Malzemelerin Geri Dönüşümü

1. Malzemelerin Geri Dönüşümü Yrd.Doç.Dr.Ediz ERCENK

2. Bakır Esaslı Hurdalar • Dünyada bakır üretiminin kaynağı yalnızca bakırın cevherden üretiminden ibaret değildir. Önemli miktarlara varan bakır hurdası üretim devresine girmekte, daha büyük bölüm hurda ise doğrudan doğruya imalat sanayiinde kullanılmaktadır. • Hurda bakır kullanımının yapısı incelendiğinde, toplam hurdanın yaklaşık olarak %90’ının gelişmiş ülkelerde kullanıldığı görülecektir. Diğer yandan hurda bakırın %30’u tekrar rafine bakıra dönüşmekte, %70’lik kısım doğrudan imalat sanayiine gitmektedir.

3. Bakır Esaslı Hurdalar • Ülkelere göre sıralama yapılmak istenirse rafinerilerde hurda bakır kullanma bakımından ön sırayı ABD almakta, onu Almanya, Japonya, İtalya, Belçika ve Lüksemburg izlemektedir. • Direkt hurda bakır kullanımında da en büyük payı yine ABD ile birlikte Japonya, İtalya ve Almanya almaktadır.

4. Bakır Esaslı Hurdalar • Bakır dayanıklı bir malzemedir. Örnek olarak evlerde ve bürolarda kullanılan bakır tel ve borular ile pirinç aksamlar uzun süre değiştirilmemektedir. Bakırın yapı sektöründeki bu uzun süreli kullanımı nedeniyle bu alanlardan az miktarda hurda ortaya çıkmaktadır. • Binalarda kullanılan bu malzemeler için hurdaların geri dönüşüm hızı, yani eski hurda tüketiminin toplam bakır tüketimine oranı; çelik, alüminyum ve plastiklerle karşılaştırıldığında oldukça düşüktür. Bunun başlıca nedeni, çelik, alüminyum ve plastiğin uç kullanım alanlarından olan paketleme ürünlerinin birkaç haftalık kullanım süreleri olmaları ve yılda birkaç kez geri dönüştürülmeleridir. Diğer taraftan bakır bazlı ürünler daha uzun kullanım sürelerine sahiptirler. Bu da geri dönüştürülecek bakır hurdası miktarını azaltmaktadır.

5. Bakır Esaslı Hurdalar • Bakırın en geniş kullanım alanı elektrik ve elektronik uygulamalarıdır. Oran ise toplamın %25-28’i kadardır. • Ulaştırma sektörü, toplamın %13’ü ile bakırın üçüncü en büyük pazarıdır. Bu oran 1960’lı yıllarda da aynıydı. Bu sektörde bakırın kullanımı çok ilginçtir. Yıllardır otomotiv radyatörleri bu sektörde en önemli kullanım alanı olmuştur ancak elektriksel ve elektronik uygulamalarda bakırın kullanımı hızlı şekilde büyümüştür. Otomobillerin 10-15 yıllık ömürleri olduğu düşünülürse otomotivdeki bakırın hemen hemen tamamı geri kazanılabilinmektedir. • Endüstriyel makine ve teçhizatları, bakırın uzun kullanım ömrünün olduğu diğer bir uygulama alanıdır. Ancak bakırın bu pazarda kullanımı gelişmemiştir ve 1960 da %21 kullanım payına karşılık günümüzde %12’lik kullanım payı söz konusudur.

6. Bakır Esaslı Hurdalar Şekil. ABD’de bakır hurdalarının tüketildiği (kullanıldığı) alanlar

7. Bakır hurda kaynakları ve tasnifi • Hurda pek çok kaynaktan farklı şekillerde oluşmaktadır. Büyük ve küçük ölçekli tüccarlar hurdanın satışını, satın alımını ve fiyatlandırmasını kolaylaştırmak için hurdayı çeşitli şekillerde sınıflandırmışlardır: 1) Bakır içerikli veya bakır bileşimli olması açısından (1 nolu hurda, 2 nolu bakır hurda yada kurşun saplı sarı pirinç hurda, bakır bazlı yada nikel bazlı hurda) 2) Kullanım açısından (rafine hurda, ergimiş hurda, pirinç haddesi hurdası) 3) Görüntü açısından (parlak yada yanmış tel, ağır-karışık yada hafif hurdalar) 4) Kaynak açısından (tornalar, matkaplar, eski radyatörler)

8. Bakır hurda kaynakları ve tasnifi • Hurdaların rafinasyonu, hurdanın ihtiva ettiği empürite miktarına bağlıdır. Hurdaları içeriğine göre sınıflandırmakta mümkündür; 1) Düşük tenörlü hurdalar: Genel olarak sekonder malzemelerin işlenmesi amacıyla dizayn edilen düşey fırın veya ergitme ocaklarında yeniden ergitilirler. Müteakiben malzeme konverter ve anot fırınlarında işlem gördükten sonra elektroliz hücrelerinde elektrolitik rafinasyona tabi tutulurlar. 2) Yüksek tenörlü hurdalar: Anod fırınlarında işlenerek elektrolitik rafinasyona tabi tutulurlar. 3) Katot kalitesindeki hurda: Fabrikasyon sırasında oluşan ara-işlerdir. Direkt olarak ergitilip kullanılırlar ve ingot olarak kalıplanırlar. 4) Bakır alaşım hurdaları: Genel olarak rafineri hammaddesi olarak kullanılmayıp alaşım üretiminde kullanılırlar.

9. Bakır hurda kaynakları ve tasnifi Günümüzde alaşımsız bakır hurdanın yeni bakır ürünlerine dönüşümü, hurda işlemcilerinden ve komisyoncularından satın alınmasıyla başlamaktadır. Bakır hurdanın geri kazanım işlemi, • inceleme ve sınıflandırma • kimyasal analiz • ayırma • paketleme • rafinasyon ve ergitme operasyonlarını kapsamaktadır.

10. Hurda bakır kablolar • Kablo hurdalarının yeniden değerlendirilmesi prosesi, ürün üretimi, hurdanın toplanması, hurdanın işlenmesi, hurdadan üretilen malzemenin rafinasyonu şeklinde dört kademeli bir çevrim oluşturmaktadır. • Hurdanın işlenmesi kablo hurdalarının yoğunluğunun, saflığının ve işlenebilirliğinin arttırılması olarak tarif edilmektedir. Bu değerlendirme işleminde; 1) soyma 2) yakma 3) dondurma 4) granül hale getirme teknikleri kullanılmaktadır.

11. Hurda bakır kablolar • SOYMA: Bu metot, bakır iletkenlerinden izolasyonun sıyrılması için geleneksel olarak başarıyla uygulanan bir tekniktir. Bu metodun avantajı, çevreye zararsız olmasıdır. Özellikle kurşun muhafazalı kabloların soyulmasında çok az miktarda bir toz çıkışı olmaktadır. • YAKMA: Kontrollü fırın atmosferinde yapılan yakma işlemi pahalı bir işlem olduğundan birçok batı ülkesinde ve ülkemizde yasadışı olarak açık havada yapılmakta ve doğal olarak çevresel sorunlara neden olmaktadır. • DONDURMA: Kabloların likit azot gazı ortamında dondurulması, bu suretle üzerindeki izolasyonun kırılgan hale getirilmesi suretiyle ayrılması için çalışmalar yapılmaktadır. Ancak sıvı azotun pahalı olması sebebiyle maliyeti yüksek bir proses olarak görülmektedir. • GRANÜLLEŞTİRME: Kabloların kesilerek granül hale getirilmesi ve bakır granülleri ile plastik granüllerin birbirinden ayrılması suretiyle %98 saflıkta bakır elde edilmesi mümkün olmaktadır.

12. Bakır üretim curufları • Bakır curuflarından bakırın geri kazanılmasında pirometalurjik ve hidrometalurjik olmak üzere iki ana yöntem söz konusudur. Bu yöntemlerin tercihi prosesin ekonomikliğine, curuftaki kimyasal şekline, işletme imkanlarına bağlıdır. • Curuftaki bakır aşağıdaki şekillerde bulunabilir. a) oksidik halde, b) çözünmüş silikatlar halinde, c) metalik bakır halinde, d) mat şeklinde.

13. Bakır üretim curufları Pirometalurjik yöntemlerle bakırın kazanılması değişik yöntemlerle yapılmaktadır; • Bakır içeren curuf şarjla birlikte yeniden fırına verilir ve curuf içindeki metal curuftan ayrılır ki böyle bir çalışma, izabe ve tasfiye tesislerinin bir arada bulunduğu şartlarda söz konusu olabilir. • Bakır ihtiva eden curuflar biriktirilerek, zaman zaman kupol tipi fırınlarda kuvvetli redükleyici şartlarda ergitilerek “black copper” şeklinde tabir edilen siyah bakır elde edilir. • Döner fırınlarda sadece akışkanlığı arttırıcı tedbirler almak suretiyle ergitilerek metalin curuftan ayrılması temin edilebilir ki, bu iş ilave tesise lüzum olmaksızın ateşle tasfiye yapan bütün işletmelerde uygulanabilir.

14. Bakır üretim curufları Hidrometalurjik yöntemle bakır kazanım metodunun esas işlemi liç olup curuf, çözündürücü içine şarj edilir ve gang mineralleri herhangi bir şekilde etkilenmedikleri halde değerli metal çözeltiye geçer. Çözeltinin gang minerallerinden filtre edilmesinden sonra değerli metal kimyasal çökeltme veya elektroliz metotlarının birinin tatbiki ile üretilir. İşlem kademeleri şu şekildedir; • Curufun daha sonraki hidrometalurjik işlemlere hazırlanması (kırma, öğütme). • Liç işlemi. • Filtre işlemi. • Arıtma (saflaştırma) ve çökeltme işlemi.

15. Anod Çamuru Bakır anod çamuru, blister bakırın rafinasyonunu takip eden elektroliz işlemi süresince elektroliz küvlerinin dibinde toplanır. Anod çamurunun işlenmesinde ana hedef; çamur içerisinde bulunan soy metalleri en az kayıpla kazanmaktır. Bakır anod çamurları, elektroliz yoluyla yüksek safiyette bakır elde edilmesi sırasında bir yan ürün olarak elde edilmektedir. Bu çamurlar elektroliz edilen bakırın karekterine bağlı olarak önemli ölçüde Cu, Se, Te, Ag, Au, ve Pt grubu metallerini içerirler. Tablo. Anot Çamurunun Ortalama Kimyasal Analizi

16. Anod Çamurunun Değerlendirilmesi • Bakır anod çamurlarının değerlendirilmesinde ana hedef; çamurun içerdiği soy metallerin en yüksek verimle kazanılmasıdır. • Anod çamurunun işlenmesi sırasıyla; önce bakır ve nikelin işlenmesi, daha sonra selenyum ve tellürün işlenmesi ve en sonunda da altın, gümüş gibi soy metallerin işlenmesi şeklinde incelenebilir. • Kullanılan yöntem nasıl olursa olsun, öncelikle anod çamurunun çeşitli sıcaklıklarda oksidasyonu gerekir. Böylece bakır ve gümüşün, selen ve tellür bileşiklerinin bozundurulması sağlanır. Bu açıdan kullanılan yöntemler; yüksek sıcaklıkta oksitleyici kavurma, düşük sıcaklıkta oksitleyici kavurma, soda ergitmesi, soda kavurması ve sülfatlayıcı kavurma işlemleridir.

17. Çinko Esaslı Hurdalar • Çinko, yeryüzünde, bitkilerde, hayvanlarda ve yediğimiz besinlerde doğal olarak bulunmaktadır. Çinko ayrıca otomobil, boya, kameralar, kozmetikler ve çalışan makinalar gibi binlerce üründe önemli bir ham malzemedir. • Çinkonun geri dönüşümü aşağıdaki gerekçelerle hem çevresel hemde ekonomik yararlar ortaya koymaktadır; a) Toprağa gömülme şeklinde son bulan malzemenin hacminde azalma, b) Madencilik ve ergitme için gerekli enerjinin azaltılmasıyla enerji tasarrufu, c) Toprak ve su üzerindeki çevresel etkisinin azaltılması ve çinko cevherinin muhafazası.

18. Çinko Esaslı Hurdalar • Çinko satış noktasında değerli bir maldır zira diğer birçok malzemenin aksine tekrar tekrar geri dönüştürülebilir ve bu durumda bile fiziksel ve kimyasal özellikleri hala aynı şekilde kalmaktadır. Bunun anlamı, bugün kullandığımız çinkonun çoğunun yıllar önce yine kullanıldığıdır. • Örnek olarak kullandığınız otomobil çinko kaplı panellerde, pirinç aksamda ve diğer kısımlarda geri dönüştürülmüş çinko içermektedir. Otomobiliniz parçalanmaya gönderildiği zaman bütün bunlar yeni parçalar olarak tekrar karşınıza gelirler. Hatta lastiklerde kullanılan çinko oksit bile yeni lastik yapımında kullanılmaktadır. Bu işlem sürekli olarak tekrarlanmaktadır.

19. Çinko Esaslı Hurdalar • Kısaca; 1) Çinko, fiziksel yada kimyasal özelliklerinde herhangi bir kayıp olmaksızın tamamen geri dönüştürülebilir 2) Yaklaşık 2.8 milyon ton olan dünya çinko üretiminin %36’sı geri dönüştürülmüş çinkodan gelmektedir. Geri kalan %64 ise çinko cevherinden üretilmektedir. 3) Tek başına pirinç geri dönüşümü, her yıl 600,000 ton çinko geri dönüşümü sağlar 4) Çinko kaplı çelik hurdasının gelecek 10 yılda %50 den daha fazla oranda artacağı umulmaktadır. 5) Çinko ürünlerinin uzun ömürleri nedeniyle, geçmişte üretilen çinkonun çoğunluğu hala kullanımdadır ve gelecekteki çinko üretimleri için oldukça değerli bir kaynaktır.

21. Günümüzde yaklaşık 140 milyon ton çelik her yıl Batı Avrupa’da üretilmekte ve bunun %18’i olan yaklaşık 25 milyon tonu, korozyona karşı galvanizleme ile korunmaktadır. Şekil, geri dönüşüm devresi içerisinde dünya genelindeki çinko tüketimini göstermektedir. Galvanizli çeliğin tüketimi her yıl yaklaşık %5 artmaktadır. Sonuç olarak galvanizlemede kullanılan çinko miktarı gittikçe artmaktadır.

22. Hurdalardan ve atıklardan kazanılan çinko oranı yaklaşık %80’dir. Dünya çapında geri dönüştürülmüş toplam çinko miktarı 1996 yılında 2.9 milyon ton’dur. İlk bakışta bu rakamın aynı yılda 8.1 milyon ton olan toplam çinko tüketimi içerisinde küçük bir değer olduğu görülmektedir. Ancak bu durum, çinko içeren ürünlerin uzun kullanım ömürlerine sahip olmalarındandır. Ortalama olarak bu rakam 31 yıldır.

23. Şekil, çinko kaplı çelik hurdası için temel geri dönüşüm rotalarını ortaya koymaktadır. Bu tip hurda önemli olarak iki kaynaktan gelmektedir. Bunlar; 1) proses ve üretim hurdası yada yeni hurda 2) eski hurda Yeni hurda, çinko kaplı çelik levhaların üretimi esnasında yada taşıtlarda kullanılan parçaların üretimi esnasında üretilmektedir. Eski hurda ise ömrünü tamamlamış araçları, elektrikli ev aletlerini, eski otoyol bariyerlerini, lamba duyları gibi parçaları içermektedir. Her yıl Avrupa çelik endüstrisi 20 milyon ton çinko kaplı çelik levha üretmektedir. Sürekli galvanizleme hatlarında üretilen hurdanın miktarı, üretilen ürünün tipine ve prosesin tabiatına bağlıdır. Bu oran üretimin %0.5’i ile %2’si arasında değişmektedir. Bu durumda bu kaynaktan gelen çinko kaplı hurdanın tonajı, yılda 0.2-0.6 milyon ton’dur. Bu miktar ise EAF için değerli bir besleme malzemesidir. İkinci tipteki proses hurdası, otomobil, çamaşır makineleri, buzdolapları ve vb. ürünlerin üretiminden gelmektedir. Üretilen hurdanın oluşum hızı, üretimin yapıldığı endüstriye ve işin kompleksliğine bağlıdır. Bu oran otomotiv endüstrisinde %28-30, yapı sektöründe %3’dür. Avrupa otomotiv sektörü tek başına 4.9 milyon ton çinko kaplı çelik levha kullanmakta ve 1.5 milyon ton hurda üretmektedir.

24. Otomotiv parçalayıcıları tarafından üretilen malzemeler genelde üç bölüme ayrılmaktadır. Bunlar; 1) kaplaması olan yada kaplamasız çelik hurda 2) metal endüstrisinin dışarısında işlem görecek kauçuk, plastik, cam ve köpük benzeri malzemeler 3) diğer malzemeler “Diğer malzeme” olarak adlandırılan malzeme alüminyum, bakır ve çinko alaşımları ile paslanmaz çeliği içermektedir. Bunlar yeniden kullanım için temiz ve değerli metaller olup geri kazanılmak üzere işlenmektedir. Otomotiv parçalayıcıları tarafından geri kazanılan çinko kaplı çelik ise çelik üretimi için ham malzemedir. Çinko, işlemler sonrasında çelikten ayrıştırılır, oksit formuna dönüştürülür, bu da fırını terkeden çinko tozunu oluşturmaktadır. Bu toz toplanır, üretilecek çinko içeren ürünler için hammadde oluşturur.

25. Çinko içerikli atıklar • Galvaniz tesislerinde banyolarda oluşan atık çözeltileri genel karakteristikleri itibariyle ağır metaller, yüksek miktarlarda bileşik halinde çinko ve demir ve serbest asit içerdiklerinden çevreye deşarj edilmeleri oldukça tehlikelidir. • Atılabilir karakterde çözelti eldesine yönelik olarak Türkiye Çevre Vakfı tarafından, sıcak daldırma ile galvanizleme tesislerinde oluşan atık çözeltilerinin deşarj standartları çıkarılmıştır.

26. Çinko içeren EAF baca tozları • Çeşitli nitelikteki demir-çelik hurdalarının tekrar ergitilip temiz çelik haline getirilmesinde elektrik ark fırınları (EAF) halen hakim teknoloji durumundadır. Bu fırınlara yüklenen hurdalar arasında karoser saçları ve galvanizli artıklar önemli yer tutmaktadır. Ergitme sırasında hurdalardaki çinko yüksek sıcaklık ve redüktan şartlar gereği buharlaşmakta ve tekrar oksitlenerek tutulduğunda EAF baca tozları meydana gelmektedir. • EAF baca tozları ZnO, ZnO.Fe2O3, PbO, SiO2, CaO ana bileşenlerinden oluşur ve % 5-40 Zn ile % 4-10 Pb içerir. EAF izabesinde üretilen çelik miktarının % 1,5’i kadar baca tozu tutulmaktadır. Dünya yıllık elektro-çelik üretimi 300 milyon ton, Türkiye’de ise 5 milyon ton mertebelerindedir. Dolayısıyla senelik EAF baca tozu oluşumu dünyada 4,5 milyon ton, yurdumuzda ise 75000 ton civarındadır. Bu miktardaki tozun işlenmesiyle Türkiye için yılda 3500-30000 ton çinko ve 3000-7500 ton kurşun kazanımı söz konusudur.

27. Çinko içeren EAF baca tozları • % 20-25 Zn içeren EAF baca tozlarından çinkonun geri kazanılmasında en önemli engel tozların demir içeriğidir. Demir oksitlerin çinkoyu ferrit şeklinde bağlaması uygulanacak geri kazanma yöntemlerini de tariflemektedir. • Tozların doğrudan sıcak-asidik liçle değerlendirilmesi bünyede bulunan yüksek demir ve diğer bileşenler açısından çalışma zorluğu ve tam bir Zn/Pb ayırımı yapmayı önlemektedir. Pirometalurjik yöntemler ( Waelz, HIR, HRT, SKF plazma vb.) kontrollü redüksiyonla (Zn+Pb) O tozu veya metalik Zn üretimine yöneliktir. Bu yöntemlerde tozlardaki çinko % 95 kurşun ise % 90 verimle kazanılmaktadır.

28. Çinko içeren tozlar EAF Tozlarının değerlendirilmesi hakkında daha önce bilgi verildiğinden dolayı bu bölümde bu tozların değerlendirilmesinde kullanılan yöntemlerin adları sıralanmıştır. EAF Tozlarının Değerlendirilmesinde Üretimde Olan Prosesler a. INMETCO Direkt Redüksiyon Prosesi b. ZTT Ferrolime Prosesi c. Laclade Steel Prosesi d. Tetronix Plazma Fırını Prosesi e. Mischigan Tech. Soğuk Bağlı Pelet Prosesi f. Alev Reaktörü g. Kawasaki Prosesi

29. Çinko içeren tozlar EAF Tozlarını Değerlendirilmesinde Gelişmekte Olan Pirometalurjik Prosesler a. Plazma İlaveli Ark Reaktörü b. Aussmelt Prosesi c. Metwool Prosesi d. Enviroplas Prosesi e. Allmet Prosesi f. IBDR – ZIPP Prosesi g. Süper Detox Prosesi h. IRC Prosesi EAF Tozlarının Değerlendirilmesinde Üretimde Olan Hidrometalurjik Prosesler a. MRT Prosesi b.Ezinex Prosesi EAF Tozlarının Değerlendirilmesinde Gelişmekte Olan Hidrometalurjik Prosesler a. Zincex Prosesi b. Cashman Prosesi c. Rezada Prosesi d. Terra Gaia Prosesi