Recovery of tungsten from tungsten bearing compounds
Tungsten içeren bileşiklerden tungsten kazanımı
- Tez No: 338282
- Danışmanlar: PROF. DR. İSHAK KARAKAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 98
Özet
Son yıllarda yapılan yoğun çalışmalar, endüstriyel boyutta tungsten üretimi için kayda değer bir teknik geliştirmeyi başaramamıştır. Kısa bir süre önce kalsiyum tungstattan (CaWO4) tungsten tozu üretimi üzerine yeni bir teknik bildirilmiştir. Bu tezde, bu teknik, elektrokimyasal indirgenme mekanizması ve kinetiği ile şelit konsantrelerine ve endüstriyel uygulamaya aktarılabilirliği üzerinden incelenmiştir.Denge hücre potansiyelini belirlemek üzere tekrarlı voltametri, sabit potansiyel ve sabit akım elektrokimyasal indirgeme testleri yapılmıştır. Deney sonuçlarının irdelenmesi, hücre reaksiyonu ve elektrot polarizasyonları için gerekli potansiyeli karşılamak için, en az 2.2 V'ye ihtiyaç duyulduğunu göstermiştir. Deney bulguları ve olası reaksiyonların Gibbs Enerji değişimlerinin birleştirilmesiyle, bir hücre reaksiyonu önerilmiştir.Erimiş CaCl2-NaCl ötektik karışımı içerisinde, CaWO4'ün W'ya elektrokimyasal indirgenmesi işlemindeki değişkenlerin, en uygun değerlerinin bulunması için bir deney tasarımı (mixture design) yapılmıştır. İşlem değişkenleri olarak sıcaklık, uygulanan voltaj ve CaWO4 peletlerin sarıldıkları Kanthal tel uzunluğu seçilmiş ve bu değişkenler, önceden belirlenen üst ve alt limitler dahilinde değiştirilmiştir. Elektrokimyasal indirgenme hızı, değişik koşullar altında kaydedilen akım ve toplam yükün zamanla değişimi grafiklerinden çıkarılmıştır. Oluşturulan deney tasarımı üzerinden yapılan incelemeler, en hızlı indirgeme için, 640oC ve 2.81 V'yi işaret etmiş ve Kanthal tel ile sarma işleminin hücre akımı üzerindeki etkisinin, diğer iki değişkene göre daha önemsiz olduğu görülmüştür.Tam-faktöriyel (full-factorial) yöntemiyle tasarlanan bir diğer deney takımı, elektrokimyasal indirgeme deneyleri sonrası, kalsiyum içeren yan ürünlerin bertaraf edilmesi için gereken temizleme işleminin incelenmesinde kullanılmıştır. Seçilen üç değişken olan sıcaklık, asit konsantrasyonu ve işlem süresi için üç farklı değer belirlenmiştir. Kalsiyum yüzdesinin işlem değişkenlerine göre değişimini gösteren direk etki ve etkileşim grafikleri çizilmiştir. Örneklerin kalsiyum içerikleri XRF ölçümleriyle belirlenmiştir.Tekniği endüstriyelleşmeye bir adım daha yaklaştırmak için 300 g/gün kapasiteli bir tungsten üretim hattı kurulmuştur. Bu ölçekte sorunlar; tam indirgenmeme, grafitin oksitlenmesi ve katot malzemelerinin korozyonu olarak tespit edilmiştir. Titiz incelemeler sonucu, AISI 316 Ti çeliğinin, son derece korozif olan ortama yeterli direnci gösterdiği bulunmuştur. Grafit anodun hücre içerisinde oksitlenmesi ise, sisteme sürekli azot akışı sağlanmasıyla kabul edilebilir değerlere indirilmiştir.Uludağ Etibank Volfram Tesisi (1989 yılında kapanmıştır) zengin ve flotasyon konsantrelerinden metalik tungsten üretimi, başlıca safsızlık olarak demirle birlikte gerçekleştirilmiştir. Tungsten ve demirin indirgeme deneylerinde kullanılan sıcaklıklarda (600-750oC) bileşik oluşturmadıkları görülmüştür.Akım değerlerindeki düşüşü ve büyük ölçekte karşılaşılan tam indirgenmemeyi daha iyi anlayabilmek için, elektrolit içerisinde temel bir difüzyon modeli geliştirilmiştir. Bu model, seçilen deneylerde kaydedilen akım-zaman grafiklerine benzetim yapmakta kullanılmıştır.
Özet (Çeviri)
Extensive research in recent years has failed to develop any essentially new method of large scale tungsten production. A new tungsten powder production technique from calcium tungstate (CaWO4) has recently been reported. In this thesis, this technique was further explored from the aspects of electrochemical reduction mechanism and kinetics, applicability to scheelite concentrates and industrial production.Cyclic voltammetry, constant potential and constant current electrochemical reduction tests were performed to determine the reversible cell potential. Analyses of the experimental results revealed that at least 2.2 V was required to compensate the potentials for the accompanying cell reaction and the electrode polarizations. A cell reaction was proposed by associating the experimental results and the Gibbs Energy changes of the possible reactions.An experiment (mixture) design was created to optimize the process parameters of the electrochemical reduction of CaWO4 to W in molten CaCl2-NaCl eutectic mixture. Temperature, applied voltage and the length of Kanthal wire winding of the CaWO4 pellets were selected as the process parameters and allowed to vary between the predetermined minimum and maximum values. The rates of the electrochemical reductions were interpreted from the variations of current and total charge vs. time graphs under different conditions. The analysis pointed out 640oC and 2.81 V from the created mixture design for the fastest reduction and it was seen that the effect of Kanthal wire winding on the output current was less pronounced when compared to the other two parameters.Another set of experiments was performed by full factorial design to investigate the cleaning procedure needed to remove calcium containing byproducts after electrochemical reduction experiments. Three levels were determined prior to the experiments for the selected three parameters; temperature, acid concentration and exposure time. Main effect and interaction graphs for calcium percent as a function of process parameters were plotted. Calcium contents of the samples were determined by XRF measurements.A 300 g/day capacity tungsten production line was manufactured to take the process one step closer to industrialization. Problems at larger scale were addressed as incomplete reduction, oxidation of graphite and corrosion of cathode materials. After careful research, AISI 316 Ti steel was found to impart sufficient resistance to highly corrosive environment. Oxidation of graphite anode inside the cell was lowered to acceptable levels by continuous nitrogen flow.Metallic tungsten powder was obtained from rich and flotation concentrates of Uludağ Etibank Volfram Plant (closed in 1989) together with mainly iron. It was seen that tungsten and iron do not make compounds at the temperatures used for reduction (600-750oC).A basic diffusion model in the electrolyte was developed to better understand the decrease in current values and incomplete reduction encountered during large scale production. The model was used to simulate the recorded current vs. time graphs of selected experiments.
Benzer Tezler
- Uludağ volfram yatağındaki cevher ve mineral türlerinin tesbiti ve değerlendirme olanaklarının araştırılması
Determination of ore and mineral types occurring in Uludağ tungsten ore-body and investigations of concentration possibilities for evaluation
VECİHİ GÜRKAN
- Toz metalurjisi yöntemleri ile üretilen çeşitli W-Ni-Fe ve W-Ni-Cu ağır alaşımların mikroyapısal ve fiziksel karekterizasyonu
Microstructural and physical characterization of various W-Ni-Fe and W-Ni-Cu heavy alloys manufactured via powder metallurgy methods
GÜNKUT ERNAS
- Türkiye şelit cevherlerinin oleil sarkosin, oksin ve alkil-oksin ile flotasyonu
Flotation of Turkish scheelite ores with oleoyl sarcosine as collector and oxine and alkyl-oxine as modifiers
ÖZGÜL ÖZCAN
- Düşük tenörlü tungsten konsentrelerinden ferrotungsten üretim koşullarının belirlenmesi
The production of ferrotungsten from concentrates of Etibank Uludağ Wolfram Plant
ABDULNAFİ ÖZÇELEBİ
- Uludağ düşük tenörlü şelit konsantrelerinin soda-otoklav yönetimi ile değerlendirilmesi
Autoclave-soda ash leaching of low-grade scheelite concentrate
EJDER TOZAR
