Isıl işlem uygulanmış bor atığının çimentolu sistemlerde kullanılabilirliği
The usability of thermally treated boron waste in cementitious systems
Yazar: DERYA ÖVER KAMAN
Danışman: PROF. DR. YÜCEL GÜNEY
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Türkiye, dünya bor rezervinin %73'üne sahiptir. Türkiye'de bulunan toplam rezerv 3,3 milyar tondur. Türkiye'deki bor mineralleri, Çanakkale Bigadiç, Kütahya-Emet, Eskişehir-Kırka ve Bursa-Kestelek bölgelerinde bulunmaktadır. Bor minerallerinin üretimi ve madencilik faaliyetleri sırasında oluşan atıkların değerlendirilmesi hem ekonomik hem de çevresel anlamda çok önemlidir.
Bu çalışmada, Etibank Kırka Bor işletmesinden alınan ve ısıl işlem uygulanan bor atığının çimento harcının kimyasal ve mekanik özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında öncelikle, bor atığının termal ve kimyasal karakterizasyonu yapılmıştır. Daha sonra bor atığına 400ºC - 900ºC arasında ısıl işlem uygulanmış ve 10ºC/dk. hızla oda sıcaklığına soğutularak bir seri numune üretilmiştir. Ani soğutmanın etkisini incelemek amacıyla, yine 400ºC - 900ºC arasında 1 saat süre ile ısıl işlem uygulanmış ve ani soğutma işlemi yapılarak yeni seri numune üretilmiştir.  Buna ek olarak, 750ºC - 800ºC arasında ısıl işlem uygulanıp ani soğutma işlemi yapılarak yeni bir seri numune üretilmiştir. Elde edilen yeni tozların X-ışınları Difraksiyonu (XRD), tane boyut ölçümü gibi farklı karakterizasyon teknikleri ile fiziksel ve kimyasal özellikleri incelenmiştir.
Çalışmanın ikinci aşamasında ASTM C109 standardına göre referans harcı hazırlanmıştır. Daha sonra, farklı sıcaklıklarda ısıl işleme tabi tutulmuş atık numuneleri %5- %15 - %25 ve %35 oranlarında çimento ile yer değiştirilerek çimento harç numuneleri hazırlanmıştır. Bütün numunelere 7, 28 ve 90. günlerde basınç dayanım testi uygulanmış ve basınç dayanımları referans numunesi ile karşılaştırılmıştır. 
Basınç dayanım değerlerinin, ısıl işlem sıcaklığına bağlı olarak arttığı görülmüştür. Atık içeren numuneler arasında referans dayanımına en yakın olan numuneler 600ºC ve üzerindeki sıcaklıklarda ısıl işlem görmüş numunelerde elde edilmiştir.
Dayanım değerlerine bakılarak, atığın çimento harcı içerisinde kullanımının mümkün olduğu görülmüştür. Basınç dayanım testi sonrası numunelerin mikro yapıları da incelenmiş ve referans numunesinin mikro yapısı ile uyumlu olduğu tespit edilmiştir. 
Bu çalışma ile çimento sektöründeki ısıl işlem süreçlerine kıyasla daha düşük sıcaklıkta üretilen bir atık malzemenin, çimento ile  %25 oranına kadar yer değiştirilerek kullanılabileceği gösterilmiştir.  Böylece, her yıl yüksek miktarda açığa çıkan fakat değerlendirilemeyen bir atığın geri kazanılarak faydalı bir şekilde kullanımı ile çevresel katkı sağlanmış olacaktır.

Abstract:
Turkey has 73% of the world's boron reserves. The total amount of the deposits in Turkey is 3 bilion tons. The deposits are mainly located in Çanakkale Bigadiç, Kütahya-Emet, Eskişehir-Kırka and Bursa-Kestelek. The production of boron minerals and the utilisation of the waste that come along during mining process is extremely important for both economically and environmentally.
In this study, the effect of thermally processed boron derivative waste from Eti Kırka Borax Plant on the chemical and mechanical properties of cement mortar was investigated. In the first step of the study, the chemical and thermal characterization of the waste were performed. Then, a series of samples were prepared by  calcining the waste in temperature range between 400ºC and 900ºC then by cooling to room temperature by 10ºC/min. Another series of samples were prepared by calcining the waste in temperature range between 400ºC and 900ºC then by cooling to room temperature immediately. Additionally, another series of samples were prepared by calcining the waste in temperature range between 750ºC and 800ºC then by cooling to room temperature immediately.The physical and chemical properties of the samples were investigated by X-Ray Diffraction analysis and particle size distribution analysis.
In the second step of the study, a reference cement mortar was prepared according to ASTM C109 standart. Then, the same process was repeated by replacing the 5,  
15, 25 and 35% of portland cement by the calcinated waste. 7, 28 and 90th day compression tests were conducted for all the samples. The compression strength values of the reference sample were compared with the results of the waste-doped samples.
Compression strength values increased with the increase of calcination temperature. Among the waste-doped samples, the closest strength value to reference mortar strength was obtained by using the waste calcined above 600ºC. 
For the strength point of view, it was found that the calcined waste could be utilised in the production of mortar. After the compression tests, the microstructures of the samples were investigated. It was found that the microstructures of the waste-doped samples were consistent with the microstructure of reference mortar.
With this study, it is concluded  that,  a waste material, treated at a lower temperature than the heat treatment processes in the cement production, could be used by replacing it up to 25% with cement. Thus, the use of highly released and unutilisied waste would make a contribution to environment.