Bor madeni atıklarından tek bileşenli yeni tip geopolimer bağlayıcı geliştirilmesi - Kızıltepe, Cavit Çağatay
Dünya bor rezervlerinin önemli bir kısmı (>%70) Türkiye'de bulunmaktadır. Bu nedenle bor madeni, Türkiye açısından stratejik öneme sahip bir madendir. Bor madenine uygulanan zenginleştirme işleminin sonucunda; içerisinde yaklaşık %15-20 oranında bor içeren atık malzeme ortaya çıkmaktadır. Bu atıklar bütünüyle herhangi bir sektörde değerlendirilememekte olup, büyük bir kısmı işletmeler tarafından inşa edilen atık barajlarında depo edilmektedir. Bor zenginleştirme prosesi esnasında açığa çıkan atık malzemenin sürdürülebilir yapı malzemelerinin üretiminde değerlendirilmesi oldukça önemlidir. Bu tez kapsamında hammadde olarak Emet-Kütahya, Kırka-Eskişehir ve Bigadiç- Balıkesir bölgelerinde yer alan ve bor üretim tesislerinde ortaya çıkan bor atıklarının, alkali füzyon yöntemi ile kalsine edilerek, tek bileşenli geopolimer bağlayıcı üretiminde ham madde olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Tez kapsamında gerçekleştirilen deneysel çalışmalar üç aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamada, tek bileşenli geopolimer bağlayıcı üretiminde, optimum kalsinasyon sıcaklığı ve süresi, aktivatör tipi ve oranları belirlenmiştir. Bu aşamada sodyum hidroksit ve sodyum karbonat olmak üzere iki farklı aktivatör kullanılmıştır. Kalsinasyon öncesinde toz malzemeler, belirli oranlarda sodyum hidroksit (bağlayıcının kütlece %2, %4, %6, %8 ve %10'u kadar Na2O içeren) ve sodyum karbonat (bağlayıcının kütlece %5, %10, %15, %20'si kadar) ile karıştırılmıştır. Daha sonrasında ise aktivatör içeren karışımlar 600 °C, 650 °C ve 700 °C kalsinasyon sıcaklıklarında 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 saat süre ile kalsine edilmiştir. İkinci aşamada, birinci aşama deneyleri sonucunda seçilen harç üzerinde optimum kür sıcaklığı ve süresi belirlenmiştir. Hazırlanan harç karışımları 60, 80 ve 100 °C sıcaklıklarda ve 12, 24 ve 36 saat süre ile kür edilmiştir. Kür işleminin ardından numunelerin basınç dayanımı değerleri belirlenmiştir. Üçüncü ve son aşamada ise tezin birinci ve ikinci aşamasında belirlenen optimum parametreler kullanılarak harç numuneleri üretilmiştir. Üretilen harç numunelerinin taze hal (priz süresi ve işlenebilirlik), mekanik (basınç ve eğilme dayanımları), permeabilite (kapiler su emme ve toplam su emme), kuruma büzülmesi, suya karşı kalıcılık, yüksek sıcaklığa karşı dayanıklılık deneyleri ve hamur karışımları üzerinde iç yapı analizleri yapılmıştır. Bu aşamada ayrıca proje kapsamında üretilen tek bileşenli geopolimer bağlayıcı ile elde edilen harç numunelerine yüksek sıcaklık kürünün yanı sıra, oda kürü de uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, tek bileşenli geopolimer bağlayıcı üretiminde ham madde olarak kullanıma en uygun atık Kırka-Eskişehir bölgesinde bulunan bor atığıdır. Bor atıklarından tek bileşenli geopolimer bağlayıcı elde edebilmek için, bor atığı alkali füzyon yöntemi ile en az 650 °C sıcaklıkta ve 3 saat kalsine edilmelidir. %100 bor atığı kullanılarak hazırlanan harç numunelerinden makul düzeyde basınç dayanımları elde edebilmek için kür sıcaklığının 100 °C ve kür süresinin 12 saat olması gerekmektedir. Oda kürü uygulanması durumunda, Kırka bor atığının, yüksek fırın cürufu ile kısmen yer değiştirmesi gerekmektedir. Yüksek sıcaklık kürü uygulanan numuneler içerisinde en yüksek basınç dayanımı (24,2 MPa) %4 Na2O içeren ve sodyum hidroksit ile aktive edilmiş numunelerden elde edilmiştir. Oda kürü uygulanan numuneler arasında 7. günde en yüksek basınç dayanımı değeri 18,4 MPa ile %50 bor atığı (%12 Na2O içeren ve sodyum hidroksit ile aktive edilmiş) ve %50 yüksek fırın cürufu karışımından elde edilmiştir. Bu karışımın basınç dayanımı değeri, 28. günde 28,9 MPa ve 56. günde 35,3 MPa bulunmuştur. İç yapı analizleri sonucunda, geopolimer hamur numunelerinde ana reaksiyon ürünü olarak oluşan ve bağlayıcılık özelliği olan riversideite fazı etkilidir. Bu faz tobermorit grubunun bir üyesi olup, harç numunelerinin basınç dayanımının gelişimini sağlayan C-S-H jelidir. Ayrıca, oda kürü uygulanan numunelerin iç yapısında C-(A)-S-H yapısı oluştuğu saptanmıştır.