Sivrihihar Yenidoğan (Eskişehir) sepiyolitleri kullanılarak ince karo imalat olanaklarının araştırılması

Abstract

IV SİVRİHİSAR YENİDOĞAN (ESKİŞEHİR) SEPİYOLİTLERİ KULLANILARAK İNCE KARO İMALAT OLANAKLARININ ARAŞTIRILMASI Veli L:Z Maden Mühendisliği Anabilin! Dalı, Yüksek Lisans Tezi, 1999 Tez Danışmanı: Doç. Dr. İskender IŞIK ÖZET Bu araştırmada; Sivrihisar Yenidoğan civarında bulunan 2.200.000 ton görünür rezerve sahip kahverengi ve beyaz sepiyolitlerin karakterizasyonu XRD, DTA ve Atomik Absorpsiyon metodu ile belirlenmiş, bu sepiyolitlerin K.S. yer karosu massesinde kullanılabilme olanakları araştırılmıştır. Çalışmalar beş aşamada yapılmıştır. 1. ve 2. aşamada kahverengi ve beyaz sepiyolitler K.S. yer karosu massesinc %5, %10, %15, %20 ve%25 oranlarında ilave edilmiş, 3. Aşamada K.S. yer karosu ana hammaddeler olan kuvars, yerine %9, feldspat ve kil yerine %10 oranlarında kahverengi sepiyolit ilave edilerek, 4. ve 5. aşamalardaki masse geliştirme reçetelerinde K.S. yer karosu massesindeki hammadde oranları değiştirilerek iyileştirmeler yapılmaya çalışılmış 4. aşamaya kadar karo örneklerinin kalınlığı 6 mm, 5. aşamada ise karo kalınlığı azaltılarak 3 mm olarak basılmıştır. Basılan karo örnekleri 3. aşamaya kadar 1200°C de yer karosu pişirim fırınlarında, 4. ve 5. aşamalarda ise ayrı ayrı 1200UC de ve 1125°C de duvar ve yer karosu pişirim fırınlarında pişirilerek karo örneklerinin fiziko-mekaniksel deneyleri yapılmıştır. Buna göre; hazırlanan sepiyolitli ve sepiyoiitsiz karo örneklerinin kuru küçülme oranı beş aşamada da çok az (ihmal edilebilir) artırmıştır. Her aşamada alman sonuçlara göre; 1. Birinci grupdaki çalışmada K.S.yer karosu massesine %5, %10, %15, %20 ve %25 oranlarında kahverengi sepiyolit ilave edilmiştir. Buna göre; bünyeye ilave edilen artan kahverengi sepiyolit miktarları ile karoların kuru mukavemeti giderek azalmış, pişme küçülmesi değerleri artmıştır. Pişme mukavemeti, % 15 sepiyolit ilavesine kadar artarak 329,10 kg/cm2 ile en yüksek değere ulaşmıştır. Daha sonra pişme mukavemeti giderek düşmüştür. Sepiyolit ilavesinin K.S. standart massesinin porozitesini düşürdüğü ve artan sepiyolit oranlarıyla porozite yüzdelerinin arasında doğru bir orantı gözlenmiştir. Sepiyolitli karoların su emme değerleri düşük olmakta, artan sepiyolit oranlan ile su emme değerleri bir artış göstermekteancak sepiyolitli bünyelerde su emme standart reçeteden daha az olmuştur. Artan sepiyolit miktarı ile deformasyon arasında doğru bir orantı gözlenmiştir. 2. İkinci grupdaki çalışmada K.S. standart yer karosu massesine %5, %10, %15, %20 ve %25 oranlarında beyaz sepiyolit ilave edilmiştir. Buna göre; bünyeye ilave edilen artan beyaz sepiyolit miktarları ile karoların kuru mukavemeti K.S. standart massesine göre giderek azalmakta, pişme küçülmeleri ise K.S. standart karo massesi pişme küçülmesinden yüksek ancak, % 25' lik sepiyolit ilavesiyle küçülme %5,17 ile standart reçetenin altına düşmüştür. Pişme mukavemeti değeri %10 sepiyolit ilavesi ile 239.00 kg/cm2 en yüksek değerde standart reçetenin pişme mukavemetinden yüksek olmuş bu noktadan sonra pişine mukavemeti düşmüştür. Bünyeye ilave edilen beyaz sepiyolit oranları ile porozite ve su emme değerleri doğru orantılı olmakta, %25 sepiyolit ilavesiyle su emme değeri %15,65 ile en yüksek değere çıkmıştır. Artan beyaz sepiyolit oranları ile deformasyon arasında doğru bir orantı vardır. En yüksek deformasyon değeri ise %25 sepiyolit ilaveli bünyede %4,5 olmuştur. Sepiyolitli bünyelerdeki deformasyon değerleri K.S. standart massesinden yüksek çıkmıştır. 3. Burada, kahverengi sepiyolitin üç ana hammadde olan feldspat, kil, kuvars yerine kullanarak massedeki fiziko-mekaniksel değişiklikler gözlenmiş takip eden aşamalarda ise bu aşamadaki oranların bünyede yaptığı iyileşmeler baz alınmıştır. Buna göre; K.S. massesinde %46' lık feldspatın %10' u yerine kahverengi sepiyolit kullanıldığında kuruma mukavemeti 10,33 kg/cm2 ile sepiyolit ilaveli örnekler arasında en yüksek değerde olmuştur. K.S. massesindeki %9' hık kuvars yerine %9 kahverengi sepiyolit kullanıldığında kuru mukavemeti 9,03 kg/cırı2 ile sepiyolit bünyeli masseler arasında en düşük değerde olmuş, kahverengi renkli sepiyolit ilavesiyle kura mukavemet değerleri standart reçetenin kuru mukavemet değerlerinden daha yüksek çıkmıştır. K.S. massesindeki kuvars yerine %9 kahverengi sepiyolit kullanıldığında pişme küçülmesi %11,43 ile sepiyolit ilaveli örnekler arasında en yüksek değerde, K.S. massesindeki dolgu kili yerine %10 kahverengi renkli sepiyolit kullanıldığında pişme küçülmesi %9,91 ile en düşük değerde olmakta ancak kahverengi renkli sepiyolit ilavesi bütün pişme küçülmesi değerlerinde standart reçetenin pişme küçülmesi değerinden daha yüksek yapmıştır. K.S. massesindeki kuvars yerine %9 kahverengi sepiyolit kullanıldığında pişine mukavemeti 464 kg/cm` ile en yüksek değerde, K.S. massesindeki dolgu kili yerine %10 kahverengi renkli sepiyolit kullanıldığında pişme mukavemeti 310 kg/cm2 ile en düşük değerde olmuş, ancak kahverengi renkli sepiyolit ilavesi pişine mukavemeti değerlerini standart reçetenin pişme mukavemeti değerlerinden daha yüksek yapmıştır. K.S. massesindeki kuvars yerine %9VI kahverengi sepiyolit kullanıldığında porozite % 5,3 ile en düşük değerde, K.S. massesindeki dolgu kili yerine %10 kahverengi renkli sepiyolit kullanıldığında porozite %9,96 ile sepiyolit ilaveli örnekler arasında en yüksek değerde olmaktadır. Ancak kahverengi renkli sepiyolit ilavesi porozite değerlerini standart reçetenin porozite değerlerinden daha düşük yapmıştır. K.S. massesindeki kuvars yerine %9 kahverengi sepiyolit kullanıldığında su emme % 1,73 ile en düşük değerde, K.S. massesindeki dolgu kili yerme %10 kahverengi renkli sepiyolit kullanıldığında su emme %9,96 ile sepiyolit ilaveli örnekler arasında en yüksek değerde olmuş ancak kahverengi renkli sepiyolit ilavesi su emme değerlerini standart reçetenin su emme değerlerinden daha düşük yapmıştır. K.S. massesindeki %19' luk dolgu kilinin %10' hık kısmı yerine kahverengi renkli sepiyolit kullanıldığında deformasyon % 1,75 ile en yüksek değerde olmakta, kahverengi renkli sepiyolit ilavesi deformasyon değerlerini standart reçetenin deformasyon değerlerinden daha yüksek yapmıştır. 4. Birinci ve üçüncü grup fiziko-mekaniksel deney sonuçlarına göre, bu grupdaki çalışmalarda % 8-10 arası kahverengi renkli sepiyolit kullanılarak standart reçete içindeki hammaddelerde değişiklikler yapılarak bu reçetenin geliştirilmesi yoluna gidilmiştir. Bu grupda ayrıca sıcaklığın masseye olan etkilerinin incelenmesi amacıyla karolar 1200°C ve 1125°G' de pişirilmiştir. Buna göre; sepiyolitli karoların kuru mukavemetleri, standart reçeteden düşük ancak %10 sepiyolit ilaveli reçete no-3' te kuruma mukavemeti sepiyolit ilaveli örnekler arasında 9,2 kg/cm2 ile standart reçeteye en yakın değerdedir. 1200°C de en fazla küçülme 3 nolu reçetede % 11.56, en düşük küçülme ise 2 nolu reçetede %10,11 olmuştur. 1125°C deki küçülmeler ise en fazla 2 «olu reçetede, en az ise 1 nolu reçetede olmuştur. Ancak standart reçeteye göre her iki sıcaklıktaki küçülmeler daha fazladır. Pişine küçülmesi an düşük 1200°C de %10.U ile 2 nolu reçetede, 1 125°C de %3,23 ile 1 nolu reçetede olmuştur. Ancak sepiyolitli karoların pişine küçülmesi değeri K.S. massesinden yüksektir. Pişme mukavemeti en yüksek 1200°C de 3 nolu reçetede 472.4 kg/cm2, en düşük mukavemet ise 1 nolu reçetede 412,8 kg/cm2 olmuş, 1125°C de ise en yüksek değer 3 nolu reçetede 128 kg/cm' elde edilmiştir. Her iki sıcaklıklardaki sepiyolit ilaveli masselerin pişme mukavemetleri K.S. massesi pişme mukavemeti değerinin yaklaşık iki katı kadar olmuştur. Porozite değerleri en yüksek 1200°C de 1 nolu reçetede %5.19, en düşük porozite ise 3 nolu reçetede % 3.37 olarak elde edilmiş, 1 125°C de pişirilen massede ise en yüksek porozite 1 nolu reçetede % 29. 1 1, en düşük ise 3 nolu reçetede % 26.32 olmuştur. Su enime değerleri 1 125°C de en düşük su emme değeri % 14.27 ile 3 nolu reçete, en yüksek su emme ise 1 nolu reçetede % 15.77 olmakta; 1200°C de su emme değerleri ise standart reçeteye göre önemli miktarda düşmüştür. Buna göre, K.S.vu massesinin su emmesi % 6.85 olurken sepiyolitli karolarda en düşük su emme % 1.44 ile 3 nolu reçetede olmaktadır. 1125°C de en düşük deformasyon değeri, %0,20 ile 1 nolu reçetedir. En yüksek deformasyon ise 3 nolu reçetede % 0,45 olmaktadır. 1200°C de deformasyon değerleri ise standart reçetede deformasyon %0,35 olurken sepiyolitli karolarda en düşük deformasyon % 0,30 ile 1 nolu reçetede en yüksek deformasyon ise %0,80 ile 3 nolu reçetede olmuştur. 5. Beşinci grupda, 4. grupta hazırlanan reçetelerin üzerinde daha da geliştirilmesi yapılarak karolar 3 mm kalınlığında %8 kahverengi renkli sepiyolit ilaveli olarak basılmıştır. Hazırlanan karolar 1125°C de ve 1200°C de pişirilmiştir. Buna göre; en düşük kuru mukavemet 6 nolu reçetede 2,65 kg/cm` olmuş sepiyolitli karoların kum mukavemet değerleri K.S. massesine göre düşüktür. En yüksek pişme küçülmesi 6 nolu reçetede olmuş bu reçetede küçülme standart reçetenin (%6,7) altına çekilememiş ve %7.69 değerinde kalmıştır. 1200°C de pişme mukavemet değerleri olarak 6 nolu reçete standart reçeteden daha yüksek bir mukavemet kazanmış ve 221.1 kg/cm` değere ulaşmıştır. Karolarda küçülmeler azalırken pişme mukavemetleri düşmüştür. Kahverengi sepiyolitli karoların porozite sonuçları standart reçeteden yüksek olmuştur. K.S massesinin porozite değerine en yakın 1200°C de %32,İ8, 1125°C de %14,38 ila 6 nolu reçetede olmuştur. K.S massesinin su emme değerine en yakın 12Û0°C' de %6,90, 1İ25°C de %17,15 ile 6 nolu reçetede olmuştur. 1125°C de K.S massesinin deformasyon değeri % 0,10 kahverengi renkli sepiyolit ilaveli reçetelerde deformasyon değeri üç reçetede %0,15 olmuş, 1200°C de K.S massesinin deformasyon değeri % 0,15 olmuştur. Sepiyolit ilaveli reçetelerde deform asyon değeri her üç reçetede %0,20 ol muştur.

TILE MANUFACTURE UTILIZING SÎVRİÎ-IİSAR YENİDC?AK(EGKİŞEİIİR) SEPIOLITES Veli UZ Mining Engineering, M.S. Thesis, 1999 Thesis Supervisor: Assoc. Prof İskender IŞIK SUMMARY In this study, the characterization of the white and brown sepiolites near Yenidoğan, Sivrihisar, which seemingly has 2.200.000 tone reserves, has been determined using XRD, DTA and Atomic Absorption Methods and the opportunities of using them in the Kütahya Seramik (K.S.) floor tile buscuvits have been studied. These studies have been performed in five steps. In the first and second steps, brown and white sepiolites have been added at the proportions of 5 %, 10 %, 15 %, 20 % and 25 % into the K.S. floor the buscuvits. In the third step instead of main raw materials such as quartz, feldspar and clay, 9 % and 10 % brown sepiolites have been added successively. In the fourth and fifth steps, some improvements have been tried to be done by changing the raw material proportion m the K.S. floor tile in buscuvit improvement prescriptions. Until the fourth step, the thickness of the tile examples was 6mm and in the fifth step it has been reduced and moulded as 3mm. The moulded tile examples are fired in the tile firing furnaces at the degree of I200°C until the third step and in the fourth and fifth steps, they arc fired seperately at the degrees of l`00°C and 1125°C in wall and floor tile furnaces and their physico-mechanical experiments have been performed. According to these, for the tile examples prepared with or without sepiolite, their dry shrinking proportions have increased little (negligible ). According to die results obtained in each step; !. In the first group of K.S. floor tile buscuvits, brown sepiolite has been added in the proportions of 5 %, 10 %, 15 %, 20 % and 25 %. According to this, the increasing rate of the sepiolite added into the body has decreased the dry strength and increased the values of the firing shrinking of the tiles. Firing strength has reached the maximum value, which is 329.10 kg/cm2 until the addition of sepiolite in proportion of 15 %. Following this, firing strength has gradually decreased. It has been observed that sepiolite addition has decreased the porosity of die standart K.S. buscuvit and there is a direct proportion between the sepiolite proportions and porosity percentages. W ater absorption values of the tiles with sepiolite is lowand the increasing sepioiite proportions and water absorption values have displayed m increase. However, water absorption in the bodies with sepioiite is lower than the prescription. There has been a propartional relation between the increasing sepioiite quantities and deformation rates. 2. In the study of the second group, white sepioiite has been added m the proportions of 5 %, 10 %, 15 %, 20 % and 25 % into the K.S. standart floor tile buscuvits. According to the result, the rest of the sepioiite added into the body lias decreased the strength of the tiles in comparison with K.S. standart buscuvits and firing shrinkages have been below the standart prescription by adding 25 % sepioiite resulting a 5,17 % shrinkage, which is higher than the star dart firing shrinkage of tile buscuvits. Firing strength value was 239.00 kg/cm` by adding 10 % sepioiite. This value was well above the highest firing strength of the standart proscription. After this point firing strength has decreased. The proportions of the white sepioiite added into the body and porosity and water absorption values have direct proportion, and with die addition of 25 % sepioiite water absorption value has increased the highest value which is 15,65 %. There is a direct proportion between the rest of die white sepioiite and deformation. The highest deformation value is 4,5 % in a body that 25 % sepioiite has been added into. Deformation values have proved to be higher than X.S. standart buscuvit. 3` Here, hrovvn sepioiite has been used instead of the three raw materials, which are feldspar, clay and quartz and physico-miechanical changes have been observed in the buscuvit. In the ¦following steps, the improvements which the proportions in this step have caused have been taken into consideration. According to this, brown sepioiite has been used inst ad of the 10 % of the total 46 % feldspar in the K.S. buscuvit. In this case, drying strength has become the highest in the sepioiite added examples, with a value of 10,33 kg/cnr. When 9 % brown sepioiite has been used instead of 9 % quartz drying strength has become the lowest with 9,03 kg/crrr in the bodies with sepioiite. With the addition of brown sepioiite, drying strength values have proved to be higher than the drying strength of the standart prescription. When 9 % brown sepioiite has been used instead of quartz in the K.S. buscuvits, firing shrinkage has been 11,43 %, which is the highest value among the sepioiite added examples. When 10 % brown sepioiite has been used instead of the filling clay in the K.S. buscuvit, firing shrinkage has been 9,91 %, which is the lowest value, but brown sepioiite addition has done more than the standart firing shrinkage value in all firing shrinkage values. When 9 % brown sepioiite has been used instead of quartz in K.S. buscuvits, firing strength has been 464 kg/cm2 and when 10 % brown sepioiite has been used instead of the filling clay in the K.S. buscuvits, firing strength has been 3 10 kg/cm, which is the lowest value. But brown sepioiite addition has made the firing strengthvalue higher than the firing strength values of the standart prescription. When 9 % sepioiite has been used instead of the quartz in the K.S. buscuvits, porosity has been 5,3 %, which is the lowest value, when 10 % brown sepioiite has been used instead of quartz, porosity has been 9,96 %, which is the highest value in the sepioiite added examples. However, the addition of the brown sepioiite has made porosity values lower than the porosity values of the standart prescription. When 9 % brown sepioiite has been used instead of quartz in tine K.S. buscuvits, water absorption has been 1,73 % which is the lowest value. When 10 % brown sepioiite has been used instead of the filling clay in the K.S. buscuvits, water absorption has been the highest in the sepioiite added examples, with the value of 9,96 %, but brown sepioiite addition has made the water absorption values lower than the ones of the standart prescription. When brown sepioiite has been used instead of the 10 % of the 19 % filling clay, deformation has been the highest with the value of 1.75 %. 'The addition of the brown sepioiite has made the deformation values higher than the ones of the standard prescription 4. According to the pliysico-mechanical experiments' results, in the first and third group, it is aimed to improve the prescription by making changes on the raw materials in the prescription by using brown sepioiite betwen 8-10 % in the studies of this group. Moreover, in this group, to examine the effects of the heat on the buscuvits, tiles have been fired at the degrees of 1200°C and 1125°C. According to this, dry strengths of the tiles with sepioiite are lower than the standard prescription, but in prescription 3 with 10 % sepioiite addition, drying strength was the nearest to the standard prescription with the value of 9,2 kg/cm' among the sepioiite added examples. At 120()°C, die most shrinkage was in prescription three with i 1,56 % and the least shrinkage was in prescription two, with 10,11 %. The shrinkages at 1125°C were in prescription 2. which was the most and in prescription 1, which was the least. But according to the standard prescription, the shrinkages in both firing temperature were more. Firing shrinkage was in the second prescription at 1200°C with 10,11 %, which was the lowest and at 1125°C with 3,23 % in the first prescription. Nevertheless, the value of firing shrinkages of the tiles with sepioiite was higher than K.S. buscuvits. The highest firing strength was 472,4 kg/cm2 in tire third prescription at 1200°C and the lowest was 412,8 kg/cm2 in the first prescription. At H25°C, the highest degree was obtained as 12.8 kg/cm` in the third prescription, in both firing temperatures, the firing strength of the buscuvits with sepioiite was about twice as high as the firing strength of the K.S. buscuvits. Porosity values 5,19 % in the first prescription at 1200°C and the lowest being 3,37 % in the third prescription at the same degree. For tire buscuvits fired at 1 125°C, the highest porosity was 29, 1 1 % in the first prescription and the lowest was 26,32 % in the third prescription. When it came to water absorption values, at 1 125°C the lowest waterXI absorption value was 14,27 % in the third prescription and the highest was 15,77 % in the first prescription. Water Absorption values at 12tO°C have decreased considerably more than the standard prescription. According to this, while the water absorption value of K.S. buscuvits was 6,85 %, in the tiles with sepiolite, the lowest absorption was 1,44 % in the third prescription. At 1125°C the lowest deformation value was 0,20 % in the first prescription, lire highest deformation value was 0,45 % in the third prescription. At 1200°C, in the standard prescription deformation was 0,35 %; however, in the tiles with sepiolite, the lowest deformation was 0,30 % in the first prescription and the highest was 0,80 % in the third prescription. 5. In the fifth group, the prescriptions prepared in the fourth group have been improved and the tile have been pressed with the addition of 80 % brown sepiolite whose thickness was 3mm. The tiles prepared were fired at the degrees of 1125°C and 1200°C. According to these, the lowest dry strength was 2,65 kg/cm` in the sixth prescription and the dry strength values of the tiles with sepiolite are lower than the K.S. buscuvits. The highest firing shrinkage was in the sixth prescription. In this prescription, the shrinkage value couldn't be reduced to the standard prescription (6,7 %) and remained to be 7,69 %. At 1200°C, firing strength values in the sixth gained more than the standard prescription and the value reached at 221,1 kg/cm2. While shrinkages in tiles were decreasing, their firing strength decreased too. The porosity outcomes of the tiles with brown sepiolite were higher than the standard prescription. The nearest values to the porosity values of the K.S. buscuvits were 32,18 % at 1200°C and 14,38 % at 1 125°C in the sixth prescription. The nearest water absorption values to the ones of the K.S. buscuvits were 6,90 % at 1200°C and 17,15 % at 1125°C in the sixth prescription. Deformation value of the K.S. buscuvits at 1125CC was 0,10 % and in the three prescriptions added brown sepiolite, it was 0,15 % in all. At 1200°C, the deformation value of the K.S. buscuvits was 0,15 %. The deformation values of tire prescriptions in which sepiolite was added were 0,20 % in all three.