Geri Dön

Cep telefonu ve bilgisayar pilinden geri kazanılan bazı metallerin emaye fritlerinde kullanılması

Use of certain metals recovered from mobile phone and computer batteries in enamel fritts

PDF İndir

  1. Tez No: 948023
  2. Yazar: DİLAY PAR
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN ALTUNDAĞ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Sakarya Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Analitik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 65

Özet

Frit cam yapılı ara bir mamüldür. Kobalt, lityum, mangan, nikel, demir, bakır gibi hammaddelerin belirli oranlarda reçetesinin hazırlanıp tartıldıktan sonra yüksek sıcaklıkta ergitilip oluşan camsı yapılara frit denir. Eğer eriyen frit soğuk suyun içine boşaltılırsa boncuk frit, soğuk silindirler arasından geçerek ani şoklama yapılırsa pul frit denir. Bu fritlerin ise farklı farklı oranlarda birbirleriyle karıştırılmasıyla da emaye oluşur. Emayeye özellik kazandıran ana hammadde frittir. Emayeler Na, K, Ba, Li, Ca, Mg gibi elementlerin oksitlerinin tercih edildiği emayeden beklenen özelliğe göre Al, Ti, Zr, F gibi elementlerin de oksitlerini içeren borosilikat yapısının toz ve yaş olarak kullanılan kaplama malzemesidir. Oluşan fritlerin farklı katkılarıyla değirmenlerde belirli boyutlarda öğütülmesiyle emaye oluşur. Oluşan emayeler uygun yöntemlere göre belirlenen sıcaklık ve sürelerde pişirilerek yüzeylere yayılır. İstenilen özelliklere göre emaye çeşitleri; Astar kat emaye, sitrik asit dayanıklı emaye, ETC direkt emaye, buhar dayanıklı pirolitik emaye, taransparan emaye, katalitik emaye, sıcak su dayanıklı emaye, ızgara ve bek kapağı emaye, kendinden renkli ikinci kat emayeler gibi kullanım alanları ve ihtiyaçlara göre çeşitleri vardır. Öğütme işlemi bu proseste önemli rol oynamaktadır. Öğütme inceliğinin aynı sürede olması değirmene yüklenecek olan fritin ağırlığıda önemlidir. Eğer frit miktarı fazla olursa değirmenin fritleri öğütme süresi artar fakat değirmene yüklenen frit miktarı az olursa içindeki bilyelerin birbirine sürtünmesiyle bilyeler aşınır bu da istenilen bir durum değildir. Emaye kaplanmış ürünler mutfak eşyaları, ocak, fırın, fırın tepsileri, beyaz eşya, soba, küvet, kimya endüstrisi gibi çok geniş çaplı uygulama alanları vardır. Bu kadar geniş çaplı kullanılmasının sebebi hijyeniklik, buhar dayanımı, aside dayanıklı, neme ve kimyasal maddelere ve ısıya dayanımı olması, temizleme kolaylığı, çizilme ve aşınmaya karşı sert bir yüzeyinin olması, koku ve tad vermeyen yüzey oluşturması, estetik görünüm sağlaması gibi olumlu özellikleri vardır. Emayeler hem elektrostatik toz hemde yaş olarak uygulamaları yapılabilir. Malzemelerin ömrünün tükenmiş olması atık durumunda olduğunu göstermektedir. Günümüzde oluşan genel problemde oluşan bu atıklardan kaynaklanmaktadır. Atık miktarının artması da günümüzde atık ekonomisi oluşturur. Dünyada olan atık miktarı ciddi oranda artış göstermiştir. Atıkların ciddi boyutlara gelmiş olduğu bu zamanda atık pil sorunu dünyanın önemli bir problemi olmuştur. Lityum iyon piller, lityum iyonlarının batarya içinde hareket ederek depolandığı bir türdür. Pil şarj edildiğinde lityum iyonları negatif yönden pozitif yöne doğru hareket eder pil deşarj olurken de bu işlem tam tersi gerçekleşir. Lityum iyon pil kullanımının avantajları yüksek enerji yoğunluğuna sahiptirler, hızlıca sarj olurlar ve uzun ömürlülerdir. Dezavantajları ise aşırı sıcaklar lityum iyon pillerinin çalışma kapasitelerini düşürüp güvenlikle ilgili riskler oluşturabilirler. Diğer bir dezavantajı ise maliyetleri diğer üretilen pil çeşitlerine göre daha yüksektir. Bu çalışmada, kullanım ömrünü tamamlamış cep telefonu ve bilgisayar pillerinden geri dönüşüm yoluyla elde edilen ikincil hammaddenin, emaye sektöründe yaygın olarak kullanılan emaye frit reçetelerinde ne ölçüde değerlendirilebileceği araştırılmıştır. Çalışma, hem sürdürülebilirlik hem de ekonomik verimlilik ilkeleri doğrultusunda, atıkların yeniden işlenerek katma değerli bir ürüne dönüştürülmesini hedeflemektedir. Geri dönüşüm işlemi sonucunda elde edilen toz yapıdaki malzemenin kimyasal bileşimi detaylı analizlerle belirlenmiş; ardından bu veriler doğrultusunda emaye üretiminde kullanılabilecek biçimde oranlanarak reçetelere dahil edilmiştir. Böylece hem üretim maliyetlerini düşürme potansiyeli olan alternatif bir kaynak elde edilmesi, hem de çevreye zararlı olabilecek atık pillerin faydalı bir şekilde değerlendirilmesi hedeflenmiştir. Emaye frit reçetelerinde sıklıkla yer verilen bazı stratejik metal oksitler, özellikle nikel oksit (NiO), kobalt oksit (CoO), mangan oksit (MnO) ve lityum oksit (Li₂O) gibi geleneksel olarak piyasadan saf bileşikler şeklinde yüksek maliyetlerle temin edilmektedir. Bu maddeler aynı zamanda lityum-iyon pillerin içeriğinde doğal olarak bulunan ve geri kazanılabilir nitelikteki temel bileşenlerdir. Bu bağlamda, çalışma kapsamında değerlendirilen yaklaşım sayesinde, lityum pillerin içeriğinden doğrudan elde edilen bu metal oksitlerin geri dönüşüm yoluyla üretime entegre edilmesi, geleneksel yöntemlere kıyasla ciddi maliyet avantajı sunmaktadır. Hurdaya çıkmış cep telefonu ve bilgisayar pillerinin geri dönüştürülmesine, öncelikle pilin deşarj işlemi ile başlanır. Bu işlem güvenlik açısından oldukça önemlidir, zira içeriğinde hala gerilim ihtiva eden pillerin güneşin altında bırakılması veya proseste kırılması esnasında patlaması riski vardır. Tuzlu su çözeltisi ile gerilim değeri 1Volt 'un altına düşürülen piller, kırıcıdan geçirilerek parçalara ayrılır ve toz haline getirilir. Toz haline gelen malzeme, içeriğindeki kaba malzemelerin uzaklaştırılması amacıyla elenir ve farklı sıcaklıklarda kalsine edilerek organik maddeler uzaklaştırılır. Kalsinasyon sonucu oluşan toz halindeki malzemeye XRF, XRD, SEM ve AAS cihazları yardımıyla enstrümental analizler yapılarak kimyasal analizi ve fazları belirlenir. Analiz sonuçlarına göre oluşan bu yeni hammaddenin, kobaltlı emaye fritlerinde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Hali hazırda üretilen ETC ve sitrik asit dayanıklı siyah emaye fritlerde, pilde bulunması muhtemel olan kobalt, nikel, lityum ve mangan oksitlerin tamamı bulunmaktadır. Bu metal oksitler, kobalt oksit, nikel oksit, lityum karbonat ve mangan karbonat hammaddelerinin emaye friti reçetesinde tartılıp ergitilmesi sonucu oluşan emaye friti içeriğinde bulunmaktadır. Pillerin içeriğine göre emaye fritinin oksidik kompozisyonundaki bu metal oksitler hesaplanarak pilden geri dönüştürülen bu hammaddeden maksimum miktarda kullanılabilirliği gözlemlenmiştir. Geri dönüşümle elde edilen hammaddenin analizine göre; bilgisayar pilinde, CoO miktarı %69,989, NiO miktarı %0,505, MnO miktarı %0,224, Li2O miktarı %19,16'tir. Cep telefonu pilinde; CoO miktarı %58,480, NiO miktarı %0,899, MnO miktarı %0,770 ve Li2O miktarı %18,61'tir. Bu analiz sonuçlarına göre, ETC Siyah frit ve asit dayanımlı siyah fritlerin reçeteleri hesaplanarak ergitme yapılmıştır. Ergitme sonucunda fritlerin plaka yüzey görüntüsü, rengi, yapışma özelliği, akışkanlığı, sitrik asit testi, ETC testleri yapılmıştır ve aynı fritlerin standartları ile karşılaştırılmıştır. Alınan olumlu sonuçlar karşısında atık cep telefonu ve bilgisayar pillerinin ETC ve asit dayanımlı siyah fritlerde kullanılabilir olduğu gözlenmiştir. Bu hammaddeyi, aynı oranlara sahip standart hammaddeler ile karşılaştırdığımızda ortalama beş kat maliyet farkı olduğu gözlemlenmiştir. Buna karşılık, standart hammaddeler kullanılarak yapılan fritler ile karşılaştırıldığında maliyet açısından %15 – 20 fayda sağladığı görülmüştür. Tüm bu sonuçlar doğrultusunda, atık cep telefonu ve bilgisayar pillerinden geri dönüştürülen toz malzemenin, özellikle siyah emaye frit üretiminde hem teknik hem de ekonomik olarak kullanılabilir olduğu kanıtlanmıştır. Bu yaklaşım, hem sanayide alternatif ve yerli hammadde kaynaklarının değerlendirilmesine imkân tanımakta hem de çevresel atık yükünün azaltılmasına katkı sağlayarak sürdürülebilir üretim anlayışına doğrudan hizmet etmektedir.

Özet (Çeviri)

Frit is an intermediate product with glass structure. The glassy structures formed by melting raw materials such as cobalt, lithium, manganese, nickel, iron and copper at high temperature after the recipe is prepared and weighed in certain proportions are called frit. If the melted frit is poured into cold water, it is called bead frit, and if it passes between cold cylinders and sudden shocking is performed, it is called flake frit. Enamel is formed by mixing these frits with each other in different ratios. The main raw material that gives enamel its properties is frit. Enamels are powder and wet coating materials of borosilicate structure containing oxides of elements such as Na, K, Ba, Li, Ca, Mg, where oxides of elements such as Na, K, Ba, Li, Ca, Mg are preferred, and oxides of elements such as Al, Ti, Zr, F according to the feature expected from the enamel. Enamel is formed by grinding the formed frits to certain sizes in mills with different additives. The formed enamels are baked at temperatures and times determined according to the appropriate methods and spread on the surfaces. Enamel types according to the desired properties; primer coat enamel, citric acid resistant enamel, ETC direct enamel, steam resistant pyrolytic enamel, taransparent enamel, catalytic enamel, hot water resistant enamel, grill and burner cover enamel, self-colored second coat enamels. The grinding process plays an important role in this process. The weight of the frit to be loaded into the mill is also important for grinding fineness in the same time. If the amount of frit is high, the grinding time of the mill increases, but if the amount of frit loaded into the mill is low, the balls will wear out due to the friction of the balls inside the mill, which is not desirable. Enameled products have a wide range of applications such as kitchen utensils, cookers, ovens, baking trays, white goods, stoves, bathtubs, chemical industry. The reason why it is used so widely is its positive features such as hygienic, vapor resistance, acid resistance, resistance to moisture and chemicals and heat, ease of cleaning, having a hard surface against scratches and abrasion, creating a surface that does not smell and taste, and providing an aesthetic appearance. Enamels can be applied both as electrostatic powder and wet. The fact that the life of the materials is exhausted shows that they are in a waste state. The general problem that occurs today is caused by these wastes. The increase in the amount of waste also creates a waste economy today. The amount of waste in the world has increased significantly. At a time when waste has reached serious dimensions, the problem of waste batteries has become an important problem of the world. Lithium ion batteries are a type of battery in which lithium ions are stored by moving through the battery. When the battery is charged, the lithium ions move from negative to positive and vice versa when the battery is discharged. The advantages of using lithium ion batteries are high energy density, fast charging and long life. The disadvantages are that extreme temperatures can reduce the working capacity of lithium-ion batteries and pose safety risks. Another disadvantage is that their cost is higher than other battery types. In this study, the extent to which secondary raw materials obtained from end-of-life cell phone and computer batteries through recycling can be utilized in enamel frit recipes widely used in the enamel industry was investigated. The study aims to reprocess waste into a value-added product in line with the principles of both sustainability and economic efficiency. The chemical composition of the powdery material obtained as a result of the recycling process was determined by detailed analysis; then, in line with this data, it was included in the recipes by proportioning it in a way that it can be used in enamel production. Thus, it is aimed both to obtain an alternative resource with the potential to reduce production costs and to utilize waste batteries that may be harmful to the environment in a beneficial way. Some strategic metal oxides that are often included in enamel frit recipes, notably nickel oxide (NiO), cobalt oxide (CoO), manganese oxide (MnO) and lithium oxide (Li₂O), are traditionally available from the market as pure compounds at high costs. These substances are also naturally occurring and recoverable key components in lithium-ion batteries. In this context, thanks to the approach evaluated within the scope of the study, integrating these metal oxides directly obtained from the content of lithium batteries into production through recycling offers significant cost advantages compared to conventional methods. The recycling of scrapped cell phone and computer batteries starts with the battery discharge process. This process is very important in terms of safety, as there is a risk that batteries that still contain voltage may explode when left under the sun or broken in the process. The batteries, whose voltage value is reduced below 1Volt with saline solution, are crushed into pieces and pulverized by passing through a crusher. The powdered material is sieved to remove the coarse materials in its content and calcined at different temperatures to remove organic substances. The powdered material formed as a result of calcination is instrumentally analyzed by XRF, XRD, SEM and AAS devices to determine its chemical analysis and phases. According to the analysis results, the usability of this new raw material in cobalt enamel frits was investigated. Currently produced ETC and citric acid resistant black enamel frits contain all of the cobalt, nickel, lithium and manganese oxides that are likely to be present in the battery. These metal oxides are contained in the enamel frit content formed by weighing and melting cobalt oxide, nickel oxide, lithium carbonate and manganese carbonate raw materials in the enamel frit recipe. By calculating these metal oxides in the oxidic composition of the enamel frit according to the content of the batteries, the maximum amount of this raw material recycled from the battery was observed. According to the analysis of the raw material obtained by recycling; in the computer battery, the amount of CoO is 69.989%, the amount of NiO is 0.505%, the amount of MnO is 0.224% and the amount of Li2O is 19.16%. In cell phone battery; CoO content is 58.480%, NiO content is 0.899%, MnO content is 0.770% and Li2O content is 18.61%. According to these analysis results, the recipes of ETC Black frit and acid resistant black frit were calculated and melted. As a result of the melting, the plate surface appearance, color, adhesion, fluidity, citric acid test, ETC tests were performed and compared with the standards of the same frits. The positive results showed that waste cell phone and computer batteries can be used in ETC and acid resistant black frits. When we compared this raw material with standard raw materials with the same proportions, it was observed that there was an average cost difference of five times. On the other hand, when compared to frits made using standard raw materials, it was observed that it provided 15 - 20% cost benefit. In line with all these results, it has been proven that the powder material recycled from waste cell phone and computer batteries can be used both technically and economically, especially in black enamel frit production. This approach not only enables the utilization of alternative and domestic raw material resources in the industry, but also directly serves the concept of sustainable production by contributing to the reduction of environmental waste burden.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    386078

    Principles of designing adaptable smart computerized system

    Uyarlanabilir akıllı bilgisayarlı sistemin tasarım esasları

    MUSAAB AMER WAREED

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolÇankaya Üniversitesi

    Matematik ve Bilgisayar Bilimleri Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. YURIY ALYEKSYEYENKOV

  2. Tez No

    712526

    Development of a paper based magnetophoretic sensor

    Kağıt tabanlı magnetoforetik sensör geliştirilmesi

    MUHAMMAD FUAD FAROOQI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAbdullah Gül Üniversitesi

    Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. KUTAY İÇÖZ

  3. Tez No

    809790

    Boyun ağrısı olan hastalarda akıllı telefon ve bilgisayar kullanımının ağrı, özürlülük, boyun postürü ve psikolojik durum ile ilişkisinin araştırılması

    The association between mobile phone and computer use and pain, disability, neck posture and psychological state with neck pain

    MEHMET ANLI

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Fiziksel Tıp ve RehabilitasyonDicle Üniversitesi

    Fiziksel Tıp ve Rehabilitasyon Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. REMZİ ÇEVİK

  4. Tez No

    476152

    E-government: Social impacts, challenges, obstacles and solutions

    E - devlet: Sosyal etkileri, zorluklar, engeller ve çözüm önerileri

    OSAMAH MAJEED IBRAHEEM

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolErciyes Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. VEYSEL ASLANTAŞ

  5. Tez No

    223987

    Magnezyumun biyokorozyonu ve farklı alaşım yüzeylerine bakteri tutunmasının kıyaslanmalı incelenmesi

    Biocorrosion of magnesium and a comparative study on bacterial adhesion on different alloy surface

    DENİZ SULTAN TEMUR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALİ ARSLAN KAYA

    PROF. DR. AHMET TUNCER ERCİYES

Geri Dön