Atık devre kartlarından bakırın biyoliç ve kimyasal liç yöntemleriyle geri kazanımı
Recovery of copper from waste circuit boards by bioleaching and chemical leaching methods
Yazar: AHMET DENİZ BAŞ
Danışman: DOÇ. DR. HACI DEVECİ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Bakır = Copper ; Biyoliçing = Bioleaching ; Nitrik asit = Nitric acid

Özet:
En hızlı artış gösteren atık türü olan elektrik-elektronik atıklar (E-atıklar), içerdikleri değerli ve baz metaller bakımından potansiyel bir ikincil kaynak durumundadırlar. Bu atıkların değerlendirilmesinde yaygın olarak kullanılan pirometalurjik yöntemler, yüksek tenörlü atıklar için uygun, pahalı ve baca gazı/tozu emisyonları nedeniyle bazı çevresel sorunlara neden olan yöntemlerdir. Özellikle düşük tenörlü metal içeriğine sahip atıklardan metallerin geri kazanımı için çevreye dost, düşük maliyetli ve etkin yöntemlerin geliştirilmesine yönelik çalışmalar giderek önem kazanmaktadır.Bu çalışma kapsamında, atık TV (ADK-TV) ve masaüstü bilgisayar kartlarından (ADK-PC) bakırın biyoliç ve nitrik asit liçi ile geri kazanımı araştırılmıştır. Yapılan kimyasal analizlerde atık devre kartlarının (ADK) demir içeriğinin düşük olduğu (ADK-TV: %0,04 Fe ve ADK-PC: %2 Fe) belirlenmiştir. Biyoliç deneylerinde, ortamdaki çözünmüş demir konsantrasyonunun oldukça önemli olduğu görülmüş ve başlangıç Fe(II) konsantrasyonu 8 g/L'ye çıkarıldığında bakır kazanımının %35'ten %90'a yükseldiği bulunmuştur. Atık devre kartlarının düşük demir içeriği ve asit tüketimi göz önüne alınarak biyoliç deneylerinde, demir ve sülfür kaynağı olarak pirit ilavesi araştırılmıştır. Pirit miktarı arttıkça (5-50 g/L) bakır kazanımının (örneğin ADK-TV için %24'den %84'e) arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, piritin oksitlenmesi asit üreten bir tepkime olduğundan, Fe(II) ilave edilen deneylere göre asit tüketimi (%50) azaltılmıştır. Aşı oranı artışının (%10-50) bakır biyoliçini hızlandırdığı (21. saatte %7'den %44,5) bulunmuştur. Box-Behnken Tasarımı uygulanan nitrik asit liçi deneylerinde, nitrik asit konsantrasyonu ve sıcaklık artışının, bakır verimini olumlu etkilediği, katı oranının ise olumsuz etkilediği sonucuna ulaşılmıştır. Yüksek nitrik asit konsantrasyonlarında (2-5 M; 70°C) yüksek bakır kazanımlarına (%88,5-99,9) ulaşılmıştır. Aynı koşullarda gümüşün %32,1-68'i çözünmüştür. Bu çalışmada, biyoliç ve nitrik asit liçi ile bakırın atık devre kartlarından yüksek verimle kazanılabileceği gösterilmiştir.Anahtar Kelimeler: E-atık, Biyoliç, Nitrik Asit Liçi, Bakır, Box-Behnken

Abstract:
Electric-electronic waste (E-waste), which is the fastest growing type of waste stream is an important secondary resource of metals as it contains appreciable amounts of precious and base metals. Pyrometallurgical processes, which are extensively used for the treatment of e-waste, are high cost processes with their suitability only for high grade e-waste and with potential environmental problems associated with flue gas/dust emmissions. In this regard, the studies on the development of cost-effective, environmentally friendly and effective processes, particularly for the treatment of low grade e-waste have been increasingly important.In this study, the extraction of copper from waste circuit boards of TV (WCB-TV) and PC (WCB-PC) by bioleaching and nitric acid leaching was investigated. Chemical analysis of both wastes have shown their low content of iron (0.04% and 2% Fe for WCB-TV and WCB-PC, respectively). Initial concentration of soluble iron was found to be of prime importance for the extraction of copper. In this respect, as the initial addition of Fe(II) increased to 8 g/L, copper extraction increased from 35% to 90%. Due to low Fe contents of WCB-TV (0.04% Fe) and WCB-PC (2% Fe) and acid consumption in the bioleaching process, the addition of pyrite as a source of iron and sulphur was also investigated. Copper recovery was observed to enhance from 24% to 84% with an increase in the concentration of pyrite (5-50%). A significant decrease (50%) in the consumption of acid was noted to occur in the presence of pyrite added owing to the generation of acid by the oxidation of pyrite within the bioleaching environment. The extraction rate of copper was also shown to significantly enhance (from 7% to 44.5% in 21.hours) with increasing the size of inoculum from 10% to 50% (v/v%). In the nitric acid leaching tests, which were designed using Box-Behnken Statistical Design, increasing the concentration of HNO3 (0.2-1 M) and temperature (30-70°C) have a positive effect on the extraction of copper. However, an increase in pulp density (2-10% w/v) adversely affected the dissolution of copper. High copper extractions (88.5-99.9%) were readily achieved at high concentrations of HNO3 (2-5 M) and 70°C under which 32.1-68% of silver was also extracted. This study has shown that copper can be readily extracted by bioleaching and HNO3 leaching from waste circuit boards.Key Words: E-waste, Bioleach, Nitric Acid Leaching, Copper, Box-Behnken