Bor üretim atığı ve termal olarak aktive edilen ürünlerinden lityum liçinin incelenmesi
Investigation of lithium leaching from boron production waste and its thermally activated products
Yazar: MERVE ALADAĞ
Danışman: PROF. DR. MEHMET ERDEM
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında; bor üretim atığı ve bor üretim atığının termal aktivasyonuyla elde edilen kalsine
ürünlerinden lityum liçi incelenmiştir. Bu amaçla; doğrudan atıktan lityumun farklı liç çözeltileriyle (su,
sülfürik (H2SO4), nitrik (HNO3), oksalik (C2H2O4), tartarik (C4H6O6), sitrik (C6H8O7), askorbik (C6H8O6)
asitler ve sodyum hidroksit (NaOH)), kalsine ürünlerinden ise doğrudan su liçiyle lityum geri kazanım
üzerine; çözücü derişimi, liç süresi, sıcaklık ve sıvı/katı oranın etkileri incelenmiş ve her bir liç çözeltisi için
en yüksek liç verimlerinin elde edildiği optimum koşullar belirlenmiştir. Ayrıca, liç çözeltileri analiz edilmiş
ve lityumun lityum karbonat (Li2CO3) halinde geri kazanılabilirliği de incelenmiştir. Çözünme
mekanizmasının aydınlatılması amacıyla elde edilen veriler heterojen tepkime kinetiğine uygulanmış ve
lityum liçini sınırlayan basamaklar ortaya koyulmuştur. Atıktan doğrudan su, NaOH ve C6H8O6 liçiyle lityum
çözünürlüğünün oldukça düşük kaldığı (sırasıyla %3.7, %9 ve %25), ancak, H2SO4 (0.5 M, 50C, 120 dk),
HNO3 (1.0 M, 50 C, 90 dk) ve C2H2O4 (0.5 M, 75 C, 60 dk) ile lityumun %100'ü, C4H6O6 ile (1.0 M, 75C,
120 dk) %93'sı ve C6H8O7 ile (1.5 M, 75 C, 120 dk) %76'sının liç olduğu belirlenmiştir. 700C'de aktive
edilen üründen lityum 50C ve 15 dk'da su liçiyle %85 oranında liç olmuştur. Lityumla birlikte sodyum,
potasyum, kalsiyum ve magnezyumun da önemli miktarlarda çözündüğü tespit edilmiştir. Liç çözeltilerindeki
lityum derişimi Li2CO3'ın çözünürlüğünden ileri gelen değerin altında kaldığından dolayı lityum LiCO3
halinde çöktürülerek ayrılamamıştır. Lityumla kıyaslandığında, asıl atık yapısını safsızlıklar oluşturduğundan
lityum liç kinetiğinin küçülen çekirdek modeline uyduğu ve reaksiyon hızlarını genellikle kül film difüzyonu
ve kimyasal reaksiyondan oluşan ikili bir mekanizmanın kontrol ettiği belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Lityum, Liç, Ekstraksiyon, Termal aktivasyon, Geri kazanım

Abstract:
In this thesis, it was investigated the lithium leaching from boron production waste and its thermally activated
products. For this purpose, effects of leach reagent type (water, sulfuric (H2SO4), nitric (HNO3), oxalic
(C2H2O4), tartaric (C4H6O6), citric (C6H8O7), ascorbic (C6H8O6) acids and sodium hydroxide (NaOH)) and
concentration, contact time, temperature and liquid/solid ratio on the lithium leaching were investigated,
while only effects of contact time and temperature on the leaching of lithium from the thermally activated
products by water leaching were investigated. Optimum leaching conditions were determined for each
leaching. Additionally, leaching solutions were analyzed and recoverability of the lithium in the form of
lithium carbonate (Li2CO3) was also examined. In order to determine the leaching mechanism, the data
obtained were applied to heterogeneous reaction kinetics and the steps limiting lithium leaching were
revealed. It was found that the leaching rates with water, NaOH, and C6H8O6 were quite low (3.7%, 9%, and
25%, respectively), 100% of leaching rates could be achieved with H2SO4 (0.5 M, 50C, 120 min), HNO3
(1.0 M, 50C, 90 min) and C2H2O4 (0.5 M, 75C, 60 min) and, 93% and 76% leaching rates could be obtained
in the presence of C4H6O6 (1.0 M, 75C, 120 min) and C6H8O7 (1.5 M, 75C, 120 min), respectively.
Compared to lithium, it has been determined that the main waste structure consist of impurities, thus lithium
leaching kinetics fit to the shrinking core model, and leachings are generally controlled by a dual mechanism
consisting of ash film diffusion and chemical reaction.
Keywords: Lithium, Leaching, Extraction, Thermal activation, Recovery