Atık kırmızı çamurun geoteknik özellikleri ve polisülfon esaslı farklı kompozit malzemelerin hazırlanarak geosentetik bariyer olarak kullanımının araştırılması
Investigation of the geotechnical properties of red mud waste and the preparation of different polysulfone-based composite materials for use as geosynthetic barriers
Yazar: HALİL İBRAHİM GÜNAYDIN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖMÜR ÇİMEN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Seydişehir Eti Alüminyum üretim tesislerinde boksit cevherinden Bayer prosesi ile alüminyum üretimi sonucu çıkan kırmızı çamur atığının fiziksel, kimyasal, mineralojik ve mekanik özellikleri deney çalışmaları ile araştırılmış olup sonuçları farklı ülkelerdeki kırmızı çamurların özellikleri ile karşılaştırılmış ve atığın inşaat alanında dolgu malzemesi olarak kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. Kırmızı çamurun inşaat malzemesi olarak potansiyel kullanımı, çevresel kaygılar nedeniyle birçok soru işaretini beraberinde getirmektedir. Dolgu malzemesi olarak kullanımında, yağmur sonucu oluşacak yüksek pH'lı sızıntı suyu ile yeraltı sularını kirletebilme potansiyeli ve pH değerinin fauna ve flora için uygun olmaması gibi çeşitli sorunlar ilk akla gelenlerdir. Bu sorunlar, sadece kırmızı çamurun yeniden değerlendirilmesi değil aynı zamanda atık barajlarında depolanmasında da ortaya çıkmaktadır. Geçmişte kırmızı çamur atık barajlarında yaşanan kazalar da bunu doğrulamaktadır. Yıkılan dolgu seddesinden dağılan kırmızı çamur çok ciddi çevre problemlerine neden olmuştur. Bu nedenle kırmızı çamurun pH değerinin kabul edilebilir seviyelere düşürülerek depolanması veya yeniden kullanılması, potansiyel sorunların çözümü olabilir. Ancak, depolanan atığın miktarı oldukça fazladır ve inşaatlarda atığın potansiyel kullanımında büyük miktarlarda malzeme gerekecektir. Bu nedenle pH'ın düşürülmesi için ucuz ve pratik yöntemlerin tercih edilmesi gerekir. Bu tez çalışmasında ayrıca bu sorunlara da cevaplar aranmıştır. Bu amaçla ucuz ve pratik bir yöntem olduğu için, kırmızı çamuru damıtılmış su ile süzerek pH değeri düşürülmüştür. pH değişiminin kırmızı çamurun özelliklerine olası etkisini belirlemek üzere, pH değeri düşürülen kırmızı çamur numuneleri ile deneyler tekrarlanmış ve elde edilen sonuçlar tartışılmıştır. 
Çalışmaların sonraki bölümünde taşıyıcı matris polimeri olarak polisülfon (PSF) ve katkı malzemeleri olarak kırmızı çamur, bentonit, eşen kili ve pomza kullanılarak geosentetik bariyer amaçlı çeşitli kompozitler hazırlanmıştır. Hazırlanan bu polimer kompozitler hem organik polimerin hem de inorganik katkı malzemelerin avantajlarını bir arada sunabilmektedir. Polimer kompozitler, organik malzemeler gibi hafif, esnek ve iyi kalıplanabilir olmanın yanı sıra, inorganik malzemeler gibi yüksek mukavemet ve termal stabilite gibi özelliklere de sahip olabilmekle birlikte kullanılan katkının atık malzemeler olması nedeniyle atıkların değerlendirilebilmesine de imkan tanımaktadır. Bu amaçla faz inversiyon yöntemi kullanılarak hazırlanan kompozitlerin mekanik, yapısal ve su geçirgenliği özellikleri araştırılmış ve baraj, göl, katı atık depolama alanlarında kullanılabilirliği değerlendirilmiştir.

Abstract:
In this study, the physical, chemical, mineralogical and mechanical properties of the red mud waste resulting from the production of aluminum from bauxite ore by Bayer process in Seydişehir Eti Aluminum Plant were investigated with experimental studies and the results were compared with the properties of red mud in different countries and the usability of the waste as a filling material in the construction area was evaluated. The potential use of red mud as a construction material raises many questions due to environmental concerns. The first issues that come to mind are the potential to contaminate groundwater with high pH leachate from rainfall and the pH value being unsuitable for fauna and flora. These problems arise not only in the reuse of red mud but also in its storage in tailings dams. Accidents at red mud tailings dams in the past confirm this. The red mud dispersed from the collapsed embankment caused serious environmental problems. Therefore, storage or reuse of red mud by reducing its pH to acceptable levels could be the solution to potential problems. However, the amount of waste stored is quite large and the potential use of the waste in construction will require large quantities of material. Therefore, cheap and practical methods for lowering the pH should be preferred. In this thesis, answers to these problems were also sought. For this purpose, the pH value was lowered by filtering the red mud with distilled water as it is a cheap and practical method. In order to determine the possible effect of pH change on the properties of red mud, the experiments were repeated with red mud samples with lowered pH value and the results obtained were discussed. 
In the next part of the studies, various composites for geosynthetic barrier purposes were prepared using polysulfone (PSF) as carrier matrix polymer and red mud, bentonite, Eşen clay and pumice as additives. These polymer composites can offer the advantages of both organic polymer and inorganic additives together. In addition to being light, flexible and well moldable like organic materials, polymer composites can also have properties such as high strength and thermal stability like inorganic materials, as well as allowing waste to be utilized since the additives used are waste materials. For this purpose, the mechanical, structural and water permeability properties of the composites prepared using the phase inversion method were investigated and their usability in dams, lakes and solid waste storage areas was evaluated.