Baskı devre kartlarındaki değerli metallerin cevher zenginleştirme yöntemleriyle geri kazanımı
Recovery of valuable metals from printed circuit boards using mineral processing technology
Yazar: ESRA TANISALI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ FIRAT BURAT
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Cevher Hazırlama Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Son yıllarda gelişen teknoloji ile birlikte elektronik ürün çeşitliliği ve üretimi hızla artmış ve buna bağlı olarak tüketim giderek hızlanmıştır. Çıkan her yeni ürün ile birlikte kullanım talebi yükselmekte olup, elektronik cihazların değişim sıklığı artmakta ve ömrü kısalmaktadır. Tüketim hızının artması, atık haline gelen elektronik ürünlerin sayısının artmasına neden olmaktadır. Kullanımı biten ürünler elektronik atık olarak hurdaya çıkmaktadır. Yapılan araştırmalar sonucunda 2021 yılına kadar dünya genelinde atıkların yıllık artış oranının %3-4 mertebesinde gerçekleşerek 52,1 milyon tona ulaşacağı tahmin edilmektedir. Elektronik atıklar içerdikleri toksik bileşenler yüzünden çevresel ve canlılar üzerinde ciddi zararlara sebep olmaktadır. Bu sebeple bu tür atıkların yönetimi ile ilgili çok sayıda yasa çıkarılmıştır. İçerisindeki zararlı bileşenlerin yanı sıra, Au, Ag, Cu gibi değerli metalleri bünyelerinde barındırmaları ve bu metallerin içeriklerinin doğal kaynaklara oranla çok yüksek olması elektronik atıklardan metal geri kazanımını cazip kılmaktadır. Elektronik atıkların yaklaşık %3'ünü oluşturan baskı devre kartları (BDK), bilgisayar, cep telefonu, otomotiv, sağlık, aydınlatma, ev eşyaları ve endüstriyel cihazlar gibi birçok alanda kullanım alanına sahiptir. BDK'larındaki değerli metal içeriklerinin yüksek olması, bu alanda yapılan atık geri dönüşümü konulu çalışmaların sayısını arttırmaktadır. Baskı devre kartlarından metal geri dönüşümü sağlanarak, tehlikeli atıkların depolanması sonucu canlılar ve çevre üzerindeki zararlı etkilerden korunmuş olmakla birlikte içerisindeki değerli metalleri kazanarak doğal kaynakların kullanımı da azaltılmış ve korunmuş olmaktadır. BDK'dan metal kazanımında öncelikle tane serbestleşmesini sağlamak amacı ile boyut küçültme işlemleri sonrasında ön zenginleştirme olarak fiziksel ve fizikokimyasal yöntemler tercih edilmekte, daha sonra ise kimyasal yöntemler kullanılarak uç ürün eldesi amaçlanmaktadır.
Bu tez kapsamında baskı devre kartlarından Au, Ag ve Cu gibi içerik olarak yüksek oranda bulunan metallerin geri kazanımında cevher hazırlama ve zenginleştirme yöntemlerinin etkisinin araştırılması amaçlanmıştır. Atık kapsamındaki BDK'larından metal kazanımı genellikle pirometalürjik ve hidrometalürjik yöntemlerle gerçekleştirilmekte olup, her iki yöntemden de önce fiziksel ön zenginleştirme işlemlerinin uygulanması gerekebilmektedir. Hidrometalurjik ve pirometalurjik işlemlerin öncesinde plastik metal ayrılmasının verimli olarak yapılması metal kazanma verimlerini arttırmakta, işletme maliyetleri düşürmekte ve enerji maliyetlerini azaltmaktadır. Özellikle çözündürme işlemlerindeki asit sarfiyatları düşürülebilmekte, ergitme işlemlerinde yanma sonucu ortaya çıkacak olan zehirli gazların salınımı en aza indirilmektedir. 
Yapılan bu çalışmada BDK'ları ilk olarak boyut küçültme işlemlerine tabi tutulmuş, daha sonra temsili olarak ikiye ayrılmıştır. İlk grup deneylerde ön işlem olarak özgül ağırlık farkına göre ayırma yapan sarsıntılı masa kullanılmıştır. Farklı boyut gruplarında yapılan fiziksel zenginleştirme işlemlerinin sonucunda doğrudan pirometalurjik yöntemler ile değerlendirilebilecek metal içeriği yüksek satılabilir bir ürün elde edilmiştir. Daha çok plastik ve fiber malzemeden oluşan ve hafif ürün olarak adlandırılan atıklar ile kaybedilen Au, Ag ve Cu'yu kazanmak amacıyla endistriyel ölçekte en çok tercih edilen kimyasal yöntem olan hidrometalurjiden yararlanılmıştır. 
Kademeli çözündürme işlemleri ile bu değerli metallerin kazanılması hedeflenmiştir. İlk kademede asit ile çözündürme yapılarak Cu ve diğer metallerin çözündürülmesi amaçlanmıştır. Bu kademedeki çözündürme işlemlerinde sıcaklık ve asit konsantrasyonun süreye bağlı etkisi incelenmiş olup 3 M asit konsantrasyonu, 80 oC sıcaklık ve 2 saat çözündürme süresi en uygun koşullar olarak belirlenmiş, Cu %94,3 verimle kazanılırken; Fe, Al, Ni, Zn, Sn gibi metaller %90 ve üzerindeki kazanma verimleri ile elde edilmiştir. İkinci kademede çözündürme işlemlerinde ise ilk kademe çözündürme işlemlerinde çok düşük oranlarda çözünen Au ve Ag'yi çözeltiye almak için tiyosülfat kullanılmış, Au  ve Ag verimleri sırasıyla %58 ve %98,5 olarak bulunmuştur. Ön zenginleştirme işlemi uygulanmamış numuneye yapılan doğrudan çözündürme işlemleri, ön zenginleştirme yapılmış numune üzerinde elde edilen en uygun parametreler baz alınarak gerçekleştirilmiştir. İlk kademe yapılan asit ile çözündürme işlemleri sonucunda Cu %70 verim ile çözeltiye alınırken, ikinci kademede yapılan tiyosülfat ile zenginleştirme sonucunda Au %45, Ag %87,6 verimle kazanılmıştır. Bu iki farklı numune üzerinde yapılan deneyler, verim ve asit sarfiyatı açısından kıyaslanarak ön zenginleştirmenin öneminin vurgulanması amaçlanmıştır.

Abstract:
With the developing technology in recent years, the variety and production of electronic products has increased rapidly and consequently the consumption has accelerated. With every new product, the demand for usage is increasing and the frequency of change of electronic devices increases and life is shortened. The increase in the consumption rate causes the number of electronic products that have become waste. The finished products are scrapped as an electronic waste. As a result of the surveys, it is estimated that the annual increase rate of wastes worldwide will reach to 52.1 million tons by 2021. Electronic wastes cause serious damage to the environment and living things due to the toxic components that they contain. For this reason, many laws have been enacted regarding the management of such wastes. In addition to the harmful components in its structure, they contain valuable metals such as Au, Ag, Cu and their contents are very high compared to natural sources. Printed circuit boards (PCB) which make up about 3% of electronic wastes are used in many fields such as computer, mobile phone, automotive, health, lighting, household goods and industrial devices. The high number of precious metal contents in the PCB increases the number of studies on waste recycling in this area. By recycling metal from printed circuit boards; the storage of hazardous wastes is prevented and harmful effects on living organisms and the environment are diminished. Firstly, physical and physicochemical methods are preferred as pre-enrichment after size reduction processes that provide liberation of metals from the waste matrix. Then it is aimed to obtain end products using chemical methods.
In this thesis, it is aimed to investigate the effect of ore preparation and enrichment methods on the recovery of metals from printed circuit boards that contains high contents of Au, Ag, Cu and other metals. Metal recovery from the waste PCB is generally carried out by pyrometallurgical and hydrometallurgical methods, and physical pre-enrichment processes may be required before both methods. The efficient separation of plastic metal prior to hydrometallurgical and pyrometallurgical processes increases the metal recovery rates, reduces operating costs and energy costs. Particularly, the acid consumption in the dissolution process can be reduced, and the release of the toxic gases that will emerge as a result of combustion in the melting processes is minimized. 
In this study, primarily, PCBs were subjected to size reduction operations and then divided into two part as representatively. In the first group, the shaking table which separates materials according to the specific gravity difference is used as pretreatment. As a result of the physical enrichment processes carried out in different size groups, a salable product with a high metal content was produced. This product can be evaluated directly by pyrometallurgical methods. Hydrometallurgy, which is the most preferred chemical method, is used in order to gain Au, Ag and Cu, which is mostly composed of plastic and fiber materials and which are lost with light products.
It is aimed to recover these precious metals by two stage dissolution processes. At the first stage Cu and other base metals were dissolved by acidic leaching. In this process, the effect of temperature and acid concentration on the dissolution process was investigated and 3 M acid concentration, 80 oC temperature and 2 hours leaching time were determined as the optimum conditions. Cu is recovered with 94.3% dissolution rate and base metals such as Fe, Al, Ni, Zn, Sn were obtained with 90% dissolution recoveries. In the second stage, thiosulphate was used to dissolve Au and Ag which were dissolved in very low rates at the first stage. The dissolution recoveries of Au and Ag were found as 58% and %98.5, respectively. Direct leaching were applied to the sample taken from hammer crusher. The leaching experiments were carried out by selecting optimum parameters from pre-treated sample. As a result of the process of direct dissolution of the first stage, Cu was recovered with 70% recovery, while Au Ag were obtained with 45% and 87.6% recoveries after the second stage of the enrichment using thiosulfate. It is aimed to emphasize the importance of pre-enrichment by comparing these two process in terms of recovery and acid consumption.