Investigation of Leaching Parameters on Nickel Yield From Ores

Abstract

Stratejik bir metal olan nikel, paslanmaz çelik ve elektrikli araç bataryaları gibi önemli sektörlerde dayanıklılık, enerji yoğunluğu ve sürdürülebilirlik sağlamaktadır. Lateritik nikel cevherlerinden nikel ve kobaltın çıkarılması için yaygın olarak hidrometalurjik yöntemler kullanılmakta ve bu süreçlerde elektrikli araç bataryaları ve enerji dönüşümü için gerekli ara ürünler üretilmektedir. Bu tez, %30 nontronit ve %70 limonit içeren düşük tenörlü Gördes lateritik cevherinden nikel ve kobaltın, karıştırmalı atmosferik basınçlı sülfürik asit liçi ile ekstraksiyonuna sıcaklık, asit/cevher oranı ve katı/sıvı oranının etkilerini incelemektedir. Deneysel planlama, Minitab'de Genel Tam Faktöriyel Tasarım yöntemi kullanılarak yapılmış ve sıcaklık (60-75-90°C), asit/cevher oranı (0.75-1-1.25) ve katı/sıvı oranı (0.15-0.20-0.25) değişkenlerine göre 27 deney gerçekleştirilmiştir. XRD analizleri dolomit, klinoklor, götit, kuvars ve hematit varlığını belirlerken, ICP-OES analizleri cevherde %0.68 nikel ve %0.032 kobalt bulunduğunu göstermiştir. Liç sonrası nikel geri kazanımı %37 ila %89 arasında, kobalt geri kazanımı ise %30 ila %91 arasında değişmiştir. Maksimum ekstraksiyon verimleri 90°C sıcaklık, %15 katı/sıvı oranı ve 1.25 asit/cevher oranında elde edilmiştir. Deneysel sonuçlar, nikel ve kobalt ekstraksiyon verimlerinin sıcaklık ve asit/cevher oranı ile orantılı olarak arttığını, katı/sıvı oranı ile ters orantılı olduğunu göstermiştir. Minitab analizi, deneysel modelin anlamlı olduğunu (p < 0.05) göstermiştir. Parametreler arasında sıcaklık, asit/cevher oranı ve katı/sıvı oranı %95 güven aralığında anlamlı bulunmuş, sıcaklık ve katı/sıvı oranı etkileşimi (p = 0.054) anlamlılığa yakın tespit edilmiştir.

Nickel, a strategic metal, provides durability, energy density, and sustainability in key sectors such as stainless steel and electric vehicle batteries. Hydrometallurgical methods are widely used to extract nickel and cobalt from lateritic nickel ores, producing intermediate products essential for electric vehicle batteries and energy transition. This thesis examines the effects of temperature, acid/ore ratio, and solid/liquid ratio on nickel and cobalt extraction from low-grade lateritic Gördes ore (30% nontronite, 70% limonite) via agitative atmospheric pressure sulphuric acid leaching. Experimental planning utilized the General Full Factorial Design method in Minitab, conducting 27 experiments under varying conditions: temperatures of 60-75-90°C, acid/ore ratios of 0.75-1-1.25, and solid/liquid ratios of 0.15-0.20-0.25. XRD analysis identified dolomite, clinochlore, goethite, quartz, and hematite, while ICP-OES revealed 0.68% nickel and 0.032% cobalt in the ore. Post-leaching, nickel recovery ranged from 37% to 89%, and cobalt recovery from 30% to 91%. Maximum extraction efficiencies were achieved at 90°C, a 15% solid/liquid ratio, and an acid/ore ratio of 1.25. The experimental results indicated that nickel and cobalt extraction efficiencies increased proportionally with temperature and acid/ore ratio but were inversely affected by the solid/liquid ratio. Minitab analysis found the experimental model to be significant (p < 0.05). Among the parameters, temperature, acid/ore ratio, and solid/liquid ratio were significant within the 95% confidence interval, while the interaction of temperature and solid/liquid ratio (p = 0.054) was found to be close to significance.