Physicochemical and microstructural characteristics of cemented paste backfill: Effects of dam and process tailings
Çimentolu macun dolguların fizikokimyasal ve mikroyapısal özellikleri: Baraj ve proses atıklarının etkileri
- Tez No: 743188
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EROL YILMAZ, DOÇ. DR. SHUAI CAO
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 122
Özet
Tehlikeli proses atıklarını tekniğine uygun bir şekilde bertaraf etmek için çimentolu macun dolgu (CPB)'yu içeren farklı atık yönetimleri halihazırda kullanılmaktadır. Cevher zenginleştirme sırasında farklı kimyasal katkı ve yöntemler sonucu üretilen atıklar, önlem alınmazsa çevreye zararlı etkileri olup bu yüzden detaylı bir şekilde araştırılmaları gereklidir. Bu tez araştırması üç farklı aşamada ele alınmıştır. İlk aşamada, düşük (4.9) ve yüksek (10.8) pH piritik atık içeren macun dolguların kalitesi incelenmiştir. Dolgu içinde kullanılan pahalı Portland çimentosu (OPC) yerine farklı ikame oranlarında yüksek fırın cürufu (GBFS) ve uçucu kül (FA) kullanılarak önemli tasarruflar hedeflenmiştir. %72'lik sabit katı içeriği ve farklı OPC/GBFS-FA oranlarına sahip (örn., 90/10, 70/30 ve 50/50) sahip dolgunun dayanımı ve yapısal özellikleri çeşitli laboratuvar deneyler ile araştırılmıştır. Sonuçlardan %50 FA ve asidik atık içeren macun dolguların en düşük dayanım kazancına sahip olduğu gözlenmiştir. Atık tipine bakılmaksızın GBFS takviyeli dolgu daha iyi puzolanik özellik ve tane şeklinden dolayı FA takviyeli dolgudan daha yüksek dayanım sağladığı yorumlanabilir. Dahası bazik atıklardan imal edilen dolgular en yüksek mukavemet sağladı. Çimento hidratasyonu, asidik atik pH ile hemen etkilenir ve dolayısıyla dolgunun performansı da olumsuz yönde etkilenebilir. İkinci aşamada, baraj atıklarından imal edilen CPB'nin fıziko-kimyasal özellikleri ve gözenek yapısı incelenmiştir. %76 katı ve %5 çimento içerikli dolgular üretilmiş ve 56 günlük kür süresine maruz bırakılmıştır. Daha sonra dolguların basınç dayanımı (UCS), jeokimyasal (oksidasyon indirgeme potansiyeli, pH ve elektriksel iletkenlik) ve gözenek yapısı (XRD, TGA ve SEM) farklı testlerle tespit edilmiştir. Sonuçlar, diğerlerinin aksine sülfürce zengin atıklardan üretilen dolguların dayanımında hissedilir oranda bir düşüş olduğu ispatladı. Mukavemet kaybının arkasındaki temel neden proses ve baraj atıklarının çimento ile etkileşiminden meydana gelen hidratasyon ürünleri ile açıklanabilir. Yapılan analizlerden macun dolgunun pH değerleri 14 güne kadar yükseldiği asit oluşumu ve erozyon nedeniyle 56 günlük kür süresine kadar düştüğü gözlenmiştir. Bu ise dolgunun fiziko-kimyasal ve mikro-yapısal karakteristiklerinin bozulmasının temel nedenidir. Üçüncü aşamada baraj atıklarından üretilen macun dolguların temel dayanım ve jeoteknik özellikleri etraflıca aratılmıştır. Sabit katı (%72) ve çimento (%5) içeriklerinde hazırlanan dolgular 3 ila 56 gün arasında değişen kür sürelerine maruz bırakıldı ve sonrasında bazı deneylerle macun dolgunun kalite ve davranışı incelendi. Deneysel sonuçlar, yüksek pirit içeriğine sahip 56 günlük kürlenmiş dolgular hariç mukavemetin zamanla arttığını gösterdi. Dolgu dayanımında gözlenen dalgalanmaların sebebi hızlı çimento hidratasyonuna yol açan ortamdaki bazik atıklardan kaynaklanmıştır. İri ve ince fraksiyonlu atık tanelerinin arası hidratasyon ürünleri ile tamamıyla dolar ve oluşan kompakt dolgu yüksek dayanım verir. Yüksek sülfat miktar dolgunun pH'ını düşüreceğinden dayanım incelenmesinde ayrıca dikkat edilmesi gereken önemli bir etmendir. Öte yandan erken kür süresinde çimento dolgunun pH'ını arttırabilir fakat uzun kür süresinde dolgunun pH'ı, asit oluşumuna ve erozyon meyilli olan baraj aktıkları ile düşürebilir. Bu ise dolgunun yapısal özelliklerini önemli bir şekilde bozar ve yenilmeye yol açar. Ayrıca, dolgunun kür süresi arttıkça sorumlu su içeriği ve boşluk oranı aynı ölçüde azalır, fakat özgül yüzey alan arttığından dolgunun dayananımı da artar.
Özet (Çeviri)
Diverse waste managements including cementitious paste backfill (CPB) are currently in use to properly dispose of hazardous process tailings. Tailings produced as a result of different chemical additives and methods during ore processing have harmful effects on the environment if no precautions are taken, so they should be explored in detail. This thesis research has been handled in three different stages. In the first step, the quality of paste backfills having low (4.9) and high (10.8) pH pyritic tailings was investigated. Significant savings are targeted by employing fly-ash (FA) and blast-furnace-slag (GBFS) in diverse substitution ratios rather than expensive Portland cement (OPC) used in the fill. The strength and structural properties of fill with a constant solids content of 72% and diverse OPC/GBFS-FA rates (i.e., 90/10, 70/30, and 50/50) were investigated through various lab experiments. From the outcomes. it was observed that fills covering 50% FA and acidic tailings had the lowest strength gaining. Irrespective of the type of tailings, one can interpret that BFS reinforced fill provides higher strength than FA reinforced backfill due to better pozzolanic properties and grain shape. Besides, the backfills made from basic tailings provided the highest strength. Cement hydration is immediately affected by acidic tailings pH and hence the performance of filling may be adversely affected. In the second step, physico-chemical properties and pore structure of CPB produced from dam tailings were investigated. Fills having 76% solids and 5% cement dosage were produced and exposed to 56 days of curing time. Later, the strength (UCS), geochemical (oxidation-reduction potential, pH, and electrical conductivity), and pore structure (TGA, XRD, and SEM) of fill were determined by many experiments. The results proved that, unlike others, there was a noticeable reduction in sulfur-rich tailings backfills' strength. The main reason behind the loss of strength can be clarified by the hydration materials resulting from the interaction of process and dam tailings with cement. From the analyses made, it was witnessed that backfill's pH amplified up to 14-day of curing and declined to 56-day of curing time attributable to acid formation and erosion. This is a cogent reason for the deterioration of the physicochemical and microstructural characteristics of filling. In the third stage, the basic strength and geotechnical properties of paste backfills created from dam tailings were investigated in detail. Fills prepared with fixed solid (72%) and cement (5%) contents were subjected to cure times shifting from 3- to 56-day, and then the quality and behavior of backfilling were examined with some experiments. The outcomes exhibited that strength augmented with time, except for 56-day cured fills with high pyrite content. The reason for the fluctuations observed in falling strength was due to basic tailings in the medium causing rapid cement hydration. The hydration products are completely filled between the cause and fine fractionated tailings grains. and the compact fill formed gives high strength. Since the high sulfate amount will decrease fill's pH, it is a critical aspect to be considered in fill's strength analysis. On other hand, during early curing age, cement may increase fill's pH, but during longer curing age, the fill's pH may be lowered by dam tailings, which are prone to acid formation and erosion. This pointedly worsens the structural properties of fill and leads to failure. In addition, as the curing age of fill rises, the ensuing water content/void ratio decreases to the same extent, but fill's strength increases as the specific surface area increases.
Benzer Tezler
- Yüksek mıknatıslanma doygunluğuna sahip nikel katkılı manganez ferrit tozlarının çözelti yanma sentezi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of nickel doped manganese ferrite powders with high saturation magnetization by solution combustion synthesis
GAMZE DURMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. M. ŞEREF SÖNMEZ
- Effect of double emulsion technique and utilization of buttermilk powder as emulsifier on ice cream quality
İkili emülsiyon tekniği ve emülgatör olarak yayıkaltı tozu kullanımının dondurma kalitesi üzerine etkileri
ECE ÇELEBİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Gıda MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ TOPCU
PROF. DR. HAMDİ BARBAROS ÖZER
- Metal infiltre edilmiş mikro poroz karbon kompozitlerin aşınma ve sürtünme davranışının karakterizasyonu
Başlık çevirisi yok
GÜLTEKİN GÖLLER
Doktora
Türkçe
1997
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN TEKİN
- Investigation of effects of microstructural and surface properties of ultrafiltration / nanofiltration ceramic membranes on their performance
Ultrafiltrasyon / nanofiltrasyon seramik membranların mikroyapısal ve yüzeysel özelliklerinin performansları üzerine etkilerinin incelenmesi
İLKER ERDEM
Doktora
İngilizce
2009
Gıda Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHSİN ÇİFTÇİOĞLU
- İnkübasyon sonrası soğutma koşullarının yoğurt pıhtısı üzerine etkilerinin belirlenmesi
Determination of the effect of cooling conditions after incubation on yoghurt gel
AYSUN ORAÇ
Doktora
Türkçe
2018
Gıda MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİHAT AKIN