PROF. DR. ÜMİT ATALAY

Evaluation of Kosovo-Artana concentrator tailings Kosova-Artana konsantratör atıklarının değerlendirilmesi

Bu çalışmadaki Kosova-Artana konsantratorü artıklarının flotasyon ve liç yöntemleri ile değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Numunenin mineralojik analizi, değerli minerallerin, sfalerit, galen, kalkopirit ve bunların oksitlenmiş formlarını, değersiz minerallerin ise pirit, illit, kuvars, kalsit ve alçıtaşı olduğunu göstermiştir. Numune %1.2 Zn, %0.75 Pb ve % 0.06 Cu içermektedir. Toplu bakır-kurşun ve çinko-kurşun konsantresi üretmeye yönelik flotasyon testleri başarısız olmuştur. Çinko kazanımına yönelik sülfürik asit ile liç testleri hem oda sıcaklığında hem de yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. Bu testler sırasında liç süresi, H2SO4 konsantrasyonu, pülp yoğunluğu ve sıcaklık gibi çeşitli parametrelerin etkileri araştırılmıştır. Oda sıcaklığında ve 80 °C sıcaklıktaki 120 dakikalık liç süresi sonrasındaki en yüksek çinko kazanım verimleri sırasıyla %80 ve %89 olmuştur.

Characterization and utilization potential of class F fly ashes F sınıfı uçucu küllerin karakterizasyonu ve kullanım potansiyeli

Bu tez kapsamında, Çatalağzı ve Sugözü termik santrallerinden kaynaklanan F sınıfı iki uçucu külün (FA) karakterizasyonu yapılmış ve bunların üç farklı alandaki kullanım potansiyelleri incelenmiştir. Sinterlenmiş uçucu kül örneklerinin karakterizasyonu ve bunların seramik endüstrisindeki kullanım potansiyellerinin belirlenmesi bu tez kapsamındaki ilk çalışma alanıdır. Bu amaçla, ilk olarak F sınıfı uçucu kül numuneleri, hiçbir organik bağlayıcı veya inorganik katkı maddesi içermeksizin silindirik şekilde preslenmiş ve daha sonra sinterlenerek seramik formunda malzemeler elde edilmiştir. Sinterleme karakteristikleri, sinterleme sıcaklığı ve zamanına bağlı olarak incelenmiştir. Deneylerde preslenmiş silindirik numuneler öncelikle nem ve diğer gazların uzaklaştırılması amacıyla 300oC’de 1 saat boyunca ön ısıtma işlemine tabi tutulmuştur. Ön ısıtma sonrasında, sinterleme işlemi 1000oC, 1050oC, 1100oC ve 1150oC sıcaklıklar için 0,5, 1,0, 1,5 ve 2,0 saat sinterleme süreleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deneyler boyunca ısıtma hızı 10oC/dak olarak sabit tutulmuştur. Sinterlenmiş numunelerin kalitesi, yoğunluk, su emme kapasitesi, porozite, büzülme ve dayanım gibi seramik ölçütlerine göre değerlendirilmiştir. Buna ek olarak, sinterleme sırasında oluşan mineralojik ve mikroyapısal değişimler, sırasıyla X-ışını difraktometresi (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) yardımıyla belirlenmiştir. Literatür verilerine göre, daha kompakt mikroyapı, en yüksek yoğunluk ve dayanım ile en düşük porozite, su emme ve büzülme değerleri ideal sinterleme koşullarını işaret etmektedir. Bahsi geçen bu kriterlere göre, Sugözü uçucu külü, Çatalağzı uçucu külüne oranla daha iyi sonuçlar vermiştir. Ayrıca her iki numune için de ideal koşullara, 1150oC sinterleme sıcaklığı ve 1,5 saat sinterleme süresi kullanılarak ulaşılmıştır. Bu çalışma kapsamında, uçucu kül (FA) örneklerinin puzolanik reaktiviteleri ve bunların inşaat mühendisliği uygulamalarındaki kullanım potansiyelleri de ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Bu amaçla, Çatalağzı (CFA) ve Sugözü (SFA) uçucu külleri, öncelikle çok ince boyuttaki taneciklerin kazanımı amacı ile CAER (University of Kentucky, Center for Applied Energy Research) tarafından geliştirilen özel bir hidrolik sınıflandırma işlemine tabi tutulmuştur. Ortalama parçacık boyutları 39 ?m ve 21 ?m olan CFA ve SFA numunelerinden, sırasıyla 5,2 ?m ve 4,4 ?m ortalama parçacık boyutuna sahip olan üst akım ürünleri elde edilmiştir. Hidrolik sınıflandırma aşamasından sonra elde edilen bu çok ince boyuttaki uçucu kül fraksiyonları (UFA) ile esas numunelerin puzolanik aktiviteleri, bir çok harç (Portland çimentosu (PC), kısmi çimento ikamesi olarak FA veya UFA, kum ve sudan meydana gelen karışım) ve macun (PC, kısmi çimento ikamesi olarak FA veya UFA ve sudan meydana gelen karışım) örnekleri hazırlanarak incelenmiştir. Harç deneyleri boyunca elde edilen sonuçların karşılaştırılması amacıyla, FA ve UFA içermeyen kontrol numuneleri hazırlanmış ve test edilmiştir. Harç deneylerinde, FA ve UFA numuneleri üç farklı PC değişim oranında (%10, %20 ve %30) kullanılmış ve bunların su ihtiyacı, basma dayanımı, büzülme ve genleşme gibi taze ve sertleşmiş harç özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu harç testleri, çok ince boyuttaki Çatalağzı (CUFA) ve Sugözü (SUFA) uçucu kül fraksiyonlarının, %30 PC değişimi için kontrol numunesine oranla, su ihtiyacında %10’dan fazla bir azalma sağladığını işaret etmiştir. CUFA ve SUFA içeren kübik harç numuneleri basma dayanımında, esas numuneler ve yalnızca PC içeren küplere oranla, 14 günden sonra daha yüksek bir artış hızı sergilemiştir. 112 günün sonunda ise, CUFA ve SUFA numunelerinin her ikisi de kontrol numunesine oranla, %20 ve üzeri PC değişim oranları için, basma dayanımında %40’dan daha fazla bir artış sağlamıştır. SUFA, su ihtiyacı ve basma dayanımının her ikisi için de, CUFA’ya oranla daha iyi sonuçlar vermiştir. FA ve UFA numuneleri ile hazırlanan harç çubuklar, çok düşük değerlerde büzülme ve genleşme göstermişlerdir. Bu değerler, genellikle 14 günden sonra, artan PC değişim oranları ile azalmaktadır. Macun deneylerinde, FA ve UFA numunelerinin puzolanik reaktivitelerinin belirlenmesi için, yalnızca %20 PC değişim oranı ile hazırlanan macun örneklerinin termogravimetrik analizleri (TGA) yapılmıştır. Bu deneylerde, uçucu küller ve yalnızca PC katkısı ile hazırlanan macun örneklerindeki Ca(OH)2 (portlandit) içeriğindeki fark, puzolanik reaktivitenin ölçüsü olarak kullanılmıştır. 112 günün sonunda, CUFA ve SUFA numuneleri içeren macun örneklerindeki Ca(OH)2 içeriği, yalnızca PC içeren örneğe oranla, sırasıyla %68,56 ve %62,68 olarak bulunmuştur. Bu değerler de esas numunelere oranla, sırasıyla %11 ve %13 daha fazla Ca(OH)2 tüketimine tekabül etmektedir. Uçucu küller ve yalnızca PC katkısı ile hazırlanan bu macun örneklerindeki portlandit içeriğindeki değişimin kıyaslanması amacıyla, aynı zamanda bu örneklerin X-ışını difraktometre analizleri (XRD) yapılmıştır. Bu XRD analizlerine göre, PC/UFA macun örneklerindeki portlandit içeriği yalnızca PC içerene oranla, 14 günden sonra önemli bir azalış göstermiştir. Tüm bu test ve analizlerden elde edilen sonuçlar, Çatalağzı ve Sugözü uçucu küllerinden, basit bir hidrolik sınıflandırma teknolojisi ile, sıradan uçucu kül puzolanlarından daha yüksek reaktivite ve yüzey alanına ve son derece küçük parçacık boyutuna sahip ucuz bir puzolanın elde edilebileceğini göstermiştir. Çatalağzı ve Sugözü uçucu küllerinden senosfer kazanım potansiyeli de bu tez kapsamında araştırılmıştır. Senosfer içeriğinin belirlenmesi, parçacıkların optik mikroskop altında nokta ve alan bazında sayımıyla gerçekleştirilmiştir. Noktasal baz verilerine göre, CFA ve SFA numuneleri sırasıyla %11,30 ve %4,50 senosfer içeriğine sahiptir. Uçucu küllerdeki senosfer içeriğinin değişimi, yüzdürme-batırma, eleme ve havalı sınıflandırma testleri kullanılarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, senosfer içeriğinin, parçacık boyutundaki küçülme ve yoğunluktaki artış ile orantılı olarak azaldığını göstermektedir. Yüzdürme-batırma testlerine göre, Çatalağzı uçucu külü aynı yoğunluk aralığında, Sugözü uçucu külüne oranla çok daha fazla yüzen malzeme ve daha fazla senosfer içermektedir. Havalı sınıflandırma test sonuçlarına dayanarak, her iki numune için de senosferlerin alt-akım ürününde konsantre olduğu ve senosfer içeriği, hava basıncındaki artış ve motor hızındaki azalma ile orantılı olarak artmıştır. Eleme, incelenen bu metotlar arasındaki en etkin senosfer kazanım tekniğidir. CFA ve SFA’nın senosfer içerikleri, yalnızca 38 ?m’lik bir elek kullanarak sırasıyla %21,65 ve %11,83’e yükselmiştir.