Cevher hazırlama disiplini genel olarak, birincil ve ikincil kaynaklardan yüksek katma değerli ürünler elde ederek endüstrinin ihtiyacı olan hammadde gereksinimini sağlayan bir mühendislik dalıdır.
Bu disiplin içerisinde ekonomiye kazandırılacak tüm hammadde kaynaklarının fiziksel, fiziko-kimyasal, kimyasal ve mineralojik özellikleri baz alınmaktadır.
Zenginleştirilecek olan cevher veya ikincil kaynağın yapısını oluşturan minerallerin ve yapıların bu özellik farklarına göre biribirinden ayrılması sonucunda zenginleştirme işlemi sağlanmaktadır.
Hangi özellik farkına göre zenginleştirme yapılırsa yapılsın ilk olarak zenginleştirilecek bu cevherin veya malzemenin belli bir boyutun altına indirilmesi gerekmektedir. Minerallerin serbest hale getirilmesi sonrasında en uygun zenginleştirme yöntemi kullanılarak cevherin veya malzemenin zenginleştirilmesi sağlanmaktadır (Şekil 1).
[caption id="attachment_103759" align="aligncenter" width="560"]
Şekil 1. Cevherden metale giden süreç[/caption]
[caption id="attachment_103760" align="aligncenter" width="437"]
Şekil 2. Cevher hazırlama- Pirometalurji-Hidrometalurji[/caption]
Özgül ağırlık, manyetik duyarlılık, elektriksel iletkenlik, kırılganlık, renk-şekil, kırılganlık gibi fiziksel özelliklere göre veya mineral yüzey özelliklerinin, fiziko-kimyasal özelliklerinin etkili olduğu flotasyon yöntemi ile gerçekleştirilen zenginleştirme işlemlerinin yanı sıra kimyasal zenginleştirme yöntemleri de cevher hazırlama proseslerinde en yaygın kullanılan yöntemlerdendir.
Kimyasal zenginleştirme prosesinde, cevherin yapısındaki minerallerin kimyasal yapılarının bozulması ile bir fark yaratılmaktadır. Bu kimyasal yapı genellikle ısıl bir proses ile (pirometalurji), bir çözücü ile (hidtometalurji) veya bakteriler (Biyometalurji) ile değiştirilmektedir.
Pirometalurji: Birincil veya ikincil kaynaklardan kıymetli metallerin kazanımı proseslerinde, cevhere bir dizi ısıl işlem uygulanarak, malzemenin kimyasal ve fiziksel özellikleri değiştirilmektedir. Cevherler, konsantreler, ara ürünler, yakıtlar, katkı maddeleri ve havanın oksijeni piro – metalurji işlemlerinin hammaddesini teşkil etmektedir. Pirometalurjinin ürünleri ise mat, metaller, alaşımlar vb. malzemelerdir.
Genellikle Fe-çelik ve demir dışı metallerin (Zn, Pb, Cu, Sb, Sn vb..) yanı sıra ferro alaşımların üretimi ile refrakter malzeme üretiminde (MgO, silisyum karbür veya diğer karbürler, SiO2ve CaO) pirometalurjik yöntemler kullanılmaktadır.
Pirometalurjik yöntemler olarak öncelikle ön işlemler (kurutma, kalsinasyon, kavurma, sinterleme, agglomerasyon) ile ergitme, destilasyon, konversitaj, ateşle tasfiye ve döküm gibi uygulamalar akla gelmektedir.
Hidrometalurji:
Yüksek sıcaklık gerektiren pirometalurjik yöntemler yerine su ve çözücü kullanımının söz konusu olduğu hidrometalurji, metal üretiminin yanı sıra, endüstriyel minerallerin safsızlıklarından arındırılarak saf ürünler eldesinde de kullanılabilmektedir.
Hidrometalurjide (Liç) esas amaç ayrılması istenen fazların çözeltiye geçmesi diğerlerinin ise katı olarak kalmasının sağlanmasıdır.
19. yüzyıl sonunda seyreltik sodyum siyanür çözeltisi ile cevherlerden altını çözmek için siyanürleme yönteminin ortaya çıkması ve alümina üretiminde yüksek sıcaklık ve basınç altında NaOH ile boksitin özütlemesini içeren Bayer yönteminin kullanılmaya başlanması, hidrometalurjik proseslerin başlangıcı olarak kabul edilmektedir.
Altın-Gümüş kazanımı başta olmak üzere, alüminyum, uranyum, nikel, bakır, çinko, titan ve platin metallerin üretimi ile günümüz için çok önemli olan nadir toprak elementlerinin eldesinde hidrometalurjik yöntemler uygulanabilmektedir.
Genel olarak bir hidrometalurjik süreç; a)cevher hazırlama b)çözeltiye alma (Liç) c)katı-sıvı ayırması ve çözeltinin temizlenmesi d) çözeltiden metalik değerlerin kazanılması adımlarından oluşmaktadır.
Bir liç işleminde cevherin özelliğine bağlı olarak a)yerinde liç, b)yığın liçi, c)perkolasyon veya süzme (Vat) liçi d)karıştırma liçi ve e)basınç altında liç yöntemlerinden biri uygulanmaktadır.
Genel olarak düşük içerikli metalik cevherlerde yerinde ve yığın liçi uygulamaları söz konusuyken daha yüksek içerikli cevherlerde karıştırma tank liçi uygulanmaktadır.
Özellikle sülfürlü yapıların liç işlemlerinde oksidasyonun sağlanmasında kavurma gibi bazı ön işlemler kullanıldığı gibi, bazı kimyasallar ile oksidasyon koşullarının yaratılması sağlanır ve liç işlemleri gerçekleştirilebilir. Bunun yanı sıra basınçlı liç ile bu cevherlerin kazanımı mümkün olabilmektedir.
Basınç altında çözündürme işlemi hem asidik hem de bazik ortamda yapılabilmektedir. Basınç altında liç prosesinde, yüksek tenörlü ve sülfürlü mineraller gibi tamamen oksidasyonu gereken cevherler için oldukça uygun bir proses olmasına karşın, kullanılan otoklavlar ve oksijen tesisine olan gereksinimden dolayı prosesin ilk yatırım maliyeti oldukça yüksektir.
Liç işleminde kullanılan liç edici maddenin (çözücü) seçimi birkaç faktöre bağlıdır; a) Liç işlemine tabi tutulacak maddenin kimyasal ve fiziksel karakteri b) Liç işlemine katılan çözücü maddenin maliyeti c) Liç edici maddenin aşındırılıcığı d) Liç edilmesi istenen bileşen için seçicilik e) Yeniden kullanılabilmesidir.
Su, ferrik sülfat, sodyum siyanür, sodyum sülfür, sodyum tiyosülfat, sulu klorür gibi çözücülerin yanı sıra bazı asitler (sülfürik, nitrik, hidroklorik asit vb.) ve bazlar (sodyum karbonat, sodyum hidroksit vb.) yine liç işlemlerinde kullanılmaktadır.
Örneğin, altın ve gümüş üretiminde kullanılan siyanür; bakır, nikel, cobalt cevherlerin liçinde kullanılan sülfürik asik; Bayer prosesinde alüminyum üretiminde kullanılan NaOH en önemli çözücülerdendir.
Liç işlemi bittikten sonra çözünen ve çözünmeyenlerin birbirinden ayrılması amacıyla katı-sıvı ayırması gerçekleştirilir ve elde edilen metal yüklü çözelti önce saflaştırılır. Liç sonucunda metal ile birlikte, cevherde varolan diğer metaller de çözeltiye alınmış olabilir.
Bu aşamada, istenmeyen metallerin çözeltiden uzaklaştırılması amaçlanır. Safsızlaştırma için uygulanabilecek belli yöntemler vardır. Bunlardan bazıları solvent ekstraksiyon (SX), sementasyon ve iyon değiştirme yöntemleridir.
Bu işemden sonra en son adım olarak, sıvı haldeki çözelti içindeki metalin tekrar katı faza geçirilerek üretilmesi gerçekleştirilmektedir.
Bu adım sonrasında elde edilen metal, hammadde olarak kullanılabileceği gibi, daha ileri rafinasyon işlemlerinde de kullanılabilir. Bu amaçla kullanılabilecek yöntemlerden bazıları; a)elektro kazanım b)gaz ile indirgeme ve c)metal ile çöktürme yöntemleridir.
Biyometalurji:
Sülfürlü cevherlerin liç işlemlerinde yapının oksitlenmesi amacıyla bakterilerin kullanıldığı kimyasal kazanım yöntemlerinden biri olan biyo-metalurji son zamanlarda üzerinde en çok durulan konuların başında gelmektedir.
Doğrudan biyoliç mekanizmasında, bakteriler mineral yüzeyine yapışır ve hiçbir ara işlem olmadan minerali doğrudan oksitler. Bu yöntem sülfürlü cevherlerinin işlenmesinde basit, etkili ve çevresel açıdan uyumlu bir teknolojidir.
Bakır, altın ve uranyumun kazanımı için endüstriyel ölçekte son 25 yıldan bu yana başarıyla uygulanmaktadır. Biyo-liç prosesinin ekonomikliği ve etkinliği büyük ölçüde bakterilerin aktivitesine, cevherin mineralojik yapısına ve kimyasal bileşimine bağlı olmaktadır.
