Investigation of Manganese and Zinc Removal with Gluconic Acid and Hydrochloric Acid from Waste Alkaline Batteries: Taguchi Experimental Design

Öz

In this study, the leaching of zinc and manganese from waste alkaline battery powders with gluconic acid and hydrochloric acid was investigated. The results were evaluated statistically with Taguchi experimental design. Taguchi experimental design conditions was conducted at 3 different concentrations (3*3) with 3 different variables. Two different Taguchi experimental designs were created. In the first Taguchi experimental design, gluconic acid, temperature, reaction time were chosen as variables. In the second Taguchi experimental design, gluconic acid, hydrochloric acid and reaction time were selected as variables. Experimental studies have shown that manganese removal is better at high concentrations of gluconic acid in experimental studies where only gluconic acid is used as the acid; while the lower concentration of gluconic acid and hydrochloric acid was sufficient when being used in combination. There was no effective zinc removal was achieved in all experimental runs.

Anahtar Kelimeler

• Zinc,Gluconic acid,Hydrochloric acid,Manganese,Taguchi method

Glukonik Asit ve Hidroklorik Asit ile Atık Alkali Pillerden Çinko ve Mangan Gideriminin İncelenmesi: Taguchi Deney Tasarımı

Öz

Bu çalışmada, atık alkali pillerden glukonik asit ve hidroklorik asit ile çinko ve mangan elementlerinin solüsyona alınabilirliği incelenmiş ve Taguchi deneysel tasarımı ile oluşturulan deney düzeneği ile sonuçlar istatiksel olarak değerlendirilmiştir. Taguchi deney tasarım şartlarına göre 3 farklı değişken ile 3 farklı konsantrasyonda (3*3) çalışılmıştır. İki farklı Taguchi deneysel tasarımı oluşturulmuştur. Birinci Taguchi deneysel tasarımında değişken olarak glukonik asit, sıcaklık, deney süresi seçilmiştir. İkinci Taguchi deneysel tasarımında ise değişken olarak glukonik asit, hidroklorik asit ve deney süresi seçilmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda, asit olarak sadece glukonik asitin kullanıldığı deneysel çalışmalarda, yüksek glukonik asit konsantrasyonlarında mangan gideriminin daha iyi olduğu; bununla birlikte glukonik asit ve hidroklorik asitin birlikte kullanıldığı durumlarda düşük konsantrasyonda glukonik asit ve düşük konsantrasyonlarda hidroklorik asit ile daha iyi giderimler elde edildiği görülmüştür. Tüm deneysel çalışmalarda etkili bir çinko giderimi elde edilememiştir.

Anahtar Kelimeler

• Çinko,Glukonik asit,Hidroklorik asit,Mangan,Taguchi yöntemi

Kaynakça

1. 1. EBRA, 2012. European Battery Recycling Association. http://www.ebrarecycling.org (Erişim tarihi: 10.03.2017).
2. 2. Biswas, R.K., Karmakar, A.K., Kumar, S.L., Hossain, M.N., 2015. Recovery of Manganese and Zinc from Waste Zn–C Cell Powder: Characterization and Leaching. Waste Management, v. 46, 529-535.
3. 3. Kocaer, F.O., Başkaya, H.S., 2003. Metallerle Kirlenmiş Toprakların Temizlenmesinde Uygulanan Teknolojiler. Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, v.8(1), 121-131.
4. 4. Vegliò, F., Passariello, B., Barbaro, M., Plescia, P., Marabini, A.M., 1998. Drum Leaching Tests in İron Removal from Quartz using Oxalic and Sulphuric Acids. International Journal of Mineral Processing, v.54, 183-200.
5. 5. Gega, J., Walkowiak, W., 2011. Leaching of Zinc and Manganese from used up Zinc‐carbon Batteries using Aqueous Sulfuric Acid Solutions. Physicochemical Problems of Mineral Processing, v.46, 155‐162.
6. 6. Baba, A.A, Adekola, A.F., Bale, R.B., 2009. Development of a Combined Pyro‐ and Hydro‐metallurgical Route to Treat Spent Zinc‐carbon Batteries. Journal of Hazardous Materials, v.171, 838‐ 844.
7. 7. Senanayake, G., Shin, S.M., Senaputra, A., Winn, A., Pugaev, D., Avraamides, J., Shon, J.S., Kim, D.J., 2010. Comparative Leaching Ofspentzinc‐manganese‐ Carbon Batteries using Sulfur Dioxide in Ammoniacal and Sulfuric Acid Solutions. Hydrometallurgy, v.105, 36‐ 41.
8. 8. Shin, S.M., Senanayake, G., Sohn, J., Kang,, J., Yang, D., Kim, T., 2009. Separation of Zinc from Spent Zinc‐carbon Batteries by Selective Leaching with Sodium Hydroxide. Hydrometallurgy, v.96, 349‐353.

9. 9. Demirkıran, N., 2015. Examination of the use of Ammonium Acetate as Lixiviant in Recovery of Zinc from Waste Batteries and Kinetic Analysis. Environmental Engineering and Management Journal, v.14, 51‐56.
10. 10. Sayılgan, E., Kukrer, T., Yigit, N.O., Civelekoglu, G., Kitis, M., 2010. Acidic Leaching and Precipitation of Zinc and Manganese from Spent Battery Powder using Various Reductants. Journal of Hazardous Materials, v.173, 137‐ 143.
11. 11. Taner, H.A., Ağacayak, T., Aras, A. 2016. Leaching of Zinc and Manganese from Spent Zinc-carbon Batteries in Acetic Acid Solution. SUJEST, v.4, n.3, 231-236.
12. 12. Maryam-Sadeghi, S., Vanpeteghem, G., Neto, I.F.F., Soares, H.M.V.M., 2017. Selective Leaching of Zn from Spent Alkaline Batteries using Environmentally Friendly Approaches. Waste Management, v.60, 696–705.
13. 13.Belardi, G., Lavecchia, R., Medici, F., Piga, L., 2012. Thermal Treatment for Recovery of Manganese and Zinc from Zinc–carbon and Alkaline Spent Batteries. Waste Management, v.32, 1945-1951.
14. 14. Aytaç, A., İlivan, M., Öztürk, U., 2016. Taguchi ve Klasik Deneysel Tasarım Yöntemlerinin Karşılaştırılması: İnce film Kaplamaların Aşınma Davranışı. Electronic Journal of Vocational Colleges, 87-96.
15. 15. Özyanar, F., Yılmaz, Z., Karagözoğlu, B., 2017. Taguchi Metodu Kullanılarak Gerçek Tekstil Atıksuyunun Arıtımında Elektrokoagülasyon Prosesinin Optimizasyonu. Erişim tarihi: 15/06/2017. Link: https://www.researchgate.net/profile/Zinnur_Yilmaz/publication/311915920_