Yerli solestin ve barit konsantrelerinden SrCO3 ve BaCO3 üretimi
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- Tez No: 55777
- Danışmanlar: DOÇ.DR. ERCAN AÇMA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Barit, Baryum karbonat, Selestit, Sivas-Akkaya, Stronsiyum karbonat, Barite, Barium carbonate, Celestite, Sivas-Akkaya, Strontium carbonate
- Yıl: 1996
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
ÖZET Bu tez çalışmasında, BARIT Maden A.Ş. tarafından üretilen 350 bin ton rezervli Sivas Akkaya yöresi sölestin konsantrelerinden soda yöntemi ile stronsiyum karbonat üretimi ve 150 bin ton rezervli Kahramanmaraş Önsen barit konsantrelerinden soda otoklav yöntemi ile baryum karbonat üretiminin liç şartlan araştırılmıştır. Deneylerde liç verimlerine etki edebilecek sıcaklık, Na2CÛ3 miktarı, liç süresi, tane boyutu, karıştırma hıza gibi paremetreler incelenmiştir. Stronsiyum karbonat üretiminde, 800 dev / dak karıştırma hızında, -100 mesh tane boyutuna öğütülmüş numunenin, 70 °C sıcaklık, 150 dakikalık süre, stokiyometrik miktarın ( 577,3 g Na2CÜ3 / kg cevher ) 5 katı ile optimum şartlarda liç edilebileceği saptanmıştır. Baryum karbonat üretiminde ise, 800 dev / dak karıştırma hızında, -200 mesh tane boyutuna öğütülmüş numunenin, 7,8 atmosferlik basınç altında 170 °C sıcaklıkta, 75 dakikalık süre, stokiyometrik miktarın ( 454 g Na2C03 / kg cevher ) 5 katı ile optimum şartlarda liç edilebileceği saptanmıştır. Ayrıca optimum şartlarda çözünme kinetiği ve çözünme modeli incelenmiş ve her iki gruptada reaksiyonların difüzyon kontrollü olduğu belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
STRON1TUMCARBONAT, BARIUMCARBONAT HERSTELLUNG VON CÖLESTİN UND SCHWERSPAT ZUSAMMUNGFASSUNG Cölestin und Strontiumcarbonat : 1790 stellte man fest, da0 es sich bei einem nahe Strontian ( Schottland ) gefundenen Mineral nicht um den zunachst vermutenen Witherit ( BaCC>3 ), sondem um eine neue“alkalische Erde ”Das Mineral erbielt spâter den Namen Strontianit. Die ersten Versuche zur Darstellung des metallischen Strontiums wurden 1807 durch DAVY durchgefiihrt. Er erhielt jedoch kein reines Metali. Strontium, Sr ; Ordungszahl 38 ; Atommasse87.62; Dichte 2.67 g/ cm3 ; Fp 770 °C ; Kp 1367 °C âhnelt in vieler Hinsicht seinen Homologen Calcium und Barium. Die folgenden naturlich vorkommenden Isotope sind bekannt : 84 Sr ( 0.55 % ), 86 Sr (9.75 % ), 87 Sr ( 6.96 % ), 88 Sr ( 82.74 % ). Aus der Reihe der bisher registrierten instabilen Isotope ist das ^ Sr zu erwahnen ( 0 - Strahler Halbwertzeit ; 28.6 a ). Strontium ist - wie Calcium und Barium - ein silberweipes, duktiles Metali, das ungeschützt schnell unter Bildung einer gelblichen Oxidschicht anlâuft. Aujîer mit Sauerstoff reagiert es mit Wasserstoffund mit Stickstoffab ca. 400 ° C unter Bildung Tristrontiumdinitrit ( Sr3N2 ). Auch mit Chlor bildet es Verbindungen erst bei höherer Temperatur, wobei die Reaktion dann allerdings unkontrollierbar schnell ablaufen kann. Strontium ist zu etwa 0.04 % am Aufbau der Erdkruste beteiligt und gehört damit zu den weniger haufigen Elementen. Wirtschaftliche Bedeutung haben nur zwei Minerale erlangt : Strontianit ( SrC03 ) und Cölestin ( SrSCv ). Die derzeit bedeutenden Lagerstâtten des Strontiums sind hydrothermaler Genese. Das derzeit nahezuals einziges abgebaute Strontiummineral ist der Cölestin ( SrSCu ). Er kommt in sehr unterschiedlichen Formen vor, vom wohlausgebildeten Kristali bis zur erdigen Masse. Gegenwartig sind Mexiko, Spainen und England die wichtigsten Förderlânder. Auch von der Türkei ist zu erwarten, dass sie in diese Gruppe eintritt. Grundsatzlich kann Cölestin auf zwei Wegen aufgeschloPen werden. Reduktion : Cölestin wird, nach Mahlen auf Feinheiten von 0.1 bis 1 mm, entsprechend der formalen Summengleichung SrS04 + 2C = SrS + 2C02 viiireduziert. Die Reduktion wird heute bevorzugt im Drehofen mit Kohle bei 1100 -1200 ° C durchgefuhrt. Man heizt im Gegenstrom mit Heizöl Erdgas oder Kohlenstaub. Das anfallende grausch warze rohe Strontiumsulfid wird im Gegenstrom mit 80 ° C hei^em wasser extrahiert. Der technisch Aufwand ist bier wegen der geringeren Löslichkeit gröPer als bei Bariumsulfid. Die SrS - Lauge wird in erster Linie auf Strontiumcarbonat verarbeitet. Umsetzung mit Soda : Cölestin geeigneter Mahlfeinheit wird in heifte (70-100°C ) Soda Lösung eingetragen. Die Zahl vorgeschlagenen Verfahrenvariarten ist grop\ Typisch ist Vervendung von z. B. 30 % iger Na2C03 lösung in 10 % igem ÜberschuJ3, bezogen auf Strontiumsulfat. Das so gewonnene Rohprodukt ist nur selten als solches verwendbar. Meist muP durch Auflösen ( z. B. Salzsaure ), nachfolgende Neutralisation ( zur Fâllung von Eisen und Aluminium ), Filtration und erneute Fâllung mit Soda ein reines Produkt hergestellt werden. Die Verwendung der zwangslaufig anfallenden, verunreinigten Natriumsulfat - Lösung dürfte in zunehmendem Masse Probleme aufwerfen. Die beiden Verfahren fiihren zu produkten mit unterschiedlichen Eigenschaften. Auch die Einstellung von Konzentrationen, Temperatur und Verweilzeit fixhrt zu unterschiedlichen Werten, fur Schuttgewicht, Korngrö0enverteilung, Schwefel und Schwermetall - Gehalt. Viele Verfahrensvorschlage befajien sich mit dem Problem der Limitierung der Gehalte an Calcium und Barium. Die Angaben in Tab. 1 sind Richwerte ; sie bezihen sich auf produkte unterschiedlicher Qalitat aus beiden Fallungsverfahren. Tab. 1. Spezifikation fur Strontiumcarbonat SrC03 [%] 98,0 - 98,5 BaC03[%] 1,3 - 2,5 Schwefel [%S03] 0,3 - 0,5 FeaOa [ppm] 50 - 100 Schuttgewicht g/1000 cm3 0,4 - 1,3 KorngröPenverteilung (%) <45um 99,0 -99,9 < 3um 95,0-100 Strontiumcarbonat ist die derzeit mit Abstand technisch wichtigste Strontium - Verbindung. Seine Verwendung bei der herstellung strahlungssicherer Bildschirme fur Farbfernsehröhren hat zum Wiederaufschwung der gesamten strontiumverarbeitenden Industrie gefuhrt. Für einen Bildschirm werden - je nach Hersteller - 0.7 bis 1.4 kg SrC03 verbraucht. Daneben dient es zur Herstellung von Strontiumferriten Ein weiteres Verwendungsgebiet ist die elektrolytische Zink - RafEnation, bei der Strontiumcarbonat in Mengen von 1 kg SrC03 / 1 Zink zur Entfernung von Blei dient. IXEin erheblicher Teil des Strontiumcarbonat wird als Zwischenprodukt zur Herstellung anderer Strontium Verbindungen gebraucht. Barium und Schwerspat (Baryt ) : Über den Bariumsverbindungen stammten ersten Kenntnisse im Jahre 1602 aus. V. CASCIOROLUS gestellte fest, dap Schwerspat im Dunel beim Erhitzen in Gegenwart von organachleuchtete. 1774 entdeckte C. W. Scheele das Bariumoxid und beschrieb dessen Eigenschaften, besonders die Fâllung aus der Lösung durch Schwefelsaure. Dap es sich dabei um das dem Schwerspat zugrunde Uegende Oxid und damit um eine neue VerbindungsklaPe handelte, wurde von J. G. GAHN erkannt. Von den beiden wichtigsten Bariummineralien, dem Schwerspat ( banumsulfat ) und dem Witherit ( bariumcarbonat ) wird heute praktisch nur noch der Schwerspat als Rohstofffur die Herstellung von Bariumverbindungen verwendet. Schwerspet ist hauptsâchlich in hydrothermalen Gangvorkommen und gelegentlich auch in exhalativ- sedimentaren Lagerstâtten über die ganze Erde verbreitet. Wie Abb. 1 zeigt, wird dazu der aufbereitete Schwerspat mit Kohle zu dem gut wasserloslichen Bariumsulfid reduziert, das hauptsâchlich ak Zwischenprodukt für die Gewinnung aller übrigen Bariumverbindungen und zur Herstellung von Lithopone dient. Bariumcarbonat, BaC03, M 197,35 Fp 1360 °C unter Zersetzung ( CO2 - Druck 1 bar ). Bariumcarbonat wird fast ausschliepiich durch Fâllung aus Bariumsulfidlosungen hergestellt. Dafiir gibt es zwei Verfahren ; 1. Fâllung mit Kohlendioksit, summarisch nach 2 BaS + C02 + H20 - ? BaC03 + Ba ( HS )2 Ba(HS)2 + C02 + H20 -? BaC03 + 2 H2S Das Kohlendioxid wird aus Verbrennungsgasen gewonnen oder steht als natürlich vorkommende Kohlensaure zur Verfugung. Man Mt diskontinuerlich in gasdichten Behâltera, von denen mehrere hintereinandergeschaltet werden können, um das mit dem Schwefelwasserstof durchbrechende Kohlendioxid in fiischer Lauge zu absorbieren und einen verwertbaren, kohlensaurearmen SchwefelwasserstofF zu erhalten. 2. Umsetzung mit Soda - Autoklav : Schwerspat ( BaS04 ) geeigneter Mahlfeinheit wird in heipe ( 130 - 170 ° C ) Autoklav eingetragen. Reinheit, Sehuttgewicht und KorngröPenverteilung variieren in weiten Bereichen und richten sich nach der jeweiligen Vervendung. Allgemein werden moglichst niedrige Schwefel - und Schwermetallgehalte verlangt. Die Hersteller von Elektrokeramik begrenzen den Strontiumgehalt. Die Angaben in Tab. 2 beziehen sich auf Produkte verschiedener Herkunft, unterschiedlicher Qualitat und aus beiden Fâllungsverfahren. Sie sind daher nur als Richtwerte zu betrachten.a. e o 1/3 3 CO C u C 3 -o c > E 3 'C cd CQ u <U C (L>.o IS u t/1 l_ > ö0 c _3“o *-» t/i X \- <D.o «J E a> u 1/3.a XITab.2. Spezifikationen fur Bariumcarbonat. Die Werte in Klammern beziehen sich auf Sondergualitâten GroPe Mengen Bariumcarbonat werden zur Beseitigung schâdlicher Calcium, Magnesium, und Sulfationen aus den Eingangslaugen der Alkalichloridelektrolyse sowie aus verschieden industriellen Wassern gedient. In Fernsehnbildschirmen dient der Bariumanteil des GlaPes zurAbsorption der Kathodenstrahlen. Die Versuchen, die in diesem Diplom Arbeit durchgefiihrt werden, können in den zweien Gruppen sammeln. 1- Strontiumcarbonat Herstellung von Cölestin mit Soda Fâllung 2- Bariumcarbonat Herstellung von Schwerspat mit Soda Fâllung in Autoklav Auf der ersten Gruppe Experimente ; Cölestin ist in hei0en Natriumcarbonatlösung eingetragen worden. Die Parameter von Fâllung mit Soda ist optimiziert worden. Zu diesem Zweck, sind die Wirkung von Na2COa Menge, Reaktiontemperatür, Reaktionszeit, KorngröPe von Cölestin und Rührerdrehzahl über der Strontiumcarbonat Entwinklung aus Cölestin durchgesucht worden. Die Ergebnissen von diesen Versuchen geben Tab.3., Tab. 4., Tab.5. und Tab. 6. Tab.3. Die Ergebnisse der Entwinklung der KorngröPe (40 °C,600 dr./min,Stox5 ) Die Zeit ( min) % der Gewinn von SrCQ3 und die KorngröPe ( mesh ) -48 + 65mesh -65+100mesh -100+150mesh -150+200mesh -200+270mesh XllTab.4. Die Ergebnisse der Entwinklung von Na2C03 Menge (-100 + 150 mesh, 40 °C, 800 dr./min) Die Zeit(min) % der Gewinn von SrCQ3 und Sto.( 577.3 gr Na2CQ3 / kg Cölestin) _2 1 2 3 4 5 6 7 60 53.81 54.50 57.29 60.14 64.48 68.90 65.58 ( -100 +150 mesh, 40 °C, Sto. X 5 ) Die Zeit(min) % der Gewinn von SrCQ3 und die Rührerdrehzahl ( dr /min. ) 200 400 600 800 1000 Tab.6. Die Ergebnisse der Entwinklung von Reaktiontemperatür (-100 + 1 50 mesh, 800 dr./min, StoX 5 ) Die Zeit(min) % der Gewinn von SrCQ3 und die Reaktiontemperatür (°C ) 25 °C 40 °C 50 °C 60 °C 70 °C 80 ”C 30 23.20 62.87 75.82 77.00 82.00 86.65 60 25.72 64.48 77.34 89.12 92.41 95.41 90 26.52 71.52 81.42 94.54 97.62 99.08 120 28.52 76.95 84.42 95.78 98.45 100 Auf der zweiten Gruppe Experimente ; Schwerspat ist in heiflen Natriumcarbonatlösung Autoklav eingetragen worden. Die Parameter von Fallung mit Soda - Autoklav ist optimiziert worden. Zu diesem Zweck, sind die Wirkung von Na2C03 Menge, Reaktiontemperatür, Reaktionszeit, KorngröPe von Schwerspat und Rührerdrehzahl über der Bariumcarbonat Entwinklung aus Schwerspat durchgesucht worden. Die Ergebnissen von diesen Versuchen geben Tab.7., Tab. 8., Tab.9. und Tab. 10. xmTab.7. Die Ergebnisse der Entwinklung der Korngrö0e ( 80 °C,800 dr./min,StoX5) Die Zeit ( min) % der Gewinn von BaCOş und die KorngröPe ( mesh ) -48+65 -65+100 -100+150 -150+200 -200+270 Tab.8. Die Ergebnisse der Entwinklung von Na2C03 Menge (-200 + 270 mesh, 170 T, 800 dr./min) Sto.(454gr/ kg Schwerspat) % Gewinn Tab.9. Die Ergebnisse der Entwinklung von Rührenrdrehzahl ( -200 +270 mesh, 170 °C, Sto. X 5 ) Tab.10. Die Ergebnisse der Entwinklung von Reaktiontemperatür (-200 + 270 mesh, 800 dr./min, StoX 5 ) Die Zeit(min) % der Gewinn von BaCOş und die Reaktiontemperatür (° C ) - 130 °C 140 °C 150 °C 160°C 170 °C XIV
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