Endüstriyel Atık Sularda Bakır Nikel Çinko Sülfür Selektif Çöktürme Şartlarının Optimizasyonu

Abstract

Madencilik, elektrokaplama, metal son işlem ve rafineri atık sularının arıtılması ve içeriğindeki metallerin geri kazanılması; doğal kaynakların korunumu ve tasarruflu kullanımı açısından çok önemlidir. Bu amaçla endüstriyel atık sulardan kimyasal çöktürme yöntemiyle metallerin ayrımı ve geri kazanımı gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır. Temel uygulamaları oldukça iyi bilinen hidroksit çöktürme endüstride ön plana çıkmaktadır. Ancak uygulama kolaylığı, ekonomik ve kontrollü sistem kurabilme gibi avantajlar sağlamasına rağmen metal hidroksit çamurlarının oluşturduğu yüksek hacimli son atıklar, atık yönetiminde uzun vadede önemli problemlere neden olmaktadır. Hidroksit çöktürmeye alternatif, geniş pH aralıklarında metal iyonlarını çöktürme imkanı sağlayan, hızlı reaksiyon verebilen, çöktürme sonrası eldelenen çökeltilerinin ergitmeye beslenerek veya ikincil hammadde olarak geri kazanılabileceği, Na2S gibi ucuz kimyasallarla gerçekleştirilebilen, düşük pH’larda yüksek çözünürlük farkı gösteren metal sülfürlerin çöktürülmesi önemli hale gelmektedir. Asidik atık çözeltilerde, düşük pH’larda kademeli metal ayrımı sağlayarak ağır metallerin geri kazanılması, ardından çözeltide pH’ın uygun derecede yükseltilerek hidroksit çöktürme işlemiyle sözü geçen metallerin atık su deşarj limitlerinin altına indirilmesi, çevreye duyarlı ve ekonomik olarak gerçekleştirilebilecek önemli bir yöntemdir. Bu tez kapsamında da yapılan deneylerin amacı rafineri prosesleri atık sularında Na2S sülfür kaynağı kullanılarak; bakır, nikel ve çinkonun selektif sülfürleme yöntemiyle ayrımıdır. Deneysel verilerin belirlenmesi ve reaksiyonların gerçekleştiği potansiyel ve pH değerlerinin tanımlanması için öncelikle FactSage programında oda sıcaklığı esas alınarak Cu-S-H2O, Ni-S-H2O, Zn-S-H2O, Cu-Ni-S-H2O, Ni-Zn-S-H2O Eh-pH diyagramları çizilmiştir. Böylece tek metal iyonu ve karışık metal iyonları içerikli sentetik çözeltilerde gerçekleştirilen çöktürme reaksiyonları için optimum pH aralıkları belirlenmiştir. Ardından yapılan deneysel çalışmalar üç başlıkta incelenmiş olup ilk iki adımda sentetik hazırlanan çözeltilerde çalışılarak proses şartlarının optimize edilmesi hedeflenmiştir. İlk adım olarak tek metal iyonu içerikli sentetik çözeltilerde optimize edilen pH ve Na2S stokiyometrisi değerleri, ikinci adımda karışık metal iyonları içerikli üç farklı tipte sentetik çözeltide denenmiştir. Buradan elde edilen verilere dayanarak son adımda rafineri prosesleri atık çözeltisinde selektif çöktürme deneyleri gerçekleştirilmiş ve çöktürme verimi yorumlanmıştır.

Treatment of wastewater which arised from mining, electroplating, metal finishing and refining processes, is crucial with the aim of conservation and reuse of natural resources. For this purpose, metal seperation and recovery from industrial effluents with using the method of chemical precipitation is becoming common day by day. It is known that industrial treatment and recovery methods such as electrochemical applications are required to make technological investments which cause to large amount of costs and also have dissadvantages related to adapt to the challenges of different processes. Hydroxide precipitation, which has basic applications fairly well known, stands out in the industry. Although the process has an ease of application and ability to create an economical controlled system, it creates high volumed sludge wastes and related long term waste management problems. Metal sulphide precipitation is an alternative way, providing the possibility of precipitation of metal ions in a wide pH range and capable of rapid precipitation. Also metal sulphide precipitates which are obtained from precipitation process can be reused with feeding to the melting process. The process is realized with cheap chemicals such as Na2S and shows high solubility differences in low pH values. As a consequence of these advantages, metal sulphide precipitation is becoming increasingly important. Providing selective recovery of heavy metals from asidic wastewater solutions in low pH values as following raising pH value and precipitation of metal hydroxides ensure decreasing the values below to wastewater discharge limits. Thus the process becomes environmentally friendly and an economical method. The scope of this thesis the purpose of experiments is recovery of copper, nickel and zinc selective sulphide precipitation with using Na2S as sulphur resource. For the investigation of experimental datas and identification of reaction potentials and pH values, Eh - pH diagrams of Cu-S-H2O, Ni-S-H2O, Zn-S-H2O, Cu-Ni-S-H2O, Ni-Zn-S-H2O, which based on room temperature, were drawn with FactSage programme. In this way, the optimum pH range for the precipitation reactions, which are performed in the synthetic solution and contain single metal ion or mixed metal ions, determined. Then experimental studies were carried out in three groups. First two group studies have been examined by working in synhetic solution to optimize process conditions. As the first step, pH and Na2S values optimized in single metal ion contained synthetic solutions. Also reaction time was determined with experimental studies. For the following step, all three types of metal ions were tested in synthetic solutions.