Metalik Kurşun Üretimi

... konulu sunumlar: "Metalik Kurşun Üretimi"— Sunum transkripti:

1 Metalik Kurşun Üretimi
BEYAZ METALLER Bu gruba giren metaller Kurşun (Pb), Kalay (Sn) ve Antimon (Sb) KURŞUN Kimyasal Simgesi: Pb Kaynama Noktası: °C Atom Numarası: Ergime Isısı: 4,77 kJ/mol Atom Ağırlığı: 207,2 g/mol Buharlaşma Isısı: 179,5 kJ/mol Yoğunluğu: 11,3 g/cm Kristal Kafes Yapısı : Yüzey Merkez Kübik Ergime Sıcaklığı: 327 °C Atom Çapı: 1,81 A° Çekme Mukavemeti: N/mm2 Uzama: % 30-50

2 Özellikleri Kurşuni mavi-gri renkte ağır ve aynı zamanda yumuşak bir metaldir. 200 barlık basınçta akma durumuna getirilebilir. Rötgen ve radyoaktif ışınları yutar, bunlara karşı iyi koruyucudur. Pb bileşikleri çok zehirlidir. Bu nedenle kurşun işlenen yerlerde çok iyi koruyucu önlemler alınmalıdır. Kurşunun dökümü ve haddelenmesi kolay yapılır. En fazla zararlı ışınlardan korunmada, plaka kaplamalarında, asitlere karşı dayanıklı tank yapımında, deniz kablosu koruyucu kaplama yapımında, kristal ve optik cam yapımında kullanılır.

3 Kurşunun Kullanım Alanları
Kurşunun en önemli tüketim alanı akü imalatıdır Yer altı haberleşme kablolarının kurşunla izalasyonu diğer önemli tüketim alanı olarak göze çarpar. Korozyonu önleyen kurşun oksit boyalar çelik konstrüksiyonlarda kullanılır. Kurşun tetra-etil ve tetra metil benzin içerisinde oktan ayarlayıcı olarak kullanılan kurşun bileşikleridir. Kurşun radyasyonu en az geçiren metal olması nedeniyle bu ışınlardan korunmada, renkli televizyon tüplerinin yapımında kullanılır. Mühimmat imalinde de önemli miktarlarda kullanılmaktadır. Seramik camların renklendirilmesinde özellikle kırmızı ve sarı renkleri sağlamakta kurşun kullanılır. Havadan veya mekanik olarak gelen ses ve titreşimlerin sönümlendirilmesi için duvarların iç kısımlarında kurşun plakalar kullanılır. Elektroliz işlemlerinde elektrot olarak kurşun kullanılır. Kurşun yüksek gerilim hatlarında suya karşı izalasyon sağlamak için kaplama olarak kullanılır. Arabaların jantlarına denge sağlamak için kurşun kullanılmakta ancak çevreye olan zararlarından dolayı bu alanda kurşun yerine artık farklı malzemeler tercih edilmektedir.

4

5 World Refined Lead Supply and Usage 2013 - 2018
000 tonnes 2013 2014 2015 2016 2017 Mine Production 5264 4946 4780 4782 7871 Metal Production 11225 11023 10959 11222 11291 Metal Usage 11213 10995 10941 11189 11434

6

7 Uses of lead

8 Metallerin reaktiflik derecesini gösterir sıralamadaki yerinden dolayı karbon kullanarak ergitme fırınlarında kurşun üretilebilir. Kurşun karbondan daha düşük reaktiviteye sahip olduğundan kurşun oksit veya kurşun sülfürden indirgeme ile metalik kurşun üretilmektedir.

9 About half of the world's refined lead comes from lead ore, the other half coming from secondary (scrap) lead sources.  China and Australia have the largest amounts of lead ores and are also the largest primary producers of the metal.  Canada, US and Peru have smaller but significant amounts of the ores.

10 The most important lead ore is galena (PbS)
The most important lead ore is galena (PbS).  Other important ores, such as cerrusite (PbCO3) and anglesite (PbSO4), may be regarded as weathered products of galena and are usually found nearer the surface. The primary manufacture of lead involves three stages: a) Ore concentration b) Smelting c) Refining

11 BAZI ÖNEMLİ MİNERALLER Galena: PbS Cerussite: PbCO3 Anglesite: PbSO4
Lararkite: PbO.PbSO4  Galen (PbS) Cerussite (PbCO3)

12 GALENDEN (PbS) KURŞUN ÜRETİMİ
(I ) Konsantre Etmek Öncellikli olarak kırılıp öğütülen kuşun cevheri froth flotation (Yüzdürme) tekniği olarak bilinen bir uygulamayla konsantre kurşun cevheri haline getirilir. Kurşun metalini üretmek için cevherdeki istenmeyen suyu uzaklaştırmak ve kimyasal yapıyı indirgeme için daha uygun hale dönüştürmek (Kurşun okside) üzere kavurma işlemi gerçekleştirilir. Kavurmanın ne şekilde yapılacağı bir sonraki indirgeme ile yakından ilgilidir.

13 (a) Ore concentration Lead and zinc ores (usually sphalerite, ZnS) often occur together and may also contain silver, copper and gold.  The ore has first to be separated from clays and other silicates ('gangue') after which the lead ore and the zinc ore are separated. The process used is froth flotation, a succession of stages each delivering a greater concentration of the lead ore.  The ore, containing gangue (which typically contains 3-8% lead) is ground with water to a particle size similar to that of fine sand (<0.25 mm).  This is then mixed with water and a frothing agent (a detergent) and is violently agitated by air to form a fine suspension with a froth of bubbles on the top.  The process is carried out in a series of tanks. As the lead and zinc minerals are less readily wetted than the gangue, they adhere to the air bubbles which are carried to the surface.  The rock particles sink and the lead and zinc ores are skimmed off. Then the lead ore is separated from the zinc ore.  A chemical called a depressant is added which is soluble in water (for example, zinc sulfate) and the zinc ore sinks and the lead ore is skimmed off.  Later, a chemical such as copper(II) sulfate is added and the zinc ore now floats and is skimmed off. The lead ore concentrate from the flotation tanks now contains about 50% lead and ca 0.1% of silver, a relatively small but valuable amount.

14 Kurşun ve çinko cevherleri(Sitelarit) genellikle bir arada bulunurlar
Kurşun ve çinko cevherleri(Sitelarit) genellikle bir arada bulunurlar.Aynı zamanda gümüş, bakır ve altın da içerebilirler. Cevher öncelikle kil ve diğer silikatlardan ayrılır Bu ayırma işleminden sonra kurşun ve çinko cevheri birbirinden ayrılır. Kullanılan proses froth flotation( yüzdürme) ile ayırmadır Bu aşamadaki uygulamaların temel amacı cevherdeki kurşun konsantrasyonunu(oranını) artırmaktır. Tipik olarak %3-8 arası Kurşun ve gang mineralleri içeren cevher sulu ortamda boyutu 0,25 mm’nin altına düşürülür(Kırma ve Öğütme ile) Daha sonra flotasyonla ayırma işlemleri gerçekleştirilir. İlk aşamada kurşun ve çinko mineral parçacıkları su tarafından daha az ıslatılabildiği için ortamda oluşturulan ve tankın tabanından yüzeyine doğru hareket eden hava kabarcıklarına tutunarak yüzerler. Diğer gang mineralleri su tarafından ıslatılarak suyun(tankın) dibine çökerek toplanırlar Bir sonraki aşamada kurşun cevheri çinko cevherinden ayrılır. Bu ayırma işleminde suda çözünebilen ve depresant olarak adlandırılan bir kimyasal (örneğin çinkosülfat, ZnSO4)

15 11. Ortama ilave edilerek, çinko cevherlerinin batması ve kurşun cevheri partiküllerinin yüzmesi sağlanır. 12. Daha sonra ise ortama CuSO4 ilave edilerek çinko cevheri partiküllerinin yüzmesi sağlanır. 13. Bu uygulama sonrası elde edilen konsantre kurşun cevheri yaklaşık %50 Pb ve yaklaşık %0,1 gümüş nispeten daha küçük değerlerde değerli maddeler içermektedir

16 (II) İndirgeme (a) Self reduction process Kavurma: Konsantre cevher hava içeren ortamda ısıtılır ve kurşun sülfür kısmen kurşun oksit ve kurşun sülfata dönüştürülür.               2PbS + 3O2 ——> 2 PbO + 2SO2                                                               PbS + 2O2 ——> PbSO4 Self reduction: Hava uygulaması kesilir ve yüklenen malzemeyi ergitmek için sıcaklık yükseltilir. Galen (PbS) kurşun oksit (PbO) ve kurşun sülfat (PbSO4 ) tarafından metalik kurşuna indirgenir.                PbS + 2PbO ——> 3Pb + SO2                                                                     PbS + PbSO4 ——> 2Pb + 2SO2

17 (b) Carbon reduction process
Kavurma: Toz haldeki konsantre cevher kalsiyum oksit ile karıştırılır ve ekstra hava ortamında kavrulur. Kükürt (S) ve Arsenik (As) gibi impuriteler okside olup ortamdan gaz halinde uzaklaşırken kurşun sülfür (PbS) kurşun okside (PbO) dönüşür.                S + O2 ——> SO2  4AS + 3O2 ——> 2As2O3                      2PbS + 3O2 ——> 2PbO + 2SO2 Ergitme: Kavrulmuş cevher kok ve cüruf yapıcı kalsiyum oksit ile karıştırılır ve bir yüksek fırında ergitilir. Kurşun oksit (PbO) karbon monoksit (CO) ve karbon (C) tarafından metalik kurşuna indirgenir.                   PbO + C ——> Pb + CO      PbO + CO ——> Pb + CO2                        CaCO3 ——> CaO + CO2     CaO + SiO2 ——> CaSiO3 (Cüruf)               

18 (III) Saflaştırma  Kurşun elektrolitik olarak saflaştırılır. Elektroliz anında saf olmayan kurşun anot olarak saf kurşun plakaları da katot kutbu olarak görev yapacaklardır. Şekil : Kurşun cevherinden kurşun üretiminde uygulamaların akım şeması

19

20 İKİNCİL KAYNAKLARDAN KURŞUN ÜRETİMİ
İkincil kaynaklardan kurşun üretiminde temel kaynağı kurşun-asit bataryaları oluştururken, diğer kaynaklar kablo kaplamaları, borular, plakalar ve diğer her türlü kurşun içeren metallerdir. Dünya kurşun üretiminin % 70’inden fazlası kurşun-asit depolama bataryalarında tüketilmektedir. Kullanım ömrü sona eren ikincil kaynaklar için en önemli kısmı oluşturur. Yaklaşık bütün ikincil kaynaklardan kurşun üreten tesisler pirometalurjik ergitme prosesini kullanırlar. Otomotiv sektöründen temin edilen batarya hurdaları kurşun üretiminde tüketilen ikincil kaynakların % 80’ini oluşturur. Standart kurşun-asit bataryaları araçları çalıştırmak, aydınlatmak ve ateşleme için kullanılırken ortalama olarak ağırlıkça kompozisyonları şu şekildedir. % 34 Kurşun % 39 Kurşun oksit pasta % 5-6 Polypropylene % Elektrolit (Sülfirik asit) % 8-10 diğerleri

21 Ergitmeden önce bataryalar kırılır ve bileşen ürünlerine ayrılır
Ergitmeden önce bataryalar kırılır ve bileşen ürünlerine ayrılır. Bataryanın plastik (polypropylene) kutusu tekrar batarya kutusu veya başka bir ürüne geri dönüşümü yapılabilir. Seyreltik sülfirik asit tekrar kullanılmak üzere nötralize edilebilir. Daha sonra üç temel ergitme prosesinden biri (yüksek fırın, döner fırın veya reverber fırınlarından) biri kullanılır. Şekil. İkincil kaynaklardan kurşun üretiminin genel akım şeması

22

23 Secondary production Globally, about 50% of the lead used annually comes from recycled sources.  Indeed over 90% of lead used in the US is from recycled metal. Lead for recycling may be in the form of scrap metal (roofing sheet, for example), or compounds of lead, such as the pastes from lead-acid batteries.  Clean metallic lead can be melted and refined directly, but compounds and lead alloys require smelting, using processes similar to those used with lead ores.

24 İki Kademeli Proses İkincil üretim için iki kademeli proses kurşun kalitesini daha iyi kontrol edebilmeyi mümkün kıldığı için daha büyük yüksek fırınlar yerine daha küçük döner veya reverber fırınları kullanılır. Döner fırınlar aşağı yukarı her formda kurşunu kabul edebilir ve indirgeme için pek çok farklı karbon kaynağını (doğal gaz, petrol ve kok gibi) kullanabilir. İlk aşama çok az bir indirgeme maddesi kullanır ve fırın bir kez metalik kurşun eriyiklerinin ısıtılmasından sonra birkaç saat sonra tüketilebilir. Bu, kurşun bileşikleri de dahil olmak üzere diğer materyallerin cürufta kalması nedeniyle yüksek bir saflığa sahip olacaktır. Daha sonra hurda eklenir ve ikinci aşama için yeterli cüruf birikene kadar işlem tekrarlanır. İkinci aşama, karbon bazlı bir indirgeyici ajan kullanılarak cürufun indirgenmesini içerir. Sodyum karbonat ('soda külü') veya kalsiyum karbonat, kirliliklerin cürufunu oluşturmak için bir ‘katkı' olarak eklenir. Kurşun oksitler, kurşun sülfat ve herhangi bir antimon oksit indirgenir ve sonuç bazı bizmut ve gümüş içeren “antimonial lead” dur. %2-5 arası antimon içeren kurşun daha yüksek mukavemete sahiptir.

25 Two-stage process In the two-stage process for secondary production, smaller rotary or reverberatory furnaces (Figure 3) are used rather than larger blast furnaces as this gives better control of the quality of the lead.  Rotary furnaces can accept lead in almost any form, and can make use of many different carbon sources (natural gas, oil and coke) for reduction. The first stage uses very little reducing agent and once the furnace is heated any metallic lead melts and can be tapped off after a few hours.  This will have a high purity as other materials, including lead compounds, remain in the slag.  Further scrap is added and the process is repeated until sufficient slag has accumulated for the second stage. The second stage involves the reduction of the slag using a carbon-based reducing agent.  Sodium carbonate ('soda ash') or calcium carbonate is also added as a 'flux' to help form the slag of impurities.  Lead oxides, lead sulfate and any antimony oxides are reduced, and the result is 'antimonial lead', which may also contain some bismuth and silver.  The antimony (2-5%) gives the lead greater strength.

26 Figure 3  Illustrating a rotary furnace, used here in the secondary production of lead.

27 One-stage process Isasmelt prosesi, Şekil 4, özellikle pillerden atığın işlenmesi için, tek aşamalı bir işlemin kullanıldığı en modern ikincil kurşun üretim yöntemlerinden birinin bir örneğidir. Bu, bir fırına verilir ve içinden yağ ve oksijen bakımından zengin bir hava karışımının beslendiği bir mızrak kullanılarak eritilir. Oksijen bakımından zengin hava kullanmak, havaya değil, reaksiyon oranlarını arttırdığı için daha ekonomiktir ve daha küçük kimyasal tesislerin kullanılabileceği ve yakıt maliyetinin azaldığı anlamına gelir. Ayrıca sülfür dioksit gibi gazların kaybolmaması ve atmosferi kirletmemesini kolaylaştırır. Oksijen tesisleri sahada inşa edilmiştir. Figure 4  The production of secondary lead using the Isasmelt process.