Kolemanit atıklarının  
çimento üretiminde kullanılması ve çimentonun 
performans özelliklerinin geliştirilmesi
Use of colemanite wastes in cement production and 
improving cement performance properties
Yazar: ÖZLEM KORÇAK
Danışman: PROF. DR. ATİLLA MİRATİ MURATHAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Türkiye'de bor minerallerinin zenginleştirilmesi ve bor içeren kimyasalların üretimi sırasında önemli oranda atık oluşmaktadır. Bu atıkların iyi depolanamaması ve değerlendirilememesi, içeriğindeki yüksek bor içeriğinden dolayı insan sağlığı ve çevre için ciddi bir tehdit oluştururken aynı zamanda ekonomik kayıplara neden olmaktadır. Bu çalışmada Emet Borik Asit Fabrikası üretiminden açığa çıkan nihai kolemanit atıklarının doğal alçı taşı yerine çimento üretiminde kullanılarak çimentonun özelliklerindeki değişimler incelenmiş, bu malzemenin endüstriye bir değer olarak katılması ve çevre kirliliğinin önlenmesi amaçlanmıştır. Baştaş Çimento'dan alınan CEM I (42,5R) çimentosu klinkerine %3, %5, %7 ve % 10 oranlarında kolemanit kaynaklı borik asit fabrikası atığı (KKBAFA) katkısı ilave edilerek çimento numuneleri hazırlanmıştır. Hazırlanan numunelere TS EN 197-1 (2002) çimento standartları kapsamında analizler yapılmış doğal alçı katkılı CEM I (42,5R) çimentosu ile mukayese edilmiştir. KKBAFA' ın çimentonun; elek analizi, basınç dayanımı, kıvam suyu ihtiyacı, priz süresi, su emme, hacim genleşmesi, kuruma çekmesi, özgül ağırlık, özgül yüzey, minerolojik ve mikro yapı (XRF, XRD ve SEM) özellikleri üzerine etkileri araştırılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda KKBAFA katkısının çimentoda priz süresinin artırdığı, basınç dayanımını azalttığı gözlenmiştir. Laboratuvar ortamında öğütülen KKBAFA katkılı numunelerin CEM I (42,5 R) çimentosuna göre daha iri tane dağılımına sahip olduğu anlaşılmıştır. Numunelerde KKBAFA miktarı arttıkça özgül ağırlığın ve özgül yüzeyin azaldığı bulunmuştur. KKBAFA katkılı çimentolarda katkı oranı arttıkça, hacim sabitliğinde önemli bir değişiklik gözlenmezken, kıvam suyu ihtiyacı ve su emme oranını az da olsa artmıştır. KKBAFA katkılı çimento harçlarında, hidratasyon ürünleri olan portlandit (CH) ve kalsiyum silikat hidrat (C-S-H), az miktarda etrenjit (CASH) ile birlikte hidrate olmamış klinker mineralleri (larnit C2S) ve kolemanit atığı içinde bulunan kuvarsa ve kalsite rastlanmıştır. Kimyasal analiz sonuçları incelendiğinde çimentoda KKBAFA katkısı arttıkça SO3 oranının da arttığı gözlenmektedir. Yüksek oranlardaki sülfatın zararlı etkisini giderebilmek için ve KKBAFA etkisiyle düşen basınç dayanımını artırmak için yüksek fırın cürufu veya uçucu kül katkısı KKBAFA katkılı çimentoya ek katkı maddesi olarak düşünülebilir. Çalışmalar sonucunda, % 5 KKBAFA' ın çimento içerisinde alçı taşına alternatif olarak priz süresini geciktirici katkı maddesi olarak değerlendirilebileceği ortaya çıkmıştır. Deney sonuçları, borik ait fabrikası kolemanit atıklarının çimento sektöründe değerlendirilebileceğini göstermiştir.

Abstract:
A substantial amounts of waste are generated during the enrichment process of boron mineral and production of boron compounds in Turkey. Improper storage and disposal of these wastes can be a serious threat for human life and enviroment and can lead economic losses  because of high boron content. The aim of this study was to analyse cement performance properties by producing cements adding colemanite wastes obtained from Emet Boric Acid Plant (Emet, Kütahya, Turkey) instead of natural gypsum and to prevent enviromental pollution by industrial utilization. Cement samples were produced by adding boric acid plant colemanite wastes (BAPCW) of %3, %5, %7 and %10 to the clinker of CEM I (42,5R) obtained from Baştaş Cement Factory (Elmadağ, Ankara, Turkey). The cement samples with additives were analiyzed according to Turkish Cement Standards (TS EN 197-1 (2002)) and results were compared with cement samples of CEM I (42,5R) with natural gypsum. The effects of BAPCW on sieve analyses, compressive strength, water demand, setting time, water absorption, volume expansion, drying shrinkage, specific gravity, specific surface microstructure and mineralogical (XRD, SEM) properties of cement properties were investigated. Following the analyses it was observed that the addition of BAPCW caused an increase in setting time and decrease in compressive strength. Ground cement samples with BAPCW in the laboratory environment had thicker size distribution than CEM I (42,5R) cement. The more BAPCW decreased specific gravity and specific surface. It was found that water demand an water absorbtion increased a little with increasing the content of BAPCW in the samples, but there was no change in the volume expansion. It was identified that substances in the cement samples with BAPCW were hydration products as portlandite (CH), calsium silicate hydrate (C-S-H), ettringite (CASH) and non-hydrated clinker minerals (larnite, C2S) and quartz and calsite in the colemanite waste. Chemical analysis resulted that more BAPCW cause more SO3. It was considered that blast furnace stag or fly ashes can be added in cement samples in BAPCW to prevent the detrimental effect of high sulfate content and to increase the decreasing compressive strenght. As a result, an addition of %5 BAPCW can be used as an alternative cement additive set retarder to natural gypsum. The test results presents boric acid colemanite wastes can be utilised in cement industry.