Cevher Hazırlama Teknolojileri ile
Elektronik Atıklardan Metal Kazanımı
Son yıllarda hızla gelişen teknoloji sayesinde elektrik-elektronik sektöründe ürün çeşitliliği ve üretim artmaktadır. Alım gücü artışı ve yeni teknolojiden faydalanma isteğine bağlı olarak ürünlerin değişim sıklığı artmakta ve buna bağlı olarak kullanılmayan ürünler hurdaya çıkmaktadır. Hurdaya çıkan ürünler elektronik atık (e-atık) olarak adlandırılmaktadır. E-atıklar diğer atık türleri gibi depolanmaya müsait değildir. Bu atıklar içerisinde canlılar ve çevreye zarar verebilecek birçok element ve bileşen mevcuttur. Tablo 1'de e-atık içerisinde yer alan bazı elementlerin bulundukları ekipmanlar ve canlılar üzerindeki etkileri verilmektedir.
Bu atıkların depolanması çevre ve canlılar açısından ciddi hasarlara neden olmaktadır. Elektrik ve elektronik atıkların %3'ünü oluşturan baskı devre kartları (BDK), içerdiği toksik metal ve bileşiklerin yanı sıra Au, Ag, Cu, Pd gibi değerli metalleri bünyesinde barındırmasından dolayı son yıllarda, geri dönüşüm alanında dünya çapında gerçekleştirilen birçok çalışmanın konusu olmaktadır. Baskı devre kartlarında yer alan elementler Şekil 1'deki periyodik tabloda renkli olarak gösterilmektedir. Bu metallerin baskı devre kartlarındaki değerli metal içerikleri doğal kaynaklara kıyasla 5-100 kat daha fazladır. Baskı devre kartlarının geri dönüşümü ile, depolanması halinde çevreye ve canlıları tehdit edici etkisi ortadan kalkmış olup; değerli metallerin ikincil kaynaklardan kazanılmış olmasıyla, birincil kaynakların korunması sağlanacaktır. Ayrıca birincil kaynaklardan metal
üretimi sırasında yürütülen madencilik faaliyetlerinde harcanan enerji ve çevreye verilen zarar önlenecektir.
Elektrik-elektronik donanımların büyük çoğunluğunda baskı devre kartları bulunmaktadır. Şekil 2'de kişisel bilgisayarlarda bulunan baskı devre kartı ve üzerinde yer alan bileşenler gösterilmektedir. Baskı devre kartlarından metal eldesinde fiziksel, fizikokimyasal ve kimyasal birçok yöntem mevcuttur. Fiziksel ve fizikokimyasal işlemler çevresel olarak bakıldığında daha zararsız ve ekonomik tekniklerdir. Fiziksel yöntemler, özgül ağırlık farkından kaynaklı ayırma, manyetik ayırma ve elektrostatik ayırma yöntemleridir. Baskı devre kartları %30 seramik, %30 plastik ve %40 metal içermektedir. Metaller ve diğer kısımlar arasında yüksek özgül ağırlık farkı bulunması nedeni ile özgül ağırlık farkına dayalı cihazlar kullanılarak ayırım yapılması akla gelen ilk yöntemlerdendir. Metaller içerisinde bulunan demir grubu metaller sahip oldukları manyetik alan duyarlılığı ile diğer metaller ve seramik, plastik kısımdan manyetik ayırıcı adı verilen cihazlar vasıtasıyla ayrılabilmektedir. Bunun dışında elektrostatik çekim farkından yararlanılarak zenginleştirme yapılabilmektedir. Fiziksel yöntemler içerisinde, ayırma kolaylığı, ekonomikliği ve çalışma şartları düşünüldüğünde en çok tercih edilen metot özgül ağırlık farkına dayalı ayırmadır. Fizikokimyasal yöntem olarak sınıflandırılan flotasyon yönteminde, suyu seven (hidrofilik) kısım suyun içerisinde kalırken, suyu sevmeyen (hidrofobik) kısım oluşturulan hava kabarcıklarına tutunarak yüzer. Baskı devre kartı içerisinde yer alan plastikler hidrofob oldukları için köpüklere tutunarak yüzerken, metal yoğun kısım suyun içinde kalır. Böylelikle yüzen kısımda plastik, batan kısımda ise metal yoğunluklu ürünler elde edilir. Yüzen ürün içerisindeki plastikler seçimli olarak ayrılabildiği takdirde yeniden kullanılabilirler. Fiziksel ve fizikokimyasal yöntemler kullanılarak zenginleştirilen metal yoğunluklu üründen uç ürün elde edilebilmesi için kimyasal yöntemler olan metalurjik işlemlere ihtiyaç duyulmaktadır.
İstanbul Teknik Üniversitesi Cevher Hazırlama Mühendisliği Bölümünde, baskı devre kartlarından metal eldesine yönelik fiziksel ve fizikokimysal yöntemler kullanılarak yüksek metal içerikli bir konsantrenin en verimli olarak kazanılması amaçlanmıştır. Üzerindeki bileşenlerin ayıklanmasından sonra elde edilen baskı devre kartları (Şekil 3a), tane serbestleşmesinin sağlanarak zenginleştirilebilmesi için kırıcılar kullanılarak kademeli boyut küçültme işlemi uygulanmıştır. Elde edilen ürünler Şekil 3b ve 3c'de görülmektedir.
Kırma işlemlerinden sonra elde edilen kırılmış üründe metal ve plastik kısım bağlı tane olarak kalmaktadır. Bu nedenle yeterli tane serbestleşmesini sağlamak için bilyalı değirmen kullanılarak kırılmış ürün 0,5 mm altına öğütülmüştür. Zenginleştirme işlemine hazır olan numune, özgül ağırlık farkına dayalı yöntemlerden sarsıntılı masa (Şekil 4) kullanılarak zenginleştirilmiştir. Sarsıntılı masa üzerinde görülen bandın sol tarafından yüksek yoğunluklu metaller, sağ tarafından ise düşük özgül ağırlıklı hafif ürünler (plastik, seramik, vd.) alınmaktadır (Şekil 4). Deneysel çalışmalarda elde edilen sonuçlar incelendiğinde ağır ürünün Cu içeriği %60'lara ulaşmış olup Au ve Ag içeriği sırasıyla, 657 g/t ve Ag 522 g/t olarak bulunmuştur. Birincil hammadde kaynağı olarak bakıldığında günümüz koşullarında Cu içeriği %0,5 olan cevherler işletilmekte olup, zenginleştirme işlemleri sonucu %18-20 Cu içeriğine ulaşılmaktadır. %60 Cu içeriğine sahip bir ürün elde edebilmek için ısıya dayalı pirometalurjik işlem uygulanması gerekmektedir. Cevher hazırlama işlemleri kullanılarak ikincil kaynaklardan elde edilen bu ürün, birincil kaynaklardan elde edilmesi sırasında gerçekleştirilen işlemler düşünüldüğünde, maddi, çevresel ve ekonomik olarak büyük katkılar sağlamaktadır. Gelişmiş ülkelerde oldukça yaygın olan ikincil kaynaklardan metal geri kazanımında başlangıç seviyesinde olan ülkemizde yapılan işlem baskı devre kartlarının toplanarak satılması ile sınırlı kalmaktadır. Bu kapsamda, İTÜ Cevher Hazırlama Mühendisliğinde yapılan çalışmalar baskı devre kartlarının oldukça kolay ve ekonomik cevher zenginleştirme yöntemleri ile katma değeri yüksek bir konsantre ürüne dönüştürülebileceğini göstermiştir. Bu ve bunun gibi metal içeriği yüksek ikincil kaynaklardan metal eldesine yönelik çalışmaların yürütülerek endüstriyel boyutlara taşınması ve ülke ekonomisine katkı sağlaması amaçlanmalıdır.