Cep telefonu ve bilgisayar pilinden geri kazanılan bazı metallerin emaye fritlerinde kullanılması

Frit cam yapılı ara bir mamüldür. Kobalt, lityum, mangan, nikel, demir, bakır gibi hammaddelerin belirli oranlarda reçetesinin hazırlanıp tartıldıktan sonra yüksek sıcaklıkta ergitilip oluşan camsı yapılara frit denir. Eğer eriyen frit soğuk suyun içine boşaltılırsa boncuk frit, soğuk silindirler arasından geçerek ani şoklama yapılırsa pul frit denir. Bu fritlerin ise farklı farklı oranlarda birbirleriyle karıştırılmasıyla da emaye oluşur. Emayeye özellik kazandıran ana hammadde frittir. Emayeler Na, K, Ba, Li, Ca, Mg gibi elementlerin oksitlerinin tercih edildiği emayeden beklenen özelliğe göre Al, Ti, Zr, F gibi elementlerin de oksitlerini içeren borosilikat yapısının toz ve yaş olarak kullanılan kaplama malzemesidir. Oluşan fritlerin farklı katkılarıyla değirmenlerde belirli boyutlarda öğütülmesiyle emaye oluşur. Oluşan emayeler uygun yöntemlere göre belirlenen sıcaklık ve sürelerde pişirilerek yüzeylere yayılır. İstenilen özelliklere göre emaye çeşitleri; Astar kat emaye, sitrik asit dayanıklı emaye, ETC direkt emaye, buhar dayanıklı pirolitik emaye, taransparan emaye, katalitik emaye, sıcak su dayanıklı emaye, ızgara ve bek kapağı emaye, kendinden renkli ikinci kat emayeler gibi kullanım alanları ve ihtiyaçlara göre çeşitleri vardır. Öğütme işlemi bu proseste önemli rol oynamaktadır. Öğütme inceliğinin aynı sürede olması değirmene yüklenecek olan fritin ağırlığıda önemlidir. Eğer frit miktarı fazla olursa değirmenin fritleri öğütme süresi artar fakat değirmene yüklenen frit miktarı az olursa içindeki bilyelerin birbirine sürtünmesiyle bilyeler aşınır bu da istenilen bir durum değildir. Emaye kaplanmış ürünler mutfak eşyaları, ocak, fırın, fırın tepsileri, beyaz eşya, soba, küvet, kimya endüstrisi gibi çok geniş çaplı uygulama alanları vardır. Bu kadar geniş çaplı kullanılmasının sebebi hijyeniklik, buhar dayanımı, aside dayanıklı, neme ve kimyasal maddelere ve ısıya dayanımı olması, temizleme kolaylığı, çizilme ve aşınmaya karşı sert bir yüzeyinin olması, koku ve tad vermeyen yüzey oluşturması, estetik görünüm sağlaması gibi olumlu özellikleri vardır. Emayeler hem elektrostatik toz hemde yaş olarak uygulamaları yapılabilir. Malzemelerin ömrünün tükenmiş olması atık durumunda olduğunu göstermektedir. Günümüzde oluşan genel problemde oluşan bu atıklardan kaynaklanmaktadır. Atık miktarının artması da günümüzde atık ekonomisi oluşturur. Dünyada olan atık miktarı ciddi oranda artış göstermiştir. Atıkların ciddi boyutlara gelmiş olduğu bu zamanda atık pil sorunu dünyanın önemli bir problemi olmuştur. Lityum iyon piller, lityum iyonlarının batarya içinde hareket ederek depolandığı bir türdür. Pil şarj edildiğinde lityum iyonları negatif yönden pozitif yöne doğru hareket eder pil deşarj olurken de bu işlem tam tersi gerçekleşir. Lityum iyon pil kullanımının avantajları yüksek enerji yoğunluğuna sahiptirler, hızlıca sarj olurlar ve uzun ömürlülerdir. Dezavantajları ise aşırı sıcaklar lityum iyon pillerinin çalışma kapasitelerini düşürüp güvenlikle ilgili riskler oluşturabilirler. Diğer bir dezavantajı ise maliyetleri diğer üretilen pil çeşitlerine göre daha yüksektir. Bu çalışmada, kullanım ömrünü tamamlamış cep telefonu ve bilgisayar pillerinden geri dönüşüm yoluyla elde edilen ikincil hammaddenin, emaye sektöründe yaygın olarak kullanılan emaye frit reçetelerinde ne ölçüde değerlendirilebileceği araştırılmıştır. Çalışma, hem sürdürülebilirlik hem de ekonomik verimlilik ilkeleri doğrultusunda, atıkların yeniden işlenerek katma değerli bir ürüne dönüştürülmesini hedeflemektedir. Geri dönüşüm işlemi sonucunda elde edilen toz yapıdaki malzemenin kimyasal bileşimi detaylı analizlerle belirlenmiş; ardından bu veriler doğrultusunda emaye üretiminde kullanılabilecek biçimde oranlanarak reçetelere dahil edilmiştir. Böylece hem üretim maliyetlerini düşürme potansiyeli olan alternatif bir kaynak elde edilmesi, hem de çevreye zararlı olabilecek atık pillerin faydalı bir şekilde değerlendirilmesi hedeflenmiştir. Emaye frit reçetelerinde sıklıkla yer verilen bazı stratejik metal oksitler, özellikle nikel oksit (NiO), kobalt oksit (CoO), mangan oksit (MnO) ve lityum oksit (Li₂O) gibi geleneksel olarak piyasadan saf bileşikler şeklinde yüksek maliyetlerle temin edilmektedir. Bu maddeler aynı zamanda lityum-iyon pillerin içeriğinde doğal olarak bulunan ve geri kazanılabilir nitelikteki temel bileşenlerdir. Bu bağlamda, çalışma kapsamında değerlendirilen yaklaşım sayesinde, lityum pillerin içeriğinden doğrudan elde edilen bu metal oksitlerin geri dönüşüm yoluyla üretime entegre edilmesi, geleneksel yöntemlere kıyasla ciddi maliyet avantajı sunmaktadır. Hurdaya çıkmış cep telefonu ve bilgisayar pillerinin geri dönüştürülmesine, öncelikle pilin deşarj işlemi ile başlanır. Bu işlem güvenlik açısından oldukça önemlidir, zira içeriğinde hala gerilim ihtiva eden pillerin güneşin altında bırakılması veya proseste kırılması esnasında patlaması riski vardır. Tuzlu su çözeltisi ile gerilim değeri 1Volt 'un altına düşürülen piller, kırıcıdan geçirilerek parçalara ayrılır ve toz haline getirilir. Toz haline gelen malzeme, içeriğindeki kaba malzemelerin uzaklaştırılması amacıyla elenir ve farklı sıcaklıklarda kalsine edilerek organik maddeler uzaklaştırılır. Kalsinasyon sonucu oluşan toz halindeki malzemeye XRF, XRD, SEM ve AAS cihazları yardımıyla enstrümental analizler yapılarak kimyasal analizi ve fazları belirlenir. Analiz sonuçlarına göre oluşan bu yeni hammaddenin, kobaltlı emaye fritlerinde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Hali hazırda üretilen ETC ve sitrik asit dayanıklı siyah emaye fritlerde, pilde bulunması muhtemel olan kobalt, nikel, lityum ve mangan oksitlerin tamamı bulunmaktadır. Bu metal oksitler, kobalt oksit, nikel oksit, lityum karbonat ve mangan karbonat hammaddelerinin emaye friti reçetesinde tartılıp ergitilmesi sonucu oluşan emaye friti içeriğinde bulunmaktadır. Pillerin içeriğine göre emaye fritinin oksidik kompozisyonundaki bu metal oksitler hesaplanarak pilden geri dönüştürülen bu hammaddeden maksimum miktarda kullanılabilirliği gözlemlenmiştir. Geri dönüşümle elde edilen hammaddenin analizine göre; bilgisayar pilinde, CoO miktarı %69,989, NiO miktarı %0,505, MnO miktarı %0,224, Li2O miktarı %19,16'tir. Cep telefonu pilinde; CoO miktarı %58,480, NiO miktarı %0,899, MnO miktarı %0,770 ve Li2O miktarı %18,61'tir. Bu analiz sonuçlarına göre, ETC Siyah frit ve asit dayanımlı siyah fritlerin reçeteleri hesaplanarak ergitme yapılmıştır. Ergitme sonucunda fritlerin plaka yüzey görüntüsü, rengi, yapışma özelliği, akışkanlığı, sitrik asit testi, ETC testleri yapılmıştır ve aynı fritlerin standartları ile karşılaştırılmıştır. Alınan olumlu sonuçlar karşısında atık cep telefonu ve bilgisayar pillerinin ETC ve asit dayanımlı siyah fritlerde kullanılabilir olduğu gözlenmiştir. Bu hammaddeyi, aynı oranlara sahip standart hammaddeler ile karşılaştırdığımızda ortalama beş kat maliyet farkı olduğu gözlemlenmiştir. Buna karşılık, standart hammaddeler kullanılarak yapılan fritler ile karşılaştırıldığında maliyet açısından %15 – 20 fayda sağladığı görülmüştür. Tüm bu sonuçlar doğrultusunda, atık cep telefonu ve bilgisayar pillerinden geri dönüştürülen toz malzemenin, özellikle siyah emaye frit üretiminde hem teknik hem de ekonomik olarak kullanılabilir olduğu kanıtlanmıştır. Bu yaklaşım, hem sanayide alternatif ve yerli hammadde kaynaklarının değerlendirilmesine imkân tanımakta hem de çevresel atık yükünün azaltılmasına katkı sağlayarak sürdürülebilir üretim anlayışına doğrudan hizmet etmektedir.