Atýk Bor, Atýk Kâðýt ve Perlit Katkýlý Sýva Malzemesinin Üretimi ve Karakterizasyonu

Transkript

1 Ekoloji 18, 72, (2009) Atýk Bor, Atýk Kâðýt ve Perlit Katkýlý Sýva Malzemesinin Üretimi ve Karakterizasyonu Turan BATAR 1*, N. Sinan KÖKSAL 2, Þ. Erkan YERSEL 1 1Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Maden Mühendisliði Bölümü, Týnaztepe, Ýzmir-TÜRKÝYE 2Celal Bayar Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Makine Bölümü, Muradiye, Manisa-TÜRKÝYE *Corresponding author: turan.batar@deu.edu.tr Özet Bu çalýþmada, katký malzemesi olarak %0-5 perlit, %0-2,5 atýk kâðýt, %0-5 kalsine tinkal (boraks) ve %3,5-17,7 atýk kalsine tinkal kullanýlarak sýva malzemesi üretilmiþtir. Optimal karýþým oranlarý %3 perlit, %1,5 atýk kâðýt, %7,1 atýk kalsine tinkal olarak bulunmuþtur. Üretilen malzemelerin mukavemet ve ýsý geçirgenlik direnç deneyleri TS 825 ve TS standartlarýna göre yapýlmýþ ve mevcut sýva malzemeleri ile karþýlaþtýrýlmýþtýr. En iyi sonuçlarý veren karýþým oranýnda üretilen malzemenin ýsý iletkenlik deðeri 0,17 W/m 2 K ve mukavemet deðeri 61,44 kg/cm 2 dir. Buna karþýlýk bu deðerler sýrasýyla TSE 825'te 0,13 W/m 2 K ve 24 kg/cm 2 'dir. Katkýlý ürün, kontrol grubu (piyasadaki sýva malzemesi) ile karþýlaþtýrýldýðýnda ise ýsý geçirgenlik direnci %26, mukavemet deðeri %31 oranýnda artmýþtýr. Bu çalýþma ile çevre dostu yeni sýva malzemesi geliþtirilmiþtir. Anahtar Kelimeler: Atýk kâðýt, kalsine tinkal, perlit, sýva. Production and Characterization of Wall Plaster with Borax and Paper Wastes and Perlite Additives Abstract In this study, a new wall plaster product was generated using 0-5% perlite, 0-2.5% waste paper and % waste calcined borax. The optimum ratios for the additives were 3% perlite, 1.5% waste paper and 7.1% waste calcined borax. The new plaster was subjected to mechanical strength and thermal transmittance measurements using TS 825 and TS Turkish standards. Under optimal mixing ratios, the plaster had a thermal conductivity of 0.17 W/m 2 K and a mechanical strength (bending) of kg/cm 2. The required standards by TSE 825 are 0.13 W/m 2 K. When the new product was compared with the existing plasters in the market, it was observed that thermal transmittance and mechanical strength were both increased by 26% and 31%, respectively. Thus, a new environmental-friendly wall plaster product was produced. Key words: Calcined tincal, plaster, perlite, waste paper. Batar T, Köksal NS, Yersel ÞE (2009) Atýk Bor, Atýk Kâðýt ve Perlit Katkýlý Sýva Malzemesinin Üretimi ve Karakterizasyonu. Ekoloji 18, 72, GÝRÝÞ Dünya üzerindeki enerji kaynaklarýnýn hýzla tükenmesi, geliþmiþ ülkeler baþta olmak üzere, birçok ülkeyi enerji ihtiyaçlarýný kontrol altýna alma ve enerjiyi etkin kullanma için yeni yöntemler arama ve geliþtirmeye yönlendirmiþtir. Bu amaçla, Türkiye'de yýllýk enerji artýþ hýzý %8'ler civarýnda olup, 2010'da ihtiyacýn milyar kwh, 2020 yýlýnda ise milyar kwh enerjiye ihtiyaç olacaktýr. Türkiye birincil enerji tüketimi 1990 yýlýndan 2006 yýlýna kadar olan 16 yýlda % 100'e yakýn artarak 99,5 milyon TEP'e (Ton Eþdeðer Petrol) ulaþmýþtýr. Enerji talebinin %70'ini ithalatla karþýlayan Türkiye'de kalkýnma ve sanayileþmede bir engel oluþturmamasý için, enerjinin verimli kullanýlmasý önemli hâle gelmiþtir. Yapýlan çalýþmalara göre, sadece enerjiyi verimli kullanarak yýllýk enerji tüketiminin %30'u kadar tasarruf saðlanacaðý ifade edilmektedir (Büyükmýhçý 2004). Malzeme üretiminde gerektiði kadar az malzeme kullanýlarak istenen özelliklere uygun malzeme elde etmek amaçlanmaktadýr. Üretim aþamasýnda ürüne gerektiði kadar malzeme kullanabilmek çoðunlukla mümkün olamamakta veya bu istek çok pahalý sistemlerle ancak saðlanabilmektedir. Bundan dolayý malzemelerin üretim aþamasýnda bir miktar fazladan Geliþ: / Kabul: No: 72,

2 Ekoloji kullanýlmýþ veya hasarlý üretimin sonucu oluþmuþ atýk malzemeler ortaya çýkmaktadýr. Üretim alanýndaki artan enerji ihtiyacýnýn, hem daha fazla kaynak kullanýlarak karþýlanabilmesi ile kaynaklarýn hýzla tükenmesi hem de ürünlerin üretim sonrasý oluþan atýklarýnýn çevreye olumsuz etkileri günümüzün en önemli problemlerini oluþturmaktadýr. Endüstrideki geliþmelere baðlý olarak atýk miktarlarýnýn giderek artmasý, depolanmasý, doða tahribatý ve bunlara baðlý hava, toprak ve su kirliliði gibi birçok çevre sorunu oluþmaktadýr. Bu atýk malzemelerin deðerlendirilmesi ile özellikle hem çevrenin korunmasýna hem de ürünün üretim maliyetinin azaltýlmasýna katký saðlanacaktýr. Bu amaçla, çalýþmamýzda hem ekonomik olmasý hem de çevre atýklarýn deðerlendirilmesi amacýyla, bor atýðý (boraks), atýk kâðýt ve perlit malzemeleri kullanýlarak yalýtým malzemesi olan sýva üretilmiþtir. Dünya bor rezervinin %72,2'sine sahip ülkemizde ticari olarak deðerlendirilen baþlýca bor mineralleri, tinkal (Na 2 B 4 O 7.10H 2 O), kolemanit (Ca 2 B 6 O 11.5H 2 O) ve üleksittir (NaCaB 5 O 9.8H 2 O) (Bayca ve ark. 2008, Batar ve ark. 1998). Baþlýca gang mineralleri ise killer, kalsit ve dolomit gibi karbonatlý bileþiklerdir. Yüksek tenördeki bor cevherleri çok kolay ve ekonomik olarak çýkarýlmakta ve iþlenmektedir. Zenginleþtirme yöntemi olarak, özellikle empürite (yantaþ) olarak bilinen kilin suda þiþerek kolayca kýymetli bor minerallerinden ayrýlmasý özelliðinden yararlanarak, su ile ayýrma iþlemi uygulanmaktadýr (Aytekin ve ark. 1992). Sözkonusu ayýrma prensibi, borun lokomotifi olarak kabul edilen ülkemizdeki Kýrka- Eskiþehir, Emet-Kütahya ve Bigadiç-Balýkesir'deki tüm tesislerde, çok az farklýlýkla benzer þekilde uygulanmaktadýr. Ancak, zenginleþtirme sonrasýnda atýk barajlarýnda tutulan sulu atýklarda bulunan bor içeriði (B 2 O 3 tenörü) diðer bor üreticisi ülkelere oranla oldukça yüksektir. Örneðin, ABD %6 B 2 O 3 içeren göl sularýný iþleyerek yüksek kalitede konsantreler elde ederken, ülkemizde %24 B 2 O 3 tenörlü tinkal cevherinden %32 B 2 O 3 tenörlü tinkal konsantresi üretilirken, %14-18 B 2 O 3 içeren sulu atýklar göletlere verilmektedir (Köse ve ark. 2003). Araþtýrmalara göre zenginleþtirme oranýnýn çok düþük olmasý sonucu üretim sýrasýnda büyük oranda kayýplar verilmesinin yaný sýra, göletlerde tutulan atýklarýn bor içeriði de ABD'nin üretim yaptýðý göl sularýndan daha yüksektir. Ayrýca atýklarýn Batar ve ark. depolanmasý için çok sayýda büyük göletlere ihtiyaç duyulmaktadýr. Ülkemizde her yýl bor mineralleri üretimi sýrasýnda ton atýk ortaya çýkmaktadýr. Türkiye'nin en büyük bor iþletmelerinden olan, Eskiþehir Eti Maden Ýþletmeleri Kýrka Bor Ýþletmesi'nde hâlihazýrda 6 adet atýk barajý mevcut olup her 4 yýlda bir yeni bir atýk barajýna ihtiyaç duyulmaktadýr. Ýþletme ömrünün en az 250 yýl olduðu dikkate alýndýðýnda, tüm bölgenin atýk barajý için kullanýlsa da yeterli olamayacaðýný göstermektedir. Atýk barajlarýndaki bor konsantrasyonun Dünya Saðlýk Örgütü (WHO) limitlerinin çok üzerinde olmasý (Oren ve ark. 2006) ve atýk barajlarýnýn sýzdýrmazlýðýnýn çok iyi yapýlmamýþ olmasýna baðlý olarak borca zengin sulu atýklarýn yer altý suyuna karýþmasý sorunun boyutunu ortaya koymaktadýr. Ancak bor minerali insan ve bitki saðlýðý açýsýndan gereksinim duyulan bir mineraldir. Yerkabuðundaki bor içeriði ppm arasýnda deðiþmekte olup, ihtiyaç duyulan bor minerali içme suyu ve gýdalar yolu ile alýnmaktadýr. Bitkiler ise topraktaki bor içeriðinin %5'inden daha az bir kýsmýndan yararlanmaktadýr (Uygan ve Çetin 2004). Bitki türlerine baðlý olarak gereksinim duyulan bor oranlarý deðiþmektedir. Mikrobesleyici olarak sulama suyunda maksimum 0,5 mg/l, bor mineraline karþý hassas olan bitkilerde 0,5 mg/l bulunmasý gerekirken en az etkilenen bitkilerde bu sýnýr 4 mg/l'dir. Bitki türlerine baðlý olarak tespit edilen bu sýnýr deðerlerin dýþýndaki oranlarda bitkilerin geliþimi olumsuz yönde etkilenmektedir. O nedenle de sulama suyundaki bor konsantrasyonun belirlenmesi topraktaki bor içeriðiyle yakýndan ilgilidir (Kalafatoðlu ve ark. 1997, Oren ve ark. 2006). Yaþ üretim yönteminin çevreye olan bu olumsuz etkilerini ortadan kaldýrmak üzere, son 30 yýlda ülkemizde birçok alternatif zenginleþtirme çalýþmalarý yapýlmýþtýr. Alternatif çalýþmalarýn büyük bir kýsmý, kuru yöntem olarak da bilinen ýsýl iþlem üzerine olmuþtur (Yarar 1973, Smith ve ark. 1980, Aytekin ve ark. 1992, Sener 1992, Akdað ve ark. 1993, Çelik ve ark. 1995, Batar 1996). Bor atýklarýnýn deðerlendirilmesine yönelik çalýþmalar, öncelikle atýktaki borun tekrar kazanýlmasý veya geriye kalan kil içerikli minerallerin uygun sektörlerde kullanýlabilir hale getirilmesinin en uygun deðerlendirme þekli olduðu görülmektedir. Yan kayacýnýn çoðunlukla kil 46 No: 72, 2009

3 Atýk Bor, Atýk Kâðýt ve Perlit Katkýlý Sýva Malzemesinin... Ekoloji mineralleri içermesinden dolayý, esas hammaddesi kil olan inþaat ve seramik sektörlerinde bor atýklarýnýn kullanýlabilirliðine yönelik birçok çalýþma yapýlmýþtýr (Emrullahoglu 1993, Bayca ve ark. 2008). Bor atýklarýnýn deðerlendirilmesine yönelik çalýþmalarýn büyük kýsmýnda mevcut yaþ yöntem atýklarýnýn deðerlendirilmesi üzerinedir. Bor atýklarýnýn, seramik sanayisinde; sýr, çini hamuru, döküm çamuru yapýmý, yer ve duvar karosu; yapý sektöründe; çimento, hazýr beton, hafif yapý elemaný, tuðla ve kiremit üretiminde; ayrýca cam, emaye ve silika refrakterler için hammadde veya katký maddesi olarak kullanýlabilmektedir. Bu çalýþmada ise, tinkal cevherinin ýsýl iþlemle zenginleþtirilmesi sonucu elde edilen konsantre ve atýk ayrý ayrý deðerlendirilmeye çalýþýlmýþtýr. Böylece çevre dostu bir yöntem sonucu üretilen ürünlerin (konsantre ve atýk) yapý sektöründe kullanýlabileceðinin mümkün olabileceði görülmüþ ve sözkonusu yaþ yöntemle ortaya çýkan zararlý atýklarýn sakýncalarý ortadan kaldýrýlmýþ olacaktýr. Ülkemiz dünya perlit rezervinin yaklaþýk %74'üne sahiptir (Anonymous 2008b). Isý geçirgenlik direncinin çok düþük olmasý, hafifliði, kullanýlabilme ve iþlenebilme kolaylýðý, ýsýya dayanýmý, asit ve bazlara dayanýklýlýðý, bakteri barýndýrmayýþý gibi birçok avantajlarý perliti, inþaat sektöründe kullanýlabilir bir yapý malzemesi durumuna getirmektedir. Alüminyum silikat yapýya sahip olan, %2-5 oranýnda su içeren perlit, bünyesinde nitrat, sülfat, fosfor, aðýr metal, radyoaktif element ve organik madde içermediðinden kimyasal olarak çok az safsýzlýða sahiptir. Ham perlit C sýcaklýkta, tinkal cevherinde olduðu gibi, bünyesinde bulunan suyun uzaklaþmasý sonucu hacmi misline kadar genleþmektedir. Genleþmiþ perlit beyaz renkli, gözenekli ve hafif bir malzemedir. Doðal bir yalýtým malzemesi olup, ýsý iletkenlik katsayýsý 0,04 W/m 2 K'dir. Bu özellikleri sebebiyle ülkemizde üretilen perlitin %80'i inþaat sektöründe ýsý ve ses yalýtým alanýnda kullanýlmaktadýr. Çalýþmamýzda sýva malzemesi içeriðindeki perlit oraný %0-5 arasýnda seçilerek, yalýtým kazancý ile mukavemet kaybýna optimum çözüm aranmýþtýr. Atýk kâðýdýn birçok deðerlendirme alaný olmakla birlikte, her geçen gün bu alan daha da geniþlemektedir. Eriþimi çok kolay olan kâðýt atýklarýnýn yapý malzemesinde kullanýlmasý yoluyla deðerlendirilerek kazanýlmasý düþünülmüþtür. Bu çalýþmada atýk kâðýdýn kullanýmýnda tasarruf saðlamadan baþka, hem çevre kirliliðini önlemek ve hem de atýk kâðýt içeriðindeki selüloz sayesinde sýva malzemesine kývam kazandýrmaktýr. Ülkemizde her yýl yaklaþýk ton kâðýt tüketilmektedir. Tüketilen miktarýn yarýsýnýn geri dönüþümü ile tonun üzerinde kâðýt tasarruf edilerek gerek çevreye, gerekse ekonomiye büyük bir katký saðlanmýþ olacaktýr. Kullanýlmýþ kâðýdýn tekrar kâðýt imalatýnda kullanýlmasý hava kirliliðini %74-94, su kirliliðini %35, su kullanýmýný %45 azaltabilmektedir. Örneðin bir ton atýk kâðýdýn kâðýt hamuruna katýlmasýyla 8 aðacýn kesilmesi önlenebilmektedir (Öztürk 2005). Kâðýdýn hammaddesini selüloz adý verilen madde oluþturur. Selüloz son derece kýymetli bir madde olup kaynaðý ormanlarýmýz ve özel yetiþtirilen bitki türleridir. Kâðýt ve karton atýklarýn geri dönüþümü ile de önemli ölçüde enerji tasarrufu saðlanýr (Pehlivan 2001). Türkiye'de üç milyon ton/yýl civarýnda kâðýt tüketilmektedir. Ülkemizde tüketilen kâðýtlarýn yaklaþýk olarak yarýsý ithal edilmektedir. Bunun için de her yýl ortalama milyon dolar harcanmaktadýr. Türkiye'de kullanýlan atýk kâðýt miktarý, 2003'de t kadardýr (Öztürk 2005). Atýk kâðýt iþleyen oluklu mukavva üreten fabrikalarýnýn ürettiði kâðýt kalitesine göre %5-20 arasýnda lif kaybý olmaktadýr. Kullanýlmýþ kâðýtlarýn tekrar iþlenmesinden dolayý selülozik liflerin boylarýnda kýsalma görülür ve kýsa lifler elekte kalamadýðýndan prosesten atýk olarak ayrýlýr. Ancak, atýk kâðýt toplama oranýnýn yüksekliði ile birlikte asýl önemli olan toplanan kâðýdýn kaliteli olmasýdýr. Burada kullanýlamayan kalitedeki atýk kâðýt miktarý ise yine bir çevre sorunu olmaktadýr ki, çalýþmamýzda sözkonusu bu atýklar deðerlendirilmiþtir (Erdin 1992). Konutlarda enerji tüketimi (ortalama olarak); %80 ýsýtma, %10 mutfak, banyo, %10 elektrikli aletler, çamaþýr, bulaþýk makinesi, TV, vb. þeklindedir. Buradan görüldüðü gibi, enerji bakýmýndan öncelikle ele alýnmasý gereken durum ýsýtmadýr (Daðsöz 2000, Büyükmýhçý 2004). Isý yalýtýmý; binayý ýsýtmak veya soðutmak için mevcut soðuk ya da sýcak havanýn dýþarýya çýkmasýný/girmesini önleyerek, ýsý ekonomisi ve ýsýl konfor saðlamak amacýyla yapýlýr. Konutlarda ýsý yalýtým amaçlý konforu saðlamak ve sýcaklýk dengesini kurmak, yapýlarda kullanýlan malzemenin seçimi ile ilgili bir durumdur. Bu binalarda seçilen No: 72,

4 Ekoloji Batar ve ark. malzemenin ýsýsal yalýtým etkileri ve ýsý geçirimlilik karakteristiði analiz edilerek seçilmelidir. Genel olarak; farklý sýcaklýktaki iki ortam arasýndaki ýsý geçiþini azaltmak için yapýlan iþlemlere ýsý yalýtýmý denir. Isý yalýtým malzemeleri; ýsý kayýp ve kazançlarýnýn azaltýlmasýnda kullanýlan, düþük kalýnlýklarda enerji tasarrufu saðlamak amacýyla üretilmiþ, yüksek ýsýl dirence sahip özel ürünlerdir. Isý yalýtým malzemelerinin en temel özelliði ýsý geçirgenlik dirençlerinin düþük olmasýdýr. Binalarýn enerji verimlilikleri arttýkça, binalarýn ýsýl performanslarýný belirleyecek hesap metotlarýnýn da geliþmesi gerekmiþtir. Binalarýn enerji verimlilikleri arttýkça, binalarýn ýsýl performanslarýný belirleyecek hesap metotlarýnýn da geliþmesi gerekmiþtir ve TS 825: Binalarda Isý Yalýtým Kurallarý standardý (Anonymous 2008a) uygulanmasý zorunlu standart olarak yürürlüðe girmiþtir. Bu tarihten sonra yapýlan binalar; bu standart ve yönetmeliðin koþullarýna uymak zorunda olmuþtur. Günümüzde yalýtým düzeyi (dolayýsýyla enerji verimliliði) yüksek bir binada, hava kaçaklarýnýn minimize edilmesi çok önemli olmaktadýr. Kontrolsüz gerçekleþen havalandýrma (hava kaçaklarý) minimize edildiði zaman, kontrollü ve gerekli düzeydeki doðal veya mekanik havalandýrmanýn saðlanmasý da olayýn diðer boyutudur. Sabit rejim þartlarýnda (ortam sýcaklýklarýnýn sabit olmasý durumu) her yapý elemanýný ayrý olarak incelenmektedir. Bu durumda bir tarafýndan diðer tarafýna ýsý iletiminin gerçekleþtiði malzemenin ýsý iletkenliði ( ) ve sýcaklýk gradyaný, dt/dx ise, ýsý akýsý q için, q= - dt/dx, olacak ve homojen tek tabakalý d kalýnlýðýndaki bir yapý elemaný için ise bu denklem q= ( /d)x( T) þeklinde kolayca hesaplanacaktýr. Burada yapý elemanýný ýsýl olarak ifade eden tek büyüklük ýsý iletkenliði olmaktadýr ve sonuçta elde edilen büyüklük, iletilen ýsý enerjisinin miktarýdýr. Bunun sonucunda, binalarda kullanýlan malzemelere ait ýsý iletkenliði ( ) deðerleri enerjinin verimli kullanýlmasý açýsýndan oldukça önemli olmaktadýr. Sýcaklýk farkýnýn olduðu durumlarda, ýsý geçirgenlik direnci (R), malzemelerin birim alanýndaki direnç olup, numune kalýnlýðýnýn (t)(m), ýsý iletimi katsayýsýna ( ) (W/mK) oraný ile elde edilir ve denklemi R= t/ þeklindedir. Bu çalýþmada, deðiþen oranlarda perlit ve atýk kâðýt içeren sýva malzemesine, bor atýðý (boraks) veya kalsine bor eklenerek yalýtým malzemesi üretilmiþtir. Sýva bünye içerisine, %0-5 perlit, %0-48 2,5 atýk kâðýt, %0-5 kalsine tinkal ve %3,55-17,75 atýk kalsine tinkal ilave olarak kullanýlmýþtýr. Bu üretilen malzemelerin ýsýl ve mekanik özellikleri incelenmiþ ve standartlarla karþýlaþtýrýlmasý yapýlmýþtýr. Üretilen farklý bileþimlerdeki sýva malzemelerinin yalýtkanlýk ve mukavemet deðerleri belirlenmiþ ve bu deðerler TSE'nin ilgili standart ve piyasadaki mevcut sýva (kontrol grubu) ile karþýlaþtýrýlmýþtýr. MALZEME VE YÖNTEM Numunelerinin Hazýrlanmasý Bu çalýþmada Eskiþehir Eti Maden Ýþletmeleri Kýrka Bor Ýþletmeleri'nden temin edilen tinkal cevherinden kuru yöntemle (ýsýl iþlem) %94 verimle konsantreler üretilmiþtir. Baþlýca bor mineralleri bünyelerinde kristal suyu içermekte ve belirli bir sýcaklýkta da bu sularýný kaybetmektedirler. Kristal suyunun bünyeden uzaklaþmasý sonucunda ise yapýlarý tamamen deðiþmektedir. Örneðin kolemanit cevheri tamamen daðýlýrken, üleksit daha kompakt bir hal almakta tinkal cevheri ise hacimsel olarak genleþmektedir. Her üç cevherde de empürite olarak bulunan kil mineralleri büzüþerek sert bir yapý kazanmakta ve sözkonusu bor minerallerinden ayrýlmasý kolaylaþmaktadýr. Bu çalýþmaya konu olan tinkal cevherinde ise yaklaþýk 450 C sýcaklýk uygulanmýþtýr. Isýl iþlem sýrasýnda hacimsel genleþme sonucu kýymetli mineralin yoðunluðu azalýrken, istenmeyen kil minerallerinin yoðunluðunu artmaktadýr. Havalý ayýrýcý kullanýlarak, bu farklý yoðunluktaki ürünler birbirinden fiziksel yöntemle ayrýlmýþtýr. Hafif olan ürün konsantre, yoðun olan ürün ise artýk olarak deðerlendirilmiþtir ve kuru yöntemle üretilen bu ürünler sýva malzeme bünyesinde katký maddesi olarak kullanýlmýþtýr. Sýva malzemesine ait elek analiz deðerleri Tablo 1'de verilmiþtir. Elde edilen kalsine tinkal ve atýk kalsine tinkal önce 50 mikron boyutun altýna öðütülmüþ ve sýva bünyesine katýlmýþtýr. Katký maddelerinin sýva bünyesi içinde homojen daðýlýmýný saðlamak için, 60 s süre ile özel tasarýmlý makinede karýþtýrýlmýþtýr. TS EN standardýna göre hazýrlanan ve üretimi yapýlan sýva malzemesi bileþimi Tablo 2'de verilmiþtir. Çalýþmada katkýsýz sýva içerisine Tablo 3'de verilen oranlarda sýrasýyla perlit, atýk kâðýt, kalsine tinkal ve atýk kalsine tinkal homojen bir daðýlým saðlayacak þekilde katýlarak yeni bileþime sahip sýva malzemeleri elde edilmiþtir. No: 72, 2009

5 Atýk Bor, Atýk Kâðýt ve Perlit Katkýlý Sýva Malzemesinin... Ekoloji Tablo 1. Katkýsýz sýva bünyesine ait elek analiz deðerleri. Tablo 2. TS EN standardýna göre katkýsýz sýva bünyesi. Tablo 3. Sýva bünyesindeki perlit, atýk kâðýt, kalsine tinkal ve atýk kalsine tinkal oranlarý. Malzemelerdeki perlit oranýnýn etkisinin saptanmasý için %0-5 oranýnda A grup numuneleri hazýrlanmýþtýr. A1 numunesi hiçbir katký maddesi ilave edilmeden sadece sýva bünyesinden hazýrlanmýþ ve kontrol grubu olarak adlandýrýlmýþtýr. Mukavemet ve ýsýl yalýtkanlýk test sonuçlarý hem TSE'nin ilgili standartlarý, hem de fabrikanýn ürettiði sýva (yüksek ýsýda özelliðini kaybetmeyen, yangýnýn sýçramasýný ve alev almasýný geciktiren, hafif ve ýsý yalýtým özelliðine sahip) deðerleriyle ile karþýlaþtýrýlmýþtýr. Bu test sonuçlarýna göre, perlit oranýna göre A4 numunesi en iyi sonuçlarý vermiþtir. Bunun sonucu olarak, sonraki deney aþamalarýnda perlit oraný %3 olarak sabit tutulmuþtur. Optimal atýk kâðýt oranýnýn tespit edilmesi için, %0,5-2,5 oranýnda atýk kâðýt eklenerek B grubu karýþýmlarý oluþturulmuþtur. Bu numunelerin test sonuçlarýnda B3 numunesi en iyi sonuçlarý vermiþtir. Böylece bundan sonraki aþamalarda atýk kâðýt oraný %1,5 olarak sabit tutulmuþtur. B3 numunesine %1-5 oranýnda kalsine tinkal eklenmiþ ve testler uygulanmýþtýr. Sonuçta C3 numunesi optimal sonuçlarý veren karýþým olarak deðerlendirilmiþtir. Son olarak C3 numune bileþimine %3,5-17,7 oranlarýnda atýk kalsine tinkal eklenmiþtir. Bu grubun test sonuçlarýnda ise D2 karýþýmýnda optimal sonuç elde edilmiþtir. Kalýplarýn ve Numunelerin Hazýrlanmasý Belirtilen karýþým oranlarýnda hazýrlanan 2 kg'lýk numuneler su ile karýþtýrýlarak TS EN standardýna göre kalýplara dökülmüþtür. Isýl iletkenlik testlerinde TS EN 12808'e göre 200x200x10 mm ve eðme mukavemeti testlerinde TSE 825 standardýna göre 40x40x160 mm boyutlarýnda iki farklý kalýp kullanýlmýþtýr (Þekil 1). Kalýp uygun yatay bir zemin üzerine yerleþtirildikten sonra standart þartlarda 24 saat bekletildikten sonra numune kalýptan çýkartýlmýþtýr. Kalýptan çýkarýlmýþ olan numuneler bütün yüzeylerde en az 25 mm açýklýk býrakýlarak standart þartlarda 27 gün süreyle muhafaza edilerek numuneler hazýrlanmýþtýr. Mukavemet ve Isý Ýletkenlik Ölçümleri Hazýrlanan 40x40x160 mm boyutlarýndaki test numunelerine standartlara uygun olarak, Besmak marka test cihazýnda üç nokta eðme testleri uygulanmýþtýr. Elde edilen sonuçlar Þekil 2'de verilmiþtir. Numunelerin ýsý iletkenlik (W/m 2 K) ölçümleri (R), DIN EN 'e göre Holometrix Lamda 2000 isimli ýsý iletkenliði ölçebilen cihazda yapýlmýþtýr. Bu cihazda 200x200x10 mm boyutlarýnda üretilmiþ numunelere ýsýl testler uygulanmýþtýr. Ýki plaka arasýndaki numune ve 1 saat süresince dakikada bir ölçüm yapýlarak ýsý geçirgenlik direnç deðerleri belirlenmiþ ve ölçülen 60 sonucun ortalamasý alýnmýþtýr. Bu iþlem üç defa tekrarlanmýþ ve numunelerin ortalama ýsý geçirgenlik direnç deðerleri hesaplanarak hata en aza indirilmeye çalýþýlmýþ ve sonuçlarý Þekil 3'de verilmiþtir. TARTIÞMA Yapýlan çalýþmada, farklý karýþýmlarda bor atýðý (boraks), atýk kâðýt ve perlit malzemeleri kullanýlarak sýva malzemesi üretilmiþtir. Üretilen bu No: 72,

6 Ekoloji Batar ve ark. Þekil 1. a)mukavemet ve b) Isý geçirgenlik direnci deneyleri için kalýplar. Egme Mukav emeti (kg/cm 2 ) Nu mun e TSE A B C D KONTROL Þekil 2. Numunelerin mukavemet deðerlerinin karþýlaþtýrýlmasý. malzemelerin mekanik ve ýsýl özellikleri belirlenerek TS 825 ve TS deðerleri ve piyasada kullanýlan sýva malzemeleri ile karþýlaþtýrýlmasý yapýlmýþtýr. Deneylerde bünye+atýk kaðýt+perlit karýþýmýna ya kalsine tinkal ya da atýk kalsine tinkal ilave edilmiþtir. Üretilecek sýva malzemesinin optimum karýþým oranýna karar vermek için, bünye içerisine boraks, atýk kâðýt ve perlit malzemeleri Tablo 3'de belirtilen oranlarda sýrasýyla A, B, C ve D gruplarýný oluþturacak þekilde eklenmiþtir. Elde edilen yeni malzemenin mekanik ve ýsýl özellikleri deneylerle belirlenmiþtir. A grubunda genleþtirilmiþ perlitin bünye karýþýmý ile sývanýn ýsý geçirgenlik direnç deðerleri büyük ölçüde artýrmýþtýr. Fakat tane büyüklüðü ve hafifliði nedeniyle sývanýn mukavemet deðerleri düþmüþ ve sývadaki kývamýn kaybolmasýna neden olmuþtur. A grubunda ýsý geçirgenlik direnci ve mukavemet deðerleri yönünden A4 numunesi optimum deðer olarak tespit edildiðinden diðer guruplarda perlit miktarý %3 olarak belirlenmiþtir. B grubunda sýva bünyesine perlite ilave olarak atýk kâðýt eklenmesi, sývada perlitin kaybettirdiði kývamý kâðýt içeriðindeki selüloz tekrar kazandýrmýþtýr. Atýk kâðýt ilavesinin artýþý ile, sýva içerisinde atýk kâðýt posasý tekrar bir kývam kaybýna yol açmýþ ancak sýva malzemesinin ýsý geçirgenlik direncinde çok fazla deðiþme gözlenmemiþtir. Buna göre en yüksek mukavemet ve ýsý geçirgenlik direnç deðerlerini saðlayan B3 karýþým oraný optimum karýþým olarak alýnmýþtýr. C grubunda ise, sýva bünyesine kompakt 50 No: 72, 2009

7 Atýk Bor, Atýk Kâðýt ve Perlit Katkýlý Sýva Malzemesinin... Ekoloji Isi Geçirgenlik Direnci (m 2 K/W) 0,18 0,17 0,16 0,15 0,14 0,13 0,12 0,11 0, Nu mu n e Þekil 3. Numunelerin ýsý geçirgenlik direnç deðerlerinin karþýlaþtýrýlmasý. kalsine tinkal eklenmiþ olup, istenilen özellikler oldukça iyileþmiþtir. Sýva bünyesine kompakt kalsine tinkal eklenmesi sonucunda ýsýl deðerler büyük oranda artýþ göstermektedir. C3 numunesinin ýsý iletkenlik deðeri 0,1764 W/m 2 K olarak ölçülmüþtür. C3 numunesindeki ýsý geçirgenlik direnç deðerinin yüksek olmasýnýn nedeni, perlit ve kalsine tinkalin ideal þekilde karýþmasýndan kaynaklandýðý þeklinde deðerlendirilmiþtir. D grubundaki deney grubunda ise C grubunda kullanýlan kalsine tinkalin B 2 O 3 içeriði esas alýnarak atýk kalsine tinkal miktarlarý belirlenmiþtir. D grubunda ise genleþtirilmiþ perlit, atýk kâðýt ve atýk kalsine tinkal ile zenginleþtirilmiþ sýva malzemesinin ýsýl ve mekanik özelliklerinde diðer gruplara göre daha iyi sonuçlar elde edilmiþtir. Bu gruptaki D2 numunesinde, ýsý iletkenlik deðeri 0, W/m 2 K, mukavemet deðeri 61,44 kg/cm 2 olup, hem mukavemet hem de yalýtkanlýk yönünden en iyi sonuçlar elde edilmiþtir. Bu numune kontrol grubu (A1) ile karþýlaþtýrýldýðýnda ýsý geçirgenlik direncinin %26, mukavemet deðerinin %31 oranýnda arttýðý gözlenmiþtir. Bu kazanýmlar özel amaçlar ile inþa edilecek yüksek mukavemetli ve ýsý yalýtýmlý sýva kullanýmý gerektiren yapýlarda bu malzemenin verimli bir þekilde kullanýlabileceðini göstermektedir. Atýk kaðýt, kalsine bor/kalsine bor atýðý ve perlit kullanýmýyla elde edilen yeni sýva malzemesinin üretimi ile; Katký malzemesi olarak bor ürünleri, atýk kâðýt ve perlit kullanýlarak terlemeyi önleyen çevre dostu bir sýva malzemesi üretiminin mümkün olduðu görülmüþtür. TSE Standartlarý TS 825 ve TS 'e göre üretilen yeni sýva malzemesinin ýsý geçirgenlik direnci ve mukavemet deðerleri, katkýsýz (kontrol grubu) olanlara göre %25-30'dan daha fazladýr. Üretilen malzemenin yaygýn olarak kullanýlmasýyla ýsýnma veya serinleme amacýyla yapýlan enerji harcamalarýnda %30'un üzerinde bir TSE A B C D KONTROL tasarrufun saðlanacaðý beklenmektedir. Isýnma için kullanýlan gerek fosil yakýt tüketimi gerekse elektrik tüketiminin azalmasý ile çevreye verilen zararlý gazlar azalacaktýr. Böylece daha az yakýt ve elektrik kullanýlarak ýsýnma saðlandýðýndan enerji üretimi için daha az malzeme kullanýlmýþ ve daha az atýk madde ve gazlar ortaya çýkacaktýr. Böylece enerji kaynaklarýnýn ve çevrenin korunmasýna katkýda bulunacaktýr. Ayrýca gerekli enerji ihtiyacýnýn verimli olarak elde edilmesi ile maliyetin önemli oranda azalmasý saðlanmýþ olacaktýr. Büyük rezerve sahip olmakla birlikte üretimi çok az olan perlit için yeni kullaným alanlarý saðlanmýþ olacaktýr. Atýk kâðýtlar da kaðýt üretiminde kullanýlamayacak düzeyde özelliklerinin çoðunu kaybetse bile bu þekilde deðerlendirilerek hem atýk olmaktan kurtulacak hem de tabiattan daha az aðaç kesilmiþ olacaktýr. Bor cevherlerinin zenginleþtirilmesinde, yaþ yöntem yerine alternatif ýsýl iþleme geçileceðinden, stoklama maliyeti azalacak ve binlerce dönüm arazinin kullanýmýna gerek kalmayacaktýr Ayrýca, eski üretim sürecinde ortaya çýkmýþ sulu ve kuru atýklarýn da ýsýl veya baþka yöntemlerle elveriþli hale getirip sýva malzemesi, tuðla ve seramik gibi sektörlerde kullanýmý sözkonusu olacaktýr. Böylece eski ve yeni bor atýklarýnýn katký malzemesi olarak kullanýmýyla, çevre için felaket kabul edilen atýklarýn yapý sektöründe bir hammadde olarak deðerlendirilebilecektir. Sonuç olarak, bu çalýþmayla karmaþýk bir proses gerektirmeyen ýsýl iþlemle zenginleþtirilmesi sonrasýnda açýða çýkan kil içerikli bor atýklarýnýn katký maddesi olarak endüstriyel boyutta deðerlendirmesi mümkün olacaktýr. Böylece, atýk barajlarýn iyileþtirilmesiyle ilgili araþtýrmalarýný sürdüren Eti Maden Ýþletmelerine de katkýda bulunulmuþ olacaktýr. Atýk kalsine ürün ve genleþtirilmiþ perlit içeren sýva malzemesi kullanýlarak inþa edilen binalar mukavemet yönünden daha dayanýklý olacaktýr. Özellikle deprem gibi ilave dayaným gereken durumlarda bu olumlu etki daha belirgin olacaktýr. Ayrýca binalarda oluþan ýsý kayýplarý azalacaðýndan önemli oranda enerji tasarrufu saðlanacaktýr. No: 72,

8 Ekoloji Batar ve ark. KAYNAKLAR Akdað M, Batar T, Karban A, Badruk M (1993) Özel Dizaynlý Fýrýnlarda Boraksýn Ekspansiyon Yöntemiyle Zenginleþtirilmesi Ýçin Belirlenen Optimal Þartlarýn Denenerek Tesise Uygunluðunun Araþtýrýlmasý. TÜBÝTAK MÝSAG 21 Proje Sonuç Raporu, 1993, Ýzmir. Anonymous (2008a) TS 825 Binalarda Isý yalýtým kurallarý. TSE, Ankara. Anonymous (2008b) U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January Aytekin Y, Akdað M, Türkmen Y, Batar T, Badruk M (1992) Tinkal (Boraks) Cevherinin Patlatma Yoluyla Zenginleþebilirliðinin ve Bu Yöntemin Bilinen Mevcut Yöntemler Yerine Ýkamesinin Araþtýrýlmasý. TÜBÝTAK MAG 838 Sonuç Raporu 1992, Ýzmir. Batar T (1996) Investigation of optimal expansion conditions of a tincal ore by means of a rotary furnace. PhD Thesis, Dokuz Eylul University, Izmir. Bayca SU, Batar T, Sayýn E, Solak O, Kahraman B (2008) The influence of coal ash and tincal (boron mineral) additions on the physical properties and microstructures of ceramic bodies. Journal of Ceramic Processing Research 9, 2, Büyükmýhçý MK (2004) Verimli kullanýlan enerji. Elektrik Ýþleri Etüt Ýdaresi Genel Müdürlüðü, Ulusal Enerji Tasarrufu Merkezi, Ankara. Celik, MS, Suner F (1995) A thermodynamic analysis of the decrepitation process. Thermochimica Acta 245, Daðsöz AK, Yüksel HM (2000) Yapýlarda ýsý yalýtýmýnýn bireylere ve ülkemizin ekonomisine katkýlarý. In: Enerji 2000, Ulusal Enerji Verimliliði Kongresi, Ocak 2000, Emrullahoglu F, Kara M, Tolun R, Celik MS (1993) Beneficiation of calcined colemanite tailings. Powder Technology 77, Erdin E (1992) Biyoçöp ve kompost nedir/nerede kullanýlýr? Ekoloji 5, Kalafatoglu E, Örs N, Sahin S, Yüzer H, Erbil AÇ (1997) Bor Bileþikleri Ýçeren Atýk Sularýn Arýtýlmasý. TÜBÝTAK Marmara Araþtýrma Merk., Gebze-Kocaeli. Köse H, Batar T, Kahraman B (2003) Dünya Bor Stratejisi ve Borun Türkiye Ýçin Önemi. EGÝAD yayýnlarý, Ýzmir. Oren Y, Linder C, Daltrophe N, Mirsky Y, Skorka J, Kedem O (2006) Boron removal from desalinated seawater and brackish water by improved electrodialysis. Desalination 199, Öztürk M (2005) Kullanýlmýþ kâðýtlarýn geri kazanýlmasý kullanýlmýþ kâðýttan kâðýt üretimi. Çevre ve Orman Bakanlýðý, Ankara. Pehlivan E (2001) Bir potansiyel olarak ülkemiz katý atýklarýn ekonomiye kazandýrýlmasýnda mevcut ve ileriye dönük yaklaþýmlar. In: Ulusal Sanayi-Çevre Sempozyumu ve Sergisi, Nisan, 2001, Mersin Üniversitesi, Mersin, Sener S, Ozbayoglu G (1992) Determination of calcination parameters of ulexite and possibility of separation from colemanite. In: Ozbayoglu G (ed.), Proceedings of IVth International Mineral Processing Symp., Antalya, No: 72, 2009

9 Atýk Bor, Atýk Kâðýt ve Perlit Katkýlý Sýva Malzemesinin... Ekoloji Smith PR, Walters RA (1980) Production of colemanite at American borate corporation plant near lathrop wells. Nevada: Mining Engineering February, Uygan D, Çetin Ö (2004) Bor'un Tarýmsal ve çevresel etkileri: Seydisuyu su toplama havzasý. In: II. Uluslararasý Bor Sempozyumu, Eylül Eskiþehir, Türkiye, Yarar B (1973) Düþük tenörlü kolemanit cevherinin flotasyon yolu ile zenginleþtirilmesi Türkiye Madencilik ve Teknik III. Kongresi, Maden Mühendisleri Odasý Yayýný, Ankara. No: 72,