Sulardan lityum geri kazanımı ve bir jeotermal su örneğine uygulanması

Abstract

Günümüzde giderek azalan doğal kaynaklarımızın da etkisiyle geri kazanım konusunda yürütülen çalışmaların sayısı artış göstermektedir. Pek çok endüstride kullanım alanı bulan lityumun, özellikle gelişmekte olan teknolojiler ile arzı giderek artmaktadır. Lityum kaynaklarına alternatif olarak gösterilen jeotermal sulardan lityumun geri kazanım konusu öncelikli araştırma konuları arasında yer almaktadır. Jeotermal sulardan lityumun doğrudan ayrıştırılması ve geri kazanılması için geliştirilen teknolojiler, lityuma bağlı enerji depolaması için artan talebi karşılamak adına büyük bir öneme sahiptir. Bu tez çalışmasında sentetik olarak hazırlanan lityum klorür çözeltisinden, ticari katyonik reçine kullanılarak iyon değişim yöntemi ile lityumun geri kazanımı gerçekleştirilmiştir. Katyon değiştirici reçine kullanılarak gerçekleştirilen iyon değişim projesi ile sulardan lityum giderimi sağlandıktan sonra reçine üzerinde tutulan lityumun rejenerasyon prosesi ile geri kazanımı yapılmıştır. Kullanılan katyonik reçinenin lityum giderme verimi temas süresinin artmasıyla artış göstermiş ve dengeye ulaşma süresi 2 saat olarak belirlenmiştir. Sulardan iyon değişim prosesi ile lityum gideriminde; pH, reçine miktarı ve başlangıç lityum konsantrasyonu gibi önemli işletme parametrelerinin iyon değişimi kapasitesi üzerine etkisi ve maksimum lityum giderimini sağlayan kombinasyonun belirlenmesi amacıyla Box-Behnken istatistiksel deney tasarım yöntemi kullanılmıştır. Elde edilen yanıt yüzey fonksiyonuna göre lityum gideriminde optimum pH değeri 4 olarak bulunmuştur. Belirlenen pH değerinde optimum reçine miktarı 200 mg olmuştur. Reçine kullanılarak yapılan iyon değişim yöntemi ile en yüksek lityum giderim verimi 30 mg/L başlangıç lityum konsantrasyonunda % 69,51 olarak bulunmuştur. Reçinenin rejenerasyonu sonucunda lityumun maksimum geri kazanım verimi ise %98,44 olarak hesaplanmıştır. Son olarak Box-Benhken istatistiksel analiz yöntemi ile belirlenen optimum koşullar doğrultusunda gerçek jeotermal su ile deneyler gerçekleştirilmiştir. Jeotermal su ile gerçekleştirilen maksimum lityum giderim verimi % 81,54, geri kazanım verimi ise % 97,68 olarak bulunmuştur.

Today, the number of studies carried out on recovery is increasing with the effect of our diminishing natural resources. The supply of lithium, which is used in many industries, is gradually increasing, especially with developing technologies. The recovery of lithium from geothermal waters, which are shown as an alternative to lithium resources, is among the priority research topics. Technologies developed for the direct separation and recovery of lithium from geothermal waters are of great importance to meet the increasing demand for lithium-dependent energy storage. In this thesis study, lithium was recovered from synthetically prepared lithium chloride solution by ion exchange method using commercial cationic resin. After the removal of lithium from water by ion exchange project using cation exchange resin, the lithium retained on the resin was recovered by regeneration process. The lithium removal efficiency of the cationic resin used increased with increasing contact time and the time to reach equilibrium was determined as 2 hours. Box-Behnken statistical experimental design method was used to determine the effect of important operating parameters such as pH, resin amount and initial lithium concentration on ion exchange capacity and the combination that provides maximum lithium removal in lithium removal from water by ion exchange process. According to the response surface method, the optimum pH value for lithium removal was found to be 4. The optimum resin amount was 200 mg at the determined pH value. The highest lithium removal efficiency by ion exchange method using resin was found to be 69.51% at an initial lithium concentration of 30 mg/L. As a result of the regeneration of the resin, the maximum recovery efficiency of lithium was calculated as 98.44%. Finally, experiments were carried out with real geothermal water in accordance with the optimum conditions determined by Box-Benhken statistical analysis method. The maximum lithium removal efficiency with geothermal water was 81.54% and the recovery efficiency was 97.68%.