Birnessit Tipi Manganez Dioksit (δ-MnO2) Kullanılarak Jeotermal Tuzlu Sulardan Rubidyumun Ayrılmasına Doğru

Abstract

Kritik minerallerden rubidyum, fiziksel ve kimyasal özellikleriyle birçok alanda uygulama potansiyeli sunan, yüksek ekonomik değere sahip alkali bir metaldir. Bu yüzden rubidyumun geri kazanımı ile ilgili çalışmalar yoğun ilgi görmektedir. Rubidyumun birincil kaynaklardan elde edilmesindeki çevresel etkiler ve tedarikindeki kesintilere karşı savunmasız oluşu, tuzlu sulardan geri kazanımını alternatif olarak öne çıkarmaktadır. Potansiyel bir rubidyum kaynağı olan jeotermal tuzlu sularda rubidyumun belirlenmesinin ve izole edilmesinin araştırıldığı bu çalışmada, adsorpsiyon yöntemi ve birnessit tipi manganez dioksit (δ-MnO2) adsorbanı kullanılarak rubidyumun sulu çözeltilerden ayrıştırılması incelenmiştir. Rubidyumun ayrılması sürecinde birnessit tipi (sodyum) manganez dioksit, eş çöktürme ve hidrotermal yöntemler kullanılarak sentezlendi. Malzemenin sentezlenmesi ve Na+ iyonlarının liçing yöntemi kullanılarak uzaklaştırılması işlemleri, XRD ve SEM-EDX analizleriyle doğrulandı. Malzeme karakterizasyonu sonrasında, başlangıç konsantrasyonu, sorbent dozu, sorpsiyon sıcaklığı, pH ve temas süresi parametrelerinin etkisi incelenerek malzemenin adsorpsiyon performansı karşılaştırıldı. Sentetik rubidyum çözeltileriyle pH=7, t=30 dk, Co= 10 ppm, m= 10 mg, V=10 mL, T=55oC optimum koşullarında yapılan kesikli adsorpsiyon deneylerinde adsorpsiyon kapasitesi 9,33 mg/g, uzaklaştırma verimliliği %91,21 olarak hesaplandı. Birnessit tipi manganez dioksitin gerçek sistemdeki performansının incelenmesinde Tuzla Jeotermal Sahasındaki akışkan kullanıldı. Bunun için, jeotermal santralinde bulunan reaktörde kurulan mini pilot sistemde, laboratuvar koşullarındaki parametrelerin esas alındığı adsorpsiyon deneyleri gerçekleştirildi. Deney sonrasında malzemenin karakterizasyon analizleri, mangan dioksitin rubidyumu adsorpladığını doğruladı. Malzeme içerisindeki rubidyum, kümülatif desorpsiyon işlemi sonucunda 0.32 kat artmış olarak çözeltiye geçti. δ-MnO2, sahada düşük miktardaki (11 ppm) elementler için bile etkili olduğundan rubidyumun jeotermal tuzlu sulardan ayrılması için umut verici bir sorbent olarak bulundu.One of the critical minerals, rubidium that offers application potential in various sectors with its physical and chemical properties, is an alkali metal with high economic value. Therefore, studies concerning the recovery of rubidium attract intensive attraction. The environmental effects in the recovery of rubidium from primary sources and the vulnerability of its supply emphasize that recovery of rubidium from brines as an alternative. In the study that investigated the determination and isolation of rubidium in geothermal brines, which is a potential resource for rubidium, the separation of rubidium was examined by using the adsorption method and birnessite-type manganese dioxide (δ-MnO2). In the process of separating rubidium, firstly, birnessite-type (sodium) manganese oxide was synthesized using co-precipitation and hydrothermal methods. The material synthesis and removal of Na+ ions by using acid-leaching methods processes were confirmed by the analyses of XRD and SEM-EDX. After the material characterization, the adsorption performance of the material was compared by examining the effect of parameters such as pH, contact time, initial concentration, sorbent quantity, and temperature. In the batch adsorption experiments with synthetic rubidium solutions at pH=7, t=30 min, Co= 10 ppm, m= 10 mg, V=10 mL, and T=55 oC optimum conditions, the adsorption capacity and removal efficiency were calculated as 9,33 mg/g and 91,21%, respectively. The geothermal brine in Tuzla Geothermal Field was used to investigate the adsorption performance of birnessite-type manganese dioxide in the real system. Therefore, the adsorption experiments were carried out based on the parameters obtained from the laboratory conditions in the mini-plot system built in the reactor at the geothermal power plant. After the experiment, the characterization of the material confirms that rubidium was adsorbed by the birnessite-type manganese dioxide. Rubidium in the material that was transferred to the solution with a 0.32-fold increase as a result of the cumulative desorption process. δ-MnO2 is considered a promising sorbent material for separating rubidium from geothermal brines because it is effective for elements whose quantity is low (11 ppm) in the field.