Waelz oksitten hidrometalurjik yöntemlerle sıfır atıklı metal çinko eldesi
Zero-waste production of metallic zinc from waelz oxide using hydrometallurgical methods
- Tez No: 921387
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ELİF UZUN KART
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 100
Özet
Bu çalışmanın amacı, demir-çelik üretimi endüstriyel atığı olan baca tozundan elde edilen Waelz oksitten (WO) sıfır atıklı hidrometalurjik yöntemler ile elektrolitik çinko eldesinin araştırılmasıdır. Geleneksel çinko üretim yöntemleri yaklaşık 7.6-13.4 MWh/ton gibi yüksek enerji tüketimi ve çevresel olumsuz etkilere yol açarken, WO gibi ikincil çinko kaynaklarının değerlendirilmesi sürdürülebilirlik açısından kritik bir öneme sahiptir. Bu çalışma, asit liçi ve elektroliz gibi tekniklerin çinko içeriği yaklaşık %50-65 olan Waelz oksitten yaklaşık %95 verimlilikle çinko geri kazanımını sağladığını göstermektedir. Waelz oksit, çinko oksit (ZnO) içeriği bakımından zengin (yaklaşık %50-65) olmasına rağmen, içeriğinde kurşun, klor ve flor gibi safsızlıklar barındırmaktadır. Bu safsızlıkların yönetimi, hem geri kazanım verimini hem de çevresel olumsuz etkileri azaltmada önemli bir adım teşkil etmektedir. Çalışmada, ikincil kaynaklardan elektrolitik çinko metali geri kazanımı sürecinde kullanılan hidrometalurjik yöntemlerin, geleneksel pirometalurjik yöntemlere kıyasla %30 ila %50 oranında az enerji tüketimi ve yaklaşık %50 daha az sera gazı emisyonlarına neden olduğu ortaya konulmaktadır. Ayrıca, Waelz oksit işleme sırasında ortaya çıkan yan ürünlerin, çevresel etkiyi en aza indirerek katma değerli ürünlere dönüştürülebilmesi, çinko üretim sürecinin sürdürülebilirliğine önemli katkılar sunmaktadır. Bu araştırma, çinko geri kazanımında sıfır atık hedefine yönelik uygulamalara ışık tutmaktadır. Çalışmada, %58,3 çinko içeren Waelz oksit (WO) kullanılarak sıfır atıklı elektrolitik çinko geri kazanımı üzerine çalışmalar yapılmıştır. WO'nun analizi sonucunda, içeriğinde %2,4 klor, %1,3 flor, %10,7 demir ve %3,2 kurşun gibi safsızlıkların bulunduğu tespit edilmiştir. Waelz oksit, 2 M H₂SO₄ çözeltisi ile 80°C'de 3 saat boyunca liç edilerek işlenmiştir. Bu süreç sonucunda, yaklaşık %99,2 verimle çinko çözeltide geri kazanılmıştır. Liç işleminden elde edilen çözelti, pH 4,5'te kalsiyum hidroksit (Ca(OH)₂) kullanılarak saflaştırılmıştır. Bu saflaştırma işlemi sırasında, çözeltide bulunan klor ve florun sırasıyla %95,4 ve %87,6'sı bertaraf edilmiştir. Optimum koşullarda hazırlanan çözeltiye, 10 g/L demir içeriğini bertaraf etmek amacıyla pH 5,2'ye ayarlanmış ortamda NaOH eklenerek çöktürme işlemi uygulanmıştır. Bu süreç sonucunda, demirin %96,8'i uzaklaştırılmıştır. Son olarak, saflaştırılan çinko sülfat çözeltisi, elektroliz yöntemiyle işlenmiş ve 98,5 saflıkta elektrolitik çinko metali elde edilmiştir. Elektroliz işlemi, 50°C'de, 200 A/m² akım yoğunluğunda 4 saat boyunca gerçekleştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
The aim of this study is to investigate the production of electrolytic zinc metal from Waelz oxide (WO), an industrial waste product generated from steelmaking dust, using zero-waste hydrometallurgical methods. While conventional zinc metal production methods lead to high energy consumption and significant environmental impacts, the utilization of secondary zinc sources such as WO is critical for sustainability. This study demonstrates that techniques such as acid leaching and electrolysis can efficiently recover zinc from Waelz oxide, which contains approximately 50–65% zinc. Waelz oxide is rich in zinc oxide (ZnO), with a content of approximately 50–65%; however, it also contains impurities such as lead, chlorine, and fluorine. Managing these impurities is a critical step in improving recovery efficiency and reducing environmental impacts. The study reveals that hydrometallurgical methods used in the recovery of electrolytic zinc from secondary sources consume 30–50% less energy and produce approximately 50% fewer greenhouse gas emissions compared to conventional pyrometallurgical methods. Moreover, the by-products generated during Waelz oxide processing can be transformed into value-added products, minimizing environmental impact and significantly contributing to the sustainability of zinc production. This research sheds light on zero-waste approaches to zinc recovery. In this study, Waelz oxide containing 58.3% zinc was processed for zero-waste electrolytic zinc recovery. Analysis of Waelz oxide revealed that it contains 2.4% chlorine, 1.3% fluorine, 10.7% iron, and 3.2% lead as impurities. Waelz oxide was processed by leaching with a 2 M H₂SO₄ solution at 80°C for 3 hours, achieving approximately 99.2% recovery of zinc into the solution. The solution obtained from the leaching process was purified using calcium hydroxide (Ca(OH)₂) at a pH of 4.5. During this purification step, 95.4% of chlorine and 87.6% of fluorine were removed from the solution. To remove 10 g/L of iron present in the prepared solution, precipitation was carried out by adjusting the pH to 5.2 with NaOH. As a result, 96.8% of the iron was successfully removed. Finally, the purified zinc sulfate solution was processed via electrolysis, yielding electrolytic zinc metal with 98.5% purity. The electrolysis process was conducted at 50°C with a current density of 200 A/m² for 4 hours.
Benzer Tezler
- Recovery of lead and cadmium from Çinkur waelz oxide by using chloridizing volatilization method
Waelz oksitten klorlayıcı buharlaştırma yöntemi ile kurşun ve kadmiyum kazanımı
MURAT CAN OCAKTAN
Doktora
İngilizce
1996
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAVUZ A. TOPKAYA
- Çinko klinkerinden değerli metallerin çözeltiye alınması ve çözeltiden kazanılması
Leaching and recovery oh the metals valuable than zinc klinkers from solutions
CANER URSAVAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Maden Mühendisliği ve MadencilikCumhuriyet ÜniversitesiMaden Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. MEHMET CANBAZOĞLU
YRD. DOÇ. DR. MHMET KUL
- Waelz oksit (çinko oksit) elektroliz prosesine asit içeriğinin etkisi
Effect of acid content on waelz oxide (zinc oxide) electrolysis process
MEHMET AKKUŞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN AHLATCI
- Pilot ölçekli waelz-oxide prosesinde ark ocaklı tesislerin baca tozundan çinko geri kazanımı
Zinc recovery from flue dust of arc furnace plants in the pilot scale waelz-oxi̇de process
BİLAL DAĞLAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ENGİN ÇEVİK
- Briquetting of angouran zinc concenrate from dandi concentration plant of iron
Angouran-dandi konsantratörü çinko konsantrelerinin briketlenmesi
KEİHANAK ROWSHAN TABARİ
Yüksek Lisans
İngilizce
1992
Maden Mühendisliği ve MadencilikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPROF. DR. GÜLHAN ÖZBEYOĞLU