Kullanılmış pillerden çinko ve mangan metallerinin geri kazanımı- ekonomik analiz ve matematik modelleme
Recovery of zinc and manganese metals from spent batteries ? economic analysis and mathematical modelling
- Tez No: 237316
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ATA UTKU AKÇİL, DOÇ. DR. MEHMET KİTİŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2009
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Süleyman Demirel Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 186
Özet
Bu tez çalışmasının amacı atık alkali ve çinko-karbon pillerden çinko ve mangan metallerinin asidik liç ve presipitasyon prosesleriyle geri kazanımının araştırılmasıdır. Asidik liç çalışmaları 24 tam faktöriyel dizayn esas alınarak yürütülmüş ve sonuçlar ANOVA (analysis of variance) yöntemiyle değerlendirilmiştir. Proses optimizasyonu için mangan, çinko verimlerini tahmin etmek üzere ampirik modeller oluşturulmuştur. 24 tam faktöriyel dizayn çalışmasında farklı faktörlerin (pil tozu yüzdesi, indirgen ajan konsantrasyonu, asit konsantrasyonu, sıcaklık) liç performansı üzerine etkileri belirlenmiştir. İndirgen ajan olarak askorbik asit, okzalik asit veya sitrik asit; asit olarak ise sülfürik asit veya hidroklorik asit ile çalışılmıştır. Presipitasyon deneylerinde ise metallerin çökelmesini sağlamak amacıyla sodyum hidroksit veya potasyum hidroksit kullanılmıştır. Karışık pil tozu ile yapılan sonuçlar, toplam pil kütlesinin sırasıyla %10 ve 40 oranında çinko ve mangan içerdiğini göstermiştir. Nötral liç aşamasında katı/sıvı oranının 1/5'ten 1/10'a azaltılması potasyum ve klorür uzaklaştırılmasında önemli bir değişikliğe sebep olmamıştır. Tüm indirgen ajan ve asitlerle, maksimum çinko ve mangan liç verimlerine ulaşmak için 3 saat liç süresinin yeterli olduğu tespit edilmiştir. ANOVA sonuçları indirgen ajan olarak okzalik asit kullanılan durumlarda maksimum çinko ve mangan liç verimlerine ulaşılamadığını göstermiştir. Yüksek okzalik asit konsantrasyonunda mangan oksitlerin çözündüğü, bununla birlikte çinko okzalat çökeleklerinin oluştuğu tespit edilmiştir. İndirgen ajan olarak askorbik asit veya sitrik asit kullanıldığı durumlarda, hem H2SO4 hem de HCl varlığında 3 saat liç süresi sonunda yaklaşık %100 çinko ve yaklaşık %87-100 oranında mangan liç verimleri elde edilmiştir. Sitrik asit ve askorbik asit, Mn liç veriminde etkili olmalarıyla birlikte çinko presipitasyonuna da sebep olmamışlardır. 30 ºC'ye kıyasla 90 ºC sıcaklıkta mangan ve çinko liç verimlerinin her ikisi de artmıştır. Çinko ve mangan metalleri NaOH veya KOH varlığında sırasıyla yaklaşık pH 8 ve 10'da tamamen çökelmişlerdir. Simülasyon ile tasarlanan geri kazanım tesisinin yaklaşık 4 senede yatırım maliyetini karşılayacağı, diğer bir deyimle tesise yatırılan her 100 US$ için yılda 27,45 US$ kazanabilmenin mümkün olduğu belirlenmiştir. Tüm bu sonuçlar tez çalışmasında öngörülen prosesin çevre dostu olmasının yanı sıra ekonomik getirisinin de olacağını göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The purpose of this thesis was to investigate the recovery of manganese and zinc from spent alkaline and zinc?carbon batteries using acidic leaching and further precipitation processes. Acidic leaching tests were performed according to 24 full factorial design and the results were evaluated by ANOVA (analysis of variance) method. Empirical regression models were established to estimate the manganese and zinc yields for process optimization. The impacts of different factors (battery powder density, reducing agent concentration, acid concentration, temperature) on the leach performances were determined. Ascorbic acid, oxalic acid and citric acid were tested as the reducing agents. The tested inorganic acids were sulfuric acid and hydrochloric acid. In precipitation experiments, sodium hydroxide and potassium hydroxide were used to provide metal precipitation. The characterization results for the mixed battery powders showed that Zn and Mn contents were about 10 and 40% of the total powder mass, respectively. In the neutral leaching step, decreasing solid/liquid ratio from 1/5 to 1/10 did not significantly change potassium and chloride removals. A leach duration of about 3 h was found to be sufficient for the leaching equilibrium to be reached for all the reducing agents and acids tested. ANOVA results showed that the maximum leaching yields of zinc and manganese could not be reached simultaneously. At high oxalic acid concentration, manganese oxides were dissolved; however, zinc oxalate precipitates were formed. By the use of ascorbic acid or citric acid as the reductants, about 87-100% of manganese and almost 100% of zinc were leached after 3 h by both H2SO4 and HCl. Citric acid and ascorbic acid were very effective for Mn leaching, they also did not form zinc precipitates. The leaching yields of both manganese and zinc increased with increasing temperature from 30 to 90 ºC. Zinc and manganese were completely precipitated with NaOH or KOH at pH of about 8 and 10, respectively. The cost analysis of a simulated spent battery recovery plant indicated that the payback time of the capital cost is around 4 years. In other words, it is possible to get a profit of 27.45 US$/year per 100 US$ invested to recover Zn and Mn from spent alkaline and zinc?carbon batteries. Thus, in addition to being an environmentally friendly process, the proposed recovery process also appears to be cost-effective.
Benzer Tezler
- Atık/kullanılmış çinko-karbo ve alaki pillerden çinko ve managnın geri kazanılması
Recovery of zinc and manganese from spent zinc-carbon and alkaline batteries
SAİT KURŞUNOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Maden Mühendisliği ve MadencilikEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUAMMER KAYA
- Vanadyum dioksit temelli malzemeler ile çinko iyon batarya katotlarının geliştirilmesi
Development of zinc-ion battery cathodes with vanadium dioxide-based materials
BÜŞRA AYDOĞDU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
EnerjiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiElektrokimya ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP YÜKSEL
- Ömrünü tamamlamış Li-iyon pillerinden LiCoO2 pastasının ayrıştırılması ve tekrar kullanılabilirliğinin araştırılması
Separation of LiCoO2 paste from spent Li-ion batteries and investigation of reusability
HASAN AKSU
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Mühendislik BilimleriKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CENGİZ AYHAN ZIBA
DOÇ. DR. MEHMET HAKAN MORCALI
- Graphene based materials obtained from graphite and polyacrylonitrile based carbon fiber for energy storage and conversion systems
Enerji depolama ve dönüşüm sistemleri için grafit ve poliakrilonitril esaslı karbon fiberden grafen tabanlı malzemelerin üretilmesi
MEHMET GİRAY ERSÖZOĞLU
Doktora
İngilizce
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN
- Comparison of electrochemical polymerization and electrochemical characterizations of carbazole-substituted phthalocyanines
Karbazol bağlı fitalosiyaninlerin elektrokimyasal polimerizasyonu ve elektrokimyasal karakterizasyonlarının karşılaştırılması
ALMILA BOZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELKIZ USTAMEHMETOĞLU