Floresan cam atıklardan nadir toprak elementlerinin geri kazanımı
Recovery of rare earth metals from fluorescent glass wastes
- Tez No: 849855
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK BİROL, DOÇ. DR. MEHMET ŞEREF SÖNMEZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Metalurji Mühendisliği, Chemistry, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Üretim Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 165
Özet
Nadir Toprak Elementleri (NTE) farklı alanlardaki kullanımlarıyla stratejik hammadde durumundadır. Nadir toprak elementlerinin“nadir”olarak nitelenmesi ticari üretimlerinin zor ve ekonomik açıdan maliyetli olmasından kaynaklanmaktadır. Bununla birlikte yeni kaynaklar bulunamaması durumunda bazı NTE'lerde arz sıkıntısı yaşanacağı ve arzın talebi karşılayamayacağı riski bulunmaktadır. Endüstriyel çapta üretimin geri dönüşüm metodu kullanılarak gerçekleştirilmesi zaruriyet halini alması beklenmektedir. Nadir toprak elementlerinin kullanılmış floresan lambalardan geri kazanımı, piyasadaki arz talep dengesizliğini düzenlenmesi, toksik ürünlerin bertaraf edilmesi ve fosfor tozunun zengin ve ucuz bir NTE kaynağı olması açısından önemli bir yer arz etmektedir. Floresan camların iç yüzeyinde bulunan fosfor tozunda kırmızı, mavi ve yeşil fosfor tozları bulunmaktadır. Kırmızı fosfor tozu bünyesinde itriyum oksit (Y2O3), evropiyum oksit (Eu2O3) yapıları vardır. Mavi ve yeşil fosfor tozlarında ise alüminat ya da fosfat köküne bağlı terbiyum oksit (Tb2O3), lantan oksit (La2O3) ve seryum oksit (Ce2O3) fazları vardır. Bu çalışmada kritik ve yüksek teknoloji ürünlerin üretimi için vazgeçilmez olan nadir toprak metallerinden ilk aşamada Y ve Eu'un, ikinci aşamada ise La, Tb, Gd ve Ce'un karışık oksit formlarında geri kazanılması sağlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda hedeflenen ürünlerin ekonomik olarak eldesi için yeni bir yaklaşım geliştirilmiş ve prosesin tüm adımları optimize edilip aynı zamanda kinetik modeller ortaya konmuştur. Önerilen prosesin ilk aşamasında 45µm altına elenmiş olan fosfor tozu geleneksel çalkalayıcı ekipmanda ve mikrodalga ortamında asitli liç işlemine maruz bırakılmış, bu adımın optimizasyonu gerçekleştirilmiş ve iki yöntem kıyaslanmıştır. Geleneksel liç için 4M HNO3, 80˚C, 360 dk ile Y ve Eu liç verimleri %95 üzerinde elde edilmiştir. Çözeltide Ca konsantrasyonunun yüksek oluşu bir sonraki adım olan solvent ekstraksiyon yükleme işleminde problem meydana getireceğinden Ca'un CaSO4 olarak çöktürülmesi %82,6 verimle Na2SO4 ile 50˚C'de 120 dk süren proses ile sağlanmıştır. Çöktürme sonrası elde edilen çözeltiye D2EHPA ile solvent ekstraksiyon uygulanmış ve pH=0.05'te yapılan yükleme ile sadece Y, pH=1.15'te yapılan yüklemeyle de Y ve Eu'nun birlikte yüklenmesi sağlanmıştır. Yüklenmiş organik 6M HCl ile 4 adımda sıyrılmıştır. Sıyırma çözeltilerinden oksalik asit ile 50˚C'de 120 dk süren işlemle Y2(C2O4)3 ve (Y,Eu)2(C2O4)3 çöktürülmüş ve 800˚C 2 saat süreyle kalsine edilerek oksit formları elde edilmiştir. Geleneksel liç ile çözeltiye alınamayan mavi ve yeşil fosfor bünyesindeki La, Tb ve Ce metallerinin neredeyse tamamı da ikincil mikrodalga liçi 6M HCl, 160 ˚C, 90 dk süreyle uygulanarak doğrudan çözeltiye alınmıştır. Benzer şekilde oksalik asit ilavesi ve ardından gerçekleştirilen kalsinasyon ile söz konusu metallerin karışık oksitleri elde edilmiştir. Çözeltilerin karakterizasyonu ICP-MS ve AAS ile; hammadde, liç atıkları ve elde edilen ürünler mastersizer, SEM, FE-SEM, XRD ve DSC yöntemleri ile karakterize edilmiştir.
Özet (Çeviri)
The recovery of rare earth elements from used fluorescent lamps plays an important role in regulating the supply-demand imbalance in the market, eliminating toxic products, and making phosphorus dust a rich and cheap REE source. There are red, blue and green phosphor powders in the phosphor powder on the inner surface of fluorescent glasses. Red phosphorus powder has yttrium oxide (Y2O3) and europium oxide (Eu2O3) structures. In blue and green phosphorus powders, terbium oxide (Tb2O3), lanthanum oxide (La2O3) and Ce2O3 phases are connected to aluminate or phosphate radicals. In this study, the rare earth metals, which are indispensable for the production of critical and high-tech products, were recovered in the mixed oxide forms of Y and Eu in the first stage, and La, Tb and Ce in the second stage. For this purpose, a new approach has been developed to obtain the targeted products economically. All the steps of the process have been optimized and experimental design has been made at the same time, and empirical mathematical models and kinetic models have been revealed. In the first stage of the proposed process, phosphorus powder sieved below 45µm was exposed to acid leaching in conventional shaking equipment and microwave environment, this step was optimized and the two methods were compared. Since the high Ca concentration in the solution will cause a problem in the solvent extraction loading process, which is the next step, the precipitation of Ca as CaSO4 is provided with Na2SO4 with certain parameters. Solvent extraction with D2EHPA was applied to the solution obtained after precipitation, and only Y was loaded at pH=0.05, and Y and Eu were loaded together with loading at pH=1.15. The loaded organic was stripped in 4 steps with 6M HCl. Y2(C2O4)3 and (Y,Eu)2(C2O4)3 were precipitated with oxalic acid from stripping solutions and their oxide forms were obtained by calcining. La, Tb, and Ce metals in blue and green phosphorus, which could not be taken into solution by conventional leaching, were also taken directly into solution by applying secondary microwave leaching. Similarly, mixed oxides of the mentioned metals were obtained by the addition of oxalic acid and subsequent calcination. Characterization of solutions with ICP-MS and AAS; The raw material, leaching wastes and the products obtained were characterized by mastersizer, SEM, FE-SEM, XRD and DSC methods.
Benzer Tezler
- Performance comparison of aptamer and antibody based fluorescent biosensors for bacteria on glass surface
Aptamer ve antikor bazlı floresan biyosensörlerin cam yüzeydeki bakteriler için performans karşılaştırması
ASLI KÜREKÇİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
BiyoteknolojiBaşkent ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OĞUZ BALCI
- Floresan ve nonfloresan glaze ı̇şlemlerinin farklı CAD/CAM Cam seramik materyallerinin renk değişimi üzerine etkisinin ı̇ncelenmesi
Effect of Fluorescent and Nonfluorescent Glaze Processes on Color Change of Different CAD/CAM Glass Ceramic Materials
ZEYNEP ŞEN YILMAZ
Diş Hekimliği Uzmanlık
Türkçe
2022
Diş HekimliğiAtatürk ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FUNDA BAYINDIR
- CAD/CAM sistemi ile farklı yapı ve formdaki bloklardan üretilen tam seramik kronların mikro çatlak analizi ve kırılma dayanımlarının karşılaştırılması
Comparison of fracture strength and micro crack analysis of all ceramic CAD/CAM crowns manufactured with three blocks in different form and structure
MERVE ARSLAN
Diş Hekimliği Uzmanlık
Türkçe
2017
Diş HekimliğiKırıkkale ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLGİ BARAN
- Asfalt beton kaplamalarında atık floresan lambaların filler olarak kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of usage of waste fluorescent lamps as mineral filler in asphalt mixture
ROSTAM ALI ANWARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mühendislik BilimleriSüleyman Demirel Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SALTAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEZEN COŞKUN
- Atık floresan camlarının asfalt betonu kaplamalarında filler olarak kullanımı
Utilization waste fluorescent glass a mineral filler in flexible pavement
SERKAN SELÇUK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH HİLMİ LAV