Bardakçı / Van kilinin bazı fizikokimyasal ve mineralojik özellikleri üzerine ısıl işlemin etkisi

Abstract

Bardakçı/Van bölgesinden alınan killi bir ham malzemenin mineralojik ve fizikokimyasal özelliklerinin ısıl işlem sıcaklığı ile değişiminin araştırılması bu çalışmanın amacı olarak öngörülmüştür. Örneğin karekterizasyonu; X-ışını floresans spektroskopisi (XRF), endüktif eşleşmiş plazma-kütle spektrometrisi (ICP-MS), X-ışınları difraksiyonu (XRD), diferansiyel termal analiz (DTA), termogravimetrik analiz (TGA), fourier transform infrared spektroskopisi (FTIR), taramalı elektron mikroskobu (SEM), katyon değiştirme kapasitesi (metilen mavisi adsorpsiyonu), Brunauer, Emmett ve Teller (BET) ve potansiyometrik kütle titrasyon (pzc) yöntemleri ile yapılmıştır. Orijinal örneğin içinde kuvars, kalsit, smektit (montmorillonit), amorf madde, feldspat, kaolinit, serpantin grubu mineral, tridimit, illit, mika ve karışık tabakalı kil mineralleri gibi kil ve kil dışı mineraller belirlenmiştir. Ham örneğe 100-1000 OC sıcaklıkları arasında ısıl işlem uygulanmış ve bu sırada gözlenen değişimlerden kinetik ve termodinamik değerlendirmeler yapılmıştır. Termal bozunmaya ilişkin dehidratasyon ve dehidroksilasyon (ΔH0) bozunma entalpisi, KDK'nin ısıl işlem sıcaklığı ile değişiminden belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, 500 OC'tan önceki bozunmanın fiziksel, üzerindeki sıcaklıklarda ise bozunmanın kimyasal olduğunu göstermektedir. Orijinal örneğe ait termal analiz verilerinden (TGA, DTA) Coats-Redfern eşitliklerinin kullanılmasıyla dehidratasyon ve dehidroksilasyonuna ait aktivasyon enerjileri ve Arrhenius sabitleri belirlenmiştir. Tüm örneklerin Brunauer-Emmett-Teller (BET) yöntemi ile belirlenen yüzey alanlarının uygulanan ısıl işlem ile düşme eğilimi gösterdiği görülmüştür. Anahtar kelimeler: Isıl işlem, Isıl işlem kinetiği, Kil mineralleri, Yüzey alanı.

The aim of this study was to investigate the change in mineralogical and physicochemical properties of a clay raw material taken from Bardakçı / Van region depending on the heat treatment temperature. Characterization of the sample; X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS), X-ray diffraction (XRD), differential thermal analysis (DTA), thermogravimetric analysis (TGA), fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), cation exchange capacity (methylene blue adsorption), Brunauer, Emmett and Teller (BET) and potentiometric mass titration (pzc) methods were used. Clay and non-clay minerals such as quartz, calcite, smectite (montmorillonite), amorphous material, feldspar, kaolinite, serpentine group minerals, tridimite, illite, mica and mixed layered clay minerals were identified in the original sample. Heat treatment was applied to the raw sample at temperatures between 100-1000 °C and kinetic and thermodynamic investigations were performed. Dehydration and dehydroxylation degradation enthalpies of thermal decomposition were determined from the change of CEC by applied heat treatment temperature. The results show that the decomposition before 500 oC is physical and at temperatures above it is chemical. Activation energies and Arrhenius constants of dehydration and dehydroxylation were determined by using Coats-Redfern equations from thermal analysis data (TGA, DTA) of the original sample. It was observed that the surface areas determined by Brunauer-Emmett-Teller (BET) method of all heat-treated samples tended to decrease with temperature.Keywords: Heat treatment, Heat treatment kinetics, Clay, Clay minerals, Surface area,