Duyuruyu Kapat
Facebook Gözat
Twitter Gözat

Farklı indirgeyici ajanların atık alkali ve çinko karbon pillerden çinko ve mangan .

Konu, 'Katı Atıkların Kontrolü' kısmında Hazel Candan tarafından paylaşıldı.

  1. Hazel Candan

    Hazel Candan CMNet Üyesi

    FARKLI NDRGEYC AJANLARIN ATIK ALKAL VE ÇNKO-KARBON
    PLLERDEN ÇNKO VE MANGAN GER KAZANIMINA ETKLER
    Emine SAYILGAN1, Tugçe KÜKRER1, Albena OGNYANOVA2, Francesco VEGLIO2,
    Ata AKÇL3, Mehmet KTS1
    1Süleyman Demirel Üniversitesi, Müh. Mim. Fakültesi, Çevre Müh. Bölümü, Isparta 32260, Türkiye,
    karakaya@mmf.sdu.edu.tr, tnakip@mmf.sdu.edu.tr, mkitis@mmf.sdu.edu.tr
    2Department of Chemistry, Chemical Engineering and Materials, University of L’Aquila 67040, Italy,
    albena.ogn@gmail.com, francesco.veglio@univaq.it
    3Süleyman Demirel Üniversitesi, Müh. Mim. Fakültesi, Maden Müh. Bölümü,


    1. GRS
    Atık alkali ve çinko-karbon pillerden çinko ve mangan metallerinin geri kazanılması konusunda
    hidrometalurjik yöntemler en etkili ve çevre dostu prosesler olarak karsımıza çıkmaktadır.
    Hidrometalurjiye dayanan metal geri kazanma prosesleri, düsük enerji tüketimi, yüksek metal
    seçiciligi ve hava kirliligine neden olacak partikülleri üretmemesi açılarından avantajlıdır.
    Hidrometalurjik prosesler, metalik fraksiyonun çözünmesi için asidik veya alkali ortamdaki liç
    islemleri ve purifikasyon proseslerini, metal solüsyonlarının kazanımı ile ilgili kullanılan kimyasal
    prosesleri içermektedir (Bernandes et al., 2004).
    Alkali ve çinko-karbon piller yüksek oranda çinko ve mangan (pil tozu içeriginin %40-50’si kadar)
    içermektedirler. ZnO ve MnO sülfürik asit varlıgında kantitatif olarak çözünebildikleri halde;
    Mn2O3, Mn3O4, MnO2 gibi mangan formlarının inorganik asitlerle çözünmesi kısmi olmakta; tam
    olarak çözünebilmeleri için indirgen asitlere (askorbik asit, okzalik asit, sitrik asit gibi) ihtiyaç
    duyulmaktadır (Sahoo vd., 2001; Li ve Xi, 2005; De Michelis vd., 2007). MnO2’in indirgen
    ajanlarla reaksiyonları asagıda gösterilmistir:
    MnO2 + H2SO4 + H2C2O4  MnSO4 + 2H2O + 2CO2 (Okzalik asit) (1)
    9MnO2 + 9H2SO4 + C6H8O7  9MnSO4 + 13H2O + 6CO2 (Sitrik asit) (2)
    10MnO2 + 10H2SO4 + C6H8O6  10MnSO4 + 14H2O + 6CO2 (Askorbik asit) (3)
    Bu bildiride metallerin geri kazanımında önemli bir adım olan organik asitlerle yapılan asidik liç
    testlerinin mangan ve çinko liç verimine olan etkileri incelenmistir.
    2. MATERYAL VE METOT
    2.1. Pil Tozu Karakterizasyonu ve Nötral Liç
    Ayırma, parçalama gibi ön islemlerden geçirilen alkali ve çinko-karbon pillerden plastik, kagıt,
    metal kısımları uzaklastırılmıstır. Elde edilen pil tozu 425-μm standart elekten elenmis ve 105
    °C’de 24 saat kurutulmustur. Pil tozu, katot (mangan dioksit ve grafit) ve anot (çinko oksit ve
    elektrolit solüsyon) materyallerinin karısımından olusmaktadır. Tüm deneylerde 425-μm elekten
    elenmis pil tozu ile çalısılmıstır. Çinko-karbon ve alkali pil tozları distile ve deiyonize su ile farklı
    katı/sıvı oranlarında (1:5 ve 1:10), 200 rpm karıstırma hızında, 80 °C’de 1 saat yıkanmıstır. Farklı
    katı/sıvı oranlarında yapılan yıkama (nötral liç) sonrası optimum nötral liç sartları belirlenmistir.
    Orijinal (yıkanmamıs) ve yıkanmıs çinko-karbon, alkali ve karısık (%50 çinko-karbon, %50 alkali)
    pil tozlarının karakterizasyonu XRF (Spectro Xepos) ile yapılmıstır. Tablo 1’de her bir pil tozunun
    elemental kompozisyonu gösterilmistir. Liç testleri, tam ölçek tesislerde atık pillerin alkali ve
    çinko-karbon olarak ayrılması zor olacagından, karısık alkali ve çinko-karbon pil tozları ile
    yapılmıstır
    2.2. Asidik Liç Testleri
    Asidik liç testlerinde H2SO4 varlıgında farklı organik asitlerle çalısılmıstır. Asidik liç deneyleri
    75ºC’de, 100 g/l karısık pil tozu (MW2, Tablo 1) ile yapılmıstır. Deneysel sartlardaki asit ve
    indirgen ajan miktarları stokiyometrik reaksiyonlar dikkate alınarak stokiyometrik ihtiyaca göre
    hesaplanmıstır. Asidik liç testleri 250 mL’lik yüksek yogunluklu polietilen siselerde (solüsyon
    hacmi 100 mL), 200 rpm karıstırma hızında, sıcaklık kontrollü su banyosunda (ST402, Nüve)
    yürütülmüstür. lk olarak, liç etkinliginin zamanla degisimini belirlemek üzere kinetik testler
    yapılmıstır. Kinetik testler 60 ºC’de 150 g/l pil tozu konsantrasyonunda, stokiyometrik miktarda
    eklenen H2SO4 ile birlikte stokiyometrik miktarda eklenen indirgen ajanlarla yürütülmüstür. 0,5, 1,
    2, 3, 4 ve 5. saatler sonunda solüsyondan 1,5 mL numune alınmıs ve numuneler 10000 rpm’de 5
    dakika santrifüj edilmistir (MiniSpin Plus, Eppendorf). Santrifüj edilen numuneler 1:10 oranında
    nitrik asit solüsyonu (pH~2) ile seyreltilerek Mn ve Zn konsantrasyonları ICP-OES’de (DV2100,
    Perkin Elmer) ölçülmüstür. 5 saat reaksiyon süresi sonunda numuneler solüsyon filtre edilmis (0,45
    μm selüloz asetat) ve önceden darası alınmıs filtre kagıdı etüvde 105 ºC’de 24 saat kurutulmustur.


    3. BULGULAR
    3.1. Pil Tozu Karakterizasyonu
    Tablo 1’de orijinal alkali, çinko-karbon pil tozları ile farklı nötral liç sartlarından geçirilmis alkali,
    çinko-karbon ve karısık pil tozlarının (alkali ve çinko-karbon pil tozu birlikte) karakterizasyonları
    ayrı ayrı degerlendirilmistir.
    Tablo 1. Atık alkali ve çinko-karbon pil tozlarının karakterizasyonları (% agırlık)
    Numune Al (%) Cl (%) Cr (%) Fe (%) K (%) Mn (%) Si (%) Ti (%) Zn (%)
    AU1 0,22 0,03 <0,0033 0,05 5,56 48,66 0,06 0,51 2,35
    ZCU1 0,44 4,26 <0,0028 1,58 0,15 26,60 1,35 0,01 13,24
    MU1 0,28 1,97 0,003 0,82 1,98 39,31 0,73 0,25 8,50
    AW2 <0,10 0,009 <0,0033 0,05 1,48 53,01 0,06 0,49 2,56
    ZCW2 0,51 1,13 0,003 1,77 0,13 30,27 1,48 0,008 12,16
    MW2 0,34 0,34 <0,0029 0,88 0,22 41,90 0,91 0,25 9,63
    MW3 0,33 0,61 <0,0030 0,91 0,83 42,31 0,82 0,26 8,34
    AU1: yıkanmamıs alkali pil tozu
    ZCU1: yıkanmamıs çinko-karbon pil tozu
    MU1: yıkanmamıs, esit miktarda alkali ve çinko-karbon pil tozu içeren karısık pil tozu
    AW2: 1/10 oranında yıkanmıs alkali pil tozu
    ZCW2: 1/10 oranında yıkanmıs çinko-karbon pil tozu
    MW2: 1/5 oranında yıkanmıs, esit miktarda alkali ve çinko-karbon pil tozu içeren karısık pil tozu
    MW3: 1/10 oranında yıkanmıs, esit miktarda alkali ve çinko-karbon pil tozu içeren karısık pil tozu
    Tablo 1’e göre karısık pil tozunun %39,31 oranında mangan, %8,5 oranında çinko içerdigi
    görülmüstür. Klorür ve potasyum, alkali ve çinko-karbon pillerin elektrolitlerinde amonyum klorür
    ve potasyum hidroksit seklinde bulunduklarından alkali pil tozunda %5,5 oranında K, çinko-karbon
    pil tozunda ise %4,2 oranında Cl ölçülmüstür. Pil tozları ile 1/5 ve 1/10 katı/sıvı oranlarında yapılan
    nötral liç sonrası K ve Cl giderimi bakımından önemli bir farkın olmadıgı görülmüstür. Bu sebeple
    asidik liç testlerinin 1/5 oranında yıkanmıs pil tozları ile yapılmasına karar verilmistir. Tam ölçekli tesislerde pil tozlarının 1/5 katı/sıvı oranında yıkanmasının ekonomik açıdan daha uygulanabilir
    oldugu açıktır. Dolayısıyla tüm asidik liç testleri MW2 pil tozu ile yapılmıstır.

    Sonuçlar, çinko ve manganın her ikisi için de yeterli liç süresine 3 saatte ulasıldıgını
    göstermektedir. Bu yüzden daha sonraki liç testleri için liç süresi olarak 3 saat seçilmistir. Genel
    olarak en iyi liç verimleri askorbik asit ile H2SO4 kullanıldıgı durumlarda elde edilmistir. H2SO4
    varlıgında indirgen ajan olarak askorbik asit kullanıldıgı durumlarda Zn ve Mn liç verimleri
    sırasıyla %95-100 ve %65-95 olarak bulunmustur. Sitrik asit ile yapılan testlerde de benzer sonuçlar
    gözlenmistir. Bununla birlikte, asırı okzalik asit kullanıldıgı durumlarda ise Mn liç verimi %70-80,
    Zn liç verimi ise %20-30 olarak elde edilmistir. Bu sonuç, çinko-okzalat çökeleklerinin olusması
    sebebiyle ortaya çıkmaktadır. Benzer olarak, De Michelis vd. (2007) de sentetik solüsyonla yapmıs
    oldukları çalısmalarda çinkonun okzalik asit ile çökeldigini belirtmislerdir. Okzalik asitle yapılmıs
    olan çalısmalarda çinko ve mangan liç verimleri arasındaki fark, iki okzalatın farklı çözünürlüge
    sahip olması sebebiyledir. MnC2O4 için 25 ºC’deki çözünürlük sabiti Ksp: 1,70.10-7 iken; ZnC2O4’ın
    çözünürlük sabiti Ksp: 1,38.10-9’dur. Sonuçlar çinko liç veriminin H2SO4 konsantrasyonunun
    artmasıyla arttıgını; bununla birlikte mangan liç veriminin H2SO4 konsantrasyonundan ziyade
    indirgen ajan türlerine de baglı oldugunu göstermektedir. Bu nedenle atık alkali ve çinko-karbon
    pillerden çinko ve mangan geri kazanımı ile ilgili tam ölçek uygulamalarda indirgen ajan seçimi
    önemli bir unsurdur.
    Tablo 2’de H2SO4 ve indirgen ajan miktarları stokiyometrik ihtiyaca göre belirlenen liç testlerinde
    asit konsantrasyonlarının çinko ve mangan liç verimine olan etkileri gösterilmektedir. Sonuçlar H2SO4 varlıgında askorbik asit veya sitrik asit ile yürütülen asidik liç testlerinde, okzalik asit ile
    yapılan asidik liç testlerine göre daha yüksek verim elde edildigini göstermektedir. Örnegin, 0,64 M
    H2SO4 ile 49,5 g/l okzalik asit varlıgında %35,29 MnLV (Mn liç verimi), %28,06 ZnLV (Zn liç
    verimi) elde edilirken, 0,64 M H2SO4 ile 23,1 g/l sitrik asit varlıgında %58,07 MnLV, %112 ZnLV
    elde edilmistir. Deneysel varyasyonlar ve deney/analiz hataları nedeniyle %100’den fazla liç
    verimleri gözlenebilir. Askorbik asit ve sitrik asitin her ikisi de çözünemeyen formdaki mangan
    oksitlerin (MnO2) liç edilebilirligini arttırmıstır. Tüm bu sonuçlar çinko ve manganın etkili biçimde
    liç solüsyonuna alınması için inorganik asit varlıgında askorbik asit veya sitrik asitin
    kullanılmasının uygun bir seçim oldugunu göstermektedir.


    4. SONUÇLAR ve TARTISMA

    Alkali ve çinko-karbon pil tozlarından nötral liç ile etkili bir biçimde potasyum ve klorür
    uzaklastırılması mümkün olmustur. Katı/sıvı oranının 1/5’ten 1/10’a düsürülmesiyle potasyum ve
    klorür gideriminde önemli bir degisiklik gözlenmemistir. Kinetik testler sonucu asidik liç
    deneylerinde çinko ve manganın liç solüsyonuna alınması için 3 saat reaksiyon süresinin yeterli
    oldugu görülmüstür. ndirgen ajan türlerinin mangan ve çinko liç verimleri üzerine önemli etkileri
    mevcuttur. ndirgen ajan olarak okzalik asitin stokiyometrik ihtiyaçtan fazla kullanıldıgı deneylerde
    okzalik asit çinko presipitasyonuna sebep olmustur. Bununla birlikte bu olumsuz etki askorbik asit
    ve sitrik asit kullanılan deneylerde gözlenmemistir. Sitrik asit ve askorbik asit ile yapılan liç
    deneylerinde mangan liç verimleri %50–90 aralıgında degisirken, çinko liç verimleri %90–100
    aralıgındadır. Yapılan deneysel çalısmalar alkali ve çinko-karbon pillerden çinko ve mangan
    metallerinin geri kazanımında askorbik asit veya sitrik asit varlıgında H2SO4 ile liç çalısmalarının
    basarılı oldugunu göstermektedir. Ülkemizde 2005 yılında yürürlüge giren Atık Pil ve
    Akümülatörlerin Yönetmeligi kapsamında önümüzdeki yıllarda karsılasılacak olan geri kazanım
    zorunlulugu asamasında öngörmüs oldugumuz bu yöntem uygulanabilir bir çözüm önerisi olarak
    düsünülebilir. Bu çalısmada uygulanan yöntem, pirometalurjik yöntemler gibi yüksek maliyet
    gerektirmemesi ve çevreye herhangi bir emisyon bırakmaması sebebiyle çevre dostu bir prosestir.

    KAYNAKLAR
    Bernandes A.M., Espinosa D.C.R., Tenorio J.A.S., “Recycling of batteries:a review of current
    processes and technologies”, J Power Sources, 130, pp.291-298, 2004.
    De Michelis, I., Ferella, F., Karakaya, E., Beolchini, F., Veglio, F., “Recovery of zinc and
    manganese from alkaline and zinc-carbon spent batteries”, J Power Sources, 172, pp.975-983,
    2007.
    Li, Y., Xi, G., “The dissolution mechanism of cathodic active materials of spent Zn-Mn batteries in
    HCl”, Journal of Hazardous Materials, B127, pp.244-248, 2005.
    Sahoo, R.N., Naik, P.K., Das, S.C., “Leaching of manganese from low-grade manganese ore using
    oxalic acid as reductant in sulphuric acid solution”, Hydrometallurgy, 62, pp.157-163, 2001.
     
Farklı indirgeyici ajanların atık alkali ve çinko karbon pillerden çinko ve mangan . konusuna benzer içeriklerimiz
  1. Tehlikeli atık çamuru (siyanür-krom-çinko içerikli) bertarafı

    ArkadaŞlar bu tehlİkelİ atiklarin yok edİlmesİ konusunda fİkİr sahİbİ olan var mi alternatİf ve farkli projeler olursa sevİnİrİm..
  2. Kimyasal arıtmada kadmiyum ve çinko giderimi nasıl yapılmaktadır?

    hali hazırda kesikli bir reaktör sistemi mevcut ve bu sistemi kullanarak, atıksu içerisinde bulunan yüksek kadmiyum ve çinko giderimini nasıl yapabilirim. yardımcı olabilirseniz sevinirim. ( araştırmalarımda, kadmiyum ve çinkonun, pH 10-11 arasında çok iyi çöktürülebildiği yönünde makaleler okumuştum ve bunu uygulamada denediğimde evet çöktürebildiğimi gördüm fakat istediğim değerlere...
  3. Baca gazı tozundan çinko geri kazanımı

    Arkadaşlar Merhaba, metal ergitme ocaklarından çinko içerikli baca gazı tozu çıkıyor. bu çinko geri kazanımının nasıl yapılabileceği ile ilgili bilgiye ihtiyacım var.
  4. Çinko fosfat kaplama atıksularının arıtımı

    Çinko fosfat kaplama atıksularının arıtım yöntemleri ve projelendirilmesi ile ilgili bilgisi olan var mı?
  5. Atıksu arıtma tesisinde çinko giderim problemi

    Arkadaşlar Merhaba; Sodyum hidroksit ile çinko giderimi yapmaya çalıştığımız kimyasal bir proseste çinkoyu çöktüremiyoruz. Giriş çinko değeri 300 mg/l civarlarında ve çıkış değerlerinde neredeyse hiç giderim yapılmadığını görüyoruz. Suda amonyak ta bulunuyor. Sizce giderim yapamamızın sebebi nedir ? Fikri olan paylaşırsa sevinirim.