dore metal alaşımlarındaki altın oranının anodik çözünme koşullarına ve altın tozunun kimyasal ...

67 Pages·2015·2.17 MB·Turkish

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTE Sİ  FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

DORE METAL ALAŞIMLARINDAKİ ALTIN

ORANININ ANODİK ÇÖZÜNME KOŞULLARINA VE

ALTIN TOZUNUN KİMYASAL SAFİYETİNE ETKİSİ

YÜKSEK LİSANS TEZİ
Met. Müh. Selim ERTÜRK

Tezin Ensti tüye Verildiği Tarih : 8 Haziran 2004
Tezin Savunulduğu Tarih : 11 Haziran 2004

Tez Danışmanı : Prof. Dr. İsmail DUMAN

Diğer Jüri Üyeleri Doç. Dr. Servet TİMUR (İTÜ)

Prof. Dr. Fatma ARSLAN (İTÜ)

Haziran 2004
ÖNSÖZ
Ben, ben olduğumdan beri benimle sürekli ilgilenen, bu güne kadar bana devamlı
destek olan Sevgili Anneciğim Ümmehan ERTÜRK ve Sevgili Babacığım
Ġbrahim ERTÜRK, sizler benim her Ģeyimsiniz.
Bana bir abladan çok bir kardeĢ gibi yaklaĢan, bizim için kendinden çok fazla
fedakarlıklarda bulunan Ablacığım Serpil ERTÜRK, Sana ne kadar teĢekkür etsem
azdır. Ne mutlu seni mutlu edebildiysem. Biricik kardeĢlerim Sultan ERTÜRK ve
Semih ERTÜRK destekleriniz için sağolun.
Bu tez çalıĢmasını tamamlarken benden hiçbir Ģeyi esirgemeyen, beni oğlu gibi
gören, gece – gündüz demeden bana yardımcı olan, Metalurji konusunda
bildiklerimin çoğunu borçlu olduğum ve ilerde olmayı hedeflediğim kiĢi olan Sayın
Hocam Prof. Dr. Ġsmail DUMAN’a teĢekkürü bir borç bilirim.
Gerek özel hayatımda gerekse okul hayatımda (hem öğrencilik yıllarımda hem de
araĢtırma görevlisi olarak geçen son iki yılda) bana değerli vaktini ayıran, arkamda
olduğunu sürekli hissettiren, dertlerime çözüm bulmama yardım eden ve
bulamadığım zamanlarda çözüm getiren Sayın Hocam Doç. Dr. Servet TĠMUR’a
minnet borçluyum.
ġu fani dünyada abim olmadığı için üzülmeme gerek yok artık. Çünkü her biri
birbirinden değerli 3 abim var. Doç. Dr. Sebahattin GÜRMEN, Dr. Gökhan ORHAN
ve Met. Yük. Müh. Aybars Tansu GÜVEN. Ayrıca 103’ün gülleri Met. Yük. Müh.
Özgenur KAHVECĠOĞLU ve lisanstan beri kahrını çektiğim sevgili dostum
Met. Müh. Güldem KARTAL. Sizlere ne kadar teĢekkür etsem azdır.
ÇalıĢmamın önemli bir kısmını oluĢturan kimyasal analizlerimin ve karakterizasyon
iĢlemlerinin gerçekleĢtirilmesinde çok titiz çalıĢan değerli ablalarım Met. Yük. Müh.
Mehpare DEMĠRKESEN ve Kim. Müh. Ġnci KOL’a teĢekkür ederim. Ayrıca,
Met. Yük. Müh. ġakir Murat TELLĠ ve Met. Yük. Müh. Tuncay TURUTOĞLU’na
da teĢekkür ederim.
Bu tez çalıĢmasında kullandığım malzemelerin büyük bir kısmına destek veren Nadir
Metal Rafineri San. Tic. Ltd. ġti. yetkililerine de teĢekkürü borç bilirim.

Haziran 2004 Met. Müh. Selim ERTÜRK
ii
İÇİNDEKİLER
ÖNSÖZ ii
İÇİNDEKİLER iii
TABLO LİSTESİ iv
ŞEKİL LİSTESİ v
ÖZET vii
SUMMARY ix
1. GİRİŞ 1
2. TEORİK BİLGİLER 3
2.1. GümüĢ Hakkında Genel Bilgi 3
2.1.1. GümüĢün Fiziksel Özellikleri 3
2.2. Birincil Kaynaklardan GümüĢ Üretimi 7
2.2.1. Amalgam Yöntemi 7
2.2.2. Tiyosülfat Yöntemi (Liçi) – Patera Prosesi 8
2.2.3. Siyanür Yöntemi 8
2.3. Ġkincil Kaynaklardan GümüĢ Üretimi 9
2.3.1. Pattison KurĢun Yöntemi 9
2.3.2. Parkes Yöntemi 9
2.3.3. Küpelasyon Yöntemi 9
2.3.4. Soy Metal Hurdalarından Altın ve GümüĢün Geri Kazanımı 10
2.3.4.1. Nitrik Asit ile Selektif Çözümlendirme (Çeyrekleme) Yöntemi 11
2.3.4.2. Sıcak, Konsantre Sülfürik Asit ile Çözümlendirme (Affination) 11
2.3.5. Anot Çamurlarından GümüĢ Üretimi 12
2.3.6. Fotoğraf Çözeltilerinden GümüĢ Kazanımı 13
2.4. GümüĢ Rafinasyon Yöntemleri 13
2.4.1. Möbius Elektrolizi 14
2.4.2. Balbach - Thum Elektrolizi 17
2.5. Klasik Altın Rafinasyonu Yöntemleri 18
2.5.1. Miller Prosesi 18
2.5.2. Wohlwill Elektrolizi 19
3. KONU HAKKINDA DAHA ÖNCE YAPILAN ÇALIŞMALAR 21
4. DENEYSEL ÇALIŞMALAR 23
4.1. Deneylerde Kullanılan Cihaz ve Malzemeler 23
4.1.1. Anot Malzemesinin Hazırlanması 24
4.2. Deneylerin YapılıĢı 26
4.2.1. Anodik Oksidasyon Karakterizasyon Deneyleri 26
4.2.2. Yarı Pilot Çaplı Deneyler 27
5. DENEY SONUÇLARI VE İRDELEMELER 29
5.1. Farklı BileĢimlerdeki Altın AlaĢımlarının Anodik Çözünme DavranıĢları 29
5.2. Yarı Pilot Ölçekli Deney Sonuçları 40
5.2.1. Anot BileĢiminin Etkisi 40
5.3. Altın Kahvesinin ve Elektrolitik GümüĢün Safiyet Değerleri 48
6. GENEL SONUÇLAR 51
KAYNAKLAR 54
ÖZGEÇMİŞ 57
iii
TABLO LİSTESİ
Sayfa No
Tablo 2.1. Bazı gümüĢ mineralleri ve gümüĢ içerikleri [3 - 5]. .............................. 3
Tablo 2.2. GümüĢün fiziksel özellikleri [2 - 6] ....................................................... 4
Tablo 2.3. Önemli gümüĢ bileĢikleri ve bazı özellikleri [4] .................................... 7
Tablo 2.4. Tipik bir anot çamuru bileĢimi [12]. .................................................... 12
Tablo 2.5. Möbius elektrolizi iĢletme koĢulları [11,18,19] ................................... 14
Tablo 4.1. Kullanılan malzeme ve cihazlar .......................................................... 24
Tablo 4.2. Anodik oksidasyon deneylerinde kullanılan anotların kimyasal
bileĢimi ................................................................................................. 26
Tablo 5.1. Deneysel çalıĢmalarda kullanılan anotların bileĢimi ............................ 41
Tablo 5.2. Elektroliz iĢlemi sonucu elde edilen altın kahvesinin farklı yıkama
koĢulları altında safiyeti ....................................................................... 49
Tablo 5.3. Anot bileĢimi ile elektrolitik gümüĢ arasındaki iliĢki .......................... 50

iv
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 2.1. Sıcaklık ve konsantrasyona bağlı olarak nitrik ve sülfürik asitte
gümüĢ çözünürlük hızı [2] ......................................................................... 6
Şekil 2.2. 100 kg ağırlığındaki anot içerisindeki bakır miktarına göre gümüĢ
ihtiyacı [18] ............................................................................................. 15
Şekil 2.3. Möbius elektroliz hücresi [17] ................................................................ 17
Şekil 2.4. Dore metal içerisinde bulunması muhtemel metaller için klorür
teĢekkül eğrileri [23] ............................................................................... 19
Şekil 4.1. Anodik çözünme davranıĢının, polariazsyon eğrileri çizilerek
incelendiği hücrenin Ģematik görünümü ................................................. 25
Şekil 4.2. Yarı pilot çaplı deney düzeneğinin (a) genel, (b) Ģematik görünümü ..... 25
Şekil 4.3. Katot yüzeyine paralel hareket eden kazıyıcılar ..................................... 28
Şekil 5.1. Farklı altın alaĢımlarının i - E değiĢim grafikleri
[30 g/l Ag+ - 10 g/l Cu2+ pH=2, 45°C, 10 mV/saniye] ............................ 30
Şekil 5.2. Farklı altın içeriğine bağlı olarak dore metallerin anodik potansiyel –
akım yoğunluğu değiĢim grafikleri (30 g/l Ag+ - 10 g/l Cu2+, pH=0,
35°C, 10 mV/saniye) ............................................................................... 31
Şekil 5.3. Farklı altın içeriğine bağlı olarak dore metallerin anodik potansiyel –
akım yoğunluğu değiĢim grafikleri (30 g/l Ag+ - 10 g/l Cu2+, pH=1,
35°C, 10 mV/saniye) ............................................................................... 32
Şekil 5.4. Farklı altın içeriğine bağlı olarak dore metallerin anodik potansiyel –
akım yoğunluğu değiĢim grafikleri (30 g/l Ag+ - 10 g/l Cu2+, pH=2,
35°C, 10 mV/saniye) ............................................................................... 32
Şekil 5.5. Anot altın bileĢimine bağlı olarak akım yoğunluğu – sıcaklık – pH
iliĢkisi (a) %10 Au, (b) %15Au, (c) %25 Au, (d) %30 Au, (e) %35
Au, (e) % 40 Au ...................................................................................... 34
Şekil 5.6. Anot torbası içine dökülen altın kahvesine ait x – ıĢınları faz analizi
(25Au, 40°C, 400 A/m2) 1: AgNO 2: Ag O 3: Au .............................. 37
3 2
Şekil 5.7. Anodik çözünme deneyleri sonrası anot yüzey fotoğrafları (deney
sonu) (a) %100 Ag, (b) %10 Au, (c) %15 Au, (d) %25 Au,
(e) %30 Au, (f) %35 Au, (g) % 40 Au .................................................... 38
Şekil 5.8. Elektrolit sıcaklığının anodik oksidasyona etkisi (30 g/l Ag+ - 10 g/l
Cu2+ %68,75 Ag – 25 Au – 6,25 Cu, pH =1, 10 mV/saniye) .................. 39
Şekil 5.9. %25 Au içeren anodun (a) deney öncesi ve (b) klasik elektrolizde
çıkan anot artığı, (c) homojen çözünen yağı (d) deney sonu
(25 Au, 400 A/m2, pH=1, 30 g/l Ag+ - 10 g/l Cu2+) ................................ 42
Şekil 5.10. %25 Au içeren anodun (a) deney öncesi, (b) deney sonrası görüntüsü
(%25 Au, 400 A/m2, pH=1, 30 g/l Ag+ - 10 g/l Cu2+) ............................. 43
Şekil 5.11. Yüzeye ait SEM fotoğrafı (%30 Au – 800 A/m2 – 55°C, 4,5 saat) .......... 43
Şekil 5.12. Yüzeye ait kesit SEM fotoğrafı (%30 Au – 800 A/m2 – 55°C, 4,5 saat) ........... 44
Şekil 5.13. Yüksek akım yoğunluklarında yüzeyde oluĢan çatlama ve dökülmeler
(%25 Au – 800 A/m2 – 55°C, 4,5 saat) ................................................... 45
v
Şekil 5.14. Deney sonrası anot yüzeyinin görüntüsü (a) 10 dakika sonra (b) 1 saat
sonra (c) 18 - 24 saat sonra (%25 Au – 400 A/m2, pH=1, 55°C) ............ 46
Şekil 5.15. Farklı akım yoğunluklarında anodun katoda bakan yüzeyinde oluĢan
altın kahvesi tabakasının SEM görüntüleri (a) 600 A/m2 (b) 800 A/m2
(30Au, 55°C, pH=1, 4,5 saat) .................................................................. 47
Şekil 5.16. Farklı altın bileĢimine sahip anotların katoda bakan yüzeylerinin SEM
görüntüleri (a) %25 Au (b) %30 Au (c) %40 Au (400 A/m2, pH=1,
4,5 saat, 30 g/l Ag+ - 10 g/l Cu2+) ............................................................ 48
Şekil 5.17. %50’lik nitrik asit ile yıkama iĢlemi sonucu elde edilen altın
kahvesinin x – ıĢınları analizi ................................................................. 50

vi
DORE METAL ALAŞIMLARINDAKİ ALTIN ORANININ ANODİK
ÇÖZÜNME KOŞULLARINA VE ALTIN TOZUNUN KİMYASAL
SAFİYETİNE ETKİSİ
ÖZET
Dore metal alaşımlarındaki altın oranının anodik çözünme koşullarına ve altın
tozunun kimyasal safiyetine etkisi adlı bu çalıĢmada, yüksek altınlı (%20 - 40) dore
metal alaĢımlarının anodik çözünme davranıĢları ve buna bağlı olarak serbestleĢen
altının tane morfolojisi ile kimyasal safiyeti araĢtırılmıĢtır. Bu amaçla, gümüĢ
rafinasyon elektrolizi prensiplerine göre çalıĢan ve aynı anda hem rafine altın hem de
rafine gümüĢ üretme amacına yönelik bir hücre kullanılmıĢtır.
Anot külçelerindeki gümüĢün ve bakırın giderilmesinde sağlanabilecek en yüksek
hızı, yani maksimum anodik akım yoğunluğunu saptamak için önce elektrokimyasal
nitelikli korozyon hücresinden yararlanılmıĢtır. 1 cm2 yüzey alanına sahip disk
anotlar kullanılarak yapılan galvanodinamik ve potansiyostatik ölçümlerden elde
edilen temel veriler ıĢığında endüstriyel simülasyon yapabilecek özellikte ve
hareketli kazıyıcılarla donatılmıĢ büyük elektrotlu (2 dm2) Möbius tipi hücrede
rafinasyon karakteristikleri sabit akım ve değiĢken potansiyel altında incelenmiĢtir.
Bu inceleme, pH değerinin 0 ile 2 arasında değiĢtiği, anodik potansiyelin pasivasyon
öncesi ve transpasif çözünme bölgesinde tutulduğu, sıcaklığın 25 - 55oC arasında
seçildiği ve anot altın oranının %20’den %40’a kadar çıkarıldığı koĢulları
kapsamıĢtır. Uygun olduğu belirlenen elektroliz parametreleri ile çalıĢıldığında
serbestleĢen altının morfolojik ve kimyasal özelliklerinin nasıl değiĢtiği saptanmıĢtır.
Yapılan deneyler; anodik oksidasyonun asidik oksidasyondan daha etkin olduğunu
ve ağırlıkça %33,3 Au veya mol oranı olarak 0,5 Au ile belirlenen Tamman Direnç
Sınırını kolaylıkla aĢabildiğini, %25’den az Au içeren külçelerden altının toz halinde
torbaya döküldüğünü, %25 - 30 Au değerlerinde kısmi dökülme gerçekleĢtiğini; buna
vii
karĢılık, anodun ilk yüzeyini koruyarak homojen aĢındığını, %35 - 40 Au
değerlerinde ise düĢük akım yoğunluklarında bile anodun kısa zamanda pasivasyona
girip elektrolit tükenmesine yol açtığını göstermiĢtir.
“Dünyanın en hızlı ifraz yapan ülkesi” ünvanına sahip Türkiye’de elektrolitik
ayrıĢtırma gibi yavaĢ geliĢen bir sürecin mevcut yöntemlere alternatif olabilmesi için
iĢlem süresinin 8 saati aĢmaması gerektiğinden hareketle tüm deneylerin optimum
sonucu %25 Au anot bileĢimi, 800 A/m2 akım yoğunluğu, 55°C elektrolit sıcaklığı,
pH=1 asitlik değeri ve anot için 0,08 cm2/g = alan/ağırlık oranı olarak saptanmıĢtır.
viii
THE EFFECT OF GOLD RATIO IN DORE METAL ALLOYS ON THE
ANODIC DISSOLUTION CONDITIONS AND THE CHEMICAL PURITY
OF GOLD POWDER
SUMMARY
Anodic dissolution behavior of dore metal having high gold content (20-40%) and
morphology of liberated gold and chemical purity was investigated in this
experimental work, entitled “The Effect of Gold Ratio in Dore Metal Alloys on the
Anodic Dissolution Conditions and the Chemical Purity of Gold Powder”. In this
study, both silver and gold raffinations were carried out simultaneously. In this
respect, the experiment cell similar to a silver raffination electrolysis cell was built.
A corrosion cell with electrochemical capabilities was utilized to investigate the
maximum anodic current density which would cause silver and copper to dissolve at
the highest possible rates from the dore metal nuggets. In the light of these data,
obtained from potentiostatic and galvanodymanic measurements in corrosion cell,
disc shaped anodes were used in an electrochemical cell having 1 cm2 surface area,
while the lab-scale experiments were realized in Moebius type electrolysis cell with
2 dm2 anodes and also equipped with moving scrubbers. The investigated parameters
were: pH (0 to 2), working temperature (25 to 55°C), and the gold content of the
anodes (20 to 40%). All experiments were realized under galvanostatic conditions.
The anode potential was controlled at the active side and transpassive side. Finally,
the morphology of the liberated gold and chemical purity of gold were investigated at
the optimum electrolysis conditions.
Experimental results showed that the anodic oxidation was more effective than the
oxidation of dore metal with mineral acids. It is impossible to dissolve dore metal
with acids when the gold content of the dore metal is near the Tamman resistivity
line. However, it was dissolved in the electrochemical cell.
Gold powder spilled from the nuggets to the anode bags when the gold content was
<25% in the dore metal. On the other hand, a partial spillage occurred when the gold
ix
content was 25-30%, and the anode dissolved homogeneously maintaining its initial
surface intact. If the gold content increased to 35-40%, however, the anode was
passive even at low current densities causing electrolyte losses.
In Turkey, having a title of “Country where the fastest raffination is conducted”, the
total process time should not exceed 8 hours so that the electrolytical raffination be
an alternative to the existing techniques. The optimum experimental conditions were
found to be: 25% Au content, 800 A/m2 current density, 55oC electrolyte
temperature, pH=1, and the anode surface/weight ratio of 0.08 cm2/g.

x