Kapiler seramik filtre üretim tekniklerinin araştırılması

Abstract

IV KAPİLER SERAMİK FİLTRE ÜRETİM TEKNİKLERİNİN ARAŞTIRILMASI Cem ÖZGÜR Seramik Mühendisliği, Yüksek Lisans Tezi, 2004 Tez Danışmanı: Yrd. Doç.Dr. Osman Şan ÖZET Mikro-gözenekli ve hidrofılik yüzey özelliğine sahip seramik filtreler (kapiler seramik filtre) fıltrasyon ve susuzlaştırma süreçlerinde madencilik, seramik ve kimyasal proseslerde enerji tasarrufu sağlamaktadır. Bu tür filtreler yapılarında şu üç özelliği birlikte bulundurandan (i) süzme yapan tabakanın gözenek çapı 2-um'den küçüktür, (ii) filtre gözenekleri hidrofılik özellik gösterir, ve (iii) özel bir tasarımlar vardır (süzüntünün toplanabileceği iri gözenekli bir iç bölge bulunur). Kapiler seramik filtreler genellikle saf oksitlerden (AI2O3 ve Si02) üretilirler. Bu çalışmada kapiler seramik filtre üretiminde hammadde olarak doğal malzemeler (kuvars ve zeolit) ve frit kullanılmıştır. Üretilen filtrelerin mikroyapılarına zeolit oranın etkisini görmek amacıyla zeolit kompozisyonlarda değişik oranlarda (%0-20) kullanılmıştır. Kapiler seramik filtre üretimi, tek eksenli pres veya alçı dökümle şekillendirilen süzme tabakalarının arasına iri boyutlu granül yerleştirilmesi şeklinde olmaktadır. Bu çalışmada ayrıca süzme tabakasının ve altlık tabakasının birlikte üretimi alçı döküm yöntemi ile araştırılmıştır. Süzeme tabakasının mikroyapısına tane botunun etkisi farklı sürelerde (4 ile 16 saat) öğütme yapılarak araştırılmıştır. Şekillendirilen malzemeler 900°C, 920°C, 940°C, 960°C, 980°C, 1000°C ve 1020°C sıcaklıkta 20 dakika süre ile sinterlenmişlerdir. Fırının ısınma ve soğuma hızı 5°C/dak'dır. Üretilen malzemelerin boyut küçülmeleri ve gözeneklilikleri bulunmuş, mikroyapıları Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile faz bileşimleri ise XRD ile incelenmiş ve en büyük gözenek boyutu kabarcık basıncı testi ile tespit edilmiştir. Üretilen filtrelerde mikroyapı gelişimi ve hidrofılik yüzey özelliği proses şartlarına bağlıdır: tek eksenli pres ile şekillendirilen (pres basıncı 76 MPa'dır) malzemelerin 980°C'de sinterlenmesi ile yeterli gözenek boyutu (2 u.m'den küçük) ve hidrofılik yüzey özelliği (tanelerin etrafı camla kaplıdır) sağlanırken alçı döküm yöntemi ile şekillendirilenlerde ise daha yüksek sıcaklıklarda (1000°C) sinterleme yapılması gerekmiştir. Ancak alçı döküm yöntemi ile üretilen filtrelerin gözeneklikleri (% 48,5) tek eksenli pres ile üretilenlerden (% 41,5) daha yüksektir. Aynı zamanda bu çalışma ile tek proseste kapiler seramik filtre üretiminin alçı döküm yöntemi ile olabileceği ortaya konmaktadır. Anahtar Sözcükler: Doğal Zeolit, Tane Taşımmı, Kapiler Seramik Filtre, Slip Döküm

INVESTIGATION OF THE FABRICATION PROCESSES OF CAPILLARY CERAMIC FILTERS Cem ÖZGÜR Ccnıınic Engineering, M.S. Thesis, 2004 Thesis Supervisor: Ass.Prof. Dr. Osman Şan ABSTRACT The micro-porous ceramic with hydrophilic surfaces, capillary ceramic filter, has led to energy-efficient filtration and drying, dewatering, processes in mining, chemical and ceramic industries. This type filters have all of the characteristic features: (i) maximum pore size of the filtering layer must be smaller than 2 um, (ii) surface of the pores must be hydrophilic and (iii) a special design, support layer collects the filtrate. Generally, capillary ceramic filters are produced using pure oxides such as AI2O3 and Si02. In this study natural raw materials, which are quartz and zeolite, and frite were used for the production of capillary ceramic filters. The different amount of zeolite (wt % 0-20) was used to understand the effects on the microstructures. The filter was fabricated by inserting the granules between filtering layers, produced with uniaxial pressing or slip casting techniques. In addition, this design of filter was achieved by slip casting as a one step processing. Materials were sintered at a temperature of 900°C, 920°C, 940°C, 960°C, 980°C, 1000°C and 1020°C with a 20 min. soaking time. Heating and cooling rates are 5°C/min. The apparent porosities of the sintered samples by Archimedes principles, microstructures by Scanning Electron Microscopy (SEM), mineralogical compositions by X-Ray Difractometer (XRD) and the maximum pore sizes by the bubble point pressure test were analyzed. Development of the microstructure and the hydrophilic surface properties depend on the processes. The sintered materials al 98()`0, which is shaped by uniaxial pressing, have the enough pore size (smaller than 2 p.rn) and hydrophilic surface properties (grains coated with glassy phase), however, the fabricated materials by slip casting technique requires the higher sintering temperature (1000°C) for the same properties. The filters produced by slip casting are more porous than produced by the uniaxial pressed, which are % 48,5 and % 41,5 respectively. At the same time this study shows that the capillary ceramic filters can be produced by one step processing. Keywords: Natural Zeolite, Migration, Capillary Ceramic Filter, Slip Casting