Kimyasal Süreçler

Hidrometalurji
Hidrometalurji temel olarak, sıvı kimyasalların kullanılmasıyla uygulanan ekstraktif metalurji yöntemlerden biridir Temel amaç, kıymetli metalleri cevherden ayırmak, zenginleştirmek veya geri dönüştürmektir
Hidrometalurji üç başlık altında incelenebilir:
Liç
Safsızlaştırma
Metal Kazanımı

Liç
Liç işlemi, çözücü özellik gösteren sıvı kimyasalları kullanarak kıymetli metalleri kazanma işlemidir Zenginleştirilmek istenilen metal, kimyasallarla (genelde asit veya baz) çözündürülerek çözeltiye alınır Seçilen kimyasaların türü ve konsantresi, çözündürülmek istenilen metalin özelliklerine göre değişim gösterebilir Liç verimi pH değişimi, sıcaklık, oksidasyon potansiyeli gibi değişkenlerden etkilenebilir

Temel türleri: Yerinde liç, yığın liçi ve kolon liçidir

Safsızlaştırma
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
İyon değiştirme

Solvent ekstraksiyon
Solvent ekstraksiyonda esas amaç, istenilen metali, farklı faza geçirerek ayırmaktır Solvent ekstraksiyonda bu amaçla kullanılan karışıma genelde organik çözücü adı verilir

Organik çözücü, yüklü çözelti üzerinde kullanıldığında, kıymetli metaller organiğe geçerler Sonuçta yüklenmiş organik ve yüksüz çözelti elde edilmiş olur Bu şekilde elde edilen yüksüz çözelti, proseste tekrar kullanılabilir Bu aşamada elde edilen yüklü organik ise elektrokazanım ile metalden ayrılabilir

İyon değiştirme
Doğal zeolit, reçine, aktif karbon gibi maddeler kullanılarak anyon-katyon değişimi sayesinde metaller kazanılabilir

Metal Kazanımı
Hidrometalurjide son adım metal kazanımıdır Sıvı faza geçirildikten sonra safsızlaştırılan metal, bu adımda tekrar katı faza geçirilerek kazanılır Bu adım sonrasında elde edilen metal, hammadde olarak kullanılabileceği gibi, daha ileri rafinasyon işlemlerinde de kullanılabilir Bu amaçla kullanılabilecek yöntemlerden bazıları:
Elektrokazanım
Gaz ile İndirgeme
Metal ile Çöktürme

Elektrokazanım
Temel olarak, metal içeren çözelti içinden elektrik akımı geçirilmesi sonucu metalin indirgenmesi ve katot plakalar üzerinde birikmesi şeklinde uygulanır

Metal ile Çöktürme
Çözelti içerisine, daha aktif bir metal (Genelde Zn) talaşı karıştırılmasıyla uygulanır Çözeltiye eklenen talaş içindeki metal çözeltiye geçerken, kıymetli metal indirgenerek katı faza geçer ve tabada çökerek birikmeye başlar

Kristalizasyon
Katı bir maddenin uygun bir çözücü içinde soğukta az, sıcakta çok çözünmesi esasına dayanan bir fiziksel saflaştırma yöntemidir



Bir funda üzerinde buzlanma sonrası oluşmuş kristalizasyon
Yöntem
Önce uygun çözücü seçilirBu amaç için kullanılacak ideal bir çözücü soğukta az, sıcakta çok çözüyor olmalıdır Maddeyi çözebilmeli safsızlıkları çözmemelidir Madde ile reaksiyon vermemelidir

Saflaştırılacak madde çözücü içinde ısıtılarak tamamen çözülmesi sağlanır Çözücü su ise ısıtma işlemi için bek ya da elektrikli ısıtıcı; çözücü organik bir madde ise kaynama noktasına göre su banyosu kullanılmalıdır Organik maddeler hiçbir suretle bek veya elektrikli ısıtıcıda ısıtılmamalıdır

Daha sonra süzme işlemine geçilir Süzme işlemi içinse, süzgeç kağıdı huninin tepesinden 0,5 cm aşağıda kalacak şekilde kesilmeli, büyüklüğü huni kadar olmalıdır Bir erlenin içine birkaç damla çözücü konup, üzerine süzgeç kâğıtlı huni yerleştirilir Su banyosuna bırakılır Böylece çıkan çözücü buharlarının huniyi ve süzgeç kağıdını ıslatması sağlanır Maddenin daha hızlı süzülmesi için süzgeç kağıdı pilelendirilebilir Beherden huniye madde aktarılırken cam baget kullanılır Süzme işlemi sonunda üstte safsızlık, altta çözücü içinde saf madde kalır

Madde renkli safsızlıklar içeriyorsa süzmeden önce bu safsızlıkların adsorblanması gerekir Bunun için sıcak çözelti ısıtıcıdan uzaklaştırılır, biraz soğuduktan sonra çok az miktarda aktif kömür katılır, karıştırılır, birkaç dakika kaynatılır Aktif kömür büyük moleküllü safsızlıkları adsorblayarak uzaklaştırır Daha sonra sıcak çözelti süzülerek aktif kömürden ayrılır

Süzme işlemi sonunda altta toplanan süzüntü üzeri saat camı ile kapatılarak soğumaya (kristallenmeye) bırakılır Maddeyi, kristallenme sırasında karıştırmak çok ince kristaller oluşmasına sebep olur ve bunlar safsızlıkları tutarlar Bu yüzden süzüntü oda sıcaklığında kendi halinde bırakılarak soğutulmalıdır

Bir süre beklendikten sonra kristallenme başlamamışsa şu yöntemlere başvurulmalıdır:

Çözücü ısıtılarak buharlaştırılmalı, böylece maddenin çözeltideki derişimi artırılmalıdır
Çözelti aşırı doygun olmuşsa kristallenmeyi başlatmak için aşılama yapılmalıdır

Aşılama iki şekilde olur:
Cam baget kristallenmeyen çözeltiye daldırılıp çıkarılır Bagete üflendiğinde yine kristallenme görülmezse çözücüyü uçurup, derişimi artırmak gerekir
Çözeltiye bir miktar benzoik asit katılır ve kristallenme görülür

Kristallenme tamamlandıktan sonra çözücüyü ortamdan çekmek için Nuçe erleni ve Büchner hunisi kullanılır Bu süzme işlemi için de önce süzgeç kağıdı yanlardan taşmayacak şekilde huninin ölçüsüne göre kesilir Bir miktar çözücü ile ıslatılır Çözelti huniye dökülür Damlama bittikten sonra erlendeki çözücü başka bir kaba aktarılır ve madde içinde çözücü kalmaması için erlen trompa bağlanır Vakum uygulanır Maddenin içinde çözücü kalması kurutma süresini uzatır ve safsızlık oluşturur

Kristalleri üzerinde bulunduran süzgeç kağıdı spatül ile huni üzerinden alınır ve üzerinde süzgeç kâğıtları bulunan saat camı üzerinde kurutulur Kurutma işleminde etüv kullanılır Etüvün sıcaklığı, maddenin erime noktasına göre ayarlanmalıdır

İşlem bitiminde saflık kontrolü yapılır Bu kontrol katı maddeler için; kromatografi, erime noktası veya kırılma indisi tayini ile olabilmektedir

Solvay işlemi
Solvay işlemi veya amonyak-soda işlemi, Ernest Solvay tarafından 1860'ların sonlarında keşfedilen bir tür soda üretme yöntemidir Bu işlemde, ucuz ve elde edilmesi kolay malzemeler kullanılarak, soda elde edilmesine dayanmaktadır Tuzlu su (deniz suyu en çok kullanılanıdır) ve kireç taşı bu işlemde yeterlidir Günümüzde bu yöntemle 42 milyar kilogram (92 milyar sterlin) soda üretilmektedir

NaCl + NH3 + CO2 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl

2 NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O