Elektronik atıklardan değerli metallerin geri kazanımı
Recovery of precious metals from electronic waste
Yazar: BETÜL BAKA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BURCU DİDEM ÇORBACIOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Çözücü özütleme yöntemi = Solvent extraction method

Özet:
Günümüzde, dünya genelinde atık elektrikli ve elektronik aletler (AEEE) hızlı bir şekilde artmakta ve sahip olduğu organik ve inorganik bileşenlerinin zararlı yapıları çevre ve canlılar için potansiyel risk oluşturmaktadır. Bunun dışında, AEEE, ikincil bir kaynak olarak önemli miktarda temel ve değerli metal içermektedir. AEEE'nin geri kazanım / geri dönüşümü üretilen katı atık miktarının azaltılması, temel ve değerli metal kaynaklarının korunması, toksik ve zararlı içeriğinin neden olduğu çevre kirliliğinin azaltılması gibi birçok ekonomik ve çevresel avantajı beraberinde getirmektedir. 
Bu çalışmada, yüksek metal içeriğine sahip çeşitli atık baskı devre kartlarından (ABDK) Cu ve Au metallerinin geri kazanımı için ön muamele, 2 basamaklı asidik liç ve solvent ekstraksiyon basamaklarını içeren hidrometalurjik bir proses olarak geliştirilmiştir. 
Prosesin ilk basamağında, ABDK'nın tanecik boyu azaltılması ve geri kazanımı istenilen metallerin konsantrasyonları arttırılması için ABDK; kırma, öğütme, manyetik ayırma ve fiziksel homojenizasyon ön işlemlerine tabi tutulmuştur. 
Prosesin ikinci basamağında, ABDK'dan Cu'nun geri kazanımı için hidrojen peroksit varlığında sülfürik asit liçi ile çalışılmıştır. Sülfürik asit, Cu'nun selektif çözünmesinde yüksek verime sahiptir. Ayrıca düşük toksisitesi olan ucuz bir reaktiftir. Bu özelliklerinden dolayı sülfürik asit çözücü ortam olarak belirlenmiş ve ayrıca kuvvetli oksidan özelliğine sahip olan hidrojen peroksit oksidan ajanı olarak kullanılmıştır. Bu basamakta sülfürik asit ve hidrojen peroksit konsantrasyonu, sıcaklık ve karıştırma hızı parametrelerinin Cu çözme verimi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışmalarda, oksidan ve çözücü ortam asit konsantrasyonunun Cu verimine olumlu etki yaratmıştır, Cu liç verimi, oksidan ve solvent konsantrasyonunun artmasıyla artmıştır. Yüksek sıcaklık (>50oC) ve yüksek karıştırma hızında (>500 dev/dk), hidrojen peroksitin bozunma eğilimi göstermiştir ve buna bağlı olarak Cu veriminin azalmıştır. İkinci basamak için optimum çalışma şartları; 1.3 M H2SO4, 1M H2O2, 50oC, 500 dev/dk ve 2 saat liç süresi olarak belirlenmiş olup bu şartlarda %48.7 Cu verimine ulaşılmıştır. 
Prosesin üçüncü basamağında, 2. basamaktaki katı atıkta bulunan kral suyu asidik liçi ile geri kazanımı üzerine çalışmıştır. Çalışmalarda, sıcaklık, karıştırma hızı ve liç süresi parametrelerinin Au çözmedeki etkileri incelenmiştir. Genel olarak, sıcaklığın artması Au verimini artırmıştır. Karıştırma hızının ancak düşük sıcaklıklarda çalışılırken Au verimine olumlu etki göstermiştir. 3. basamak sonunda 30 dk. süresince %50 derişik kral suyu ortamında, 50oC sıcaklık ve 600 dev/dk karıştırma hızı şartlarında %87.2 Au verimine ulaşılmıştır. 
Prosesin son basamağında, 2. Basamaktan elde edilen sulu çözeltideki Cu'nun solvent ekstraksiyon yöntemi ile geri kazanımı üzerine çalışılmıştır. Çalışmalarda TOMACl iyonik sıvısı ve benzen ekstraktant olarak seçilmiştir. Ekstranktant miktarı ve ekstraksiyon süresinin Cu ekstraksiyon verimi üzerindeki etkisi incelenmiştir. Ekstraksiyon işlemleri sonrasında, TOMACl ve benzen ile sırasıyla %86.9 ve %85.2 oranda Cu ekstraksiyon verimlerine ulaşılmıştır. Bu çalışma iyonik sıvıların hidrometalurjik metal geri kazanım süreçlerinde liç ajanı olarak kullanabileceği göstermiştir. İyonik sıvıların sahip olduğu birçok spesifik özellikleri ve çevreci yapılarıyla, geleneksel çözücüler yerine kullanılabileceği ve böylece geleneksel çözücülerin çevre ve canlı sağlığı açısından yarattığı olumsuz etkilerin önlenebileceği düşünülmektedir.

Abstract:
reatment, two steps acidic leaching and solvent extraction steps was developed to recover of Cu and Au from waste printedToday, the amount of waste electrical and electronic equipment (WEEE) is growing rapidly and its hazardous organic and inorganic components pose potential risk to the environment and living beings. Moreover, WEEE includes the significant amount of primary and precious metals as secondary resources. Recycling/recovering of WEEE brings with many economic and environmental advantages such as; reducing the amount of solid waste, conservation of primary and precious metal resources and reducing environmental pollution caused by its toxic and hazardous content. 
In this study, hydrometallurgical process, which includes pre-t circuit boards (WPCB) which has significant amount metal content. 
In the 1st step of the process, it is aimed to reduce the particle size of WPCB and to concentrate the metals that are desired to be recycled, they were subjected to pre-treatment process includes shredding, crushing, magnetic separation and physical homogenization. 
In the 2nd step of the process, sulfuric acid leaching in the presence of hydrogen peroxide was studied to recovery Cu from WPCB. Sulfuric acid has high efficiency on Cu selective dissolution. It is also cheaper reagent and has low toxicity. Due to these features, sulfuric acid was selected as the solvent medium and also hydrogen peroxide which is powerful oxidizer was used as an oxidant agent. In this step, the effect of leachate and oxidant concentration, temperature and agitating speed parameters on Cu leaching efficiency were analyzed. Oxidant and leachate concentration had the positive effect on Cu efficiency. Cu yields increased by increasing sulfuric acid and hydrogen peroxide concentrations. At high temperature (>50oC) and high agitating speed (500 rpm), hydrogen peroxide tended to decompose and therefore Cu yield decreased. Optimal working conditions for Cu leaching efficiency were determined to be 1.3 M H2SO4, 1M H2O2, 500 rpm at 50oC for 2 hours and under these conditions 48.7% Cu leaching yield was achieved. 
In the 3rd step of the process, recovery of Au in the solid residue of the 2nd step from acidic aqua regia leachate was investigated. In experiments, the effect on temperature, time and agitation speed parameters on Au dissolution efficiency were investigated. Generally, the leaching rate of Au increased by increasing the temperature. Agitation speed had a positive influence only working at low temperature. End of 3rd step, 87.2% Au leaching yield was achieved from %50 aqua regia at 50oC, 600 rpm for 30 minutes. 
In the last step of the process, recovery of Cu in the aqueous solutions obtained from the 2nd step with solvent extraction method was studied. TOMACl ionic liquid and benzene used as extractants. Effect of extractant addition, extraction time on Cu extraction efficiency were investigated. After the solvent extraction experiments, Cu extraction yields were achieved by using TOMACl and benzene at 86.9% and 85.2% yields rate, respectively. This study showed that ionic liquids can be used as a leaching agent in hydrometallurgical metal recovery processes. It is considered that ionic liquids can be used instead of conventional solvents with their many specific features and environmental structures, by this way the negative influence of conventional solvents on the environment and living beings can be prevented.