Seramikte kaolen kullanımının polielektrolit katkısıyla geliştirilmesi
Improving the usage of kaolin in ceramic with the aid of polyelectrolyte
Yazar: MUSTAFA SALİH EYGİ
Danışman: PROF. DR. GÜNDÜZ ATEŞOK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Döküm çamuru = Casting slip ; Kaolin = Kaolin ; Polielektrolit = Polyelectrolyte ; Reoloji = Rheology ; Reolojik özellikler = Rheologic properties ; Seramik vitriye ürünler = Ceramic vitrified products ; Seramik çamuru = Ceramic sludge

Özet:
Tez kapsamında, önemli bir seramik hammaddesi olan kaolenin dökümle şekillendirilerek pişirilen seramik ürünlerdeki kullanım miktarının polielektrolit katkısıyla artırılması amaçlanmıştır. Bu çerçevede, çalışmalarda kullanılmak üzere 3'ü yerli ve 3'de ithal olmak üzere toplamda 6 farklı bölgeden değişik kaolen numuneleri temin edilmiş ve bunlar üzerinde anyonik karakterli 3 farklı polielektrolit ve sodyum silikat kullanılarak, sırasıyla; elektrokinetik, adsorpsiyon, reoloji ve döküm çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Elektrokinetik çalışmalarda, hiçbir kaolen numunesinde, gerek pH'ya gerekse de polielektrolit ve sodyum silikat konsantrasyonuna bağlı olarak sıfır yük noktası bulunamamıştır. Numunelerin zeta potansiyeli, ölçüm yapılan tüm pH değerlerinde ve polielektrolit-sodyum silikat konsantrasyonlarında sıfırdan küçük olup, ortam pH'sı ve ortamdaki polielektrolit ve/veya sodyum silikat konsantrasyonu arttıkça zeta potansiyel değerleri de mutlak değerce artış göstermiştir. Adsorpsiyon çalışmalarında ise polilektrolitlerin kaolen alümina sitelerine sterik olarak adsorplandığı ancak adsorplanma miktarlarının kaolen pH'sı, özgül yüzey alanı ve boyut özelliklerine göre farklılıklar gösterdiği tespit edilmiştir. En yüksek polilektrolit adsorpsiyonu yoğunluğu, özgül yüzey alanı en büyük ve pH'sı en düşük olan kaolende, en düşük polielektrolit adsorpsiyonu yoğunluğu ise özgül yüzey alanı en küçük ve pH'sı en büyük olan kaolende gerçekleşmiştir. Reolojik çalışmalarda, polielektrolit ve sodyum silikat kullanımıyla hazırlanan tüm kaolen süspansiyonlarının newtoniyen olmayan Herschel-Bulkley akış modeline uyan bir akış davranışı sergilediği tespit edilmiştir. Gerçekleştirilen döküm çalışmalarında, en yüksek döküm konsantrasyonu değerleri polielektrolitlerin kullanımıyla hazırlanan döküm çamurlarında elde edilmiştir. Bununla birlikte, kaolen içeriği ve kuru mukavemeti en yüksek seramik bünyelerin yine polilektrolit kullanımıyla hazırlanan döküm çamurlarından elde edildiği gözlenmiştir. Polielektrolitlerin kullanıldığı döküm çamurlarında, sodyum silikat kullanımına kıyasla döküm hızı düşmüş, ham mukavemet değeri ve kuru küçülme miktarları artmıştır.

Abstract:
This thesis covers an attempt to increase the addition of kaolin in ceramic recipes with the aid of polyelectrolytes. For this purpose, totally six kaolin samples including from different deposits were supplied. On these samples, detailed tests such as electrokinetic, adsorption, rheology and casting properties were performed in the presence of three different anionic polyelectrolytes and sodium silicate. In electrokinetic studies, none of the varied conditions including different polyelectrolyte/sodium silicate concentration and pH did give zpc. Zeta potentials of the each kaolin samples exhibit negative surface charge in wide pH and polyelectrolyte/sodium silicate concentrations and negativity of the surfaces increase depending on pH and polyelectrolyte/sodium silicate concentrations. Adsorption tests revealed that adsorption of polyelectrolytes onto alumina sites in kaolin surfaces is dominated by steric hindrance forces and adsorption density of these polyelectrolytes is controlled by the several factors such as pH, specific surface area and particle size of kaolin samples. The highest adsorption densities of polyelectrolytes were reached by usage of kaolin samples with the highest specific surface area and the lowest pH while the lowest adsorption densities pointed to kaolin samples with the lowest specific surface area and the highest pH. Rheological studies on slurries with all kaolin samples pointed out to non-Newtonian plastic flow behavior giving the best fitted models of Herschel-Bulkley. Slip-casting studies confirmed that reaching to the maximum casting concentrations is only possible by usage of polyelectrolytes. They resulted in lower slip-casting rates but oppositely the higher dry strengths and shrinkages, when compared to sodium silicate.