ÇİMENTO ÜRETİMİNDE KİL TAŞINA ALTERNATİF BİR HAMMADDE: META ŞİST

Madencilik, 2019, 58(2), 95-110 Mining, 2019, 58(2), 95-110 Orijinal Araştırma / Original Research ÇİMENTO ÜRETİMİNDE KİL TAŞINA ALTERNATİF BİR HAMMADDE: META ŞİST METASCHIST: A RAW MATERIAL ALTERNATIVE TO CLAYSTONE IN CEMENT PRODUCTION Abdul Vahap Korkmaza,*, Hasan Hacıfazlıoğlua,** a İstanbul Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Avcılar/İstanbul, TÜRKİYE Geliş Tarihi / Received : 19 Aralık / December 2018 Kabul Tarihi / Accepted : 12 Mart / March 2019 ÖZ Anahtar Sözcükler: Meta şist, Kil taşı, Klinker, Çimento, Pişebilirlik, Öğütme. Keywords: Meta schist, Claystone, Clinker, Cement, Burnability, Grinding. Bu bilimsel çalışmada, çimento üretiminde ana girdi olarak kullanılan kil taşına alternatif olarak meta şistin kullanılabilirliği araştırılmıştır. Deneysel çalışmalarda meta şist ve kil taşı sahalarından alınan ham maddelerle ayrı ayrı klinkerler üretilerek kaliteleri belirlenmiştir. Yapılan testler sonucunda kil taşının yüksek SiO2 içermesi (silikat modülü 3,97) nedeniyle endüstride kullanılabilmesi için düzenleyici ham maddelere (demir cevheri, boksit vb.) ihtiyaç duyulacağı anlaşılmıştır. Diğer taraftan, meta şist numunesi ile düzenleyici maddeye gerek kalmadan birebir farin kompozisyonu oluşturulabildiği görülmüştür. Hazırlanan farin kompozisyonunda silikat modülü düşük (2,07); fakat alüminyum modülü yüksek (2,43) çıkmasına rağmen çimento kalite paremetrelerinin içerisinde olduğu bulunmuştur. Ayrıca, meta şistin kil taşına göre daha kolay pişebildiği serbest kireç içeriğinin ise daha düşük olduğu (< 1) tespit edilmiştir. Yapılan detaylı mineralojik araştırmalar sonucunda meta şistin kil taşına göre yaklaşık %13 daha düşük kuvars içeriğine sahip olduğu belirlenmiştir. Kuvars içeriğinin öğütülebilirlik, pişebilirlik ve aşınma gibi pek çok üretim prosesi üzerine olumsuz etkilerinin bulunduğu düşünüldüğünde meta şist kullanımı ile çimento üretiminin daha ekonomik ve kaliteli olmasının nedeninin temel olarak mineralojik yapısından kaynaklandığı söylenebilmektedir. ABSTRACT The possibility of using metaschist as an alternative to claystone which is used as the main input in cement production has been investigated. In the experimental work, the metaschists and claystone were used to produce cement separately from the raw materials from their fields, and their qualities were determined. As a result of the tests carried out, it was understood that corrective ingredients (iron ore, bauxite etc.) would be needed in order to use the claystone because of its high SiO2 (silicate modulus 3.97) content. On the other hand, with the metaschist sample, it has been shown that it can form a raw meal composition singularly without the need for any corrective ingredients. Although, in the raw meal composition, the silicate module was found to be low (2.07) the aluminum module was high (2.43), They were found to be within the cement quality parameters. As a result of detailed mineralogical studies, it has been determined that the metaschist has a quartz content about 13% lower than claystone. Knowing that the quartz content is considered to have adverse effects on many production processes such as grindability, burnability and abrasion, it can be argued that the use of metaschists results in the production of cement being more economical and of good quality due to its mineralogical structure. * Sorumlu yazar / Corresponding author: • https://orcid.org/0000-0001-8691-1937 ** • https://orcid.org/0000-0003-1651-7779 95 A. V. Korkmaz and H. Hacıfazlıoğlu / Scientific Mining Journal, 2019, 58(2), 95-110 GİRİŞ Bir çimento fabrikası kurulurken her şeyden önce kullanılacak ham maddelerin temini, temin yeri, temin şekli, temin maliyeti gibi konularda gerekli araştırma ve fizibilite çalışmaları yapılmaktadır. Girdilerden, özellikle ana ham madde girdileri ekonomik açıdan çok daha önemlidir. Zira kullanım oranları fazla olan ana girdiler fabrikaya ne kadar yakın olursa üretim maliyeti de o kadar düşük olacağından kar marjı da o denli yüksek olmaktadır. Ana girdiler kalker ile kil veya bunlar yerine kullanılabilecek yine kalker ve kil esaslı maddelerdir. Girdilerin yapısında, klinker kompozisyonunu oluşturacak yeteri kadar Fe2O3 yoksa Fe2O3 içeren, yine yeteri kadar SiO2 yoksa SiO2 içeren ve yeteri kadar Al2O3 yoksa Al2O3 içeren malzemeler düzeltici olarak kullanılmaktadır. Zira bu girdilerden Fe2O3 (demir cevheri), Al2O3 (boksit cevheri) içerenler pişmeyi kolaylaştırıcı yönde, SiO2 içerenler (silis kumu) ise pişmeyi zorlaştırıcı yönde etki yaptığından direkt maliyeti etkilemektedir. Hangi girdilerin hangi oranlarda kullanılacağı düzeltici maddelerin kullanılıp kullanılmayacağını saptamadan önce aşağıda belirtilen ana öğelerin belirlenmesi gerekmektedir (Yeğinobalı, 2003); ● Hangi tip çimento veya çimentoların üretileceği, ● Hangi standart veya standartlara uygun çimento üretileceği, ● Üretilecek klinker veya klinkerlerin kireç doygunluk faktörü (LSF) değerinin ne olacağı ve hedef LSF değerinin belirlenmesi, Optimum pişme şartlarının oluşabilmesi için klinkerde bazı modüllerin ön görülmesi (sıvı faz, silikat modülü, alüminyum modülü vb.) gerekir. ● Çimento üretim aşamalarının ilk adımı hammadde ocakları ve prosesleridir. Teknik olarak, bir çimento üreticisi istenen sonucu elde etmek için farklı bileşimli ham maddeleri harmanlayarak klinker bileşimi üzerinde tamamen denetime sahip olabilmektedir. Bununla birlikte, pratikte klinker bileşimi büyük ölçüde farin miktarını oluşturan mevcut ham maddelerin bileşimleriyle belirlenmektedir. Bu nedenle çimento sektöründe taş ocağı yönetimi çok hassas ve sürekli gözetim isteyen bir iştir. Eğer ham madde ocağı planlı bir şekilde işletilemez ya da çabuk tükenirse çimento üretmek imkânsız hale gelebilmektedir. Bu nedenle çimento üretimi için gerekli olan tüm ham maddeleri 96 en optimum şekilde kullanmak gerekmektedir (Onaka, 2000). Bu çalışmada kil taşına alternatif olarak Türkiye’de 700 milyon tonun üzerinde rezervi bulunan meta şist (Helvacı ve Alaca,1991; Şişman, 2012) ham maddesinin çimento sektöründe kullanılabilirliği araştırılmıştır. Kil taşı ve meta şist için Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği (TÇMB) arge laboratuvarı ile ortak çalışma yapılmış ve yapılan analizlerin sonuçları karşılaştırmalı olarak çalışmada verilmiştir. 1. ÇİMENTO HAMMADDE KAYNAKLARI Portland çimento üretim prosesleri aşamasında klinkerleşmenin gerçekleştirilebilmesi için kireç karbonatının (CaCO3) yaklaşık %75’i silisyum oksit (SiO2), alüminyum oksit (Al2O3) ve demir oksit (Fe2O3) içeren killerin %20’si ve magnezyum karbonat, kükürt ve alkalilerin %5’i fırın içerisinde reaksiyona girmektedir. Bu karışıma giren temel elementler kireç, silika, alümin ve demir doğada bol miktarda ve yaygın olarak dağılmıştır. Mineraller birçok çeşit kayaçta değişik şekillerde ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle, teorik olarak, benzer kimyasal yapılara sahip ham maddeler ile tatmin edici bir Portland çimento karışımının, sonlu sayıda değişik oranlar ile hazırlamak mümkündür. Ha (...truncated)