Doğrudan Çimento Klinkeri Üretimi için Akışkan Yatak Reaktörde Fosfojips ve Bitümlü Şistin Bozundurulması
Göster/ Aç
Tarih
2001Yazar
OĞUZ, Hüseyin (Proje Sorumlusu)
ÇALIMLI, Ayla (Ortak Yazar)
BERBER, Rıdvan (Ortak Yazar)
EROL, Murat (Ortak Yazar)
ÖZTÜRK, Ardeniz (Ortak Yazar)
GÖRKEM, Beytül (Ortak Yazar)
Mühendislik Fakültesi
Üst veri
Tüm öğe kaydını gösterÖzet
Fosforik asit ara girdisi üreten süperfosfat gübre fabrikalarının atık maddesi olan Fosfojips (FJ), önemli boyutlarda çevre sorunu yaratmakta olup tüm dünyada kullanım yolları araştırılmaktadır. Sadece FJ atığının tüm dünyada ikibin yılı itibariyle milyar ton mertebesinde olması, bu atığın çevreye duyarlı proseslerle tüketimi yüksek olan kimyasallara dönüştürülmesini zorunlu kılmaktadır. Bu projede FJ'in, alternatif bir enerji kaynağı olan Bitümlü Şist (BŞ) ile birlikte, çimento sektöründe düşey fırın olarak adlandırılan akışkan yatak reaktörde (AYR) pişirilmesiyle doğrudan çimento klinkeri üretiminin araştırılması düşünülmüştür. Böylece konvansiyonel prosese göre enerji girdisi ile CO2 , NOx emisyonları azaltılmış çevreye duyarlı bir prosesin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Deneysel çalışmalar, sırasıyla kül fırını, kuvars akışkan yatak reaktör (KAYR) ve seramik akışkan yatak reaktör (SAYR) kullanılarak 1000 ΰC üzerindeki sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalarda CaO-SiO2-Al2O3 bileşenleri dikkate alınarak üçlü faz diyagramlarına ve silika oranı, alümina oranı, kireç doygunluk faktörü ve hidrolik modül değerlerine göre bileşimleri belirlenmiş Samsun\\\daki TÜGSAŞ Gübre fabrikasından sağlanan fosfojipsi(FJ), Beypazarı bitümlü şisti (BŞ), Taşkömürü (TK), Kil ve Kum içeren çeşitli karışımlar öncelikle kül fırınında azot ortamında 1 h pişirme süresince 1200, 1250 ve 1300 C sıcaklıklarda pişirilmiştir. Pişmiş karışımların çimento endüstrisinde klinker olarak kullanılıp kullanılamayacağını belirlemek amacıyla X-Işını Difraksiyon (XRD) (Rikagu D-max 2200) analizleri kullanılmıştır. Fosfojipsin rafine edildiği % 40.72 FJ (FJR), % 6.79 Kum, % 6.79 BŞ, % 13.57 TK ve % 32.13 CaO içeren karışım 1300'da pişirildiğinde klinker fazlarından olan Trikalsiyum Silikat (C3S) yapısının oluştuğu görülmüştür. Fosfojipsin hem rafine edildiği hem de kül fırınında 1350 da pişirildiği % 11.69 FJ (FJRP), % 11.69 BŞ, % 3.86 TK, % 18.74 Kil, % 0.97 Al2O3, % 2.42 Fe2O3 ve % 50.63 CaO içeren karışım 1300 C da pişirildiğinde de fazla miktarlarda Larnit ve Gehlenit (Ca2Al2SiO7) fazları oluşmuştur. Bu pişmiş karışımın XRD analizi sonucunda Anhidrit yapının oluşmadığı görülmektedir. Klinker fazlarından olan Trikalsiyum silikat fazının oluştuğu % 40.72 FJR, % 6.79 kum, % 6.79 BŞ, % 13.57 TK ve % 32.13 CaO içeren karışım 1290 κCde AYR de bozundurulmuştur. XRD analize göre fazla miktarlarda klinker fazlarından olan Larnit (Ca2SiO4) yapısına rastlanmıştır. Karşılaştırma yapabilmek amacıyla çimentonun hammaddesi olan farin de 1295 κC de reaktörde bozundurulmuş ve XRD analizi sonuçlarına göre fazla miktarlarda -Dikalsiyum silikat (Ca2SiO4) fazı oluşmuştur. Larnit ve Gehlenit yapılarının oluştuğu % 11.69 FJRP içeren karışımın 7 ve 28 günlük basınç dayanımı değerleri sırasıyla 9 ve 22 N/mm2 olarak bulunmuştur. Bu karışımın 28 günlük dayanım değeri harç çimentosunun 28 günlük dayanım değerinden (16 N/mm2) daha yüksektir. Kuvars akışkan yatak reaktörün uzun süre yüksek sıcaklıkta çalıştırılmasının yol açtığı dayanımsızlık sonucunda tasarlanmış seramik akışkan yatak reaktörde de kül fırını pişirme deneyleri sonucunda optimum karışım olarak belirlenmiş % 40.72 FJR, % 6.79 kum, % 6.79 BŞ, % 13.57 TK ve % 32.13 CaO içeren karışım azot ortamında bozundurulmuştur. XRD analizi sonucunda CaO, CaS ve Larnit fazlarının oluştuğu görülmüştür. Ayrıca optimum karışımlardan bir diğeri olan % 11.69 FJR23, % 11.69 BŞ, % 3.86 TK, % 18.74 kil, % 0.97 Al2O3, % 2.42 Fe2O3 ve % 50.63 CaO içeren karışım seramik AYR e hava ortamında 1300 da beslenmiştir. Larnit, Potasyum Sodyum Alüminyum Tungsten Oksit Silis, Kalsiyum silikat Sülfat ve Anhidrit yapıları oluşmuştur. Önceki kuvars AYR bozundurma deneyi sonucu ile karşılaştırma yapmak amacıyla tasarlanan yeni seramik reaktörde de çimentonun hammaddesi olan farin hava ortamında 1300 da bozundurulmuştur. XRD analizi sonucunda CaO ve Larnit fazlarına rastlanmıştır. Bu çalışmanın amaçlarından biri olan klinker fazlarından C3S in oluşumu kül fırınında yapılan pişirme sonucunda gerçekleşmiştir. Ayrıca pişirilen karışımların çoğunda Larnit fazı oluşmuş durumdadır. Şu ana kadar yapılan bozundurma deneylerinden kül fırını pişirme deneylerinde oluşan klinker fazlarından -C2S fazının seramik AYR de de elde edildiği gözlenmiştir. Sonuç olarak kullanılan AYR sisteminde FJ ve BŞ kullanarak katı fazdan klinker, gaz fazdan da H2SO4 \\\-bulk\\\; kimyasallarının üretimini olanaklı kılacak çevreye duyarlı entegre bir proses pilot ölçek çalışmalarıyla geliştirilebilecektir. Ayrıca, çimento sektöründe düşey fırın olarak adlandırılan bu sistemde Farin kullanılarak konvansiyonel prosese göre enerji girdisi ve dolayısıyla CO2, NOx emisyonları azaltılmış çevreye duyarlı klinker üretimi (belit klinkeri) pilot ölçek çalışmalarıyla gerçekleştirilebilecektir.