Demir-çelik endüstrisi atıklarından değerli metalerin kimyasal liç yöntemiyle geri kazanımı
Recovery of precious metals from iron and steel industry wastes with chemical leaching method
Yazar: SADIK ALANDAĞ
Danışman: DOÇ. DR. HASAN ÇİFTÇİ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Heavy metal = Heavy metal ; Hidrometalurji = Hydrometallurgy

Özet:
Demir-çelik endüstrisi ülkelerin gelişmişlik düzeyini belirleyen en önemli sektörlerin başında gelmektedir. Türkiye, çelik üretiminde Avrupa'da ikinci, dünyada sekizinci sıradadır. 2013 yılında 34,7 milyon ton ham çelik üretimi gerçekleştirilmiştir. Türkiye'deki çelik üretiminin %71'i hammadde olarak demir-çelik hurdasının kullanıldığı Elektrik Ark Fırınlı (EAF'lı) tesislerde gerçekleştirilmektedir. EAF kullanılan üretim tesislerinde; içerisinde değerli metaller ( Zn, Pb, Fe vd.) bulunan baca tozu, cüruf ve tufal gibi atıklar oluşmaktadır. Atıkların yol açtığı çevresel sorunlar ve içerisinde bulunan değerli metaller, geri dönüşüm üzerine araştırmalar yapılmasını sağlamıştır. Atıklarda bulunan değerli metallerin kazanılması amacıyla ilk olarak pirometalurjik yöntemler geliştirilmiştir. Çelik üretiminde yüksek enerji maliyetlerine neden olan ısıl işlemlerin bir de atıklara uygulanması maliyetleri daha da artırmaktadır. Bu nedenle, atıklar üzerine pirometalurjik yöntemlere göre daha ekonomik ve çevresel etkileri daha az olan hidrometalurjik yöntemler uygulanabilmektedir.

Bu çalışmada, Çolakoğlu Metalurji A.Ş.'den temin edilen EAF baca tozu numunesine farklı asitler ve baz kullanılarak kimyasal liç yöntemi ile metallerin kazanımı araştırılmıştır. Liç deneylerinde inorganik asit (sülfürik asit), organik asitler (sitrik asit, asetik asit) ve baz (sodyum hidroksit) içeren çözeltilerde baca tozundan metallerin çözünme verimleri incelenmiş ve katı/sıvı oranı, reaktif konsantrasyonu, sıcaklık ve süre olmak üzere proses parametrelerinin metal çözünme verimlerine etkileri araştırılmıştır. Deneysel çalışmalarda ilk olarak ön testler uygulanmıştır. Ön testlerden elde edilen sonuçlar göz önünde bulundurularak optimum liç şartları belirlenmiş ve daha sonra Yates deneysel düzen tekniğine göre ana liç testleri gerçekleştirilmiştir. Ana liç testlerinde elde edilen sonuçların değerlendirilmesi için ANOVA-Yates analizi uygulanmıştır.

Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda reaktif konsantrasyonu ve liç sıcaklığının artmasıyla ve ayrıca katı/sıvı oranının azalmasıyla metallerin (Zn, Pb, Fe) çözünmesinin arttığı belirlenmiştir. İncelenen parametrelerin doğrudan deneysel çalışma yürütülmeyen diğer değerlerinde metal çözünme verimlerini belirlemek için basit lineer bir matematiksel model geliştirilmiştir. Optimum şartlarda, EAF baca tozundan Zn ve Pb çözünme verimleri %100 olarak gerçekleşmiştir.

Abstract:
Iron and Steel Industry is one of the leading sectors showing the level of development of the countries. In steel production, Turkey is ranked second in the Europe and eighth in the world. 34.7 million tons of crude steel production was carried out in 2013. In Turkey, 71% of the steel production is performed in facilities by means of Electric Arc Furnaces (EAF) for which steel and iron scraps are used as raw materials. The precious metals (Zn, Pb, Fe etc.) present in the flue dust, slag and mill-scale as wastes consists in production facilities used by EAF. The environmental problems caused by these wastes and precious metals present in them forced the researchers to perform studies focusing on recovery of these wastes.  Pyrometallurgical techniques were initially developed for the recovery of the precious metals present in the wastes. In steel production, application of high-cost heat treatment processes to the waste materials increases the cost of the production further. Therefore, the economic and environmental impacts than those using pyrometallurgical less hydrometallurgical methods can be performed on the wastes.

In this study, metals extraction by chemical leaching of EAF dust obtained from Çolakoğlu Metalurji A.Ş. was investigated by the use of different acids and base. The dissolution efficiency of metals from the dusts was investigated in leaching tests using inorganic acid (sulphuric acid), organic acids (citric acid, acetic acid) and base (sodium hydroxide). The effects on dissolution efficiency of process parameters including solid/liquid ratio, reactive concentration, temperature and time were investigated. First, preliminary tests were conducted to determine optimum leaching conditions. Then, leaching tests were carried out according to Yates' experimental design. ANOVA-Yates analysis was used to evaluate the results from the leaching tests. 

It was determined that the metals (Zn, Pb, Fe) extraction increased with an increase in the reactive concentration and the leaching temperature, and with a decrease in the solid/liquid ratio. A simple linear mathematical model has been developed in order to predict the metal dissolution efficiency from EAF dust for other operating conditions that were not directly tested. Under optimum conditions, the Zn and Pb dissolution efficiencies from the EAF dust were determined as 100%.