Akademik Veri Yönetim Sistemi
Özdemir O.(Yürütücü), Çınar M., Durgut E.
Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, 2021 - 2022
Bu tez çalışmasında Çanakkale ilinin Yenice köyünün Kızıldam yöresinden elde edilen düşük kaliteli halloysit cevherinin yapısında bulunan halloysit, kaolinit ve kuvars minerallerin fiziksel, kimyasal, optik ve fiziko-kimyasal özellikleri karakterizasyon yöntemleriyle belirlendikten sonra cevher hazırlama ve zenginleştirme yöntemleriyle saflaştırılması ve elde edilen ürünlerin seramik endüstrisinde sıfır atık kapsamında kullanılma olasılığı araştırılmıştır. Bu bağlamda öncelikle halloysit, kaolinit ve kuvars minerallerinin fiziko-kimyasal özellikleri zeta potansiyel ölçümleri, sedimantasyon deneyleri ve türbidite analizleriyle belirlenmiştir. Daha sonra cevher hazırlama çalışmaları kapsamında besleme tane boyutu, karıştırma süresi ve hızı, ortam sıcaklığı ve yaşlandırma parametrelerinin halloysit cevherinin mekanik dağıtma prosesine etkileri incelenerek optimum şartlar tespit edilmiştir. Optimum mekanik dağıtma koşullarıyla hazırlanan cevher kuru manyetik ayırma, hidrosiklon, yaş manyetik ayırma, liç ve bu yöntemlerin kombinasyonlarıyla zenginleştirilerek farklı ürünler elde edilmiştir. Cevher zenginleştirme çalışmalarından elde edilen farklı ürünlerin seramik özellikleri araştırılarak duvar ve granit karo bünyelerinde en verimli şekilde kullanılması araştırılmıştır.
Bu kapsamda ilk olarak ince tane boyutlu (-38 µm) saf halloysit, kaolinit ve kuvars minerallerinin farklı pH, tuzlar ve dispersantlar varlığında zeta potansiyel ölçümleriyle yüzey özellikleri belirlenmiştir. Diğer yandan üç farklı camsuyu, sodyum tri poli fosfat (STPP) ve sodyum hegza meta fosfat (SHMP) dispersantlar varlığında sedimantasyon testleri gerçekleştirilmiş ve türbidite ölçümleriyle de tanelerin çökme davranışları incelenmiştir.
Halloysit, kaolinit ve kuvars minerallerinin sulu ortamda doğal pH’ları sırasıyla 3,8; 6,2 ve 6,7 olarak ölçülmüştür. pH’ya bağlı zeta potansiyel ölçümlerinde halloysitin sıfır yük noktası yaklaşık 3,5 olarak belirlenmiştir. Kaolinit ve kuvars minerallerinin sıfır yük noktalarına çalışılan pH aralığında ulaşılamadığı görülmüştür. Asidik pH ortamında halloysit, kaolinit ve kuvars minerallerinin daha hızlı, bazik pH ortamında ise daha yavaş çöktüğü görülmüştür. Halloysit, kaolinit ve kuvarsın zeta potansiyel davranışına tek ve çift değerlikli tuzların etkisinin araştırıldığı deneylerde, ortamda artan tuz konsantrasyonu ile tek değerlikli tuzlar varlığında minerallerin yüzey yükünün daha negatif (-) olduğu buna karşılık çift değerlikli tuzların ise minerallerin yüzey yükünde önemli bir etkisinin olmadığı görülmüştür. Halloysit, kaolinit ve kuvarsın zeta potansiyeline ortama ilave edilen dispersantların etkisinin araştırıldığı deneylerde; camsuyu, STPP ve SHMP varlığında gerçekleştirilen ölçümlerde ortamda dispersant konsantrasyonu arttıkça minerallerin yüzey yüklerinin daha da negatif (-) olduğu görülmüştür. Zeta potansiyel ölçümlerinde, minerallerin yüzey yükü değişimine dispersantların etkilerinin SHMP>STPP>Camsuyu şeklinde olduğu tespit edilmiştir. Maksimum 10 kg/ton SHMP konsantrasyonunda gerçekleştirilen sedimantasyon deneyleri sonucu halloysit, kaolinit ve kuvars için türbidite değerleri 120 dk’lık çökme süresi sonrası sırasıyla 45 NTU, 82870 NTU ve 8440 NTU olarak ölçülmüştür.
Halloysit cevherinin yapısındaki plastik kil minerallerinin plastik olmayan safsızlıklardan ayrılması amacıyla mekanik dağıtma çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Mekanik dağıtma deneyleri sonucunda optimum parametreler -10 mm besleme boyutu, 8 sa dağıtma süresi, 1000 dev/dk karıştırma hızı, %35 PKO olarak belirlenmiştir. Optimum mekanik dağıtma parametreleriyle gerçekleştirilen deneyler sonucu %72,3 miktarında ve %32,8 Al2O3 içerikli -38 µm boyutlu ürün elde edilmiştir. Kantitatif XRD analizlerinde bu boyut grubunun %35,6 halloysit, %46,4 kaolinit, %12,0 kuvars %1,9 götit, %0,9 gibsit ve %3,2 diğer minerallerden oluştuğu analiz edilmiştir.
İkinci olarak ise düşük kaliteli halloysit cevherinin kuru ortamda zenginleştirilmesi amacıyla kuru manyetik ayırma çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Plastik kil minerallerinin sulu ortamda dağıtılması amacıyla ise cevher hazırlama çalışmaları gerçekleştirilmiş ve mekanik dağıtmaya etki eden parametreler araştırılmıştır. Cevher hazırlama çalışmalarından elde edilen bilgiler doğrultusunda mekanik dağıtmayla hazırlanan halloysit cevheri, kuru manyetik ayırma, hidrosiklon, yaş manyetik ayırma, liç ve bu yöntemlerin kombinasyonlarıyla zenginleştirilerek farklı kalitelerde ürünler elde edilmiştir. Cevher hazırlama ve zenginleştirme çalışmalarından elde edilen ürün farklılıkları tane boyut analizi (Mastersizer), kimyasal analiz (XRF), mineralojik analiz (XRD) ve optik yöntemlerle (optik mikroskop, SEM) ortaya konmuştur. Cevher zenginleştirme çalışmalarından elde edilen farklı kalitelerdeki ürünler seramik testleri gerçekleştirilerek kuru mukavemet ve sinterleme özellikleri belirlenmiştir. Cevher zenginleştirme çalışmalarından elde edilen ürünlerin seramik özelliklerine göre duvar karosu ve granit karo bünye reçetelerinde kullanım olanakları araştırılmıştır.
Halloysit cevherinin kuru ortamda değerlendirilmesi amacıyla tüvenan cevher çeneli kırıcıda kırıldıktan sonra elenerek kuru manyetik ayırma deneyleri için farklı boyut gruplarına (-2+1, -1+0,5, -0,5+0,212 mm) sınıflandırılmıştır. -2+1, -1+0,5, -0,5+0,212 mm boyut gruplarına ayrılan numunelere farklı bıçak açılarında (0º, 15º, 30º) kuru manyetik ayırma deneyleri uygulanmıştır. -0,5+0,212 mm boyut grubuyla 0º bıçak açısında gerçekleştirilen kuru manyetik ayırma deneyleri sonucu elde edilen nonmanyetik üründe maksimum %97,1 Fe2O3 uzaklaştırma verimine ulaşılırken, en düşük Fe2O3 içeriğine (%1,3) ise -2+1 mm boyut grubu ve 0º bıçak açısında gerçekleştirilen deney sonucu elde edilen nonmanyetik üründe ulaşılmıştır.
Mekanik dağıtma sonrası elek üzerinde kalan iri boyut grubunun (-2+0,212 mm) değerlendirilmesi amacıyla farklı bıçak açılarında (0º, 15º, 30º) kuru manyetik ayırma deneyleri gerçekleştirilmiştir. Mekanik dağıtmayla minerallerin yüzeylerinin temizlenmesi sonucu 0º bıçak açısında uygulanan kuru manyetik ayırmayla yüksek Fe2O3 uzaklaştırma verimiyle (%98,8) ve temiz bir nonmanyetik ürün (%31,9 Al2O3, %0,4 Fe2O3) elde edilebileceği anlaşılmıştır.
Optimum mekanik dağıtma şartlarında sulu eleme sonucu elde edilen -0,212 mm boyutlu malzeme ise hidrosiklon, yaş manyetik ayırma, liç ve bu yöntemlerin kombinasyonlarıyla cevher zenginleştirme işlemlerine tabi tutulmuştur. Mekanik dağıtma işlemi sonucu elde edilen -0,212 mm boyut grubu ilk olarak hidrosiklon cihazına beslenerek 4 kademeli bir ayırım gerçekleştirilmiştir. Hidrosiklon deneyleri sonucunda kil minerallerinin arttığını gösteren yüksek Al2O3 (%34,7) içerikli üst akım elde edilmiştir. Diğer yandan optimum mekanik dağıtma şartlarında elde edilen -0,212 mm boyut grubuna (%31,3 Al2O3, %3,2 Fe2O3), 5750, 7000 ve 10540 Gauss manyetik alan şiddetlerinde ayrı ayrı tek kademede uygulanan yaş manyetik ayırma deneyleri sonucunda %31,7 Al2O3 ve %2,3 Fe2O3 içerikli nonmanyetik ürünler elde edilirken, manyetik ürünlerdeki Fe2O3 içeriklerinin sırasıyla %22,8, %18,6 ve %16,2 olacak şekilde değiştiği tespit edilmiştir. Ayrıca, 4. kademeden alınan hidrosiklon üst akımına (%34,7 Al2O3, %3,2 Fe2O3) sırasıyla 5750, 7000, 10540 ve 10540 Gauss şiddetlerinde 4 kademe uygulanan yaş manyetik ayırma deneyleri sonucunda ise nonmanyetik ürünün Al2O3 içeriğinin %35,0’a arttığı, Fe2O3 içeriğinin ise %2,4’e düşürülebileceği görülmüştür. Son olarak, mekanik dağıtma sonucu elde edilen -0,212 mm boyut grubuyla liç deneyleri gerçekleştirilmiştir. Liç deneyleri sonucu 0,75 M oksalik asit di hidrat konsantrasyonu, %20 katı oranı, 120 dk liç süresi ve 60°C sıcaklık optimum parametreler olarak belirlenmiştir. Optimum liç parametrelerinin farklı zenginleştirme yöntemleriyle elde edilen ürünlere uygulanmasıyla Fe2O3 içeriğinin %0,68’e düşürülebileceği görülmüştür.
Yukarıda bahsedilen cevher hazırlama ve zenginleştirme çalışmaları aşamalarından geçirilerek elde edilen konsantrelere uygulanan renk testleri sonucu halloysit cevherinin renk değerlerinde önemli iyileşmelerin olduğu görülmüştür. Tüvenan halloysit cevherinin duvar karosu (1145°C, 49 dk) ve granit (1205°C, 63 dk) seramik üretim şartlarında sinterleme işlemine tabi tutulması sonrası L-a-b (renk) değerleri duvar karosu ve granit için sırasıyla 62,6-9,8-12,1 ve 58,1-9,2-11,5 olarak elde edilirken, liç deneyleri sonucunda optimum şartlarda elde edilen en iyi ürünle duvar karosu ve granit şartlarda renk değerleri (L-a-b) sırasıyla 89,5-1,8-4,7 ve 89,1-2,7-6,4 değerlerine arttırılmıştır. Cevher hazırlama ve zenginleştirme kademelerinden alınan ürünlerin duvar karosu bünyesinde kullanıldığında seramik bünye rengini iyileştirdiği tespit edilmiştir. Liç konsantresinin seramik sektörü için granit karo bünyesinde beyaz pişen ithal kil ve kaolenler yerine ikame edilebileceği görülmüştür. Ayrıca cevher hazırlama ve zenginleştirme kademelerinden alınan demirli artıkların da granit bünye içerisinde seramiğin rengini değiştirmek amaçlı kullanılan renk verici pigment yerine ikame ürün olarak kullanılabileceği görülmüştür.
Düşük kaliteli halloysit cevherine gerçekleştirilen akım şemasına uygun olarak elde edilen konsantre ürünlerin seramik üretim proseslerinde (duvar karosu ve granit karosu) beyaz pişen ithal kil/kaolen yerine ikame malzemesi olarak, %30,5 duvar karosu bünyesinde, %41,5 granit bünyesinde kullanılmasının yapılan seramik uygulamaları ve testleri ile mümkün olduğu görülmüştür. Aynı şekilde elde edilen yüksek demir içerikli artığın da yine seramik proseslerinde özellikle granit karo üretiminde pigment malzemesi olarak kullanılabileceği görülmüştür.
Sonuç olarak bu tez kapsamında halloysit
cevherinin yapısındaki minerallerin fiziksel, kimyasal ve fiziko-kimyasal
farklılıklarından dolayı ince boyutta ayrımının mümkün olduğu detaylı bir
şekilde ortaya konmuştur. Ayrıca, halloysit cevherinin mevcut teknolojik cevher
hazırlama ve zenginleştirme yöntemleriyle ekonomik değerinin arttırılarak
seramik karo bünyelerinde sıfır atık kapsamında kullanılacağı belirlenmiştir.