Production of anorthite from industrial raw materials with boron addition
Endüstriyel hammaddelerden bor katkısıyla anortit üretimi
Yazar: SİNEM YAKICI
Danışman: PROF. DR. AYHAN MERGEN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı, düşük sinterleme sıcaklığı ve düşük üretim maliyetine sahip anortit seramiklerinin ucuz ve bol yerli hammaddelerden olan kaolen, zeolit, kalsit, wolastonit, kuvars ve bor oksit(H3BO3 olarak) kullanılarak üretiminin yapılmasıdır. Anortit toz karışımlarının hazırlanması için geleneksel oksitlerin karışımı yöntemi kullanılmıştır.  Elde edilen tozlardan pelet üretilmiş ve bu peletler 1000-1300˚C sıcaklıkları arasında 1saat boyunca sinterlenmiş ve faz gelişimleri X-ışınları difraktometresi (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu(SEM) ile incelenmiştir. Üretilen seramiklerin yoğunlukları sinterlenme sıcaklığının fonksiyonu olarak incelenmiştir. Bor oksit ilavesinin faz gelişimi ve yoğunluğa etkisi de gözlemlenmiş, sonuçlar, başlangıç hammaddelerinin tek fazlı anortit oluşumunda faz gelişimini önemli derecede etkilediğini göstermiştir. Zeolit, kaolen ve aluminyum oksit ile birlikte CaO kullanılması, gehlenit (Ca2Al2SiO7) ve anortit fazlarının bir arada oluşmasına neden olmuş ve 1300˚C'lik sinterleme sıcaklığında bile tek fazlı anortit yapısı elde edilememiştir. Zeolit, wolastonit, alumina ve az miktarda kuvars kullanılarak hazırlanmış numunelerin 1300˚C'de 1 saat sinterleme sonrası tek fazlı anortit yapısı elde edilmiştir. Fakat aynı kompozisyona ağırlıkça %3 bor oksit ilavesi anortit fazının oluşumunu hızlandırmıştır. Bunun yanı sıra wolastonit, kaolen ve aluminyum oksit kullanılan numunede yine aynı şekilde 1300˚C'de tek fazlı anortit yapısı elde edilmiştir. Farklı endüstriyel hammaddelerin kullanımı 1300˚C'de sinterlenen anortit seramiklerin yoğunluklarını önemli derecede etkilemiştir. Muhtemelen düşük reaktifliğinden dolayı, en düşük yoğunluk değeri CaO kullanıldığında elde edilmiş olmasına rağmen, wolastonit, kaolen ve aluminyum oksitten oluşan kompozisyon en yüksek yoğunluğu vermiştir. Borlu ve borsuz numuneler karşılaştırıldığında bor katkısının 1300°C'de yoğunluğu 92,37%'den 96,18%'e yükselttiği saptanmıştır. SEM sonuçları, XRD ve yoğunluk ölçümlerini doğrulamaktadır. EDS analizleri mikroyapıda XRD analizinde saptanan fazların dışında bir faz olmadığını göstermiştir.

Abstract:
The aim of this study was to produce anorthite ceramics having low sintering temperature and low production cost using cheap and abundant Turkish raw materials of kaolinite, zeolite, alumina, calcite, wollastonite, quartz, and boron oxide (as H3BO3). Conventional mixed oxide technique was used to prepare the anorthite ceramic powders. After mixing the starting raw materials, they were converted into pellets and sintered between 1000-1300 ºC for 1h and the phase development were examined by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The densities of the ceramics were examined as a function of sintering temperature. The effect of boron oxide addition on phase development and density was also investigated. The results indicated that the starting materials strongly affected the phase development during single phase anorthite formation. Usage of CaO as starting material in addition to zeolite, kaolinite and alumina gave gehlenite (Ca2Al2SiO7) and anorthite phases and did not result in single anorthite phase formation even at 1300 °C. Employment of zeolite, wollastonite, alumina and small amount of quartz as raw materials gave single anorthite phase after firing at 1300 °C for 1h. Addition of 3wt% boron oxide into the same composition accelerated the formation of anorthite. Raw materials of wollastonite, kaolinite and alumina gave also single anorthite phase at 1300 °C. Different industrial raw materials had a considerable effect on the densities of anorthite ceramics sintered at 1300 °C. Although the lowest density was obtained when CaO was employed, possibly due to its low reactivity, raw material composition without zeolite (wollastonite, kaolinite and alumina) gave the highest density values. Comparing boron free and boron containing compositions, it can be reported that boron addition increased the density from 92, 37% to 96, 18% at 1300 °C. SEM results confirmed the XRD and density results. EDS results indicated that no any other phases were observed in the microstructure other than detected in the XRD.