Pirinç atıklarındaki bakır ve çinkonun hidrometalurjik yöntemle geri kazanımında iyonik sıvıların kullanılabilirliğinin araştırılması

Abstract

Metalurjik atıklardan değerli metallerin geri kazanılmasına yönelik hidrometalurjik proseslerin pirometalurjik yöntemlere göre birçok avantajları olmasına rağmen, yüksek enerji ve asit tüketimi, kullanılan kimyasalların çevreyi tehdit edici zehirli atık oluşturması ve korozyona sebep olması gibi önemli dezavantajları vardır. Günümüzde hidrometalurjik proseslerin bu tür dezavantajlarını ortadan kaldırmak için alternatif çözündürücü veya ekstraktantların geliştirilmesi ihtiyacı doğmuştur. Bu tez çalışmasında önemli bir ekonomik değere sahip olan pirinç atıklarından bakır ve çinkonun hidrometalurjik yöntemle geri kazanımında iyonik sıvıların kullanılabilirliği araştırılmıştır. Geleneksel asit ve organik solventlere göre çok önemli üstünlükleri olan iyonik sıvılar liç ajanı (çözücü) olarak kullanılmıştır. Tezin ilk aşamasında Türkiye’de pirinç üretimi yapan bir firmadan temin edilen atıklar (ramat tozu), laboratuvar ortamında sülfürik asit kullanılarak geleneksel yöntemle çözündürülmüş ve asit konsantrasyonu, sıcaklık, süre ve oksidan (H2O2) ilavesi gibi bakır ve çinkonun ekstraksiyonuna etki eden faktörlerin etkisi incelenmiştir. Sıcaklığın bakır ve çinkonun çözünme verimine pozitif yönde önemli oranda etkisinin olduğu saptanmıştır. Liç süresinin arttırılması ile çinko çözünürlüğü artarken, bakır çözünürlüğünde düşüş gözlenmiştir. Sülfürik asit molaritesinin 1M’dan 2M ve 3M’a yükseltilmesi bakır ve çinko çözünürlüğünü olumsuz yönde etkilemiş, 1M’lık konsantrasyonun yeterli olduğu görülmüştür. Hidrojen peroksitin oksidan olarak kullanılması, çinko liç verimini arttırmış ve özellikle bakır liç verimine önemli katkı sağlamıştır. Her iki metal için 1M H2SO4konsantrasyonu ve 60oC sıcaklık koşullarında 1,5M H2O2 kullanımı en ideal çözündürme verimlerini sonuç vermiştir. Atıkların çözündürülmesinin ardından liç çözeltileri çinko tozu ilavesi ile semente edilerek temizlenmiştir. Son olarak temizlenen çözeltilerden %94 akım verimiyle çinko elektrokazanımı gerçekleştirilmiştir. Atıklardaki bakırın önemli bir kısmının metalik halde bulunması oksidan ilavesi olmaksızın gerçekleştirilen sülfürik asit liç koşullarında, bakır çözünme veriminin %7,5 gibi düşük bir değerde kalmasına sebep olmuştur. Bu koşullarda filtrasyondan sonra elde edilen katı liç artığı kalsiyum oksit (CaO), boraks (Na2B4O7.10H2O) ve tuz (NaCl) gibi farklı flakslar ile karıştırılıp ergitilerek metalik bakırın liç artığından %99,79 saflıkta geri kazanılması sağlanmıştır. Tezin ikinci aşamasında ticari olarak satın alınan dört farklı iyonik sıvı; 1-bütil-3-metilimidazolyum hidrojen sülfat-(BmimHSO4), 1-metilimidazolyum hidrojen sülfat-(HmimHSO4), 1-bütil-3-metilimidazolyum-klorür-(BmimCl) ve 1-etil-3-metilimidazolyum hidrojen sülfat-(EmimHSO4) çözücü olarak kullanılarak atıklara liç işlemi uygulanmıştır. İyonik sıvının türü ve konsantrasyonu, oksidan ilavesi, sıcaklık, süre gibi liç parametrelerinin bakır ve çinko çözünme verimi üzerine etkileri araştırılmış, çözünme kinetiği incelenerek liç artıklarının karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Kullanılan üç farklı iyonik sıvı liçinde de (BmimHSO4, HmimHSO4 ve EmimHSO4) %100 çinko çözünürlüğüne ulaşılmıştır. İlave oksidan olarak kullanılan hidrojen peroksit (H2O2), HmimHSO4 ve (EmimHSO4) iyonik sıvı liç işlemleri için etkili bir oksijen kaynağıdır. Bakır çözünürlüğü için en etkili iyonik sıvı (HmimHSO4) olup, elde edilen maksimum liç verimi; %20 HmimHSO4 konsantrasyonunda 40°C’ta 120 dakikanın sonunda %95’tir. BmimCl iyonik sıvısı bakır ve çinko için etkili bir ekstraksiyon sağlayamamıştır. BmimHSO4 iyonik sıvı liçinin sonucu elde edilen çözelti çinko tozu ilavesiyle empüritelerden temizlenmiştir. Elde edilen çözeltiye elektrokazanım metodu uygulanarak, katkısız ve farklı konsantrasyonalarda borik asit ve jelatin ilavesiyle etkili bir şekilde çinko geri kazanılmıştır . Deneysel çalışmalar sonucunda pirinç atıklarından bakır ve çinko geri kazanımına yönelik hem geleneksel piro-hidrometalurjik bir proses hem de geleneksel asitlere alternatif, yeni nesil iyonik sıvıların kullanıldığı bir yöntem başarılı bir şekilde geliştirilmiştir.