Ekstraktif Metalurjiye Genel Bakış

Metalurji temelde iki ana dala ayrılır.

  1. Ekstraktif Metalurji
  2. Fiziksel Metalurji

Ekstraktif Metalurji: Cevherden metal kazanımı demektir. Metaller tabiatta diğer elementler ile oksitli veya sülfürlü bileşikler halinde mineraller içerisinde bulunurlar. Bu mineral karışımından ekonomik olarak metal veya metaller üretilmesi mümkün olduğu durumda bu mineral karışımı cevher adını almaktadır. Soy metaller tabiatta nadiren serbest halde bulunabilirler.

Mineraller, metallerin diğer elementlerle olan kimyasal bileşimleridir. Metlerin üretilmesi için ayrışması gerekir. Böylece cevherden metal elde edilmesi için çeşitli kazanım metotları Ekstraktif Metalürji’nin konusunu teşkil etmektedir. Eksteraktif metalurjinin ana konuları,

  • Cevher zenginleştirme;
  • Pirometalurji;
  • Hidrometalurji;
  • Elektrometalurji.

1-Cevher Zenginleştirme

Cevherden metal elde edilmesinde ilk uygulanan cevher hazırlama yöntemleridir. Cevher içerisindeki minerallerin, mekanik işlemler yardımı ile birden fazla üründe toplanmasıdır. Bu ürünlerden bir tanesi metallerin bulunduğu mineralleri ihtiva eder ve buna KONSANTRE denir. Diğeri ise faydalanamayacağımız gang minerallerini ihtiva eder buna ARTIK denir.

Cevher zenginleştirme iki kademede yapılır

  1. Cevherdeki minerallerin serbest hale getirilmesi
  2. Minerallerin konsantre edilip ayrılması

2-Pirometalurji

Yüksek sıcaklık gerektiren bir ekstraktif metalurji metodudur. Isı yakıtın yakılması ile elde edilir. Yakıtın yakılması sonucunda elde edilen ısı ile birlikteçıkan redükleyici gazların mineralleri redüklenmesi ile metalleri elde edilmektedir. Pirometalurjinin ürünleri ise; mat, speiss, metaller, alaşımlar; daha sonra tasfiyeyi gerektiren saf olmayan metallerdir.

Pirometalurjinin belli başlı işlemleri kurutma, kalsinasyon, kavurma, sinter yapma, ergitme, ateşle tasfiye ve döküm.

Kurutma: Isıtmak suretiyle cevher, konsantre, katkı maddeleri ve bazı hallerde havanın rutubetinin alınmasıdır. Kurutma ekseriya, rutubetli soğuk katı maddeleri sıcak hava veya gazlarla temas ettirmek suretiyle yapılır ve suyu uçurulur.

Kalsinasyon: ısı verme suretiyle karbonatların parçalanmasıdır. Bunun en iyi örneği kalker’in (CaCO3)

Kavurma: Sülfür cevher veya konsantreleri atmosterik koşullarda ergitme olmaksızın yüksek sıcaklıklara ısıtarak daha sonraki metalurjik işlemlere uygun olacak şekilde gerekli fiziksel ve kimyasal değişikliklerin sağlanmasıdır.

Kavurmaya en iyi örnek sülfür minerallerinin yüksek sıcaklıkta havanın oksijeni tarafından yakılarak metal oksitlerin ve kükürt dioksit gazlarının elde edilmesi verilebilir.

Sinter yapma veya aglomerasyon: İnce taneli bir cevher veya konsantre malzemesinin ısıtılarak gözenekli bir kütle haline getirilmesidir. Genellikle kavurma ve sinter işlemleri aynı zamanda yapılmaktadır. Sinter ürünler düşey fırınlarda ergitilirler, iri parçalar fırın gazları tarafından kolayca redüklenirler, gözenekli olmaları reaksiyona giren gazlar için daha fazla ara yüzey alanı sağlarlar.

Ergitme: Yüksek sıcaklıkta, bu işlem için uygun fırınlarda, şarjın kimyasal reaksiyonlar ve ısı yardımıyla eritilmesidir. Ergitme işlemleri için endüstriyel ölçüde düşey (yüksek fırın, su ceketli fırın) veya yatay (reverber) fırınlar kullanılmaktadır. Demir (pik), kurşun, düşey fırınlar kullanılmak suretiyle üretilmektedir. 

Ateşle Tasfiye: Ergitme metodları ile elde edilen saf olmayan metallerin saf hale getirilmesi için yüksek sıcaklıkta ve havanın oksijeninden faydalanarak tatbik edilen bir metoddur. Ateşle tasfiye metal sıvı halde iken, metalin içine veya açık yüzeyine hava vermek suretiyle yapılır.

3- Hidrometalurji

Hidrometalurji; sulu ortamlarda yapılan işlemlerle; cevher, konsantre, kalsine v.s. metalli maddelerin içindeki metallerin çözünüp sonradan ayrılması diye tarif edilebilir. Hidrometalurji işlem kademeleri çoğunlukla cevher zenginleştirme işlem kademelerini (öğütme, klasifikasyon, kıvamlandırma, filtrasyon) içine almaktadır. Özellikle gümüş ve altının hidrometalurjik metodlarla üretilmesinde bu kademeler uygulanır. Hidrometalurji uygun sulu solüsyonlar kullanarak cevher veya metalli hammadde içindeki metalli mineraller çözünmekte, metalsiz olan gang mineralleri ise çözünmeksizin artıkta kalmaktadır. Metallerin bu şekilde uygun solüsyonda çözünmesine LİÇ denir. İnce taneli hammaddeler, mekanik karıştırıcıdan veya basınçlı havadan faydalanılarak, solüsyon ile sürekli karıştırılarak liç yapılır. Liç işlemi tamamlandıktan sonra çözelti, artıklardan ayrılarak (kıvamlandırma ve filtreleme) zengin liç solüsyonu elde edilir.

4-Elektrometalurji:

Cevher veya metal içeren her çeşit hammadde içindeki metalleri elektrik enerjisinden faydalanmak suretiyle üretimine elektrometalurji denir. Elektrometalurji, elektrokimyanın bir kısmını oluşturur.

Elektrometalurjinin iki kısmı vardır:

1-    Elektroliz: Elektrik enerjisi, elektroliz yapmak için kullanılmaktadır.
2-    Elektrotermik: Elektrik enerjisi, tamamen ısı temin etmek amacıyla kullanılmaktadır.

Güneş Enerjisi’nin Diğer Enerji Türlerine Göre Avantaj ve Dezavantajları

Fosil yakıtların azalmaya başlamasıyla, yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi günümüzde oldukça arttı. Yenilenebilir enerji kaynaklarından en popüler olanlarından biri şüphesiz ki güneş enerjisidir.

Güneş enerjisinin en önemli avantajı bitmeyen bir kaynak olmasıdır. Dezavantajı ise güneş enerjisini elektrik enerjisine çevirme olayının bir hayli maliyetli olmasıdır. Örneğin 2013 yılında Denizli’nin Serinhisar ilçesine  10.000 m2′lik güneş enerji santrali için 1 milyon Euro yatırım yapılmıştır.

gunes-enerjisi
Türkiye’de ilk olarak Mersinde kurulan ‘Kule Tipi Yoğunlaştırılmış Güneş Enerjisi Santrali’

Bu teknolojiyi avantaj ve dez avantajlarına göre inceleyelim.
Güneş Enerjisinin Diğer Enerji Türlerine Göre Avantajları

  1. Her şeyden önce, güneş bol ve tükenmeyen enerji kaynağıdır.
  2. Temiz türüdür, çevreyi kirletici, duman, gaz, karbonmonoksit, kükürt ve radyasyon gibi atıkları yoktur.
  3. Yerel uygulamalar için elverişlidir. Enerjiye ihtiyaç duyulan, hemen hemen her yerde güneş enerjisinden yararlanmak mümkündür. Bir çakmağın, bir saatin, bir hesap makinesinin veya bir deniz fenerinin, bir orman gözetleme kulesinin enerji ihtiyacı yerinde karşılanabilir.
  4. Dışa bağlı olmadığından, doğabilecek ekonomik bunalımdan bağımsızdır.
  5. Bir çok uygulaması için karmaşık teknolojiye gerek duyulmamaktadır.

İşletme masrafları çok azdır.

    Güneş Enerjisinin Diğer Enerji Türlerine Göre Dezavantajları

  1. Birim yüzeye gelen güneş ışınımı az olduğundan büyük yüzeylere ihtiyaç vardır.
  2. Güneş ışınımı sürekli olmadığından depolama gerekmektedir. Depolama imkanları ise sınırlıdır.
  3. Enerji ihtiyacının çok olduğu kış aylarında güneş ışınımı az ve geceleri de hiç yoktur.
  4. Güneş ışınımından faydalanan sistemin güneş ışığını sürekli alabilmesi için çevrenin açık olması, gölgelenmemesi gerekir.

Güneş ışınımından yararlanılan bir çok tesisatın ilk yatırım maliyeti fazladır ve henüz bazıları ekonomik değildir.

Havuç Yemek ve Görme Gücü

havucPek çoğumuz küçükken aile büyüklerimizden havuç yersek daha iyi görebileceğimizi duymuşuzdur. Havuç tüketmemizi teşvik eden bu sözler çoğumuzun gereğinden fazla havuç tüketmesine bile neden olmuş olabilir.

Havuç herhangi bir görme kusurunuz yoksa maalesef daha iyi görmemizi sağlamıyor, ancak içeriğinde bulunan bazı maddeler, örneğin beta karoten- sayesinde göz sağlımızı korumamıza yardım ediyor. Havucun daha iyi görmemizi sağlayacağı inancı 2. Dünya Savaşı’na dayanıyor. Donemin güçlü ordusu olan Alman ordusunun uçaklarını tespit edebilen radar istasyonları ağı oluşturan ve bu şekilde pek çok Alman saldırı uçağını hem gündüz hem de gece düşüren İngiliz ordusu sahip olduğu teknolojiyi gizlemek istedi.

Bu amaçla gazetelerde İngiliz Kraliyet Hava Kuvvetleri pilotlarının gece görüş yeteneğinin havuç yemeleriyle ilişkilendirildiği uydurma haberler yayımlattı. Bu öykü havuç ticaretinin artmasını ve tüccarların daha çok kazanmasını sağlamış olabilir, ancak çok havuç tükettiği için başkalarının göremediği şeyleri görebilen biri olmadı. Vücudumuz tarafından A vitaminine çevrilen beta karaten A’nın eksikliği ciddi görme bozukluklarına sebep olabiliyor. Yani sahip olduğunuz görme bozukluğu A vitamini eksikliğinden kaynaklanmıyorsa havuç yemenizin daha iyi görmenizi sağladığını söylemek mümkün değil. Ayrıca A vitamininin kaynağı olan ve havuca rengini veren beta karaten A sadece havuçta değil pek çok meyve, sebze ve hayvansal üründe de bulunur.

Kaynak: Bilim Teknik

Dağlama İşlemi

Malzemelerde gerçek iç yapı özelliklerini ortaya çıkarmak için metalografide çoğu kez parlatılmış numune yüzeyine uygun bir reaktif tatbik edilir. Bu işleme Kimyasal Dağlama veya kısaca Dağlama denilmektedir. Dağlama ile parlatma sonucunda görülemeyen mikroyapı elemanları açığa çıkmaktadır. Dağlama, ayrıca fazların cinsini tayin etmede, dislokasyonların yerlerini belirlemede (etch pitting) ve yönlenme etütlerinde kullanılır.

Nihai parlatmadan çıkan numunede -gösterilen bütün ihtimama rağmen- kaçınılmaz olarak parlatılan yüzeyde soğuk işlenmiş bir tabaka bulunmaktadır. Bu tabaka başlıca iki kısımdır; üst tabakanın serbest enerjisi alt tabakaya kıyasla daha fazladır. Bu nedenle ilk dağlama işlemi sonunda üst tabaka kolayca reaktifin etkisi ile ortadan kalkar ve yüzeyde alt tabaka kalır. Bu durumda mikrokopik etüd yapıldığında orjinal yapıya benzemeyen bir yapı görülür. Bu tabakayı ortadan kaldırmak için parlatma ve dağlama işlemi bir daha tekrarlanmalıdır. Genel olarak parlatma ve dağlama işlemlerinin üç defa tekrarı, bu tabakanın tamamen ortadan kalkması için yeterlidir.

Bu tabakanın mevcudiyeti ve kalınlığı,
- numunenin yapısına,
- uygulanan parlatma yöntemine,
- numunenin parlatılması esnasında uygulanan basma kuvvetine,
- parlatmada kullanılan aşındırıcının karakterine

DAĞLAMA AYRAÇLARI

Genellikle metalografik numunenin dağlanmasında kullanılan reaktifler su, alkol, gliserin, glikol veya bunların karışımı olan çözücülerin içinde, organik ve inorganik asitle, çeşitli alkalilerin ve diğer kompleks bileşiklerin eritilmesi ile elde edilir. Kullanılan reaktiflerin aktivileri ve genel davranışları; hidrojen iyonu konsantrasyonuna, hidroksit iyonu konsantrasyonuna veya reaktifin bir veya daha fazla yapı bileşenlerini karartma yeteneğine bağlıdır.

Dağlama reaktifi, mikroyapı ayrıntılarını, numunenin yüzeyinden içeriye doğru selektif olarak çözündürmesi sonucu ortaya çıkarır. Çok fazlı yapılarda farklı fazların veya tek fazlı
alaşımlarda ve saf metallerde farklı doğrultuda yönlenmiş tanelerin dağlama reaktifi içinde çözünme miktarları şüphesiz farklıdır. Bu prensipe dayanan dağlama mekanizması aşağıda iki farklı durum için ele alınmıştır:

Çok Fazlı Alaşımlarda: Çok fazlı alaşımların dağlanma mekanizması elektrokimyasal niteliktedir. Numune reaktif ile temas ettiğinde, yapı bileşenleri (fazlar) arasında potansiyel farkı doğar. Daha yüksek potansiyelli faz, diğerine kıyasla anodik veya elektropozitifdir ve bu nedenle dağlama esnasında çözünmeye başlar. Katodik veya elektronegatif olan diğer faz, daha düşük potansiyele sahip olduğundan dağlama esnasında herhanği bir değişikliğe uğramaz.

Çok Fazlı Alaşımlarda Dağlama
Çok Fazlı Alaşımlarda Dağlama

Anodik ve katodik bileşenler arasındaki potansiyel farkı, elektropozitif fazın genellikle kullanılan dağlayıcı reaktifler içinde uygun hız ve oranda çözünmesi için yeterli büyüklüktedir. Bu durum aşırı dağlamayı önlemek bakımından dikkatli kontrol gerektirir. Saf metallerde ve tek fazlı yapılarda söz konusu potansiyel farkının
olmayışı nedeniyle bu malzemeler, çok fazlı malzemelere göre –tane sınırları hariç– daha zor dağlanırlar.

Dağlama esnasında anodik fazın öncelikle çözünmesinden dolayı iki fazlı alaşımlarda bu faz, parlatılmış yüzeyde veya hiç olmazsa anot-katot fazı arasında bir dereceye kadar çukurlaşma meydana getirir ve mikroskopta incelendiğinde ışınları yansıttığından çözünen bu faz karanlık (koyu gri-siyah) görülür. Katotik faz ise dağlamadan etkilenmediğinden ışınları ayna gibi yansıtır ve mikroskopta parlak (açık gri-beyaz) görülür.

Gerekli dağlama sürecinden daha uzun süre dağlamaya devam edilirse evvelce elektronegatif karakterde olan faz,  elektropozitif fazın bütün özelliklerini sahip olabilir. Bu duruma Aşırı Dağlama denir. Böyle durumlarda numune tekrar nihai parlatma diskine tabii tutulmalıdır.

Saf Metaller ve Tek Fazlı Alaşımlarda: Homojen tek fazlı alaşımlar ve saf metallerin dağlama işlemi çok fazlı alaşımlarınkinden farklıdır. Burada dağlama mekanizması elektropozitif bir olaya dayanır. Ana metal ile çözünmeyen kalıntılar ve tane sınırları ile taneler arasındaki potansiyel farkı genellikle o kadar belirsizdir ki dağlamanın etkisi olsa bile bu çok küçüktür.

Saf bir metal veya tek fazlı alaşımın dağlanması, bir reaktif tarafından metalin kimyasal olarak çözünmesidir. Öyle ki her tane parlatılmış numunenin yüzeyine kıyasla yönlenmesiyle ilişkili bir hızda çözünür. Netice olarak yapı tek fazlı olmasına rağmen mikroskopta aynı yöndeki taneler aynı parlaklıkta, farklı yöndeki taneler de farklı koyulukta görünürler. Bu olaya yönlenmiş tane parlaklığı adı verilir. Özellikle uzun süre dağlama sonunda kolayca bu durum farkedilir.

Tek Fazlı Yapılarda Dağlama
Tek Fazlı Yapılarda Dağlama

Tane sınırları atomik seviyede kusurlu bölgeler olduğundan tanenin iç kısmına kıyasla daha yüksek enerjiye sahiptir ve bu nedenle öncelikle çözünerek vadiler oluşur. Bu vadilerdeki ışınların dağılması sonucu tane sınırları optik mikroskopta ince ve karanlık hatlar halinde görülür.

Şişeler Çalkalanırsa Neden Fışkırır

siseGazlı içeceklerde çözünmüş halde bulunan karbondioksitin yüzeye çıkmasıyla artan basınç, sıvının şişeden patlarcasına ani bir şekilde çıkmasına neden olur. Ancak gazın sıvıdan kaçmasına molekül ölçeğinde neden olan nedir?

Şişe ilk açıldığında hafif bir ses duyulur. Bu dışarı çıkan karbondioksitin sesidir. Şişe kapalıyken karbondioksit belli bir basınç altında tutulur ve uygulanan bu basınç gazın suda çözünerek karbonik asidin sulu çözeltisini oluşturmasını sağlar. Ancak bu durumda ortamda sadece karbonik asidin sulu çözeltisi değil bir miktarda karbondioksit vardır. Çünkü karbondioksit suda çözünerek karbonik asidi oluştururken açığa çıkan karbonik asidin bir kısmı tekrar karbondioksite dönüşür. Bu sırada gaz çoğunlukla şişenin yukarı kısımlarında toplanır.

Şişe açıldığında ise içindeki basınç aniden düşer ve karbondioksit genleşerek daha fazla hacim kaplamaya başlar. Şişe açıldığında çıkan sesin nedeni budur. Şişe çalkalandığında kabın üst kısımlarında biriken gaz çok sayıda küçük baloncuk şeklinde içeceğin tamamına dağılır. Şişe açıldığında küçük gaz baloncukları çok hızlı bir şekilde genleşir. Örneğin kapalı bir gazlı içecek şişesinin içindeki basınç atmosfer basıncının 4 katıysa, Boyle Yasası’na göre (sabit sıcaklıkta bir gazın hacminin ve basıncının ters orantılı olarak değiştiğini söyler) şişe açıldığında basınç  4 kat azalırken gaz baloncuklarının hacimleri 4 kat artar. Bu baloncuklar hızlı bir şekilde şişeden çıkmak için bir yol arar ve bunu yaparken patlamaya sebep olacak şekilde sıvıyı şiddetli bir şekilde iter.