Atık akü pastalarından elektrolitik olarak kurşun geri kazanımı
Electrolytic lead recycling for waste lead-acid batteries
Yazar: BENGİSU MÜGE YOLCU
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM SERVET  TİMUR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Metalurjisi ve Teknolojileri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, mevcut kurşun-asit akü geri dönüşüm proseslerine alternatif bir çözüm aranarak sıfır atık prensipli bir proses oluşturulmuştur. Bu proses kapsamında akü pastası içerisinde bulunan sülfat içeriği elektrolitik olarak giderilmiş ve elektrodiyaliz prensibi kullanılarak elektrolitik asit geri kazanımı gerçekleştirilmiştir. Ardından çalışmanın pirometalurjik kademesi olan ikinci aşamada, sülfatı giderilmiş pastadan düşük sıcaklıkta karbotermik redüksiyon ile metalik kurşun kazanılmıştır. Yapılan deneylerde 250 A/m2 akım yoğunluğu, 2,5 cm anot-katot mesafesi, oda sıcaklığı, 0,5 M H2SO4 konsantrasyonu şartlarında 8 saat süreyle elektroliz işlemi uygulandığında pastada başlangıçta %50 civarında olan PbSO4 içeriğinin %1?in altına düşürülebildiği görülmüştür. Elektrolitik asit geri kazanımı deneyleri sırasında anyonik membran ile ayrılmış iki bölmeli bir hücre tasarlanarak 24 saat süreyle elektroliz işlemi uygulanmış ve başlangıç asit konsantrasyonunun %50?den fazlası geri kazanılmıştır. Pirometalurjik aşamada yapılan çalışmalarda ise öncelikle kurşun bileşiklerinin uçuculuğu göz önüne alınarak düşük sıcaklıkta ergiyen örtücü flaks bileşimi (%70 NaCl+%30 KCl+%2 CaF2 ? 1:2 Boraks:tuz) oluşturulmuştur. Örtücü flaks bileşimi altında yapılan deneylerde kurşun kaybı %1?in altına indirilmiştir. Flaks kalınlığının kurşun kaybına etkisi incelendiğinde 1 cm kalınlıkta flaks tabakasının yeterli örtücülüğü sağladığı görülmüştür. Karbotermik redüksiyon için uygun şartlar taranmış ve 800ºC?de, ağ. %7 karbon ile 1 saat süreyle yapılan deneylerde %93 verimle kurşun kazanımı gerçekleştirilmiştir

Abstract:
In this study, an alternative process to current lead-acid battery recycling processes has been developed. Within the process developed, sulphate content of battery paste is removed with electrolysis and waste battery electrolyte is regenerated. In the next step defined as the pyrometallurgical part of the process, desulphurised paste is reduced. Experimental work showed that PbSO4 content (%wt. 50 of the paste) can be reduced below %1, as a result of 8 hours of electrolysis (250 A/m2 current density, 2,5 cm anode-cathode distance, room temperature, 0,5 M H2SO4 concentration). Due to electrolytic acid regeneration experiments, two compartment cell divided by an anion exchange membrane, was designed and at the end of 24 hours of electrolysis over %50 of waste electrolyte was regenerated. For pyrometallurgical experiments, covering flux composition (%70 NaCl+%30 KCl+%2 CaF2 ? 1:2 Borax:salt) was developed due to high volatility of lead compounds. As a result, metal loss was reduced below %1, by melting paste under covering flux. It was obtained that 1 cm of flux height can cover the melt efficiently. Optimum conditions for carbothermic reduction were examined and desulphurised paste was reduced with %93 efficiency under conditions of 800ºC, wt. %7 carbon, 1 hour of reduction time.