Termik santral uçucu küllerinden nadir toprak elementlerinin zenginleştirilmesinin araştırılması
Investigation of enhancement of rare earth elements from thermal power plant fly ash
Yazar: YASİN ÇİNÇİN
Danışman: PROF. DR. OKTAY BAYAT
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Bu çalışma; termik santrallerden elde edilen uçucu küllerin nadir toprak elementleri (NTE) için ikincil kaynak olarak değerlendirilmesine odaklanmaktadır. Altı farklı termik santralden uçucu kül numuneleri alınmıştır. Karakterizasyon analizleri yapılmış ve deneysel çalışmalara uygun tane boyutlara getirilmiştir. Bakterilerin temini, besi reçetesinin uygulanması ve gelişim evrelerinin takibi sağlanmıştır. Deney setleri Taguchi yöntemi kullanılarak oluşturulmuştur. Karakterizasyon analizleri sonucunda, biyoliç çalışmalarına en uygun kül numunesi seçilmiş ve biyoliç deneyleri gerçekleştirilmiştir. Taguchi deney tasarım güvenirliği pH ve NTE zenginleştirme oranlarına göre test edilmiştir. ANOVA analizi bu tasarımın güvenilir olduğu sonucuna ortaya koymuştur. Analiz sonuçları, deneyde en etkili parametrenin, uçucu kül miktarı (katı oranı %) olduğunu göstermiştir. NTE veriminin en yüksek olduğu deney parametreleri kullanılarak, verimin artırılması amacıyla kimyasal liç ve biyoliç yöntemlerinin birlikte uygulanması gerçekleştirilmiştir. 
Biyoliç deneyleri sonucunda en yüksek NTE zenginleştirme verimi %42,1 olarak elde edilmiştir. Pr ve Gd ise elementlerinde %60'ın üzerinde verim sağlanmıştır. Ağır nadir toprak elementlerinin (ANTE) verimi %50,43, hafif nadir toprak elementlerin verimi ise %38,61 olarak hesaplanmıştır. Kimyasal liç ve biyoliç zenginleştirme yöntemlerinin bir arada kullanılması sonucunda %56,5 verim elde edilmiştir. Pr metalinin zenginleştirme veriminin %99 olduğu tespit edilmiştir.
Sonuçlar, biyoliç yönteminin NTE'lerin zenginleştirilmesinde etkili olduğunu ortaya koymuştur. Kimyasal liç ve biyoliç kombinasyonunun zenginleştirme performansını artırdığı ve geniş ölçekli uygulamalarda potansiyel taşıdığı belirlenmiştir. Çalışmalar ayrıca uçucu külün geri kazanılabilir bir kaynak olarak değerlendirilmesi gerektiğini, bu yaklaşımın sürdürülebilir döngüsel ekonomiye katkı sağlayabileceğini vurgulamaktadır.

Anahtar Kelimeler:	Nadir Toprak Elementi, Uçucu Kül, Biyoliç, Maden Atık Yönetimi, Acidithiobacillus Ferrooxidans

Abstract:
This study evaluates fly ash from thermal power plants as a secondary source of rare earth elements (REEs). Fly ash samples were collected from six different thermal power plants. Characterization analyses were conducted, and the samples were processed to achieve particle sizes suitable for experimental studies. The procurement of bacteria, application of nutrient medium, and monitoring of their growth stages were ensured. Experimental sets were designed using the Taguchi method. Based on the results of the characterization analyses, the most suitable fly ash sample for bioleaching studies was selected, and bioleaching experiments were performed. The reliability of the Taguchi experimental design was tested in terms of pH and REE enrichment ratios, with ANOVA analysis confirming the design's reliability. The analysis results indicated that the experiment's most influential parameter was the amount of fly ash (solid ratio). To enhance the REE yield, chemical leaching and bioleaching methods were applied together using the experimental parameters that yielded the highest REE recovery.
As a result of the bioleaching experiments, the highest REE enrichment yield was obtained at 42.1%, with yields exceeding 60% for Pr and Gd. The yield for heavy rare earth elements (HREEs) was calculated at 50.43%, while the yield for light rare earth elements (LREEs) was 38.61%. The combined use of chemical leaching and bioleaching methods resulted in a yield of 56.5%, with the enrichment yield for Pr being determined at 99%.
The results demonstrated that the bioleaching method is effective in enriching REEs. It was also determined that the combination of chemical leaching and bioleaching enhanced the enrichment performance and holds potential for large-scale applications. Additionally, the study emphasizes that fly ash should be considered a recoverable resource, contributing to a sustainable circular economy approach.

Keywords: Rare Earth Element, Fly Ash, Bioleach, Mining Waste Management, Acidithiobacillus Ferrooxidans