Bakır Madeni

 

Bakır (Ing. copper, Alm. Kupfer, Fr. cuivre), 1B geçiş grubu elementi. Bakıra tarihte ilk defa Kıbrıs’ta rastlandığından tüm dillerdeki isimlerinin Cyprium kelimesinden türediği tahmin edilmektedir. Simyacılar tarafından Venüs aynası ile gösterilmiştir.

Bakırın önemi, başlıca üç nedenden kaynaklanmaktadır:

~~BAKIR MADEN YATAKLARI İLE İLGİLİ~~

Şu şekilde sınıflandırılmaktadır:

• Hidrotermal orijine sahip, emprenye olmuş bakır yatakları. Bunlara porfir yataklar da denmektedir. 1970 yılı itibarıyla Dünya üretiminin yaklaşık %50 si bu çeşit yataklardan elde edilmiştir. Bu tip yataklara ABD, Şili, Peru ve Kanada’da rastlanmaktadır.
• Sedimenter yapıdaki maden yatakları. Kalker veya dolomit mineralleri içinde bulunurlar. Daha ziyade orta Afrika’da rastlanır. Dünya bakır üretiminin %17 si bu yataklardan sağlanır.
• Sıvı magma asıllı maden yatakları. Bakır ile birlikte çoğu zaman nikel de taşırlar. Bunlara volkanik-sedimenter yataklar da denir. Dünya’nın birçok ülkesinde, özellikle Kanada, Avustralya ve pek çok Avrupa ülkesinde rastlanılır.

== Bakır mineralleri ==MMM Bakır endüstriyel öneme sahip pek çok mineralin önemli bir bileşenidir. Dünya bakır üretiminde kullanılan minerallerin yaklaşık %50 sini kalkozit (İng. chalcocite) (Cu₂S), %25'ini kalkopirit (İng. chalcopyrite) (CuFeS₂), %3'ünü enargit (İng. enargite) (Cu₃AsS₄), %1'ini diğer sülfür mineralleri, %6-7 sini nabit (doğal) bakır ve %15'ini de oksit mineralleri oluşturur. [Pirinç LevhaBakır Boru]

Konu başlıkları [gizle] 1 Kalkopirit 2 Malahit 3 Azurit 4 Resimler 5 Bazı önemli bakır mineralleri ve içerikleri 6 Bakır standartları 7 Bakırın indirgenme ve rafinasyon elektrolizi 8 Canlı bilimleriyle ilişkisi 9 Kaynakça 10 Dış bağlantılar

Kalkopirit [değiştir]

Kimyasal formülü CuFeS₂ dir. (Açık yazılımı: Cu₂S·Fe₂S₃). Coğrafi bakımdan en yaygın mineral olup hemen hemen her bakır cevher yatağında bulunur. Pirinç sarısı renkte, metalik görünüşte ve yeşilimsi siyah çizgiler halinde kitle şeklinde bulunur. Kalkopiritin, bornit, demirli kuprit ve pirit ile birlikte diğer sekonder bakır minerallerinin orijinal yapısını oluşturduğu kabul edilmektedir. Mineralin teorik yapısında %34,6 Cu olmakla birlikte cevherdeki Cu miktarı %0,5 ve daha aşağıya düşebilmektedir. Halen Kanada’da %0,06 tenörlü 3x10⁹ ton rezervli bir bakır madeninin ekonomik olarak çalıştırılması için çalışmalar yapılmaktadır. Doğal olarak, cevherde bulunan diğer metaller de kıymetlendirilmek suretiyle bu çalışma ekonomik olabilmektedir. [Pirinç LevhaBakır Boru]

Malahit [değiştir]

Kimyasal formülü CuCO₃·(OH)₂. En çok rastlanılan bakır oksit mineralidir. Büyük kitleler halinde bulunduğunda sadece cevher olarak değil, aynı zamanda yarı mücevher olarak kuyumculukta, süs eşyası imalinde de kullanılmaktadır. Güzel yeşil bir rengi vardır. [Bakır LevhaAnadolu Bakır]

Azurit [değiştir]

Kimyasal formülü 2CuCO₃·Cu(OH)₂. Bazik bir bakır karbonat olup malahit kadar fazla bulunmaz. Kendine has lacivert renginden dolayı bu anlama gelen azurit adı verilmiştir. Pirinç Rulo Fittings

Resimler [değiştir]

Bir bakır külçesi.	Kalkopirit minerali.	Malahit minerali.	Azurit minerali.
Kalkozit minerali.	Kuprit minerali.	Bornit minerali.	Enargit minerali.

 

Bazı önemli bakır mineralleri ve içerikleri [değiştir]

Mineral	Formül	%Cu	%Fe	%S	%As	%Sb
Nabit Bakır	Cu	99,9
Sülfürler
Kalkozit	Cu2S	79,9		20,1
Kovellin	CuS	66,5		33,5
Kalkopirit	CuFeS2	34,6	30,5	34,9
Bornit	Cu5FeS4	63,3	11,1	25,6
Oksitler
Kuprit	Cu2O	88,8
Tenorit	CuO	79,9
Malahit	CuCO3·Cu(OH)2	57,5
Azurit	2CuCO3·Cu(OH)2	55,3
Krisokol	CuSiO3·2H2O	36,2
Kalkantit	CuSO4·5H2O	25,5
Brokantit	CuSO4·3Cu(OH)2	56,2
Atakamit	CuCl2·3Cu(OH)2	59,5
Kronkit	CuSO4·Na2SO4·3Cu(OH)2	42,8
Diğerleri
Enargit	Cu3AsS4	48,4		32,6	19,0
Famatinit	Cu3SbS4	43,3		29,1		27,6
Tetrahedrit	Cu3SbS3	46,7		23,5		29,8
Tenantit	CuAs3	52,7		26,6	20,7

[Bakır BoruPirinç Levha]

Bakır standartları [değiştir]

• Blister bakır: %97-98 saflıktadır. Fe, S, Au, Ag, Se, Te ve Ni içerir.
• Elektrolitik bakır: %99,9 saflıkta olması istenir.
• Ateşte rafine edilmiş bakır: %99,9 saflıkta olması istenir.
• OFHC (Oxygen-Free High Conductivity, oksijensiz yüksek iletkenlikte) bakır: %99,99 saflıkta olması istenir.

bakırın yapımı Bakır, çeşitli Bakır, çeşitli piro, hidro ve elektrometalurjik metotların kullanılmasıyla cevherlerinden saf olarak üretilmektedir. Pirometalurjik metotlar, sülfürlü, oksitli ve nabit bakır cevherlerine, hidrometalurjik metotlar ise düşük tenörlü oksitli bakır cevherlerine uygulanır. Elektrometalurji metotları da yukarıdaki yöntemlerin son kademesi olarak her ikisine de uygulanır. Böylece, pirometalurji metotlarıyla elde edilen saf olmayan bakır, elektrolitik arıtmaya tabi tutularak saf katot bakıra çevrilir. Benzer şekilde hidrometalurjik yollarla sulu çözeltiye alınan bakır, elektrokazanım yoluyla katotta saf olarak toplanabilmektedir. Dünya bakır üretiminin %80’i sülfürlü cevherlerden yapılır. [PirinçBakır]

Bakırın indirgenme ve rafinasyon elektrolizi [değiştir]

Bir elektrolit ile temas halinde bulunan elektrotlara dışardan bir elektromotor kuvvet uygulayarak kimyasal bir reaksiyonun gerçekleştirilmesi şeklinde tanımlanan elektroliz elektrokimyasal olayın tersidir. Burada elektrik enerjisi yardımıyla kimyasal reaksiyonlar gerçekleştirilir. Elektroliz hücreleri bir elektrolit ile temas halinde bulunan iki veya daha fazla elektrottan oluşur ve elektrotlar bir doğru akım kaynağına bağlıdır. Bağlantı anotun pozitif katotun negatif yükleneceği şekildedir. Yani elektrot dışında elektronlar anottan katota elektrolit içinde ise katottan anota doğru akarlar. Devreye akım verildiğinde çözeltideki negatif yükler pozitif kutup olan anota, pozitif yükler ise negatif kutup olan katoda yönelirler.

Elektroliz işleminde meydana gelen olaylar anodik ve katodik tepkimeler olup bunlar anotta yükseltgenme (oksidasyon), katotta ise indirgenme (redüksiyon) şeklindedir. Genel olarak üç çeşit elektroliz vardır. Bunlar rafinasyon, indirgenme ve ergimiş tuz elektrolizidir. Rafinasyon elektrolizi çözünebilir anotlarla yapılan elektroliz işlemine en güzel örnektir. Rafinasyon elektrolizinde anot ve katot aynı metalden oluştukları için parçalanma voltajı teorik olarak sıfırdır. Uygulanan hücre voltajı bu nedenle sadece elektrolitin direncinin biraz üstünde olmalıdır. Rafinasyon elektrolizini tarif edecek toplam bir reaksiyon anlamsızdır.

Cu²⁺ + 2e^- → Cu..........E° = 0.34 V (anot)

Cu → Cu²⁺ + 2e^-..........E° = − 0.34 V (katot)

(Bkz: Elektrokimyasal potansiyel dizisi)

Anotta oluşan bir kısım bakır iyonları disproporsiyonlaşır. Burada oluşan bakır toz halinde anot yüzeyinde ve yüzeyden ayrılarak banyonun dibinde anot çamurunda birikir. Pb, Sn, Sb ve Bi anodik olarak çözünürler fakat elektrolit içinde oluşturdukları bileşikler nedeniyle şlam şeklinde yüzerler ve mekanik olarak katot kirliliği yaratabilirlerse de genelde çökerler ve anot çamuru içinde birikirler. Anodik olarak çözümlendirilemeyen Au, Ag, ve Pt gibi elementler anodun yenilmesine paralel olarak anottan ayrılıp banyo dibine inerler ve burada anot çamuru içinde birikirler. Ortalama olarak Au, Ag, Se, Te ve Pb %98 oranında, Sb %60 civarında anot çamuruna geçer. Anot bileşimindeki nikelin %5’i çözünmez ve bakır-nikel karışık kristali halinde anot çamuruna geçer. Aynı şekilde 3Cu₂O·4NiO·Sb₂O₅’ de büyük oranda çözünmeden anot çamuruna gider. Üçüncü grup metaller de bakırla karışık kristal halinde bulunurlar ve anodik çözünme potansiyeli bakıra yakındır. Ancak bu metaller çözünseler bile daha sonra sementasyon sonucu anot çamuruna giderler. Örneğin, gümüş:

Cu + 2Ag⁺ = Cu²⁺ + Ag

Dördüncü grupta yer alan metallerden Se ve Te’ün Cu₂S ve Cu₂Te halinde anot bakırında bulunduğu ve çözünmeden direkt anot çamuruna geçtiği kabul edilir. Kalay ise bakırla intermetalik bileşik olmasına rağmen tamamen çözünür, ancak CuSO₄’lı çözeltilerde çözünürlüğü çok az olduğundan aşağıdaki tepkime uyarınca hidroliz olarak anot çamuruna geçer:

Sn⁴⁺ + 2H₂O = SnO₂ + 4H⁺

Kurşun direkt olarak çözünmeyen PbSO₄ oluşturarak anot yüzeyinde kalır. Anot bakırı fazla miktarda kurşun içerirse oluşan PbSO₄ yüzeyi tamamen kaplayarak anodun pasifleşmesine neden olur.

Rafinasyon ve indirgenme elektrolizleri arasındaki temel fark anot tepkimeleridir. Rafinasyon elektrolizinde anot olarak kullanılan malzeme oksitlenip çözeltiye geçerken, indirgenme elektrolizinde çözünmeyen anotlar kullanılır. Çözünmeyen anotların indirgenme elektrolizindeki görevi iletkenliği sağlamaktır ve yüzeyinde oksijen çıkışı meydana gelir.

Oksitli bakır cevherlerin doğrudan, diğerlerinin bir ön işlemden sonra veya bakteriler yardımıyla çözümlendirilmesi sonucu değişen derisimlerde elde edilen sülfatlı çözeltilerden bakırın kazanılmasında uygulanan yöntemlerden bir tanesi de indirgenme elektrolizidir. indirgenme elektrolizinde katot ve anot reaksiyonu ise şu şekildedir: Pirinç Bakır Cu²⁺ + 2e^- = Cu....................E° = 0.34 V

2H₂O = O₂ + 4 H^- + 4e^-.........E° = 1.229 V

İndirgenme elektrolizinde satılabilir kalitede katodik bakır üretimi elektrolitteki bakır derişimi litresinde 15 g civarına ininceye kadar mümkündür. 15 g dan 8 g a kadar olan derişimlerde yine satılabilir fakat toz veya sünger halde bakır üretilebilmektedir. Bu satılabilirlik sünger bakırın anot fırınında işleneceği açısından geçerlidir.

Bir elektroliz olayında elektrolizin hangi şartlarda nasıl gerçekleşeceği, hangi tip anot ve katotlara nasıl tepki vereceği, uygun sıcaklık, akım şiddeti ve gerilim değerlerinin neler olacağı bazı parametrelere bağlıdır. Bu parametrelerden bir tanesi polarizasyondur. Elektrolizi gerçekleştirmek için gerekli olan potansiyel teorik olandan daha yüksek olmak zorundadır. Teorik değer ile pratikte uygulanan değer arsındaki fark fazla voltaj adını alır. Elektrolizde katotta indirgenmeyi gerçekleştirmek için bu fazla voltaj değerlerini aşmak gerekir ve sisteme verilmesi gereken fazla voltajların tümü polarizasyon adını alır.

Anot ve katot polarizasyon toplamına parçalanma voltajı da denir. Diğer bir deyişle elektrolizin gerçekleşmesi için sisteme verilmesi gereken en düşük potansiyel değeridir.

Bu değer en az indirgenecek iyonun EMK değerine eşittir.

Termodinamik hücre potansiyelinin uygulanması ile bir elektroliz işleminin gerçekleşmeyeceği sisteme bazı fazla voltajların da verilmesi gerektiği yukarıdaki açıklamalarda belirtilmiştir. Bu fazla voltajlara ilaveten devredeki dirençleri aşabilecek ilave voltaja da ihtiyaç vardır. Bu dirençlerin başında anot -katot arasındaki elektrolitin direnci gelir. Elektrolitin direnci R, akım I olarak alınırsa Ohm kanunu gereğince uygulanacak potansiyel I*R büyüklüğündedir. Elektroliz esnasında ulaşılması gereken hücre voltajı, tüm fazla voltajlar, parçalanma voltajı ve dirençten kaynaklanan potansiyel düşüşlerin toplamına eşittir.

Bir elektroliz olayında kullanılan elektrik enerjisi ile yapılan kimyasal iş arasındaki ilişkiler Faraday Kanunu ile belirlenir.

m : indirgenen metal miktarı (g)
A : indirgenen metalin mol ağırlığı
I : devreden geçen akım (A)
t : zaman (s)
h : akım verimi (%)
z : elektron sayısı
96500 : Faraday sabiti

Parçalanma Voltajı, elektrolizin gerçekleşebilmesi için, yani örneğin bakır iyonlarının katodda toplanabilmesi için gereken en düşük potansiyeldir ve anotla kato polarizasyonlarının toplamına eşittir.

Ohm kanunu gereğince kablo bağlantılarında ve elektrot-kablo temas noktalarında, sistemden geçen akım miktarı ile doğru orantılı olarak direnç ortaya çıkar, bu direnç potansiyel düşüşlerine yol açar. Elektroliz sırasında ulaşılması gereken hücre potansiyeli bunların toplamına eşittir.

U_H = U_Z + h_T + I*R

U_H : hücre potansiyeli (V)
U_Z : parçalanma potansiyeli (V)
h_T : tüm fazla voltajlar (V) (derişim, aktivasyon, difüzyon, kristalizasyon vb.)
I : akım (A)
R : elektrolit direnci (ohm)

Voltaj arttıkça akım yoğunluğu da artmakta fakat belli bir noktadan sonra voltajın artması akım yoğunluğunda hiçbir değişikliğe sebep olmamaktadır ve bu akım değerine limit akım denmektedir. Limit akım uygulanabilecek maksimum akımdır. Genellikle limit akımın üçte biri değerinde çalışılmaktadır. Rafinasyon elektrolizinde aynı bir çözeltiye temas halinde olan aynı bir metal hem anotta hem katotta bulunduğundan, hücrenin elektromotor kuvveti pratik olarak sıfırdır, yani potansiyel farkı oluşmaz. Elektroliz sırasında indirgenecek metal iyonlarının çözeltinin iç taraflarından katot yüzeyine gelmeleri difüzyon, konveksiyon ve migrasyon yolu ile gerçekleşir. Katotun hemen yakınında metal iyonlarınca fakirleşmiş bir bölge oluşur. Buna "difüzyon tabakası" (Nernst diffusion layer) denmektedir. Bu tabaka kalınlığı elektrolizdeki akım şiddetine bağlı olmayıp, hücre potansiyelini arttırmak suretiyle akım yükseltildiğinde faz sınırındaki derişim düşmektedir.

Bildertabelle (193 Bilder insg.)