Kemerburgaz-Akpınar yöresi üst kömür altı sideritli killerinin seramik sektöründe kullanım olanaklarının araştırılması

Abstract

Bu araştırmada; Akpınar köyü civarındaki kömür ocaklarının işletilmesi sırasında hafriyata atılan üst kömür altı killerinin karakterizasyonu belirlenmiş ve bu killer kırma-çözme-süzme (yıkama) işlemleri ile zenginleştirilerek Kütahya Seramik (KS) massesindeki kil hammaddesi yerine %5, %10, %15, %20, %25 ve %30 ilave edilip seramik endüstrisinde kullanılabilirliği incelenmiştir. Bu amaçla ham kil, yıkanmış kil (-63 um) ve elek üstü (+63 um) örneklerinin atomik absorpsiyon spektroskopi ile kimyasal analizleri, X-ışını kırınımı (XRD) ile mineralojik analizleri ve DTA ile faz analizleri yapılmıştır. Buna göre; 1. Ham kil % 7.58 Fe203, % 2.67 C03`2 ve % 0.66 organik materyal içerirken, yıkanmış kilde bu oranlar sırasıyla % 3.31, % 0.21 ve % 0.3 Fe kadar düşürülmüştür. 2. Ham kil örneklerinin yaklaşık % 5.2 oranında seramik hammaddelerinde istenmeyen bir karbonat minerali olan siderit (FeCO3) minerali içerdiği ve bu mineralin yıkanmış kil örneklerinde % 92 oranında azalarak elek üstünde yoğunlaştığı görülmüştür. 3. XRD sonuçlarına göre örneklerin mineralojik bileşimleri; ham kilin kaolinit, kuvars, siderit, montmorülonit ve illit; yıkanmış kilin kaolinit, kuvars ve illit; elek üstünün ise siderit, kaolinit, kuvars ve montmorillonit'ten oluşmaktadır. Montmorülonit mineralinin elek üstünde siderit ile birlikte yoğunlaşması, siderit oolitlerinin oluşum bakımından montmorillonitlerle ilişkili olduğunu göstermektedir.4. DTA eğrilerine göre ham ve yıkanmış kil örnekleri kaolinit, elek üstü örneği ise siderit içeriklidir. 5. örneklerin tane boyu analiz sonuçlarına göre; ham kile nisbeten yıkanmış kilde kum ve silt boyutlarında azalma görülürken, kil boyutunda yaklaşık % 59 oranında bir artış elde edilmiştir. Ham kil, yıkanmış kil, KS yer karosu massesi ve bu masseye yukarıda belirtilen oranlarda yıkanmış kilin ilavesiyle karo örnekleri hazırlanmıştır. Presleme yöntemiyle şekillendirilen bu seramik malzemelerin karakterizasyonu için kuru kırılma mukavemeti, pişme mukavemeti, su emme ve pişme küçülmesi gibi fiziksel ve mekaniksel testler yapılmıştır. Buna göre; 1. Ham kil örneğinin kuru mukavemeti 35.21 kg/cm2 iken, yıkanmış kil örneğinin kuru mukavemeti 51.43 kg/cm2 dir. 2. 1200°C de pişirilmiş olan yıkanmış kil örneği yaklaşık % 2.43 oranında su emme değerine sahiptir. 3. Ham ve yıkanmış kilin pişme mukavemetleri sıcaklıkla doğru orantılıdır. 4. Ham kilin siderit ve montmorillonit içeriği bu kilin pişme küçülmesini yıkanmış kile göre daha artırıp, su emmesini ise daha azaltırken, pişme mukavemetini yükseltmektedir. 5. Artan yıkanmış kil oranlan KS massesinin kuru mukavemetini önemli ölçüde artırmıştır. 6. Aynı masseye yüzde 10 'dan itibaren artan yıkanmış kil ilaveleri, bu massenin su emme yüzdesini önemli ölçüde azaltmıştır. 7. Yüzde 5 ve 10 oranındaki yıkanmış kil ilaveleri KS massesinin pişme küçülmesini ve pişme mukavemetini azaltırken, daha sonraki artan yıkanmış kil oranlan bu massenin pişme küçülmesi ve pişme mukavemetini önemli ölçüde artırmıştır.

In this study, the waste clay under upper coal seam during coal extraction in the vicinity of of Akpinar village was enriched by leaching from 63 um sieve. The bulk clay, under (leached) and upper part (+63 urn) of the sieved clay were all characterized chemically and mineralogically by using AAS and XRD/DTA respectivelly. Tile specimens prepared from the bulk clay, leached clay (-63 um), standartized floor tile body materials of Kütahya Ceramic Co. (KS) and by adding leached clay of 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% into KS's standartized floor tile body materials were shaped by pressure. Their physical and mechanical properties such as dry strength, fired strength, water absorption and fired deformation were also tested. Depending on these analyses; 1. While bulk clay contains 7.58% Fe203, 2.67% C03, and 0.66% organic materials, then- amounts decreased to 3.3 1%, 0.21%, and 0.3 1% respectivelly for the leached clay. 2. It was observed that bulk clay samples contained approximately 5.2% iron carbonate (FeC03) -siderit- (that was not desirable in ceramic raw material. It was also observed that mineral content was decreased in 92% ratio within leached clay samples becoming dense above the sieve. 3. According to the XRD results, the mineralogical components of bulk clay are kaolinite, quartz, siderite, montmorillonite, and illite; leached clay are kaolinite, quartz and illite; upper part (+63um) of the sieved clay are siderite, kaolinite, quartz and montmorillonite. Increasing1. amount montmorillonite mineral with siderite above sieve shows the formation relation of siderite oolites with montmorillonite. 2. According to the DTA curves, bulk and leached clay samples contain kaolinite, upper sieve sample contains siderite. 3. According to the results of grain size analysis of the samples, it was observed that the leached clay contains less sand and silt-size materials and 59% more clay-size materials than the bulk clay. Tile specimens were prepared from bulk clay, leached clay, standartized floor tile body materials of KS by adding leached clay in the defined ratios above. For the characterization of the ceramic material shaped by pressing method, physical and mechanical tests such as dry strenght, fired strenght, water absorption and fired shrinkage were applied. Depending on these tests; 1. The dry strenght of bulk clay was 35.21kg/cm2 and that of leached clay was 5 1.43kg/cm2. 2. Leached clay fired at 1200 °C has a 2.43% of water absorption. 3. The fired strenght of bulk and leached clay have a propotional relationship with temperature. 4. Siderite and montmorillonite content of bulk clay increase the fired shrinkage and the fired strenght, decrease the water absorption in comparison to the leached clay. 5. Increasing ratio of leached clay within KS body materials increases the dry strenght of KS biscuvit in significant amounts. 6. The addition of leached clay greater than 10% ratios into the same KS body materials decreases water absorption in significant amounts. 7. Addition of leached clays in 5% and 10% decrases fired shrinkage and fired strenght of KS body materials; addition of leached clays in greater ratios of 10% increases fired shrinkage and fired strenght of this body in significant amounts.