Kırmızı çamur-epoksi kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of red mud-epoxy composites
Yazar: FATİH YUSUF ATEŞ
Danışman: DOÇ. DR. AYŞE KALEMTAŞ
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Epoksi = Epoxy ; Gama radyasyonu = Gamma radiation ; Kırmızı çamur = Red mud ; Polimerler = Polymers

Özet:
Günümüzde teknolojinin giderek gelişmesine rağmen üretim tesislerinde, üretimin farklı aşamalarında atık maddeler ortaya çıkmakta ve bu da çevreye zararlı etkiler bırakmaktadır. Bu tarz atıkların değerlendirilmesi hem çevre hem de kısıtlı kaynakların verimli bir şekilde kullanımı adına özellikle ülkemiz gibi gelişmekte olan ülkeler açısından daha fazla önem arz etmektedir. Kırmızı çamur da bu anlamda çevreye zararlı bir atık olarak gündemde yer almaktadır. Kırmızı çamur Bayer prosesiyle alümina üretim sürecinde ortaya çıkan ve karmaşık yapıya sahip bir endüstriyel katı atıktır. Alümina üretiminde kullanılan boksit mineralinin kostik soda ile liç işlemi sırasında genellikle bir ton alümina üretim sürecinde bir ile bir buçuk ton aralığında kırmızı çamur açığa çıkmaktadır. Kırmızı çamurun alüminyum üretim endüstrisinde önemli bir atık problemi haline gelmesi çamurun değerlendirilmesi için çok sayıda çalışma yapılmasına neden olmuştur. Kırmızı çamurun farklı alanlarda kullanımı sayesinde çevre kirliliği azalatılabilecek, depolama sorunu ortadan kaldırılabilecek, alüminyum üretim maliyeti düşürülebilecek ve metalurji sektörüne ekonomik katkı sağlanabilecektir. Bu çalışmada, Konya Eti Aluminyum firmasından temin edilen kırmızı çamur kullanılarak birkaç milimetre boyutlarında seramik küreler üretilmiş, üretilen bu seramik küreler epoksi reçine ile bir araya getirilerek kompozit malzemeler geliştirilmiştir. Üretilen seramik-polimer kompozitlerin karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, proses koşullarının seramik küre üretiminde meydana getireceği değişimler de incelenmiştir. Seramik küreler üretilirken farklı damlatma yükseklikleri (h = 15, 13, 12, 8,5 ve 7 cm) kullanılmış ve sonuçta en uygun damlatma yüksekliği 8,5 cm olarak belirlenmiştir. Ayrıca damlatma işlemi iki farklı çapta iğne kullanılarak, kalın olan için 2,5 mL/dk ve ince olan için ise 0,5 mL/dk besleme hızı uygulanarak gerçekleştirilmiştir. Üretilen seramik küreler 1100oC ve 1200oC'de sinterlenmiş ve taramalı elektron mikroskobu incelemelerinde sinterleme sıcaklığının tane boyutu üzerinde çok önemli bir etkisinin olduğu görülmüştür. Sinterleme 1100oC'de gerçekleştirildiğinde mikroyapının nano, 1200oC'de gerçekleştirildiğinde ise mikron metre boyutlarında tanelerden oluştuğu belirlenmiştir. Seramik küreler daha sonra takviye malzemesi olarak epoksi reçineye soğuk döküm şeklinde katılarak farklı formasyonlarda kompozit malzemeler üretilmiştir. Hazırlanan polimer-seramik kompozitlerin gama radyasyonu soğurma performansları incelenmiştir.

Abstract:
Nowadays, despite the gradual development of technology, waste materials are produced at different stages of production in production facilities and this leaves harmful effects on the environment. Evaluation of such wastes is more important especially for developing countries such as our country in terms of both the environment and the efficient use of limited resources. In this sense, red mud is on the agenda as an environmentally harmful waste. Red mud is an industrial solid waste with a complex structure that occurs during the alumina production process by the Bayer process. During the leaching process of bauxite mineral used in alumina production with caustic soda, one ton of alumina production process generally produces between one ton and one and a half ton of red mud. The fact that red mud has become an important waste problem in the aluminum production industry has led to many studies for the evaluation of sludge. With the use of red mud in different areas, environmental pollution can be reduced, the storage problem can be eliminated, the cost of aluminum production can be reduced and an economic contribution to the metallurgy sector will be provided. In this study, ceramic spheres with a size of a few millimeters were produced using red mud, which is a Bayer process waste and supplied from Konya Eti Aluminum company, composite materials were developed by adding epoxy resin to these ceramic spheres and their characterization was investigated. In addition, the effect of process conditions on the formation of ceramic spheres was also investigated. Different drop heights (h = 15, 13, 12, 8,5 and 7 cm) were used when producing ceramic spheres, resulting in an optimal drop height of 8,5 cm. In addition, the dripping process was carried out using two different syringe tips with gray (2,5 mL/min speed) and green (0,5 mL/min speed) tips. As a result, it was observed that it did not have any effect on the formation of spheres, and production was continued with a gray-tipped needle, as it was possible to produce faster. The produced ceramic spheres were sintered at 1100oC and 1200oC, and microstructural examination with the help of SEM showed that the reinforcement particles were quite homogeneous and contained minimal porosity. Ceramic spheres were then added to the epoxy resin as a reinforcing material in the form of cold casting and composite materials in different formations were produced. Microstructural investigations of the produced samples were carried out with the help of SEM. Gamma radiation absorption performances of the samples were also investigated.