ELEKTROLİTİK TOZ ÜRETİM TEKNİKLERİ. Prof.Dr.Muzaffer ZEREN

Transkript

1 Prof.Dr.Muzaffer ZEREN

2 Bir çok metal (yaklaşık 60) elektroliz ile toz haline getirilebilir. Elektroliz kapalı devre çalışan ve çevre kirliliğine duyarlı bir yöntemdir. Kurulum maliyeti ve uygulama maliyeti düşük ve aynı zamanda yüksek saflıkta metal üretimi gerçekleştirilebilen bir yöntemdir. Diğer yöntemlerle kıyaslandığında yüksek mukavemetle ve daha az oksijen içeren toz üretimi için daha avantajlıdır. Gümüş Nikel kobalt

3 Tozlar belirli işlem koşulları altında elektrolitik bir hücrenin katodu üzerinde çöktürülebilir. Paladyum, bakır, demir, çinko, mangan ve gümüş gibi metaller bu tür bir tekniğin kullanılması ile yüksek saflıkta toz halinde üretilebilir.

4 Bu tür bir sistemin çalışma prensibi Şekilde şematik olarak gösterilmiştir. Olay, elektrolitik bir hücre içerisinde uygulanan belirli bir gerilim altında anodun çözünmesi ile başlar.

5 İlgili şekilde anot ve katot reaksiyonları bakır ve demir reaksiyonları olarak verilmiştir. Sülfat esaslı elektrolit üzerinden gerçekleşen madde taşınımı ile katot üzerinde saf halde bir çökelme gerçekleşir. Katot üzerinde oluşan bu poröz çökeltiler daha sonrasında hazneden alınarak sırası ile yıkama, kurutma, tavlama ve öğütme işlemlerinin uygulanması ile istenilen boyutta toz haline getirilir.

6 Elektrolitik teknikleri ile üretilen tozlar genel olarak dendritik veya süngerimsi bir yapıdadır. Tozun spesifik özellikleri, çöktürme süresince sağlanan banyo koşullarına ve sonra gelen proses kademelerine bağlıdır. Yüksek viskoziteli elektrodların kullanımı ile sıcak banyo ortamının eldesi ve düşük seviyede karıştırma katot üzerinde seyrek bir çökelmeye neden olur.

7 Şekil. Elektrolitik toz üretiminde kullanılan hücre. Ham metal anotta çözünürken katotta kaplanır. Proses dışarıdan verilen bir güç kaynağı ile sürdürülür. Daha sonra katottaki toz kaplama yıkanır, kurutulur, öğütülür, elenir ve tavlanır.

8 Elektrolitik teknikleri ile üretilen tozlar genel olarak dendritik veya süngerimsi bir yapıdadır. 0.5 A/cm2 akım yoğunluğunda elektrolitik olarak üretilmiş nikel-kobalt tozlarının dentritik morfolojisi. (a) 300 X, (b) 1000 X.

9 0.5 A/cm2 sabit akım yoğunluğunda üretilen metal tozların süngerimsi yapısı. (a) Kobalt, 520 X, (b) Nikel 400 X.

10 ELEKTROLİTİK TOZ ÜRETİM TEKNİKLERİ Şekil. Tipik süngerimsi ve dendritik yapı gösteren elektrolitik bakır tozları (SEM).

11 . Sabit akım yoğunluğunda biriktirilmiş bakır tozlarının SEM görüntüsü. Çözelti bileşimi: 15 g/l bakır iyonları ve 140 g/l sülfürik asit; elektolit akış hızı: 0.11 l/min; sıcaklık: (50±2)C;

12 Tozun spesifik özellikleri, çöktürme süresince sağlanan banyo koşullarına ve sonra gelen proses kademelerine bağlıdır. Metal toz özellikleri : (a) Kimyasal yöntem; demir tozu (b) Elektrolitik yöntem; bakır tozu (c) Mekanik alaşımlama ; aluminyum tozu (d) Su atomizasyonu; demir tozu (e) Gaz atomizasyonu; nikel tozu

13 Tablo. Bakır tozu üretimi için tipik bir elektrolitik işlem koşulları Parametre Tipik koşullar Elektrolit içerisindeki Cu konsantrasyonu 30 g/l Elektrolit içerisindeki H 2 SO 4 konsantrasyonu g/l Banyo sıcaklığı ºC Banyo gerilimi 1-2 V

14 Yüksek saflıkta toz üretimi için iyi bir yöntem olan elektrolitik toz üretim tekniği aynı zamanda birtakım zorluklarda içerir. Bu tür bir teknik ile sadece elementel toz (saf metalik toz) üretilebilir. Kirlilik, istenen özelliklerde katot üzerindeki çökelti tozların oluşumu engelleyebilir. Sonuç olarak bu yolla elde edilen ürün önce temizlenip sonrasında öğütülmelidir. Bunun gibi ek işlemler ise ek masraflar gerektirmektedir. Bu tür kavramlar ve çevresel problemler göz önüne alınacak olursa elektrolitik toz üretim teknikleri sınırlı kalmaktadır.

15 Örnek Uygulama: Bakır tozu üretimi, Bakır üretiminin %1-2 lik kısmı elektrolitik olarak yapılır. Üretilen tozlar genellikle elektronik sanayisinde kullanılır. 1 Alt Tabla Yüzeyi Plastik Kaplı 2 Elektroliz Kabı Altlığı Demir Malzemeden Yap. 3 Elektroliz Kabı Cam (300*300*450mm) 4 Güç Kaynağı 1,5 kw 5 Bakır Elektrotlar (Anot ve Katot) Φ20*200mm 6 (+) Kutup 7 (-) Kutup 8 Filtre 200 W 9 Filtre Hortumları Elektroliz için 30 lt elektrolit kapasiteli ve huni şeklinde cam malzemeden yapılmış hücre. Sistem hücre, anot, katot, elektrolitik sıvı, ısıtıcı, karıştırıcı ve güç kaynağından oluşur. Elektrolit olarak bakır sülfat seçilmiştir. Bakır iyonu sağlar. Elektrolit sıcaklığı yaklaşık 45 C ve süre 30 dakika.

16 Örnek Uygulama: Bakır tozu üretimi, Tozlar kurutulduktan sonra öğütme işlemine tabi tutulmuşlardır. E. Uzun, M. Boz, 6th International Advanced Technologies Symposium, 83-87, 2011, Turkey

17 Örnek Uygulama: Bakır tozu üretimi, Tozlar kurutulduktan sonra öğütme işlemine tabi tutulmuşlardır.