Tungsten Atıklarından Biyolojik Seramzit Hazırlanması

Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden Feng Xiujuan, Jiangxi’deki Daxiao Longxia tungsten madeninden elde edilen atık maden cevherini ana hammadde olarak, fırın cürufu, uçucu kül ve kili ise yardımcı malzemeler olarak kullanarak, kavurma yöntemi ile gözenekli biyolojik seramzit filtre malzemesinin hazırlanmasına ilişkin deneysel bir çalışma yürütmüştür. Kullanılan atıkların temel kimyasal bileşimi Tablo 8-1’de gösterilmiştir. Diğer yardımcı malzemeler arasında konsantre hidroklorik asit, fırın cürufu, uçucu kül, kil, gözenek oluşturucu malzemeler (talaş veya köpük plastik), bir bağlayıcı (modifiye nişasta), akrilik reçine bazlı beyaz kaplama, ksilen çözücü vb. yer almaktadır.

Tablo 8-1: Tungsten atıklarının temel kimyasal bileşimi (wt%)

Şekil 8-1: Biyolojik seramzit hazırlama süreci akış şeması

Tungsten atıklarından biyolojik seramzit elde etme sürecinin akış şeması Şekil 8-1’de gösterilmiştir. Atıklar, çok sayıda gözenek oluşturmak amacıyla öncelikle 20% hidroklorik asit çözeltisiyle modifiye edildi. Modifiye edilmiş atıklar daha sonra, belirli bir oranda fırın cürufu, uçucu kül ve kil ile homojen bir şekilde karıştırıldı; bu karışıma az miktarda gözenek oluşturucu malzeme ve bağlayıcı ilave edildi. Karışım, bir granülatör kullanılarak küresel seramzit ham peletleri haline getirildi. Ham peletler, 120 °C'de 1 saat süreyle sabit sıcaklıklı bir elektrikli kurutma fırınına yerleştirildi, ardından bir müfle fırınına aktarıldı. Sıcaklık 1 saat içinde kademeli olarak 500 °C’ye yükseltildi, bu sıcaklıkta 10 dakika tutuldu ve ardından kavurma işlemi için 800–1200 °C’ye yükseltilerek 30 dakika boyunca tutuldu. Kavurma işleminden sonra ürün fırından çıkarıldı ve oda sıcaklığına kadar doğal olarak soğumaya bırakıldı. Kavrulmuş ürün bir bilyalı değirmene konuldu ve kendi kendine öğütme yoluyla parlatıldı. Ardından, ksilen ile seyreltilmiş akrilik reçine bazlı beyaz bir kaplama, püskürtme tabancası kullanılarak yüzeye püskürtüldü. Oda sıcaklığında kurutulduktan sonra nihai biyolojik seramzit ürünü elde edildi. Püskürtme işlemi sırasında hava kompresörünün basıncı 0,2–0,5 MPa seviyesinde tutuldu, püskürtme tabancasının atomizasyon açısı 30°–50° idi, nozülden seramzite olan mesafe 15–50 cm, oda sıcaklığında kuruma süresi 0,5–1,5 saat ve kaplamanın kuru film kalınlığı 20–30 μm olarak ayarlandı.

Deney sonuçları, tungsten atıkları, fırın cürufu, uçucu kül ve kilin hacim oranının 4 : 1,5 : 1,5 : 1 olduğunda ve kavurma sıcaklığı 1100 °C olduğunda, hazırlanan biyolojik seramzit 1,61 g/cm³ parçacık yoğunluğuna, 1,10 g/cm³ yığın yoğunluğuna, 9,7 m²/g özgül yüzey alanı, 0,17% asit çözünürlüğü, 0,33% alkali çözünürlüğü ve 8,1 MPa silindir basınç dayanımı değerlerine sahip olduğunu göstermiştir. Bu biyolojik seramzit, kimyasal oksijen ihtiyacı (COD₍Cr₎) değeri 817 mg/L olan gerçek atık suların arıtılmasında kullanıldığında, hızlı biyofilm oluşumu, yüksek mikrobiyal tutunma ve kolay geri yıkama özellikleri sergilemiştir. COD₍Cr₎ giderim oranı 20 gün içinde 93%’nin üzerine çıktı.

Demir Atıklarından Biyolojik Seramzit Hazırlanması

Tangshan Koleji’nden Zhang Xuedong ve arkadaşları, demir atıklarını ana hammadde olarak kullanarak ve fırın cürufu, uçucu kül, kireçtaşı ve katkı maddeleri gibi yardımcı malzemeler ekleyerek biyolojik seramzit filtre malzemesinin hazırlanmasına ilişkin bir çalışma yürütmüştür.

8.2.1 Hammaddeler

• Demir atıkları: Tangshan’ın Qian’an bölgesindeki bir demir madeninden çıkarılır. Seramzit için ana hammadde olup, mukavemet sağlar ve bağlayıcı görevi görür.
• Fırın cürufu: Kömürle çalışan kazanların atık kalıntılarından elde edilir; bu madde kısmi kalorifik değer sağlar ve aynı zamanda seramzit için gözenek oluşturucu bir madde görevi görür.
• Uçucu kül: Tangshan Elektrik Santrali’nden temin edilmektedir; bu da peletleme performansını artırmaktadır.
• Kireçtaşı: Gözenek oluşturucu bir madde olarak işlev görür ve aynı zamanda kalsinasyon sırasında seramzitin mukavemetini artırır.
• Karma: Esas olarak organik maddelerden oluşur; hem gözenek oluşturucu hem de bağlayıcı olarak işlev görür.

Ana hammaddelerin kimyasal bileşimleri Tablo 8-2’de gösterilmiştir.

Tablo 8-2: Seramzit hammaddelerinin temel kimyasal bileşimi (wt%)

8.2.2 Hazırlık Süreci

Hammaddeler, belirlenen orana göre hassas bir şekilde tartıldı ve bir çimento hamuru karıştırıcısına konuldu. 27% musluk suyu ilave edildi ve homojen bir şekilde karıştırıldı. Çapı 3–5 mm olan ham peletler, elle peletleme yoluyla üretildi. Peletler, serbest suyu gidermek için 105±5 °C'de 3 saat boyunca kurutuldu ve ardından yüksek sıcaklığa dayanıklı bir fırına yerleştirildi. Sıcaklık, programlanmış bir ısıtma programına göre 1100 °C’ye yükseltildi ve 30 dakika boyunca kalsine edildi. Kalsinasyonun ardından, demir atıkları biyolojik seramzit elde etmek amacıyla seramzit ürünleri oda sıcaklığına kadar doğal olarak soğutuldu.

Atık su arıtma deneyleri sonucunda, en uygun hammadde oranı şu şekilde belirlenmiştir: demir atıkları 86%, fırın cürufu 7%, uçucu kül 5%, kireçtaşı 1% ve katkı maddesi 1%. 1100 °C'lik kalsinasyon sıcaklığında, hazırlanan seramzit pürüzlü bir yüzeye, 3–5 mm'lik parçacık boyutuna, 14,01% su emme oranına, 31,07% gözenekliliğe, kütle yoğunluğu 1,12 kg/m³ ve görünür yoğunluğu 1,92 kg/m³ idi. Konut atık sularındaki bulanıklık giderim oranı 30 saat içinde ,02'ye ulaşmış ve COD₍Cr₎ giderim oranı ,48'e kadar çıkarak önemli bir etkinlik göstermiştir.

Wuhan Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden Wang Demin ve arkadaşları, ana hammadde olarak düşük silikonlu demir atıklarını kullanarak, atık ilave oranı 77%’ye kadar çıkan gözenekli seramzit hazırladılar. Hazırlanan seramzitin simüle edilmiş evsel atık su üzerindeki arıtma performansı, laboratuvar ölçeğinde bir biyolojik havalandırmalı filtre (BAF) kullanılarak incelenmiştir. Sonuçlar, seramzitin pürüzlü bir yüzeye ve bol miktarda iç gözeneklere sahip olduğunu göstermiştir; görünür yoğunluğu, görünür gözenekliliği ve ortalama gözenek çapı sırasıyla 1,33 g/cm³, 54% ve 19,80 μm olarak ölçülmüştür. Ağır metal süzme testinden elde edilen süzüntüdeki ağır metal konsantrasyonları, ulusal yüzey suyu kalite standartlarını karşıladı. Bu seramziti filtre malzemesi olarak kullanan BAF, simüle edilmiş atık suyun arıtılmasında iyi performans göstermiş; COD₍Cr₎, NH₄⁺‑N ve TN giderim oranları sırasıyla 84,26%, 84,01% ve 25,87%'ye ulaşmıştır. Filtre kolonundaki seramzite bağlanan mikroorganizmalar tür bakımından zengindi ve giriş ucunda seramzit birim kütlesi başına toplam biyokütle fosforu 371,63 nmol/g'a ulaştı; bunun 90,79%’si yüzeyde, 9,21%’si ise seramzit içinde dağılmıştı.

8.3 Kurşun-Çinko Atıklarından Biyolojik Seramzit Hazırlanması

Hohai Üniversitesi’nden Wang Shuncai ve arkadaşları, kurşun-çinko flotasyon atıklarını hammadde olarak kullanarak, sodyum silikat ve lignini katkı maddesi olarak eklediler ve yüksek sıcaklıkta kavurma yoluyla su arıtımına yönelik seramzit hazırladılar; ayrıca, bu malzemenin zenginleştirme atık suları üzerindeki adsorpsiyon performansı üzerine deneysel çalışmalar yürüttüler.

Deneyde kullanılan atıklar, Nanjing Yinmao Kurşun-Çinko Madencilik A.Ş.’ye ait flotasyon atıklarıydı. Atıklardaki başlıca mineraller silikatlar ile birlikte bir miktar Fe, Mn ve Al oksitleriydi; yanma kaybı ise 18,93% idi. Seramzit hazırlama süreci şu şekildeydi: Bir beher kabına 30 g tam atık tartıldı ve belirli bir hacimde damıtılmış su ilave edilerek homojen bir şekilde karıştırıldı. Karışım, diskli peletleyici kullanılarak 5–10 mm çapında küçük topaklar haline getirildi. Topaklar, 105 °C'de 2 saat süreyle elektrikli üflemeli kurutma fırınında kurutuldu ve ardından yüksek sıcaklıklı kutu tipi elektrikli fırın kontrol cihazına yerleştirilerek belirli bir sıcaklıkta 2 saat süreyle kavruldu. Daha sonra fırın kapatıldı ve seramzit, fırından çıkarılmadan önce 12 saat boyunca fırın içinde soğumaya bırakıldı.

Deney sonuçları, 800 °C’de kavrulmuş tam atık maden cevherinden hazırlanan seramzitin, zenginleştirme atık sularındaki COD₍Cr₎ için iyi bir adsorpsiyon performansı sergilediğini göstermiştir. Optimum adsorpsiyon süresi 30 dakika, optimum sıcaklık oda sıcaklığı, optimum dozaj 2 g/100 mL ve optimum pH değeri yaklaşık 8 olarak belirlenmiştir. COD₍Cr₎ giderim oranı ve adsorpsiyon kapasitesi sırasıyla 87,1% ve 17,85 mg/g'ye ulaştı. Atık maden cevherinin ayrılmasını azaltmak ve seramzit'in mukavemetini artırmak amacıyla, bağlayıcı ilavesi ile deneyler de gerçekleştirildi. Farklı bağlayıcıların adsorpsiyon performansı üzerindeki etkisine ilişkin testler sonucunda, seçilen bağlayıcılar sodyum silikat ve lignin olmuş; 30 g atık maden cevheri başına sodyum silikat (2,5 g) + lignin (2,5 g) ilave edilmiştir. 800 °C’de 2 saat süreyle kavrularak hazırlanan su arıtma seramiti, su akışının neden olduğu erozyona direnecek yeterli mukavemete sahipti ve adsorpsiyon kapasitesi 22,84 mg/g’ye ulaştı.