Kromun sulu ortamdan ferritleştirmeyle giderilmesi ve stabilizasyonu

ÖZET Doktora Tezi KROMUN SULU ORTAMDAN FERRİTLEŞTİRMEYLE GİDERİLMESİ VE STABİLİZASYONU Mehmet ERDEM Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı 2001, Sayfa: 156 Krom sularda +3 ve +6 oksidasyon basamaklarında bulunur. +6 oksidasyon basamağındaki şeklinin toksik ve kanserojen olması nedeniyle Öncelikli kirleticiler arasında sayılan kromun içme sularında bulunmasına müsaade edilen miktarı 0.05 mg/1 ile sınırlandırılmıştır. Madencilik ve metalürji başta olmak üzere metal kaplama, deri, boya, seramik, cam, tekstil ve kağıt endüstrileri ve güç santrallarının atıksuları krom içerebilirler. Atıksulardaki Cr(m) çöktürme ile uzaklaştırılabilirken Cr(VT)'nın giderilebilmesi için önce kükürt dioksit, alkali metal sülfitler ve demir(II) sülfat gibi maddeler kullanılarak indirgenmesi gerekir. Daha sonra, bir alkali kullanılarak hidroksitler şeklinde çöktürülmek suretiyle uzaklaştırılır. Ağır metal arıtımında oluşan bu ikincil atıklar asidik yağışlarla ve/veya kompleks oluşturucu maddelerle temas ederek yeniden çözünebilirler. Bu nedenle bu atıkların çevreye atılmadan önce uygun bir şekilde stabilize edilmesi gerekir. Ağır metal atıklarını stabilize etmek için uygulanan çeşitli yöntemlerden birisi de spinel yapıdaki ferrit bileşiklerine dönüştürmektir. Ferritleştirme yüksek sıcaklıklarda termik olarak gerçekleştirilebildiği gibi çözelti ortamında da yapılabilir. Bunun için ağır metal iyonları demir(II) iyonları ile birlikte hidroksitler halinde çöktürülür ve ferrit kristalleri teşekkül ettirilir. Ferrit çökeltileri sıkı istiflenmiş kristal yapıda, az hacimli,-II kolay süzülebilen ve manyetik ayırmayla da kolay ayrılabilen ve en önemlisi de daha kararlı maddelerdir. Bu çalışmada önce, sodyum sülfit ve demir II sülfat kullanılarak Cr(VI)'nın indirgenmesiyle elde edilen çözeltilerdeki Cr(III) iyonlarının ferritleştirmeyle giderilme şartlan incelenmiştir. Daha sonra, elde edilen ferritlerin değişik pH'lardaki mineral asit ortamında ve sitrik asit, askorbik asit, oksalik asit, tartarik asit, asetik asit, EDTA, hümik asitin sodyum tuzu ve amonyak gibi kompleks oluşturucu maddelerin varlığındaki çözünme özellikleri araştırılmıştır. Yapılan testler klasik çöktürmeyle oluşturulan krom ve demir-krom karışık çökeltilerine de uygulanarak krom giderme ikincil atıklarının çevresel açıdan kararlılıkları kıyaslanmıştır. Ayrıca, demir-krom karışık hidroksit çökeltisinin çeşitli sıcaklıklarda ısıtılmasıyla elde edilen ürünler de test edilerek ısıtmayla bir stabilizasyonun sağlanıp sağlanmadığı belirlenmiştir. Diğer taraftan, çalışmada elde edilen değişik kromlu atık modellerine, USEPA'nın katı atıkların kirliliğinin tespiti için önermiş olduğu ekstraksiyon testleri de uygulanarak bu ikincil atıkların kirlilik potansiyelleri belirlenmiştir. Yapılan deneylerde, Cr(VI)'nın sodyum sülfit vasıtasıyla indirgendiği çözeltide 100 mg/1 konsantrasyonundaki Cr(IH)'ün ferritleşmesi için karışım pH'sının 9, sıcaklığın 50°C, karıştırma hızının 300 rpm ve sürenin 60 dakika olduğu şartlarda en uygun Fe2+/Cr3+ oranının 16 olduğu belirlenmiştir. Demir II sülfatla indirgenmiş çözeltide, ortamdaki demir iyonları da dikkate alınarak yapılan deneylerde, yukarıda belirtilen şartlarda ferritleştirme için uygun Fe27Cr3+ oranının 18 olduğu bulunmuştur. Mineralojik analizler kromit yapısındaki bir ters ferritin yanında demir(III) oksitlerin teşekkül ettiğini göstermektedir. Sulu ortamda ferritleştirmeyle kromun tamamı giderilirken demirin ise çözeltide oldukça düşük miktarlarda olduğu bulunmuştur. USEPA ekstraksiyon testlerinde, ferrit içerikli atık modellerinden ve demir-krom hidroksit içerikli klasik çöktürme atığından çözünen kromun müsaade edilen limit olan 5 mg/l'nin altında kaldığı tespit edilmiştir. Ekstraksiyon testlerinin birinde (TCLP testinde), sodyum sülfitle indirgenmiş ortamda klasik yöntemle çöktürme ile elde edilen krom hidroksit çökeltisinden çözeltiye geçen kromun belirtilen limitin üzerinde olduğu bulunmuştur. Diğer taraftan, tüm katı atık modelleri ile değişik konsantrasyon ve pH'larda, kompleksleştiriciler varlığında yapılan çözündürme testlerinde, söz konusu atıklardan çözünerek sulu ortama geçen krom ve demirin önemli konsantrasyonlaraIII vardığı belirlenmiştir. Asiditenin, kompleksleştirici madde konsantrasyonunun ve temas süresinin artmasıyla çözünen metal miktarı da artmaktadır. Ferritleştirme yöntemleriyle elde edilen katı atık modellerinin asidik ortamlarda kompleksleştiriciler varlığındaki çözünmeleri klasik çöktürme yöntemiyle elde edilen modellere göre daha düşük olmaktadır. Katı atık modellerinin çözünme özelliklerinin genel bir sonucu olarak, kromun demirle birlikte ve yaş ya da kuru yöntemle spinel oksitlerine veya hiç olmazsa oksitlerine dönüştürülmesinin daha sonra çevredeki etkilerinin minimuma düşürülmesi bakımından önemli olduğu ifade edilebilir. Ayrıca, bu çalışmanın sonuçları, ağır metalleri içeren katı atıkların ekstraksiyon testlerinin, her metal için tabiattaki muhtemel etkileşimleri yansıtıcı bir şekilde ve kompleksleştiricileri de içeren ortamlarda yapılması gerektiğini akla getirmektedir. Anahtar kelime: Ferrit, krom giderme, stabilizasyon, çözünürlük, katı atık.