Döküm fabrikası atıklarından çinkonun geri kazanımı için yenilikçi ve sürdürülebilir yaklaşım örneği

Abstract

Demir-çelik endüstrisinde metal eritme süreçleri sırasında önemli miktarda baca gazı tozu oluşmakta olup, bu tozlar çeşitli metal bileşikleri içermeleri nedeniyle ağır metal kapsamlı tehlikeli atık sınıfında değerlendirilmektedir. Doğrudan bertaraf edilmeleri ciddi çevresel riskler oluşturmakla birlikte, içeriklerindeki değerli metaller dolayısıyla önemli bir geri kazanım potansiyeli barındırmaktadırlar. Eritme işleminde galvanizli hurdanın kullanılması, baca gazı tozlarında çinko oksit gibi bileşiklerin bulunmasına yol açmaktadır. Mevcut geri kazanım teknolojileri çoğunlukla elektrik ark ocağı tozlarına yönelik olarak geliştirilmiş olup, indüksiyon ocağı tozlarının geri kazanımı için çevresel sürdürülebilirlik ve ekonomik verimlilik açısından yeni veya optimize edilmiş proseslere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında, döküm sanayisi atıklarından biri olan indüksiyon ocağı baca gazı tozundan çinkonun hidrometalurjik yöntemle geri kazanımı araştırılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında numunelerin kimyasal bileşimi ICP-OES yöntemiyle belirlenerek çinko ile diğer elementlerin dağılımı analiz edilmiş, sonrasında numuneler XRD, DTA/TG ve SEM analizlerine tabi tutularak faz yapıları, termal davranışları ve morfolojik özellikleri ayrıntılı biçimde incelenmiştir. Ardından çinko çözündürme verimini artırmak amacıyla sülfürik asit konsantrasyonu, sıcaklık, katı/sıvı oranı ve süre gibi parametreleri içeren deney planları Taguchi yöntemiyle tasarlanmıştır. Deney numunelerindeki çinko oranı atomik absorpsiyon spektrometresi ile belirlenmiş ve deney parametrelerinin çinko çözünme verimine etkileri Taguchi yanıt tablosu kullanılarak değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, önerilen hidrometalurjik yaklaşımın çinko geri kazanımında etkili olduğu ve döküm endüstrisi atıklarının sürdürülebilir bir şekilde yeniden değerlendirilmesine önemli katkılar sunduğu gösterilmiştir.

Significant amounts of flue dust are generated during metal melting processes in the iron and steel industry. Due to the presence of various metal compounds, these dusts are classified as hazardous waste containing heavy metals. While their direct disposal poses serious environmental risks, they also offer substantial recovery potential because of their valuable metal content. The use of galvanized scrap in melting operations leads to the formation of zinc-based compounds, such as zinc oxide, in the flue dust. Existing recovery technologies have predominantly been developed for electric arc furnace dust, and there is a need for new or optimized processes for the recovery of induction furnace dusts in terms of environmental sustainability and economic efficiency. In this thesis, the recovery of zinc from induction furnace flue dust, one of the wastes generated in the foundry industry, was investigated using a hydrometallurgical method. In the first stage of the study, the chemical composition of the samples was determined by ICP-OES to analyze the distribution of zinc and other elements. Subsequently, the samples were subjected to XRD, DTA/TG, and SEM analyses to comprehensively examine their phase composition, thermal behavior, and morphological characteristics. Experimental designs incorporating parameters such as sulfuric acid concentration, temperature, solid-to-liquid ratio, and leaching time were developed using the Taguchi method to enhance zinc dissolution efficiency. The zinc content in the experimental solutions was determined by atomic absorption spectrometry, and the effects of the experimental parameters on zinc dissolution efficiency were evaluated using the Taguchi response table. The results demonstrated that the proposed hydrometallurgical approach is effective for zinc recovery and provides significant contributions to the sustainable reutilization of foundry industry wastes.