Elektro çözündürme-biriktirme ile elmas testere hurda soketlerinden metal toz üretimi
Powder metal extraction and recovery from diamond scrapped sawblades by electro dissolution-deposition
Yazar: ONUR KARASUNGUR
Danışman: DOÇ. DR. LEVENT CENK KUMRUOĞLU ; PROF. DR. MEHMET KUL
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Elmas testere, taş ocaklarından çıkan doğal taşların (mermer, granit, andezit, bazalt ve benzeri) yanı sıra, beton/asfalt, ateş tuğlası, bims, fiber cement gibi pek çok malzemenin kesiminde kullanılan malzemelere verilen genel addır. Elmas testere soket adı verilen kesici uçların dairesel bir çelik gövdeye kaynatılması ile elde edilir. Soketler bir takım metal tozlarının ve sanayi elmaslarının karışımı olup, yüksek ısı ve basınca tabi tutularak (sinterlenerek) elde edilir. Elmas testerelerin kullanımı sırasında soketler aşınmakta ve kırılmaktadır, işlevini yitiren soketler (üretim sırasında hasarlı çıkanlar, çalışma boyundan daha kısa duruma gelen soketler) herhangi bir işlemle yeniden kullanılır duruma dönüştürülmemektedir. Ancak soketlerin bünyesinde barındırdığı elmasın ve değerli metallerin geri kazanılması, hem maliyet düşürülmesi hem de doğal kaynaklardaki azalmalardan etkilenmeyi daha aza indirmek açısından önemlidir. Bu nedenle tez çalışmasının amacı, elmas testerelerin kullanımından sonra veya soketlerin imalatı sırasında hurdaya çıkmış olan soketlerden metal tozlarının ve sanayi elmaslarının elektrometalurjik yöntemlerle geri kazanımını araştırmaktır. 

Soketlerin kaynatıldığı çelik diskin (gövdenin) standart çapları 18 santimetreden 200 santimetreye kadar değişmektedir. Dolayısıyla soketlerin boyutları da kullanılan diskin boyutlarına göre değişmektedir. Ancak disk ve soket boyutları her ne olursa olsun genel olarak soket yüksekliğinin %80'i kullanılabiliyor geriye kalan %20'lik kısmı kesme işlemini yapamıyor. Bu durumda her elmas testere üzerindeki soketlerin yaklaşık %20'lik kısmı hurdaya çıkmaktadır. Hurda soketler içerisinde kalan sanayi elmaslarının ve değerli metallerin geri kazanımı tez çalışması olarak seçilmiştir. Literatürde verilen güçlü asitlerin ve çöktürme kimyasallarının kullanıldığı hidrometalurjik uygulamalara  alternatif olabilecek elektrometalurjik yöntemlerle hurda testere soketlerinden elmas geri kazanımı ve değerli metal tozu üretimi amaçlanmaktadır. Tezin sonucunda, doğal kaynakların daha verimli kullanılmasının yanında atıkların bertarafı ve azaltılmasının getirdiği maliyeti azaltmaya yönelik proses geliştirileceği gibi konu ile ilgili literatürdeki boşluğu doldurmaya yönelik sonuçların üretilmesiyle de özgün katkılar sağlanacaktır. 

Hurda elmas testere soketlerinden elmas ve değerli metal tozunun yeniden kullanılabilir şekilde elde edilmesi çalışmalarında elektrometalurjik metotlardan elektrolitik çözündürme-biriktirme yöntemi kullanılacaktır. Bu çalışmalarda hurda soket (elektroliz hücresinde anot) ve paslanmaz çelik bir plaka (katot) elektriksel iletkenliği yüksek bir elektrolit içerisine daldırılacaktır. Hücreye soket yapısındaki metallerin ayrışma gerilimlerinin (parçalanma voltajı) üzerinde potansiyeller uygulayarak anot olarak bağlanan hurda soketteki metallerin çözünmesi, katotta toplanmaları ve bu sırada elektrolizden etkilenmeyen elmasların hücrenin tabanında toplanması sağlanacaktır. Düşük metal konsantrasyonuna sahip elektrolitlerde yüksek akım yoğunluğu ile elektroliz yapıldığında metaller toz formunda çökelmektedir. Toz formundaki metaller toz metalurjisi alanında kullanım için uygundur. Başka bir ifadeyle ~10 A/dm2 veya daha yüksek akım yoğunlukları üzerinde elektrolitteki metal iyonları toz boyutunda (~50 µm) katotta biriktirilecektir. Kullanılan elektrolite bağlı olarak katot üzerinde biriken metal, kurum gibi, toz boyutunda olmaktadır. Bu metal tozlarının morfolojisi ve özellikleri aşırı voltaj, akım yoğunluğu, elektrolitin sıcaklığı gibi parametrelere bağlı olarak değişmektedir. Dolayısıyla metal tozlarının morfolojisi ve görünür yoğunluğunun akım yoğunluğundan, elektrolitin karıştırma hızından, elektrolit kompozisyonundan ve sıcaklığından nasıl etkilendiği de araştırılacaktır. 

Anahtar Kelimeler; Hurda elmas testere soketi, elektro çözündürme-biriktirme, elmas geri kazanımı, toz metal üretimi, bakır tozu

Abstract:
Diamond saw, is a generic term of the materials used to cut several kinds of materials such as natural stones (marble, granite, andesite, basalt and etc.) that extracted from mine and concrete/asphalt, fired brick, bims, fibre cement. Diamond saw is manufactured by welding cutting tools known as socket to the outside of the circular steel body. The sockets, which mix of certain type of metal powders and industrial diamonds, are produced by sintering under high temperature and pressure. During the cutting operation, diamond saws are worn out and fractured. The sockets, which are lost of its function, (Sockets has Production Defects, Inadequate Size) cannot be reused by any recycling process. On the other hand, recovery of diamonds and valuable metals that is originated from sockets is important because of reducing the production cost and to minimise the effects of decreasing on natural sources. For this reason the aim of the dissertation study is to investigate the recovery of industrial diamonds and metal powders from scrap sockets that used as diamond saw or sockets that have production defect by electrometallurgy methods. 

The standard diameters of the steel discs that is the sockets welded on it are vary from 18 cm to 200 cm. Therefore the dimensions of sockets may vary according to steel discs size. Regardless of the dimensions of the disc and socket, generally only 80% height of sockets can be used and remaining part (20%) of socket cannot be used during cutting operation. In this case, 20% volume of the sockets on each diamond saw is described as scrap. The recovery of industrial diamonds that existing inside of sockets and recoveries of valuable metals are selected as dissertation study. As an alternative to hydrometallurgical applications that use strong acids in combination with precipitating chemicals that refereed literature, aim to fabricate valuable metal powder and diamond recovery from scrap saw sockets by electrometallurgical methods. At the end of this dissertation, besides using natural resources productively and reducing the cost which is caused because of reducing and putting the waste products aside, a new process will be developed and this will give an original contribution to the results occurred by filling the gap in the literature. 

Through methods based on electrometallurgy, electrolytic dissolution-deposition method will be used for the studies on reuse of recovered diamonds from scrap sockets and precious metal powders. In these studies, scrap socket (as an anode in electrolysis cell) and copper or stainless steel plate (cathode) will be immersed in electrolyte that has high electrical conductivity.  The over potential (decomposition voltage) will be applied to the scrap sockets that biased as anode in electrolysis cell in order to collect diamonds in the bottom of the cell that will be unaffected by electrolysis and metals dissolved from anode will be deposited on the cathode. In the electrolytes that have low metal concentration, by applying high current densities during electrolysis-dissolved products from the anode may be precipitate as metal powder. Metals in powder form are appropriate for use in the field of powder metallurgy. In other words, for the 10 A/dm2 or higher current densities, metal ions in the electrolyte will be deposited on the cathode in the powder (~50 µm) form. The metal deposited on the cathode, depending on the electrolyte used, may be shaped in the powder form like soot. This morphology of the metal powder and its features varies depending on such parameters as the temperature of the electrolyte, over-voltage and current density. Therefore, the effect of electrolyte composition, current density and temperature on the morphology of metal powder and apparent density will also be investigated.

Key words: Scrapped sawblades, electro dissolution-deposition, diamond recovery, powder metal extraction, copper powder