Siyanürlü Bakır Kaplama Atıksuyundaki Bakırın Geri Kazanım Yöntemi Üzerine Araştırma

1. Giriş

Çevre dostu ve kaynak tasarruflu bir elektrokaplama yönteminin oluşturulması, elektrokaplama endüstrisinin sürdürülebilir gelişimi için şu anda iki ana temayı oluşturmaktadır. Dünyadaki demir dışı metal kaynaklarının kıtlığı ve elektrokaplama metal malzemelerinin maliyetinin sürekli artması bağlamında, kaynak tasarruflu elektrokaplama teknolojisinin benimsenmesi büyük ilgi görmektedir. Çin elektrokaplama işletmelerinin nispeten kısa bir gelişim geçmişi vardır. Gelişimin ilk aşamasında, fon yetersizliği ve geri kalmış teknoloji söz konusuydu. Çoğu küçük elektrokaplama fabrikası, elektrokaplama atık sularındaki metal malzemelerin geri kazanımı konusunda bilinçsizdir, geri kazanım yöntemleri üzerine araştırma yapmaktan bahsetmiyorum bile. Siyanürlü bakır kaplama ve bakır alaşımlı elektrokaplama atık sularında, siyanürün parçalanmasından sonra oluşan iki değerlikli bakır çökeltileri ince parçacıklar halindedir, bu da çöktürmeyi ve ayırmayı zorlaştırır ve maliyetleri yükseltir. Bu nedenle, yeni geri kazanım süreçlerinin incelenmesi acil bir ihtiyaçtır.

2. Yöntem İlkeleri

2.1 Siyanürlü Bakır Kaplama ve Bakır Alaşımı Atıksularının Arıtımı

Sodyum hipoklorit kullanılarak yapılan geleneksel siyanür parçalama işleminde, siyanür içeren atık suyun pH'ı genellikle sodyum hidroksit eklenerek 11-12 arasına ayarlanmalıdır. Siyanür parçalama işlemi sırasında siyanür karbondioksit ve nitrojene dönüştürülür ve tek değerlikli bakır iyonları çift değerlikli bakır iyonlarına oksitlenir; bu da atık suda asılı halde bulunan ince bazik bakır karbonat parçacıklarını oluşturur. Doğal çökelme bir günden fazla sürer ve yine de tam çökelme sağlanamaz. Tam çökelme ve ayrışma sağlamak için büyük miktarda pıhtılaştırıcı ve flokülant gereklidir. Geçmişte, bakır geri kazanılmadığında, siyanür parçalama işleminden sonraki atık su, kireç yöntemiyle arıtılan kapsamlı asit içeren atık suya karıştırılırdı. Bazik bakır karbonat, kapsamlı atık sudaki çökeltiler üzerinde adsorbe edilir ve sonunda çökelerek ayrıştırılırdı.

Yeni siyanür kırma işlemi, pH'ı ayarlamak için kireç eklemektir. Siyanür kırma sırasında oluşan karbondioksit, kalsiyum oksitle reaksiyona girerek kalsiyum karbonat oluşturur. Aynı zamanda, bazik bakır karbonat, kalsiyum karbonatla birlikte çökelerek büyük parçacık çökeltileri oluşturur.

2.2 Diğer Bakır İçeren Atıksuların Arıtımı

Asidik parlak bakır kaplama atık suyundaki iki değerlikli bakır iyonları kireçle reaksiyona girerek bakır hidroksit oluşturur ve sülfürik asit kireçle reaksiyona girerek kalsiyum sülfat ve su oluşturur. Bakır pirofosfat kaplama atık suyunda, pirofosfat radikali ve bakır iyonları kompleks formunda bulunur. Kireçle muamele edildiğinde, pirofosfat radikali kalsiyum oksitle reaksiyona girerek kalsiyum pirofosfat çökeltisi oluşturur ve bakır iyonları kalsiyum oksitle reaksiyona girerek bakır hidroksit oluşturur.

3. Kurtarma Süreci

3.1 Bakır İçeren Atıksuyun Bileşimi

Bakır içeren atık sular, siyanürlü bakır kaplama, bakır-çinko alaşımı, bakır-kalay alaşımı, asidik parlak bakır kaplama ve bakır pirofosfat kaplama atık suları gibi çeşitli türleri içerir. Siyanürlü bakır kaplama, bakır-çinko alaşımı ve bakır-kalay alaşımı atık suları siyanür içeren atık su ayarlama tankına akarken, asidik parlak bakır kaplama ve bakır pirofosfat kaplama atık suları bakır içeren atık su ayarlama tankına akar. Siyanürlü bakır kaplama ve bakır alaşımı atık suları, bakır iyonlarıyla kompleks oluşturan sodyum siyanür , potasyum sodyum tartarat ve amonyum tiyosiyanat gibi kompleks oluşturucu maddeler içerir. Bakır pirofosfat kaplama atık suyu ise bakır pirofosfat kompleksleri içerir. Siyanürlü bakır kaplama ve bakır alaşımı atık suları, toplam bakır içeren atık suların yaklaşık %90'ını oluştururken, asidik parlak bakır kaplama ve bakır pirofosfat kaplama atık suları yaklaşık %10'unu oluşturur.

3.2 Bakır Komplekslerinin Oksidasyon Süreci

Bakır geri kazanımından önce, elektrokaplama atık suyundaki bakır komplekslerini parçalamak ve Cu⁺ iyonlarını Cu²⁺ iyonlarına oksitlemek gerekir. Siyanürü ve potasyum sodyum tartrat gibi kompleks oluşturucu maddeleri parçalamak için sodyum hipoklorit çözeltisi ve hidrojen peroksitin bir kombinasyon yöntemi kullanılır. Üç adet siyanür kırma tankı vardır. Siyanür içeren atık su ve bakır içeren atık su birinci kademe siyanür kırma tankına pompalanır. pH'ı 11 - 12'ye ayarlamak için kireç sütü eklenir ve eklenen kireç sütü miktarı pH kontrol sistemi tarafından ayarlanır. Aynı zamanda siyanürü parçalamak için sodyum hipoklorit çözeltisi eklenir. Siyanürü ve potasyum sodyum tartrat gibi kompleks oluşturucu maddeleri oksitleyerek parçalamaya devam etmek için ikinci kademe siyanür kırma tankına hidrojen peroksit eklenir. Yavaş reaksiyon hızı nedeniyle üçüncü kademe siyanür kırma tankı eklenir. Üçüncü aşama siyanür kırma tankında, siyanür ve potasyum sodyum tartrat gibi kompleks oluşturucuların uzaklaştırılması kimyasal analiz verilerine ve deneyime göre kontrol edilir. Oksidasyon reaksiyonunun tamamlanmasıyla atık sudaki Cu⁺ tamamen Cu²⁺'ye dönüşür ve bazik bakır karbonat ve bakır hidroksit çökeltileri oluşur. Bu işlem sırasında bakır pirofosfat kaplama atık suyu kireçle reaksiyona girdikten sonra bakır ve pirofosfat radikalinin oluşturduğu kompleks kırılır ve bakır hidroksit oluşur. Analiz verileri, bu işlemin atık suyun deşarj standartlarını karşılayabileceğini göstermektedir. pH'ı ayarlamak ve bakır iyonlarını çökeltmek için kireç eklenmesi, arıtma maliyetini düşürür ve kireç aynı zamanda bir koagülant yardımcısı rolü oynar ve pirofosfat radikalini tamamen çökeltir.

3.3 Bakır Geri Kazanımı

Yukarıdaki işlemde, elektrokaplama atık suyundaki bakır iyonları bazik bakır karbonat çökeltilerine dönüştürülür. Eklenen kireç miktarı fazlaysa, bakır iyonları da bakır hidroksit çökeltilerine dönüştürülebilir. Bakır pirofosfat kaplama atık suyundaki pirofosfat radikalini çökeltmek için kireç gerektiğinden, eklenen kireç miktarı çok küçük olamaz. Kirecin maliyeti çok düşüktür ve arıtma işlemi sırasında uygun miktarda fazladan eklenebilir.

Siyanür içeren ve bakır içeren atık sular üç aşamalı siyanür parçalama tanklarında arıtıldıktan sonra flokülasyon tankına akar. Fazla hidrojen peroksidi azaltmak için flokülasyon tankına sodyum pirosülfit eklenir ve çökelti parçacıklarının daha büyük hale gelmesi için poliakrilamid flokülant eklenir. Flokülasyon tankına sodyum pirosülfit eklenmezse, siyanür parçalandıktan sonra kalan hidrojen peroksit oksijen üretmek üzere ayrışır ve bu oksijen çökelti parçacıklarının yüzeyine adsorbe olur ve çökeltilerin yüzmesine neden olur. Eklenen sodyum pirosülfit miktarı, çökeltilerin yüzmeyeceği şekilde olmalı ve uygun bir fazlalık kabul edilebilir olmalıdır.

Atık su, flokülasyon tankından geçtikten sonra eğimli tüplü sedimantasyon tankına akar. Çökeltiler sudan ayrıldıktan sonra, sedimantasyon kalınlaştırma tankına girer ve ardından bir filtre presiyle filtrelenir. Filtre keki geri kazanılır ve süzüntü ayarlama tankına geri akar. Geri kazanılan bakır içeren filtre keki profesyonel bir şirket tarafından satın alınır ve bakır sülfat üretmek için profesyonel bir üreticiye gönderilir veya elektrolitik bakır üretmek için de kullanılabilir.

4. Yararları

Dört elektrokaplama atölyesinde bakır içeren atık sular oluşmaktadır. Analiz ve izleme verileri, siyanürlü bakır kaplama atık suyundaki ortalama bakır kütle konsantrasyonunun 345 mg/L olduğunu, yani her ton atık suyun 0.345 kg bakır içerdiğini göstermektedir. Aylık toplam siyanürlü bakır kaplama atık suyu miktarı yaklaşık 4600 ton olup, 1587 kg bakır içermektedir. Diğer bakır içeren atık sulardaki bakırla birlikte, aylık yaklaşık 1700 kg bakır geri kazanılabilir. Şirketin bakır içeren çamur satışından elde ettiği aylık gelir 30.000 - 40.000 RMB arasındadır. Şirketin elektrokaplama atık suyundan bakır geri kazanımı, metalik bakırın verimsiz tüketimini önleyerek, sadece elektrokaplama maliyetini düşürmekle kalmayıp, aynı zamanda elektrokaplama çamurunun çevreye verdiği ikincil kirliliği de azaltarak, iyi ekonomik ve sosyal faydalar sağlamaktadır.

5. Sonuç

Elektrokaplama endüstrisi oldukça kirletici bir endüstridir. Çin'de elektrokaplama atık sularının arıtılması için proses ve teknolojilerin nispeten geri kalmış olduğu mevcut durumda, elektrokaplama atık sularındaki demir dışı metallerin geri kazanım yöntemlerini aktif olarak incelemek, kaynak tasarrufu sağlayan ve çevre dostu bir elektrokaplama modu oluşturmak ve elektrokaplama endüstrisinin sürdürülebilir gelişimini sürdürmek için büyük önem taşımaktadır. Bu makalede incelenen siyanürlü bakır kaplama ve diğer bakır içeren atık suların kireç kullanılarak bakır geri kazanımı için arıtılması yöntemi, pratik uygulamalarda iyi sonuçlar göstermiştir ve elektrokaplama endüstrisinin yeşil gelişimi için uygulanabilir bir yol sağlamıştır.