Atık kesici uçlardan metallerin geri kazanımı
Recovery of metals from scrap saw-blade segments
Yazar: FIRAT AHLATCI
Danışman: DOÇ. DR. ERSİN YENER YAZICI
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Cevher Hazırlama Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Bakır = Copper ; Demir = Iron ; Doğal taşlar = Natural stones ; Gümüş = Silver ; Hidrometalurji = Hydrometallurgy ; Kobalt = Cobalt ; Liçing = Leaching ; Mermer = Marble ; Metaller = Metals ; Saflaştırma = Purification

Özet:
Bu tezde, mermer/doğal taş endüstrisinde kullanılan atık kesici uçlardan kritik/değerli metallerin (Co, Cu, Ag) hidrometalurjik yöntemler ile geri kazanımı araştırılmıştır. Farklı asit liçi sistemlerinde atık kesici uçların liç testleri gerçekleştirilmiştir. Farklı oksitleyiciler (H2O2 veya Fe3+) varlığında gerçekleştirilen asidik sülfat liçi (H2SO4) testlerinde oksitleyici derişimi ve sıcaklıktaki artışların metal kazanımlarını arttırdığı görülmüştür. Asidik bakır(II) sülfat katkılı klorür (H2SO4-CuSO4-NaCl) ve asidik bakır(II) klorür (HCl-CuCl2-NaCl) liçi testlerinde oksitleyici olarak kullanılan kuprik bakırın (Cu2+) derişimindeki artış metal kazanımlarını olumlu, klorür (Cl-) derişimindeki artış ise olumsuz etkilemiştir. Asidik çözeltilerle (H2SO4 veya HCl-NaCl) agresif koşullarda (yüksek H2O2 konsantrasyonu) ve uzun sürelerde (24 saat) metallerin (Co, Cu, Ag) tamamı liç edilebilmektedir. Oksitleyici ortamda yürütülen asidik liç testlerinde, hava veya O2 ilavesi ferrik demir (Fe3+) veya kuprik bakır (Cu2+) rejenerasyonunu sağlayarak liç performansını arttırmıştır.
Çözelti saflaştırma ve metal kazanımı testlerinde, asidik sülfat liçi çözeltisinden gümüşün tamamı AgCl olarak kazanılmıştır. Demir ⁓pH 3,5'ta Fe(OH)3 olarak çöktürülerek uzaklaştırılmıştır. Demiri uzaklaştırılmış çözeltinin pH değeri kademeli olarak arttırılarak, bakır (⁓ pH 5,5) Cu(OH)2 ve kobalt (⁓ pH 8,5) Co(OH)2 olarak çöktürülmüştür. Ayrıca kobalt, persülfat kullanılarak CoO(OH) olarak, bakır ise aseton (C3H6O) ile sülfat bileşiği halinde %99,3 verimle çöktürülmüştür. Asidik klorür liçi çözeltisinden ise çözelti pH'si kademeli olarak arttırılarak sırasıyla demirin (⁓ pH 2,7), bakırın (⁓ pH 5,5) ve kobaltın (⁓ pH 8,5) tamamı seçimli olarak çöktürülmüştür. Ayrıca boyut küçültme işlemleri uygulanmadan gerçekleştirilen liç işlemleri sonucunda atık kesici uçlardaki sentetik elmaslar da kazanılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Hidrometalurji, Liç, Çözelti Saflaştırma, Metal, Kobalt, Bakır, Gümüş, Demir, Mermer, Doğal Taş, Atık, Testere, Kesici Uç, Sentetik Elmas

Abstract:
In this thesis, recovery of critical/valuable metals (Co, Cu, Ag) from scrap saw-blade segments used in marble/natural stone industry using hydrometallurgical methods was investigated. Leaching of scrap saw-blade segments was carried out in different acidic leaching systems. In sulphuric acid (H2SO4) leaching tests carried out in the presence of different oxidants (H2O2 or Fe3+), it was observed that the increase in the concentration of the oxidant and temperature improved the extraction of metals. In acidic copper(II) sulphate assisted chloride (H2SO4-CuSO4-NaCl) and acidic copper(II) chloride (HCl-CuCl2-NaCl) leaching tests, increasing the concentration of cupric copper (Cu2+) positively contributed to the metal extractions while the increased levels of chloride (Cl-) adversely affected the recovery of metals. In acidic solutions (H2SO4 or HCl-NaCl) metals (Co, Cu, Ag) can be completely leached under aggressive conditions (i.e., at high concentrations of H2O2) over a prolonged period of 24 hours. In the oxidative leaching tests, the introduction of air or O2 improved the leaching efficiency through the regeneration of ferric iron (Fe3+) or cupric copper (Cu2+).
In solution purification and metal recovery tests, silver was completely precipitated in AgCl form from the acidic sulphate leach solution. Iron was removed as Fe(OH)3 by precipitation at ⁓pH 3.5. By gradually increasing the pH level of iron-free solution, copper (⁓ pH 5.5) and cobalt (⁓ pH 8.5) were precipitated as Cu(OH)2 and Co(OH)2, respectively. In addition, cobalt was precipitated with persulphate as CoO(OH) and, copper with acetone (C3H6O) as copper sulphate at 99.3% recovery. All of the iron (⁓ pH 2.7), copper (⁓ pH 5.5) and cobalt (⁓ pH 8.5) were selectively precipitated from acidic chloride leaching solution through gradually increasing the pH of the leach solution. In addition, synthetic diamonds were also recovered after leaching of scrap segments as-received i.e., without being subjected to size reduction.

Key Words: Hydrometallurgy, Leaching, Solution Purification, Metal, Cobalt, Copper, Silver, Iron, Marble, Natural Stone, Scrap, Saw-Blade, Segment, Synthetic Diamond