RECOVERY OF SYNTHETIC DIAMOND AND METALS FROM SCRAP MARBLE CUTTING SEGMENTS BY SULPHURIC ACID LEACHING

Öz

Waste segments generated by the abrasion of diamond-impregnated cutting segments used in natural stone cutting processes have a high content of base and precious/critical metals (20-92% Cu, 10-38% Co and 0.1-0.9% Ag, 0-75 Fe) as well as synthetic diamonds. In this study, recovery of critical and precious metals (Co, Cu, Ag) from waste segments (0,91% Ag, 15,8% Co, 51,9% Cu) used in marble production was investigated using sulfuric acid leaching (0.1-0.53 M H2SO4) in the presence of an oxidizing reagent (H2O2, O2, air). Increasing the concentration of H2SO4 and H2O2, a complete dissolution of cobalt, copper, and iron were achieved, while 90% of Ag was extracted in the leach solutions containing 1.25 M H2SO4 and 0.5 M H2O2. The addition of air as an oxidizing agent had a limited enhancing effect on metal extractions in comparison with those extractions occurred under the non-oxidizing conditions, while the addition of oxygen significantly improved the metal extractions. It was determined that the synthetic diamonds obtained from the leaching residues were 0.4-0.6 mm in diameter, intact and reusable. These findings have shown that critical and precious metals could be extracted from waste segments at high recoveries using sulfuric acid leaching in the presence of a suitable oxidizing agent

Anahtar Kelimeler

• Marble/natural stone
• Scrap cutting segment
• Hydrometallurgy
• Metal recovery
• Cobalt
• Copper
• Silver

MERMER ÜRETİMİNDE KULLANILAN SOKET ATIKLARINDAN SÜLFÜRİK ASİT LİÇİYLE METALLERİN VE SENTETİK ELMASIN GERİ KAZANIMI

Öz

Doğal taş kesme işlemlerinde kullanılan elmaslı kesici uçların aşınmasıyla oluşan atık soketler yüksek oranda temel ve değerli/kritik metallerin (%20-92 Cu, %10-38 Co ve %0,1-0,9 Ag, %0-75 Fe) yanı sıra sentetik elmas içermektedirler. Bu çalışmada, mermer üretiminde kullanılan soket atıklarından (%0,91 Ag, %15,8 Co, %51,9 Cu) oksitleyici (H2O2, O2, hava) ortamda sülfürik asit liçiyle (0,1-0,53 M H2SO4) kritik ve değerli metallerin (Co, Cu, Ag) geri kazanımı araştırılmıştır. H2SO4 ve H2O2 konsantrasyonlarının artışıyla kobalt, bakır ve demirin tamamı çözünmüş, 1,25 M H2SO4 ve 0,5 M H2O2 konsantrasyonlarında ise %90 Ag kazanımı elde edilmiştir. Hava ilavesinin oksitleyici olmayan koşula göre metal verimlerine çok sınırlı bir olumlu etkiye sahip olduğu, bununla birlikte oksijen ilavesinin ise liç verimlerini önemli ölçüde arttırdığı belirlenmiştir. Elde edilen sentetik elmasların; 0,4-0,6 mm çaplarında, sağlam ve yeniden kullanılabilecek özellikte oldukları belirlenmiştir. Bu sonuçlara göre, oksitleyici ortamda sülfürik asit liçiyle soket atıklarından kritik ve değerli metallerin yüksek metal kazanma verimleriyle geri kazanılabileceği görülmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Mermer/doğal taş
• Atık soket
• Hidrometalurji
• Metal kazanımı
• Kobalt
• Bakır
• Gümüş

Kaynakça

1. Aktaş, Ö., 2012. Elmas tel kesme yöntemi ile mermer işletmeciliğinde elmas tellerin kesim performanslarının araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, s.68.
2. Birloaga, I., De Michelis, I., Ferella, F., Buzatu,M., Vegliò, F., 2013. Study on the influence of various factors in the hydrometallurgical processing of waste printed circuit boards for copper and gold recovery. Waste Management, 33(4), 935-941.
3. Celep, O., Altınkaya, P., Yazıcı, E.Y., Deveci, H., 2016. Extraction of base and precious metals from scrap segments used in marble cutting. 15th International Mineral Processing Symposium, Istanbul-Turkey, 19-21 Ekim, 880-892.
4. Celep, O., Aydin, G., Karakurt, I., 2013. Diamond recovery from waste sawblades: A preliminary investigation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 227, 417-421.
5. Celep, O., Orak, M., Yazıcı, E.Y., Deveci, H., 2021. Extraction of Metals from Scrap Marble Cutting Segments in Nitric Acid Solutions, JOM, DOI: 10.1007/s11837-020-04547-0 (basımda).
6. Davenport, W.G.I., King, M., Schlesinger, M., Biswas, A.K., 2002. Extractive Metallurgy of Copper. 4th Ed., Pergamon, UK, s.432. Deveci, H., Yazıcı, E.Y., Aydın, U., Yazıcı, R., Akçil, A.U., 2010. Extraction of copper from scrap TV boards by sulphuric acid leaching under oxidising conditions. Going Green-CARE INNOVATION, Viyana, Avusturya, no: 045.
7. Ergün, M., Sönmez, M.Ş., 2016. Recovery of metals from solutions obtained by cutting tool recycling. 18. International Metallurgy and Materials Congress, IMMC 2016, 355-358.
8. Habashi, F., 1999. Kinetics of metallurgical processes, 1st ed., Metallurgie Extractive Quebec, Kanada, s.380. Habashi, F., 1999. Textbook of hydrometallurgy, 2nd ed., Metallurgie Extractive Quebec, Kanada, s.739.

9. HSC Chemistry, 2011. Chemical Reaction and Equilibrium Software, Version 7.14, Outotec, Research Center, Pori, Finlandiya. Jackson, E., 1986. Hydrometallurgical extraction and reclamation. Ellis Horwood Ltd, UK, s.266.
10. Kaplan, M., Budak, S., 2011. Bir mermer kesici takımında Co katkısının mikroyapı ve mekanik özelliklere etkisi, 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), 16-18 Mayıs, Elazığ, Türkiye.
11. Karagöz, Ş., Zeren, M., 2001. Mermer kesiminde kullanılan elmas kesici takımlarda aşınma karakteristiği. Türkiye III. Mermer Sempozyumu (MERSEM, 2001), Bildiriler Kitabı, 3-5 Mayıs, Afyon, 452-461.
12. Katiyar, P.K., Randhawa, N.S., Hait, J., Jana, R.K., Singh, K.K., Mankhand, T.R., 2014. An overview on different processes for recovery of valuable metals from tungsten carbide scrap, ICNFMM.
13. Kim, S., Seo, B., Ho-Son, S., 2014. Dissolution behavior of cobalt from WC-Co hard metal scraps by oxidation and wet milling process. Hydrometallurgy, 143, 28-33.
14. Lee, J.C., Kim, E.Y., Kim J.H., Kim, W., Kim, B.S., Pandey, B.D., 2011. Recycling of WC–Co hardmetal sludge by a new hydrometallurgical route. Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 29, 365-371.
15. Oliveira, L.J., Bobrovnitchii, G.S., Filgueira, M., 2007. Processing and characterization of impregnated diamond cutting tools using a ferrous metal matrix. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 25, 328-335.
16. Özçelik, Y., 1999. Mermercilik elmas tel kesme makinalarının çalışma koşullarının incelenmesi. Doktora Tezi, Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 325s.
17. Özçelik, Y., Bayram, F., 2006. Model Elmas Telli Kesme Makinasının Oluşturulması, MERSEM 2006, 241-250. Shibata, J., Murayama, N., Niinae, M., 2014. Recovery of tungsten and cobalt from tungsten carbide tool waste by hydrometallurgical method. Geosystem Engineering, 17(2), 120-124.
18. Skury, A.L.D., Bobrovnitchii, G.S., Monteiro, S.N., Gomes, C.C., 2004. Recovery of synthetic diamonds from scrapped sawblades. Separation and Purification Technology, 35, 185-190.
19. URL 1. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, https://www.enerji.gov.tr/tr-TR/Sayfalar/Dogal-Taslar, (Erişim Tarihi: Mart 2020)
20. Yazıcı, E.Y., 2012. Elektronik atıklardan metallerin fiziksel ve hidrometalurjik yöntemlerle geri kazanımı, Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Karadeniz Teknik Üniversitesi, s.192.
21. Yazıcı, E.Y., 2017. Improvement of stability of hydrogen peroxide using ethylene glycol, Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Fen ve Mühendislik Dergisi, 19(57), 938-949.
22. Yazıcı, E.Y., Deveci, H., 2010. Factors affecting decomposition of hydrogen peroxide, International Mineral Processing Symposium (IMPS), Eylül, Kapadokya, Bildiriler Kitabı, 2439-2444.
23. Yazıcı, E.Y., Deveci, H., 2013. Extraction of metals from waste printed circuit boards (WPCBs) in H2SO4-CuSO4-NaCl solutions. Hydrometallurgy, 139, 30-38
24. Yılmaz, N., 2009. Magmatik kökenli doğal taşların elmas soketli dairesel testerelerle kesilebilirlik analizleri, Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Eskişehir, s.209.