Çimento üretiminde uçucu kül yerine şist kullanımı
Schist usage in cement production instead as a substitute for fly ash
Yazar: ŞEBNEM SALIN GÜNER
Danışman: PROF. DR. EMEK DERUN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Karbon emisyonu = Carbon emission ; Klinker = Clinker ; Uçucu kül = Fly ash ; Çimento = Cement ; Çimento üretimi = Cement production ; Şist = Schist

Özet:
Çimento sektörü enerji yoğun bir sektör olması ile, en çok CO2 emisyonuna sahip sektörlerin başında gelmektedir. CO2 emisyonunun büyük bir kısmı çimentonun ana malzemesi olan klinker üretimi sırasındaki kalsinasyon prosesinden kaynaklanmaktadır. Kalsinasyon prosesi yaklaşık 750°C ve üzeri sıcaklıklarda başlayan karbonat içeriğine sahip kalsiyum bazlı farin bileşiklerinin dekompozisyonu ile gerçekleşmekte olup; genellikle dekompozisyon ürünü olarak kalsiyum oksit bazlı mineraller ve CO2 oluşmaktadır. Net sıfır emisyon hedefleri doğrultusunda yol haritalarından biri de çimento içerisindeki klinkerin oranının düşürülüp, kalsinasyon kaynaklı CO2 emisyonunun azaltılmasıdır.  
Çimento üretim prosesinin önemli girdilerinden birisi de katkı malzemesidir. Klinker yerine geçebilen veya tamamlayıcı çimentomsu malzemeler, Portland çimentosundaki klinkerin bir kısmını değiştirmek için kullanılabilen hem doğal olarak oluşan hem de endüstriyel yan ürün olabilen malzemelerdir.  Çevresel, ekonomik ve erişilebilirlik yönleri ile seçilen katkının önemi günden güne artmaktadır. Günümüzde çimento üretimi için bu amaçla yaygın kullanılan katkı malzemelerinin en önemli örneği uçucu küldür. Özellikle termik santrallerde kömür kullanım oranının düşmesi ile, uçucu kül tedarik sürecinde problemler yaşanmaktadır. Talebin fazla olması ve kaynakların sınırlı olmasından dolayı uçucu kül satış fiyatları artmaktadır. Bu yüksek lisans tez çalışmasında uçucu külün yerine geçebilecek ve uygun maliyetli şistin kullanılabilirliği üzerine çalışılmıştır. Şist, 1050°C, 950°C ve 850°C olmak üzere üç farklı sıcaklıkta kalsine edilmiştir. 
Her bir kalsinasyon numunesinden ve külden, %10, %15, %20 ve %30 olmak üzere dört farklı oranda katkı eklenerek denemeler yapılmış; performans kriterleri, çevresel etkenler ve ekonomik boyutları ile alternatif kompozisyonların verimleri incelenmiştir.

Abstract:
Cement industry, which is an energy-intensive sector, causes most CO2 emissions when compared to other industries. Most of the CO2 emission is originate from the calcination process during the production of clinker, which is the main component of cement. Calcination process starts at 750°C and above temperatures, and during the calcination process calcium carbonates in the raw meal decomposed to calcium oxide and carbon dioxide. One of the roadmaps to achieve the net zero emission goal is to decrease the clinker portion in the cement and to reduce the CO2 emission caused by calcination.
One of the important inputs of the cement production process is the additive material. Clinker substitutes or supplementary cementitious materials are both naturally occurring and industrial by-product materials produced to replace some of the clinker in Portland cement. The importance of selected additives with their environmental, economic and accessibility features is increasing day by day. Nowadays fly ash is widely used for this purpose. Especially with the decrease of thermal power plants which is working with coal, there is an incoming problem of ash accessibility. Due to the high demand and limited sources ash sales prices are increasing. In this study, the availability of cost-effective schist, which can replace fly ash, has been studied. The schist was calcined in three different temperatures as, 1050°C, 950°C and 850°C.
Cement mixtures were prepared by adding 10%, 15%, 20% and 30% additives from each calcination sample and ash. Performance criteria, environmental factors and economic dimensions and yields of alternative compositions were evaluated during the study.