Sert porselen gövdelerde bor atığı kullanımı ve karakterizasyonu
The utilization of boron containing waste in hard porcelain body and its characterization
Yazar: PINAR ÖZEN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SELÇUK ÖZCAN
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, sert porselen bünyesinde ergitici olarak potasyum feldspat yerine tinkal işleme süreci ile boraks ve borik üretiminde oluşan boroksit (B2O3) içeren atığın  (Eti Maden Kırka tesislerinden temin edilmiştir) kullanılabilirliği araştırılmıştır. Kullanılan hammaddeler XRF, AAS yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Farklı ergitici oranlarında sert porselen gövde bileşimleri hazırlanmıştır. Ergitici olarak potasyum feldspat yerine %5 ile %25 arasındaki oranlarında bor atığı kullanılmıştır. Ayrıca kıyaslama yapılabilmesi için bor atığı içermeyen referans bir kompozisyon da tasarlanmıştır. Ham gövde numunelerinin şekillendirilmesi kuru presleme yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Maksimum yoğunlıkta ham gövde elde edebilmesi için, tane boyut dağılımı Furnas ve Adreasen eşitliği yardımıyla hesaplanmış ve tüm numuneler belirlenen tane boyut dağılımına göre hazırlanmıştır. Hazırlanan ham numuneler farklı sıcaklıklarda (1000oC, 1150oC, 1250oC ve 1350oC) sinterlenmiştir. Sinterlenen numunelerin mukavemet, çarpma dayanımı, He-piknometre (açık ve kapalı gözenekliliğin belirlenmesi) su emme, küçülme, pişme rengi (Lab değerleri) test ve metodları mekanik ve fiziksel özellikleri belirlenmiştir. SEM, XRD, optik dilatometre, TG-DTA yöntemleri ile mikroyapısal karakterizasyonları yapılmış ve sinterlenme davranışları belirlenmiştir. Bor atığında mevcut B2O3'in ergitici olarak kullanılması ile sinterlenme sıcaklığının yaklaşık olarak 200oC düştüğü gözlenmiştir. Bor atığı içeren numunelerde artan sinterlenme sıcaklığı ile açık gözeniklilik azalırken kapalı gözenekliliğin arttığı gözlenmiştir. %10 bor atığı içeren numunelerde düşük sinterlenme sıcaklıklarında (<1150oC) çarpma direncinin B2O3 içermeyen numunelere göre daha yüksek olduğu ve eğilme mukavemetlerinin karşılaştırılabilir olduğu belirlenmiştir. Özellikle düşük vitrifikasyon sıcaklıklarında bor atığı içeren numune renklerinin daha beyaz olduğu (yüksek L değeri) tespit edilmiştir. B2O3 içeren tinkal prosesi atığının sert porselen gövdelerde kullanılabilir olduğu sonucuna varılmıştır

Abstract:
In this study the utilization of boron oxide,  B2O3, containing waste from the tincal processing for the production of borax and boric acid (obtained from Eti Mining Kirka plant) , as a fluxing agent to compensate for potassium feldspar in hard porcelain bodies was investigated. The raw materilas used were characterized by XRF and AAS methods. The porcelain body compositions were prepared in various flux ratios. Instead of potassium feldspar as a flux boron oxide containing waste was used in ratios 5 to 25%. For comparison purposes a composition which did not include waste material was designed as the reference composition. The green body specimens were shaped with dry powder pressing. In order to achieve green bodies at maximum density the particle size distribution was calculated according to Furnas and Adreasen equation, and the same distribution used for all of the specimens. The prepared green specimenss were sintered at temperatures in a range from 1000oC to 1350oC. The mechanical and physical properties of the sintered specimens were determinedby three point bending (strength), impact resistance (charpy test), He-picnometry (open and closed porosity determination), water absorption, shrinkage, Lab (for fired color) tests, methods and measurements.  SEM, XRD, methods were used for the microstructural characterization of the fired specimens while0 optical dilatometry, TG-DTA methods were used to determine the sintering behavior of the green specimens. The sintering temperature was 200oC lower on teh average for the specimens including the waste containing B2O3. In teh specimens containing the waste material the closed porosity increased while the open porosity decreased by the increasing sintering temperature. At sintering temperatures lower than 1150oC, the 10% waste containing specimens were exhibited higher impact resistance while their bending strength values were comparable to the specimens that did not contain the waste material. Especially at lower sintering temperatures the firing color of the waste containing specimens was determined to be whiter (with higher L values). It was concluded that the boron oxide containing waste from the tincal processing could be used as a fluxing agent in the hard porcelain bodies.