğ r. Gör. Dr. Tuna ARIN KTÜ Metalurji ve Malzeme Mühendisli ğ i Bölümü Çinko Üretimi."— Sunum transkripti:

1 Hazırlayan:Ö ğ r. Gör. Dr. Tuna ARIN KTÜ Metalurji ve Malzeme Mühendisli ğ i Bölümü Çinko Üretimi

2 Çinkonun Önemi I. yy. ortalarından itibaren Avrupa’ da izabe edilmesine ra ğ men tarihçesi M.Ö. 500 yılında Eski Yunanlılara kadar dayanır. İ zabe hakkındaki ilk gerçek bilgiler Hindistan ve Çin’ den gelmi ş tir. Çin’ de 1745 yılından kalma % 98.9 oranında çinko içeren numuneler bulunmu ş tur. Yaygın halde bulunan çinkonun en geni ş yatakları A.B.D., Kanada, Avustralya, Meksika, Almanya ve Polonya’ da bulunur. Son yıllarda çinko fiyatlarının yükselmesi cevherin çıkarılmasına büyük önem verilmesini sa ğ lamı ş tır.

3 Çinko Mineralleri Önemli çinko cevherleri a ş a ğ ıda verilmi ş tir; Ayrıca daha az öneme sahip cevherler Mineral AdıKimyasal Formülü SfaleritZnS Marmatit [(ZnFe)S] Mineral AdıKimyasal Formülü ZenkitZnO Smitsonit(ZnO.CO 2 ) FranklinitZnFe 2 O 4 Kalamin(Zn 2 O.SiO 3 )

4 Çinko Mineralleri Çinkonun önemli ekonomik cevherlerinden olan sfalerit ve marmatit, hemen hemen her zaman bir kur ş un minerali olan galen ile yakın tema halinde bulunur ve flotasyon yolu ile ayrılır; çinko konsantresinin çinko tenörü % 50-60’ dır. Kavrulmu ş veya sinterlenmi ş çinko konsantresi veya karı ş ımları kömür ile birlikte yatay veya dü ş ey retortlarda ısıtılarak redüklenir. Metalik çinko damıtılarak kondansatörlerde toplanır. Kazanılan metal % 1-2 oranında kur ş un içerir. (Tutya)

5 Çinko Mineralleri Kavrulmu ş cevher, seyreltik sülfürik asitle liç edilerek çinko sülfat çözeltisinin elektrolizi yolu ile arıla ş tırılmı ş çinko kazanılabilir. Elektrolitik çinko metodunda önemli miktarda elektrik gücü sarf edilir, fakat lüzumu halinde i ş lem kömür, kok, petrol veya do ğ al gaz kullanılmaksızın yürütülebilir. Dü ş ey retort metodu, sarf edilen güç bakımından oldukça ekonomiktir, fakat önemli miktarda yakıt sarfiyatı gerektirir.

6 İZABE Çinko oksidin karbon ile redükleme i ş lemi endotermik bir reaksiyondur. ZnO+C=Zn+CO Δ H=+57,000 cal (+238,647.6 joule) Böyle bir reaksiyon °C sıcaklı ğ ı gerektirir. Açı ğ a çıkan çinko buharı oksidasyona kar ş ı son derece hassastır ve distilasyon i ş lemini kapalı bir sistemde yapmak gerekir. Bu a ğ ır ş artlara dayanıklı bir metal ya da ala ş ımı olmadı ğ ından distilasyon, refrakter malzemeden yapılmı ş küçük kaplarda yürütülmelidir. Bu refrakter malzemeler, ate ş e dayanıklı kil, silisli (kuvartzit) tu ğ la ve silisyum karbürdür. Ayrıca hurdaların kazanımında grafit veya seramik retortlar kullanılır.

7 ÖN İŞLEMLER Yatay ve dü ş ey retort i ş lemlerinin ön i ş lemleri aynıdır ve a ş a ğ ıdaki gibidir. Kükürdün kısmen giderilmesi ve çinko oksidin kazanımı için flotasyon konsantresinin (ZnS) kavurma i ş lemi Kükürt giderme ve oksidasyon i ş lemlerinin tamamlanması amacı ile uygulanan sinterleme i ş lemi Çinko oksidin, redükleyici bir etkenle karı ş tırma i ş lemi Bu i ş lemlerden sonra; Yatay retort metodunda karı ş ım do ğ rudan retorda alınır Dü ş ey retort metodunda karı ş ım damıtılmak üzere ilave i ş lemlere tabi tutulur.

8 KAVURMA Yukarıda belirtilen i ş lemlerin ardından çinko konsantresi sinterleme veya tek kademeli kavurma i ş lemine alınır.Kavurma reaksiyonu a ş a ğ ıdadır. ZnS+3O=ZnO+SO 2 Δ H=+111 cal ( joule) Kısmi kavurma ile malzemedeki kükürt oranı %8-12 ye indirilir. Bu i ş lem sırasında kullanılan sıcaklık °C dir. Tek kademeli kavurma i ş lemi için ise daha yüksek bir sıcaklık gerekir. (yakla ş ık 1000 °C)

9 YATAY RETOT İŞLEMİ Yatay retort i ş leminin esası 1700’ lü yıllarda Bristol ( İ ngiltere) deki tutya üretimine dayanır. Sinterlenmi ş cevher, kömür ile karı ş tırılarak fırın içindeki küçük refrakter retortlara doldurularak yapılır. Fırın içinde 400 kadar retort bulunabilir. Kömürdeki karbon çinko oksidin oksijeni ile birle ş erek metalik Zn kazanılır. Açı ğ a çıkan çinko, retort’ un so ğ uk olan kısmında toplanır ve belirli zaman aralıkları ile kütük halinde dökmek üzere potalara alınır.

10 YATAY RETOT İŞLEMİ İş lem sırasındaki reaksiyonlar; ZnO+C ↔ Zn+CO Δ H=+57,000 cal (+238,647.6 joule) İş lem sırasında olu ş an CO yeniden çinko oksidi redükler, ZnO+CO ↔ Zn+CO 2 Δ H=-18,000 cal(-75,362.4 joule) Karbondioksit, yüksek sıcaklıklarda daha fazla karbonla reaksiyona geçerek, karbonmonoksit olu ş turma e ğ ilimine geçer, C+CO 2 ↔2 CO İ lk iki reaksiyon tersinir reaksiyonlardır. Reaksiyonların i ş leyi ş inde güçlükler vardır.

11 YATAY RETOT İŞLEMİ Çinkonun kaynama sıcaklı ğ ı 907 °C’ dir. Karbonun, çinko oksidi redükleme reaksiyonu 1120 °C’ de ba ş lar.Bu durumda çinko buhar fazına geçer. Bu durumda Çinko oksit karbonmonoksit ile de oksitlenebilir. Karbonmonoksit konsantrasyonu artırılırsa (fazla karbon kullanılarak), tersinir MO+CO ↔ CO 2 +M Reaksiyonu gerçekle ş ebilir ancak kontrolü güç bir durumdur. Sıcaklık 500 °C civarına çekilmelidir. Ayrıca retort boyutları sınırlı oldu ğ undn ş arj miktarıda sınırlıdır.

12 DİSTİLASYON (DAMITMA) Kırma ve eleme i ş lemlerinden geçirilip sinterlenen cevher antrasit veya antrasit tozu gibi iyi bir redükleyici ile (a ğ ırlıkça %30-40 oranında) karı ş tırılır. Teorik olarak bir kısım karbon, 7 kısım çinko oksidi redükleyebilse de, pratikte 4-5 kat daha fazla karbon kullanmak gerekebilir. Bu durum CO 2 konantrasyonunun mümkün oldu ğ unca dü ş ük tutulması ve ergimi ş curuf olu ş umunu engelleyip retortların korunmasını sa ğ lamak için gerekir. Fırın sıcaklı ğ ı 1400 °C’ ye kadar yükseltilir, distilasyon 1100 °C’ de ba ş lar. CO oranı yüksektir ve kondansatörlerde mavi bir toz birikir (yo ğ unla ş ma ürünü). Sıcaklık kontrolü önemlidir, 400 °C’ nin altına inilirse a ş ırı miktarda mavi toz olu ş ur,

13 DİSTİLASYON (DAMITMA) sıcaklık çok yüksek olursa, çinko buharı kondansatörden yo ğ unla ş madan geçer. Genel olarak sıcaklık 1400 °C’ de tutulur. Retortlar ise fırın sıcaklı ğ ından °C dü ş üktür. 24 saatlik i ş lemin 18 saati distilasyon ile geçer. Distilasyon esnasında 3 defa kondansatörlerden metal alınır. İ lkinde %40, ikincisinde %50 ve üçüncüsünde metalin % 10’ u alınır. Kondansatörlerden alınan metal bir vinç tarafından ta ş ınan kazana alınır ve yüzeye gelen dros ve mavi toz yüzeyden uzakla ş tırılır. Arıtılan metal kalıplara dökülür. Kondansatörden de ğ i ş ik zamanlarda alınan her metal grubunun metal kalitesi birbirinden farklıdır. İ lk partide alınan metal do ğ rudan satılır ancak daha sonraki partilerde alınan metal tasfiye edilmelidir.

14 DİSTİLASYON (DAMITMA) Tablo kondansatörlerden de ğ i ş ik zamanlarda alınan metalin % bile ş imi Kondansatörlerden ve uzantılardan alınan atıklar içlerindeki kıymetli metallerin kazanılması amacı ile de ğ erlendirilebilirler. Distilasyon sonucu kazanılan çinko oranı ortalama olarak % ’ dir. %Birinci İ kinciÜçüncü Çinko Kur ş un Demir Kadminyum

15 DÜŞEY RETORT İŞLEMİ Retortların imalinde kullanılan refrakterlerin yüksek kaliteli olmaması sebebi ile retort boyutları sınırlı oldu ğ undan çinko üretiminde yatay retort tekni ğ ine bir mecburiyet bulunmakta idi. Farklı refrakter tu ğ lalarla daha büyük boyutlu ve kalın kesitli retortların imali ile fırın içine retortların dü ş ey olarak yerle ş tirilmesi mümkün olmu ş tur. Yatay retort sisteminde ş arj malzemesi olarak kullanılan briketler eriyince gaz çıkı ş ı sebebiyle iç basınca sebep olmaktadır. Dü ş ey retort sisteminde bu problem a ş ıldı ğ ından continious bir sistem uygulanabilmekte, retort’un altından sürekli metal alınabilmektedir. Retort malzemesi olarak, yüksek genle ş me kabiliyeti ve yüksek ısı iletkenli ğ ine sahip en uygun refrakter olarak silisyum karbür kullanılmaktadır.

16 DÜŞEY RETORT İŞLEMİ Bu metod ba ş lıca üç kısımda incelenebilir. 1. Karı ş ımın hazırlanması ve briket haline getirilmesi 2. Briketlerin kokla ş tırılması 3. Briketlerin redüklenmesi ve çinko buharının metal haline yo ğ unla ş tırılması.

17 DÜŞEY RETORT İŞLEMİ Bu metod ba ş lıca üç kısımda incelenebilir. 1. Karı ş ımın hazırlanması Kolay bir ş ekilde ısıtılabilen ve yapı ş madan veya askı te ş kil etmeden retortun içinde gravite ile hareket eden bir ş arjın elde edilmesidir. Böylece tüm i ş lem boyunca ufak parçalara ayrılmadan bütünlü ğ ünü koruyan bir katının üretimi gerçekle ş tirilebilir kısım cevher veya sinter, kısım kömür ilave edilerek makinada karı ş tırılır ve ba ğ layıcı ilave edilir. Daha sonra preslenerek briket haline getirilir ve kurutulur.

18 DÜŞEY RETORT İŞLEMİ 2. Kokla ş tırma Kokla ş tırma i ş lemi yanma retortlar dan gelen gazlarının kullanıldı ğ ı dikey bir fırında gerçekle ş tirilir. Gaz sıcaklı ğ ı fırına giri ş te 850 °C, çıkı ş ta 500 °C civarındadır. Gaz sıcaklı ğ ı 900 °C’ yi geçmemelidir. Aksi takdirde çinkonun redüklenmesi ve kaybı gerçekle ş ir. Briketler sıcak gazlarla do ğ rudan temas ederek süratle kokla ş ırlar ve fırın tabanındaki döner tambur ile dı ş arı alınırlarken, yeni briketler fırına üst kısımdan yüklenirler.

19 DÜŞEY RETORT İŞLEMİ 3. Dü ş ey Retort İş lemi Dü ş ey bir durumda bulunan retortlar dikdörtgen ş eklinde bir yan kesite sahiptir. Refrakter tu ğ laları silisyum karbürden imal edilmi ş tir.Sıcak ve kokla ş mı ş briketle doldurulmu ş konveyörler retorta ş arjı yüklerler. Briketlerin sıcak olarak verilmesi ısıyı korur ve çinko oksidin redüklenmesine yardıma yarar. Ayrıca kondansatöre çıkan gazların içerdi ğ i karbondioksit miktarını azaltır. Bu durum yüksek miktarda metal kazanımını sa ğ lar. Çinko buharı ve gazlar retort uzantısından yukarı çıkarak çinkonun yo ğ unla ş tı ğ ı (525 °C-575 °C) kondansatöre geçerler. Haznede toplanan metal, belirli aralıklarla dı ş arı alınır ve slab ş eklinde dökülür.

20 TASFİYE İ lk parti dökümde yüksek saflık sa ğ lanmaktadır, ancak ardından gelen dökümlerde bu oran sa ğ lanamadı ğ ından saflı ğ ı arttırmak için elektrolitik çinko üretimine ihtiyaç duyulur. Külçe çinko (spalter) genel olarak % 99 çinko içerir. New-Jersey Zinc. Co. Ş irketi pirometalurjik bir metodla kur ş un, kadminyum ve demirin her birini ayırarak % 99,99 saflıkta çinko elde etmi ş tir. Bu metodda kur ş unun yüksek kaynama sıcaklı ğ ından (1620 °C) faydalanılır. Çinkoyu tasfiye kolonu üst üste yerle ş tirilmi ş özel biçimli 49 adet refrakter tabladan olu ş ur. Sıvı metal tabladan ş elale halinde dökülür, metalik çinko buharı, a ş a ğ ı do ğ ru inen metal arasından yukarı çıkarak bir sürtünme hareketine maruz kalır.

21 TASFİYE Buharla ş ma için gereken ısı kolonun altından ilave edilir. İ lk kolonda sıcaklık 1200 °C seviyesinde tutulur ve kur ş un ile demir sistemden uzakla ş tırılır. İ kinci kolonda ise çinkoya göre daha dü ş ük kaynama sıcaklı ğ ında olan kadminyum kolonun üst kısmındaki kadminyum kondansatöründe toplanırken Dü ş ük kaynama sıcaklı ğ ındaki safsızlık elemanlarından arınmı ş çinko kolonun alt kısmında toplanarak % 99,99 saflıkta slablar halinde dökülür.

22 WAELZ METODU Almanca çevirmek, yuvarlanmak anlamına gelen “waelzen” fiilinden türemi ş tir. Metot’ da kullanılan fırın döner fırın i ş leminden geçti ğ i için bu isim verilmi ş tir. Bu metod çinko cevher ve atıklarına uygulandı ğ ı gibi, antimuan, kur ş un, kalay cevherlerine de uygulanır. Malzeme 10 mesh’ lik bir elekten geçirilecek ş ekilde kırılır., % oranında kömür veya kok ile karı ş tırılır. Fırının yava ş bir ş ekilde dönmesi ş arj malzemesinin, sıcak gazlarının kar ş ıt yönde hareket etmesine sebebiyet verir. Ş arjın kurutma ve ön ısıtma i ş lemleri fırının yukarı kısımlarında gerçekle ş irken, ş arj malzemesi ilerledikçe çinkonun uçunma i ş lemi ba ş lar.Yanmakta olan akaryakıt, ş arj da mevcut çinko oksidi metalik çinko ve karbonmonoksit haline redükler. Hemen ardından çinko, oksit haline dönü ş ür.

23 WAELZ METODU Fırının iç sıcaklı ğ ı 1300 °C’ ye yükselir ve bu durum, malzemenin 1-2 saat gibi uzun bir müddet fırın içinde kalması etkisi ile birle ş erek en az %94 oranında çinkonun uçunarak kazanılmasını sa ğ lar. Waelz metodunun en önemli dezavantajı fırın içerisinde halkalar ş eklinde kabuk olu ş umudur. Fırın dönme hızı, e ğ imi. Havanın emilme ş artları ve ş arj ile fırın astarı arasındaki sıcaklık farkları gibi faktörler kabuk olu ş umunda önemli bir rol oynar. Kabuk, gang da bulunan demiroksitin eriyerek fırın astarına yapı ş masından ileri gelir. Kabuklar, ya kazınarak ya da fırın malzemesi bo ş altıldıktan sonra fırın içerisinde kok yakılarak yoluyla giderilir.

24 ÇİNKONUN KULLANIM YERLERİ 1. Daldırma yolu ile galvanizleme (korozyon dayanımı) 2. Elektro-Galvanizleme (korozyon dayanımı için kaplama) 3. Çinko ile kaplama(Çinko tozu ile yüksek sıc. ta difüzyon) 4. Püskürtme (korozyon dayanımı) 5. Boyalar (korozyon dayanımı için boyalar) 6. Haddelenmi ş Çinko (kuru pil muhafazası, kutu astarları vs) 7. Çinko Ala ş ımları(Pirinç v.s) 8. Püskürtme döküm ala ş ımları(küçük boyutlu parçalar) 9. Ala ş ım elemanı olarak(Al ve Mg ala ş ımları, lehimler) 10. Pigmentler (boya ve emaye imalatı)


"Hazırlayan:Ö ğ r. Gör. Dr. Tuna ARIN KTÜ Metalurji ve Malzeme Mühendisli ğ i Bölümü Çinko Üretimi." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları