Çimento üretiminde kil ham maddesine alternatif olarak metaşistin kullanılabilirliği
Usability of metaschist as alternative clay raw material in cement production
Yazar: ABDUL VAHAP KORKMAZ
Danışman: DOÇ. DR. HASAN HACIFAZLIOĞLU
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Bu tez çalışmasında, çimento üretiminde ana girdi olarak kullanılan kil taşına alternatif olarak metaşistin kullanılabilirliği araştırılmıştır. Deneysel çalışmalarda metaşist ve kil taşı sahalarından alınan hammadedelerle ayrı ayrı çimentolar üretilerek kaliteleri belirlenmiştir. Ayrıca, her iki ham maddenin kullanımı ile endüstriyel ölçekte üretim çalışmaları gerçekleştirilerek gerçek üretim prosesindeki elde edilen kalite, öğütülebilirlik, pişirilebilirlik, enerji tüketimi ve uygulama maliyetleri araştırılarak birbirleri ile karşılaştırılmıştır.
Yapılan testler sonucunda kil taşının yüksek SiO2 içermesi (silikat modülü 3,97) nedeniyle endüstride kullanılabilmesi için düzenleyici hammddelere (demir cevheri, boksit vb.) ihtiyaç duyulacağı anlaşılmıştır. Diğer taraftan, metaşist numunesi ile düzenleyici maddeye gerek kalmadan birebir farin kompozisyonu oluşturuabildiği görülmüştür. Hazırlanan farin kompozisyonunda silikat modülü düşük (2,34); fakat alüminyum modülü yüksek (2,05) çıkmasına rağmen çimento kalite paremetrelerinin içerisinde olduğu bulunmuştur. Ayrıca, metaşistin kil taşına göre daha kolay pişebildiği serbest kireç içeriğinin ise daha düşük olduğu (<1) tespit edilmiştir.
Metaşist ve kil taşı ile üretilen klinkerlerden Portland çimentosu üretilmiştir. Üretilen her iki çimentonun da kalite açısından TSE standartlarına uygun olduğu ancak metaşistli Portland çimentosunun dayanım değerlerinin kil taşı ile üretilen Portland çimentosuna göre daha yüksek olduğu bulunmuştur. Ayrıca eşit oranlarda perlit ve mermer atığı katkıları kullanılarak metaşist ve kil taşı klinkerleri ile ayrı ayrı katkılı çimentolar üretilmiştir. Her iki klinker ile üretilen katkılı çimentoların TSE standartlarına uygun olmasına rağmen metaşist ile üretilen klinkerin kullanımı ile üretilen katkılı çimentonun daha yüksek dayanım değerlerine ulaşabildiği görülmüştür.
Laboratuvar ölçeğinde yapılan öğütme çalışmalarında metaşistin kil taşına göre daha kolay öğütüldüğü görülmüştür. Ayrıca, endüstriyel ölçekte değirmenlerin enerji tüketimleri hesaplanmış ve metaşistli klinkerin kil taşlı klinkere göre daha az enerji ile öğütülebileceği tespit edilmiştir. Diğer taraftan, kırıcılarda ve değirmenlerde meydana gelen aşınmalar incelenmiş ve kil taşının metaşiste göre daha aşındırıcı olduğu belirlenmiştir. Tüm bu değerlendirmeler sonucunda metaşistin kullanılması durumunda birim üretim maliyetlerinin daha düşük gerçekleştiği tespit edilmiştir.
Yapılan detaylı mineralojik araştırmalar sonucunda metaşistin kil taşına göre yaklaşık %13 daha düşük kuvars içeriğine sahip olduğu belirlenmiştir. Kuvars içeriğinin öğütülebilirlik, pişebilirlik ve aşınma gibi pek çok üretim prosesi üzerine olumsuz etkilerinin bulunduğu düşünüldüğünde metaşist kullanımı ile çimento üretiminin daha eknomik ve kaliteli olmasının nedeninin temel olarak mineralojik yapısından kaynaklandığı söylenebilmektedir.

Abstract:
In this thesis study, the possibility of using metaschist as an alternative to clay stone which is used as the main input in cement production has been investigated. In experimental works, the metaschists and claystone were used to produced cement separately from the raw materials from their fields, and their qualities were determined. In addition, the quality, grinding, burnability, energy consumption, and application costs of the actual production process were investigated and compared with each other by using both of the raw materials and carrying out the production studies on an industrial scale.
As a result of the tests carried out, it was understood that regulator raw materials (iron ore, bauxite etc.) would be needed in order to use the clay stone because of its high SiO2 (silicate modulus 3,97) content. On the other hand, with the metaschist sample, it has been shown that it can form a raw meal composition singularly without the need for any regulators. Although, in the raw meal composition, the silicate module is found to be low (2,34) but the aluminum module was high (2,05), they are found to be within the cement quality parameters. In addition, metaschist was found to be easier to burn than clay stone and its free lime content to be lower (<1).
Portland cement was produced from clinkers made with metaschist and claystone separately. Both cement produced are found to be in conformity with TSE standards in terms of quality, but Portland cement produced using metaschist was found to have higher strength values than Portland cement produced with claystone. In addition, metaschists and clay-stone clinkers have been used separately in producing blended cements, where perlite, and marble cutting additives were added, in equal proportions. Although the blended cement produced by both clinkers is in compliance with the TSE standards, it can be seen that the blended cement produced by the use of clinker produced with metaschist can reach higher strength values.
In grinding work carried out at the laboratory scale, it has been observed that grinding metaschist was easier than grinding the clay stone. In addition, on an industrial scale, the energy consumption of the mills has been calculated, and it has been found that metaschist clinker can be milled using less energy than clay-stone clinker. On the other hand, the erosion in the crushers and in the mills were investigated, and it was determined that the clay stone was more corrosive than the metaschist. As a result of all these evaluations, it has been determined that the unit production costs would be lower in case if metaschist is used.
As a result of detailed mineralogical studies, it has been determined that the metaschist has quartz content about 13% lower compared to claystone. When the quartz content is considered to have adverse effects on many production processes such as grindability, burnability and abrasion, it can be argued that the use of metaschists results in the production of cement being more economical and of good quality due to its mineralogical structure