Akad BÜKE, Birgül BENLİ

8033

İkincil bir kaynak olarak kömür uçucu külünden değerli metallerin ve nadir toprak elementlerinin geri kazanımı üzerine literatür çalışması

İnsanlık, Neolitik çağdan beri “siyah altın” adını verdikleri kömüre neredeyse bağımlı halde yaşamlarını sürdürmüşlerdir. Özelliklede 18. Yüzyılın sanayı devriminden beri enerji ihtiacını karşılamada popüler bir yakıt olmuştur. Ancak kömürün göz ardı edilemez çevresel yan etkileri bulunmaktadır. Son zamanlarda kullanımı için kısıtlamalar yapılsa da, ardında bıraktığı uçucu kül gibi artıklar hem depolama, hem de çevresel açıdan sorun teşkil etmektedirler. Kömür tüketimi tamamen sona erene kadar, bu tür artıklar ortaya çıkmaya devam edecektir. Bu sebeple, kömür uçucu külü vb. artıkların endüstriye tekrar geri kazandırılması önem arz etmektedir. Kömür uçucu külleri, değerli metal ve nadir toprak elementleri açısından zengin bir ikincil kaynaktır. Nadir toprak elementlerinin konvansiyonel olarak zenginleştirilmesi için uygulanan fiziksel zenginleştirme işlemleri ve hidrometalurji (liç, solvent ekstraksiyonu vs.) gibi cevher hazırlama işlemlerinin bir kısmı, aynı zamanda uçucu küllere de uygulanabilmektedir ve bu konuda araştırmalar halen devam etmektedir. Fiziksel zenginleştirme ile nihai konsantre üretimi kısıtlı olsa da, kimyasal zenginleştirme öncesinde halen önemli bir yer tutmaktadır. Nadir toprak elementlerinin uçucu kül içerisindeki bulunma modlarının araştırılması, boyutun zenginleştirme işlemlerine etkisi ve özellikle entegre fiziksel-kimyasal zenginleştirme yöntemlerinin araştırılması, bu konunun daha detaylı anlaşılması için önem arz etmektedir. Bu sebeple, önümüzdeki süreçte kömür tüketimine bağlı oluşan uçucu küller gibi artıkların bertaraf edilmesinde, cevher hazırlama işlemleri önemli rol oynayacaktır. Bu makalede, uçucu küllerinin genel özellikleri, içerikleri ve ikincil kaynak olarak zenginleştirilmesinde cevher hazırlamanın, özellikle fiziksel zenginleştirme işlemlerinin yeri ele alınıp, yakın zamanda bu konuda yapılan çalışmalar incelenmiştir.
Anahtar Kelimeler:

Kömür, kömür uçucu külü, nadir toprak elementleri, cevher hazırlama, geri kazanım

Review of recovery of valuable metals and rare earth elements from coal fly ash as a secondary resource

Since the Neolithic age, humanity has lived almost dependent on coal, which they named "black gold". It has been a popular source of fuel for meeting energy needs, especially since the industrial revolution of the 18th century. However, coal has undeniable environmental side effects. Although restrictions have been made for its use recently, residues such as fly ash pose a great problem both in terms of storage and environment. Such leftovers will continue to emerge until coal consumption is completely over. For this reason, it is crucial to recycle the leftovers to the industry. Coal is a rich secondary resource in fly ashes, precious metals, and rare earth elements. Some of the ore preparation processes such as physical enrichment processes and hydrometallurgy (leaching, solvent extraction, etc.) applied for conventional enrichment of rare earth elements can also be applied to fly ashes, and research on this subject is still ongoing. Although the production of final concentrate with physical enrichment is limited, it still has an important place before chemical enrichment. Investigating the mode of presence of rare earth elements in fly ash, the effect of size on enrichment processes, and especially the investigation of integrated physical-chemical enrichment methods are important for a more detailed understanding of this issue. For this reason, ore preparation processes will play an important role in the disposal of residues such as fly ash due to coal consumption in the upcoming period. In this paper, the place of ore preparation, especially physical enrichment, in the enrichment of fly ashes as a secondary source, general properties, contents, and recent studies on this subject have been examined.
Keywords:

coal, coal fly ash, rare earth minerals, mineral processing, recycle,

___

  • ASTM C618-19, 2019. Standard specification for coal fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use in concrete, ASTM International, West Conshohocken, PA, www.astm.orgwww.astm.org.
  • Attari, M., Bukhari, S.S., Kazemian, H., Rohani, S. 2017. A low-cost adsor- bent from coal fly ash for mercury removal from industrial wastewa- ter. Journal of Environmental Chemical Engineering. 5(1), 391-399. https://doi.org/10.1016/j.jece.2016.12.014.
  • Balaram, V. 2019. Rare earth elements: A review of applications, occur- rence, exploration, analysis, recycling, and environmental impact. Geoscience Frontiers. 10(4), 1285-1303. https://doi.org/ 10.1016/j. gsf.2018.12.005.
  • Benli, B., Gönül, E.A. 2021. Maden atıklarının sürdürülebilir manyetik pigment olarak tekstil sektörüne geri kazanımı. ESOGÜ Müh. Mim. Fak. Derg. 29(2), 1-13.
  • BP., 2020. Statistical Review of World Energy, 2020, 69th Edition.
  • Büke, A. 2021. Kömür Termik Santrali Uçucu Küllerinden Değerli Metal ve Nadir Toprak Elementlerinin İkincil Bir Kaynak Olarak Kazanılması. İstanbul Teknik Üniversitesi Cevher Hazırlama Mühendisliği Anabilim Dalı. Cevher Hazırlama Mühendisliği Programı. Yüksek Lisans Bitirme Tezi.
  • Celep, O. Yazıcı, E.Y., Deveci, H. 2020. Nadir toprak elementlerinin birincil ve ikincil kaynaklardan üretimi. DOI: 10.17714/gumusfenbil.765981
  • Demirbilek, S. 1987. Kömür kullanımı ve ilgili çevre kirlenmesi. Madenci- lik. 26(3), 33-43.
  • Energy Information Administration (EIA). 2020. Electricity Explained. Erişim adresi: https://www.eia.gov/energyexplained/electricity/ electricity-in-the-us.php#:~:text=The%20three%20major%20cat- egories%20of,geothermal%2C%20and%20solar%20thermal%20 energy.
  • Enerji Atlası. (n.d.). Kömür. Erişim adresi: https://www.enerjiatlasi.com/ komur/.
  • Franus, W., Wiatros-Motyka, M.M., Wdowin, M. 2015. Coal fly ash as a re- source for rare earth elements. Environmental Science and Pollution Research. 22(12), 9464-9474.
  • Güler, G., Güler, E., İpekoğlu, Ü., Mordoğan, H. 2005. Uçucu küllerin özel- likleri ve kullanım alanları. Türkiye 19. Uluslararası Madencilik Kongresi ve Fuarı, İzmir. 419-423.
  • Hosseini Asl, S. M., Javadian, H., Khavarpour, M., Belviso, C., Taghavi, M., Maghsudi, M. 2019. Porous adsorbents derived from coal fly ash as cost-effective and environmentally-friendly sources of aluminosili - cate for sequestration of aqueous and gaseous pollutants: A review. Journal of Cleaner Production, 208, 1131–1147.
  • IACES METU LC. 2019. Erişim adresi: http://structpedia.com/ucu- cu-kul-ve-avantajlari/
  • IEA World coal consumption 1978-2019. (t.y.). Erişim Adresi: https:// www.iea.org/data-and-statistics/charts/ world-coal-consump- tion-1978-2019.
  • Jayaranjan, M.L.D., van Hullebusch, E.D., Annachhatre, A.P. 2014. Reuse options for coal fired power plant bottom ash and fly ash. Reviews in Environmental Science and Biotechnology. 13(4), 467-486. https:// doi.org/10.1007/s11157-014-9336-4.
  • Jiang, Z. Q., Yang, J., Ma, H. W., Wang, L., Ma, X. 2015. Reaction behaviour of Al 2 O 3 and SiO 2 in high alumina coal fly ash during alkali hydrother- mal process. Transactions of Nonferrous Metals Society of China (En- glish Edition), 25(6), 2065–2072. https://doi.org/10.1016/S1003- 326(15)63816-X
  • Kaplan, G., Gültekin, A. 2010. Yapı Sektöründe Uçucu Kül Kullanımının Çevresel ve Toplumsal Etkiler Açısından İncelenmesi (The Investiga- tion of Fly Ash Usage in Terms of Enviromental and Social Effects in Construction Sector).
  • Karayigit, A., Gayer, R. 2001. Characterisation of Fly Ash from the Kangal Power Plant, Eastern Turkey.
  • Karçin, A. 2019. Yatağan Termik Santrali Uçucu Küllerindeki Bazı Kıymetli Metallerin Manyetik Ayırma Yöntemi ile Kazanım Olanak- larının Araştırılması. İstanbul Üniversitesi Cerrahpaşa Mühendislik Fakültesi. Bitirme Tezi.
  • Ketris, M., Yudovich, Y.E. 2009. Estimations of Clarkes for Carbonaceous biolithes: World averages for trace element contents in black shales and coals. International Journal of Coal Geology. 78(2), 135-148.
  • Kömür ve Linyit Yakıtlı Termik Santraller. (t.y.). Erişim adresi: https:// www.enerjiatlasi.com/komur/.
  • Kursun Unver, I., Terzi, M. 2018. Distribution of trace elements in coal and coal fly ash and their recovery with mineral processing practices: A review. Department of Mining Engineering, Faculty of Engineering, Istanbul University, Istanbul, Turkey. https://doi.org/10.22044/ JME.2018.6855.1518.
  • Kursun, I., Terzi, M. 2016. Research on the solubility of radioactive ele- ments in the ashes from the soma in Turkey. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 37(1), 27-33. https://doi.org/10.1080 /08827508.2015.1072710
  • Lange, C.N., Camargo, I.M.C., Figueiredo, A.M.G.M., Castro, L., Vasconcel- los, M.B.A., Ticianelli, R.B. 2017. A Brazilian coal fly ash as a potential source of rare earth elements. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 311(2), 1235–1241.
  • Lanzerstorfer, C. 2018. Pre-processing of coal combustion fly ash by clas- sification for enrichment of rare earth elements. Energy Reports. 4, 660–663. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2018.10.010.
  • Lin, R., Stuckman, M., Howard, B.H., Bank, T.L., Roth, E.A., Macala, M.K., Lopano, C., Soong, Y., Granite, E.J. 2018. Application of sequential ex- traction and hydrothermal treatment for characterization and enrich- ment of rare earth elements from coal fly ash. Fuel. 232, 124-133.
  • Mardon, S.M., Hower, J.C. 2004. Impact of coal properties on coal combus- tion by-product quality: Examples from a Kentucky power plant. In- ternational Journal of Coal Geology. 59(3-4), 153-169.
  • Mastalerz, M., Hower, J.C. Drobniak, A., Mardon, S.M., Lis, G. 2004. From in-situ coal to fly ash: A study of coal mines and power plants from Indiana. International Journal of Coal Geology. 59(3-4), 171-192. https://doi.org/10.1016/j.coal.2004.01.005.
  • Mert, B.A. 2016. Taş ocaklarında rekültivasyon uygulaması : uçucu küller- in depolanması örneği reclamation of limestone quarry : A case study for the storing of fly ash. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi. 31, 103-117.
  • Middleton, A., Park, D.M., Jiao, Y., Hsu-Kim, H. 2020. Major element compo- sition controls rare earth element solubility during leaching of coal fly ash and coal by-products. International Journal of Coal Geology. 227, 103532.
  • Mondal, S., Ghar, A., Satpati, A. K., Sinharoy, P., Singh, D. K., Sharma, J. N., Kain, V. 2019. Recovery of rare earth elements from coal fly ash using TEHDGA impregnated resin. Hydrometallurgy. 185, 93-101.
  • MTA. Zeolit. (t.y). Erişim adresi http://www.mta.gov.tr/v3.0/bil- gi-merkezi/zeolit
  • Nadir Toprak Elementleri Araştırma Enstitüsü (NATEN), 2020. Kömür NTE ile küllerinden doğuyor. Erişim adresi: http://www.naten.gov.tr/up- loads/galeri/575899-komur-nte-ile-kullerinden-doguyor.pdf.
  • Olgun, A., Erdogan, Y., Ayhan, Y., Zeybek, B. 2005. Development of ceramic tiles from coal fly ash and tincal ore waste. Ceramics International. 31(1), 153–158. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2004.04.007.
  • Önal, G., Kayabalı, İ., Gündüz, M. 1995. Nadir toprak elementleri çalışma grubu raporu.
  • Pan, J., Nie, T., Vaziri Hassas, B., Rezaee, M., Wen, Z., Zhou, C. 2020. Recovery of rare earth elements from coal fly ash by integrated physical sep- aration and acid leaching. Chemosphere. 248, 126112. https://doi. org/10.1016/j.chemosphere.2020.126112.
  • Pan, J., Zhou, C., Liu, C., Tang, M., Cao, S., Hu, T., Zhang, N. 2018. Modes of occurrence of rare earth elements in coal fly ash: a case study. Energy and Fuels. 32(9), 9738-9743.
  • Pan, J., Zhou, C., Tang, M., Cao, S., Liu, C., Zhang, N., Ji, W. 2019. Study on the modes of occurrence of rare earth elements in coal fly ash by statistics and a sequential chemical extraction procedure. Fuel. 237, 555-565. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.09.139.
  • Seredin, V. V., Dai, S. 2012. Coal deposits as potential alternative sources for lanthanides and yttrium. International Journal of Coal Geology. 94, 67-93. https://doi.org/10.1016/j.coal.2011.11.001.
  • Sönmez, G., Işık, M. 2020. Kömür yanma atıklarının çevresel etki̇leri̇ ve kullanım alanları. Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilim- leri Dergisi. 9(1), 72-83.
  • Tamzok, N. 2019. Dünya’da ve Türkı̇ye’de kömür. Türkiye’nin Enerji Görünümü. 217-236.
  • TEİAŞ, 2020. Kurulu Güç Raporu-Ekim 2020. Erişim adresi:https:// www.enerjihukuku.org.tr/storage/2020/11/teia%C5%9F-kuru- lu-g%C3%BC%C3%A7-raporu.pdf.
  • TKİ, 2019. Kömür Sektör Raporu, Linyit. Erişim adresi: http://www.tki.gov. tr/depo/2019%20K%C3%96M%C3%9CR%20SEKT%C3%96R%20 RAPORU%20(1).
  • TKİ, 2020. Enerji ve Kömür. (t.y.). Erişim adresi http://www.tki.gov.tr/bil- gi/komur/enerji-ve-komur/232.
  • Türker, P., Erdoğan, B., Katnaş, F., Yeğinobalı, A. 2009. Türkiye’deki uçucu küllerin sınıflandırılması ve özellikleri.
  • Türkiye Genç Volkanik Alanlar Haritası. (t.y.). Erişim adresi: http:// cografyaharita.com/ haritalarim/2bturkiye-genc-volkanik-alan- lar-haritasi.png.
  • Türkiye Kömür Santralleri Haritası. (t.y.). Erişim: http://cografyaharita. com/haritalarim/4eturkiye-komur-santraller-haritasi.png.
  • Wang, Z., Dai, S., Zou, J., French, D., Graham, I.T. 2019. Rare earth elements and yttrium in coal ash from the Luzhou power plant in Sichuan, Southwest China: Concentration, characterization and optimized ex- traction. International Journal of Coal Geology. 203(January), 1-14.
  • Wattimena, O.K., Antoni., Hardjito, D. 2017. A review on the effect of fly ash characteristics and their variations on the synthesis of fly ash based geopolymer. https://doi.org/10.1063/1.5003524
  • Yao, Z.T., Ji, X.S., Sarker, P.K., Tang, J.H., Ge, L.Q., Xia, M.S., Xi, Y.Q. 2015. A comprehensive review on the applications of coal fly ash. Earth-Sci- ence Reviews. 141, 105-121.
  • Yıldız, N. 2016. Nadir Toprak Elementleri. Ankara: Dijital Yayın.
  • Yıldız, T. 2019. Yatağan termik santral uçucu küllerindeki bazı kıymetli metallerin knelson konsantratörü ile kazanım olanaklarının araştırıl- ması. İstanbul Üniversitesi, Bı̇ tı̇rme tezı̇.
  • Zhang, W., Rezaee, M., Bhagavatula, A., Li, Y., Groppo, J., Honaker, R. 2015. A review of the occurrence and promising recovery methods of rare earth elements from coal and coal by-products. International Journal of Coal Preparation and Utilization. 35(6), 295–330.
Bilimsel Madencilik Dergisi-Cover
  • ISSN: 2564-7024
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Yayıncı: TMMOB Maden Mühendisleri Odası
Arşiv
Sayıdaki Diğer Makaleler

İkincil bir kaynak olarak kömür uçucu külünden değerli metallerin ve nadir toprak elementlerinin geri kazanımı üzerine literatür çalışması

Akad BÜKE, Birgül BENLİ

Yeni yaylı plaka kullanımı ile sürtünmeli kaya saplamaları performanslarının iyileştirilmesi

Eren KÖMÜRLÜ

An investigation on characterization and floation behavior of a transitional ore containing Galena and Pb Oxide minerals

Mete Tayhan SERDENGEÇTİ, Bekir BAŞKURT, Kaan ÖZÇELİK, Hüseyin BAŞTÜRKCÜ

Kaya kütle makaslama dayanımının geri analiz yöntemi ile belirlenmesi: Bir vaka analizi

Ogün Ozan VAROL, Mustafa AYHAN, Mutluhan AKIN

Düşük tenörlü barit cevherinin (Kozan/Adana) zenginleştirilmesinin araştırılması

Oktay BAYAT, Zehra ALTINÇELEP, Mahmut ALTINER

Alkali Aktive Edilmiş Uçucu Külün Sinterlenmesi, Karakterizasyonu ve Fiziksel Özelliklerinin İncelenmesi

Kemal ŞAHBUDAK