Production of ceramic tiles by using marine sludge additives

Abstract

Adı-Soyadı: Cem GÖLOkul: zmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüAnabilim Dalı: Kimya Mühendisli iProgramı: Kimya Mühendisli i (Yüksek Lisans)Tez Ba lı ı: Deniz Çamuru lavesiyle Fayans ÜretilmesiÖZETzmir körfezinde zamanla birikmi olan liman çökeltileri birçok ara tırmacıtarafından çe itli metotlarla ara tırılmı tır. Organik bile ikler ve a ır metaller içerenve bu tezde deniz çamuru olarak adlandırılan bu çökeltiler önemli bir çevre problemiolu turmaktadır. Limandan çıkarılan bu deniz çamuru güvenli bir formagetirilmelidir.Bu tezde deniz çamurunun fayans üretiminde katkı olarak kullanılmasıara tırılmı tır. Fiziksel özellikleri ve kimyasal bile imi itibariyle deniz çamurunaseramik üretimine elveri li hammadde gözüyle bakılmaktadır. Deniz çamuruna limantabanından çıkartıldıktan sonra yıkama, eleme, susuzla tırma, kurutma ve ö ütmegibi bir dizi i lemler uygulanmı tır. Daha sonra bu i lenmi deniz çamuru sıkı tırılıppelet haline getirilmi ve 1000-1100 ºC farklı sıcaklık aralıklarında sinterlenmi tir.lenmi , i lenmemi , sinterlenmi deniz çamuru ve çamur içindeki deniz kabukları,XRD, FTIR ve SEM-EDX gibi tekniklerle karakterize edilmi tir.Deniz çamuru tozları çe itli oranlarda (% 0-50) fayans hammaddesi (masse)ile karı tırılmı tır. Bu karı ımlar sıkı tırılarak pelet haline getirilmi ve bir saatlikpi me süresi, 10 ºC/dk. pi me hızıyla, 1000-1200 ºC' de farklı sıcaklık aralıklarındapi irilmi tir. Bu ürünler mekanik ve mikro yapısı bakımından karakterize edilmi tir.Deniz çamuru ilaveli fayansların 1100 ºC pi me sıcaklı ında daha yüksek basmamukavemetinine sahip oldu u gözlemlenmi tir. Çamur ilavesinin ürünlere dahadü ük sıcaklıkta vitrifiye olma özelli i sa ladı ı fakat daha fazla gözenek içerdi igörülmü tür. Yo unlukları ve su absorpsiyonu de erleri ölçülmü tür. 1100 ºC pi enfayans numunelerinin yo unluk ve su absorpsiyonu de erlerinin deniz çamuruilavesinin artması ile azaldı ı tespit edilmi tir. Ayrıca pH de eri ve tane boyutuparametreleri ile ürünlerin kimyasal dayanıklılı ını ölçmek için özümleme (liç etme)testi uygulanmı tır. A ır metallerin vitrifiye seramik yapı içerinde hapsolarakayrılmaz bir hale geldi ini özümleme (liç etme) testi sonuçları göstermi tir. Buçalı manın sonuçları gösteriyor ki % 20-50 aralı ında seramik toz karı ımlarınadeniz çamuru ilavesi fayans üretimi için fayda sa lamı tır.

Name: Cem GÖLSchool: zmir Institute of TechnologyDepartment: Chemical EngineeringMajor: Chemical Engineering (Master)Title of Thesis: Production of Ceramic Tiles By Using Marine Sludge AdditivesABSTRACTThe harbour sediment accumulated in time in the zmir Bay was investigatedby a number of researchers from various aspects. These sediments called marinesludge in this thesis contain organics and heavy metals which pose an importantenvironmental problem. Marine sludge removed from the harbor is required to besafely kept in some form.In this thesis, production of ceramic tiles by using marine sludge additives wasinvestigated. The sludge is regarded as a suitable raw material for ceramic tileproduction because of its physical properties and chemical composition. After thesludge is removed from the harbor floor, it was subjected to a series of treatmentssuch as washing, sieving, dewatering, drying and grinding. This treated marine sludgewas pressed in the form of pellets and sintered in the 1000-1100 ºC range. Thetreated, untreated and sintered marine sludge along with the separated shells presentin marine sludge were characterized by a variety of techniques such as XRD, FTIR,and SEM-EDX.Marine sludge powders at different proportions (0-50 %) were blended viaincorporation into a structural ceramic tile raw material. The mixtures werecompressed, and then pellets were fired at temperatures in the 1000-1200 ºC rangewith one-hour hold with a firing rate of 10 ºC/min. The products were characterizedfor mechanical and microstructural properties. Marine sludge added tiles wereobserved to have higher compressive strength after firing at 1100 ºC. The sludgeaddition caused a lower firing temperature for densification/vitrification of the pelletswith higher pore content. Their densities and water absorption values weredetermined. The densities and water absorption of the tiles fired at 1100 ºC wasobserved to decrease with increasing sludge addition. Leaching tests were performedby varying the leach solution pH and ground tile particle size for chemical durabilityof the products in the final part of the work. The leaching data have shown that heavymetals were immobilized in the vitrified ceramic structure. The results of this workindicated that blending marine sludge in to the ceramic powder mixtures in the 20-50% range was beneficial for tile production.