Cam üretiminde kullanılan hammaddelerin mineral sınırlamalarının belirlenmesi
Determination of mineral limitation of raw materials in the glass production
Yazar: PELİN AKKAYA
Danışman: PROF. DR. YUSUF KAĞAN KADIOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Cam üretiminde kullanılan ham maddelerin mineralojik, petrografik ve kimyasal/fiziksel bakımdan sağlaması gereken spesifikasyonların irdelenip değerlendirildiği bu tez çalışması kapsamında başlıca kuvars, feldspat, kalker, dolomit gibi ham maddeler ve bu ham maddelerin içerdiği mineral safsızlıklar incelenmiştir. Türkiye'de bulunan pek çok ham madde içermiş olduğu farklı mineral safsızlıklarından dolayı cam sanayiinde kullanılamamaktadır. Çünkü bu mineral safsızlıklar, kritik tane boyutlarının üzerinde cam üretiminde hataya sebep olmaktadır. Cam hatası; bir cam matriks içindeki veya cam matriks tarafından çevrelenmiş katı veya gaz kalıntı içeren kapanımlardır. Kaynağına göre cam hataları; fırın, ergitme, ham madde, üretim sonrası ikincil işlemler vb. kaynaklı olabilmektedir. Ham madde kaynaklı cam hatalarının engellenmesinde ham madde seçimi mineral safsızlığı sebebiyle oldukça önem taşımaktadır. Cam üretiminde fırın yapısı, sıcaklığına, akışına bağlı olarak ham maddelerin içerdiği ağır minerallerden (kromit, sillimanit, apatit, topaz, zirkon gibi) bazıları adet ve boyutları sebebiyle cam ergiyik içinde çözünemez; dolayısıyla cam bünyesinde hata oluşumu gözlemlenmektedir. Bu sebeple kullanılan ham maddelerin içerdiği mineral safsızlıklar ve bunların mineralojik ve kimyasal açıdan bileşimlerinin belirlenmesi ihtiyaç haline gelmiştir. Bu tez çalışmasında cam sanayinde kullanılan ham maddelerin ve içermiş olduğu mineral safsızlıkların mineralojisi ve jeokimyası çalışılarak cam üretimi için gerek ham maddenin gerekse mineral safsızlıkların kimyasal ve mineralojik bakımdan cam üretimindeki davranışları incelenmiştir. Ham maddelerin içeriğinde sık karşılaşılan farklı boyutlardaki (200 µm, 250 µm, 300 µm) mineral safsızlıkların, ergiyik cam içinde farklı sıcaklıklardaki (1350°C, 1400°C, 1450°C) boyut değişimi tespit edilmiştir. Bu veriler ışığında incelenen minerallerin (kuvars, kromit, disten ve turmalin), cam ergiyik içinde tamamen çözünme süreleri yorumlanmıştır.

Abstract:
The raw materials such as quartz sand, feldspar, limestone, dolomite used in glass production were examined in terms of mineralogical, petrographic, and chemical/physical aspects. In order to reveal the behavior in glass melt, the mineral impurities contained in these raw materials were examined. Many raw materials found in Türkiye cannot be used in the glass industry due to the impurities, in the form of different mineral compositions, they contain. These impurities cause defects in glass production above critical grain sizes. Glass defect; an inclusion containing solid or gas residue within a glass matrix or surrounded by a glass matrix. Glass defects are classified according to their source: furnace, melting, raw materials, post-production secondary processes, etc. Raw material selection is important in preventing raw material-related glass defects due to mineral impurities. In glass production, depending on the furnace structure, temperature, and flow some of the heavy minerals (such as chromite, sillimanite, apatite, topaz, zircon) contained in the raw materials cannot be dissolved in the glass melt due to their number and grain size; therefore, defect formation is observed within the glass. For this reason, it is necessary to determine the inclusions contained in the raw materials used and their mineralogical and chemical compositions. The mineralogy and geochemistry of the raw materials used in the glass industry and the mineral impurities they contain were studied, and the chemical and mineralogical behavior of both the raw materials and the inclusions in glass production were examined. The size changes of mineral impurities of different sizes (200 µm, 250 µm, 300 µm), which are frequently encountered in the content of raw materials, at different temperatures (1350°C, 1400°C, 1450°C) in molten glass were determined. In the light of these data, the duration of the dissolvement of the examined minerals (quartz, chromite, kyanite and tourmaline) in the glass melt was interpreted.