Enerji tüketimi ve emisyonların düşürülmesi amacıyla çimento üretiminde mineral katkıların kullanımının optimizasyonu
Optimization of the use of mineral additives in cement production for reduce to energy comsumption and emissions
- Tez No: 942070
- Danışmanlar: PROF. DR. HASAN ERGİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Maden Mühendisliği ve Madencilik, Mining Engineering and Mining
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Maden Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 113
Özet
Dünya üzerindeki enerji tüketimi her geçen gün önemli ölçüde artmaktadır. Bunun başlıca nedenleri Dünya nüfusundaki artış ve hızlı ekonomik gelişmelerdir. Günden güne doğal kaynaklar azalmakta, hava ve çevre kirliliği sorun olmaktadır. İşte bu noktada enerjinin yoğun olarak tüketildiği çimento sektöründe yapay ve endüstriyel atıkların kullanılması önem kazanmaktadır. Atıkların kullanılması ile çimento içindeki klinker kullanımı azalmakta ve bu sayede klinkerin pişmesi için harcanan enerji ve üretim sırasında açığa çıkan emisyonların miktarı azalmaktadır. Katkılı çimento üretiminde kullanılan mineral katkılargenellikle puzolanik malzemelerdir.Çimento endüstrisinde katkı maddesi olarak kullanılmakta olan puzolanik malzemelerden uçucu kül ve yüksek fırın cürufu ülkemizde çok miktarda bulunmaktadır. Bunların yanında tras, silis dumanı, metakaolin, kalker gibi çeşitli mineral malzemelerin kullanılması da söz konusudur. Tez kapsamında, yüksek fırın cürufu, uçucu kül, kalker ve zeolit ile seramik fabrikalarında hatalı ürün olarak oluşan granit, yer karosu ve duvar karosu kırıkları mineral katkı olarak kullanılarak çimentodaki klinker miktarının azaltılması amaçlanmaktadır. Deneysel çalışmalarda ilk önce, yer ve duvar karosu ile granit kırıkları çeneli kırıcıda kırılmış ve elek analizi yapılmıştır. Elek analizinde seramik atıkları 5 boyut grubuna (+5,6 mm, -5,6+2,0 mm, -2,0+1,0 mm, -1,0+0,5 mm, -0,5 mm) ayrılmıştır.Elek analizinden yer ve duvar karosu ile granit kırıklarının en çok -5,6+2,0 mm tane boyut aralığında bulunduğu gözlenmiştir. İkinci aşamada, yer ve duvar karosu ile granit kırıklarının öğünebilirlikleri incelenmiştir. Duvar karosu diğer iki malzemeye göre kolay öğütülen bir malzeme olduğundanbilyalı değirmende 30 dakika öğütüldüğünde arzu edilen d50 boyutuna (ortalama tane boyutu)ulaşmakta, yer karosunu 50 dakika, graniti 55 dakika öğütmek gerekmektedir.Üçüncü aşamada, literatür araştırması yapılarak çimento numunelerine ilave edilebilecek maksimum katkı içerikleri tespit edilmiştir. Buna göre ilk etapta hazırlanan 9 çimento numunesinin içeriği;klinker, klinkerin % 5-10-15 oranında yer karosu, duvar karosu ve granit kırıkları ile % 5 alçıtaşı şeklinde olmuştur. Ayrıca ilave edilecek katkıların etkilerini belirlemek amacıyla referans olarak, %95 klinker, % 5 alçıtaşı içeren Portland çimentosu (K) hazırlanmıştır.Daha sonra bu çimentoların standartlarda belirtilen mekanik (erken ve standart dayanım), fiziksel (priz süresi, genleşme, incelik) ve kimyasal özelliklerinin(kimyasal analiz, kızdırma kaybı) incelenmesi amacıyla çeşitli deneyler yapılmıştır. Deneyler sonucunda dokuz numunenin hepsinde priz sürelerininartış gösterdiği, kimyasal analiz sonuçlarının standart değerler içinde olduğu, genleşme sorunu yaşanmadığı gözlemlenmiştir.xviii Duvar ve yer karosu ile granit kırıkları katkılı 9 adet çimento numunesinin erken ve standart dayanım değerlerine bakıldığında K'ye göre artış gösteren tek numune % 5 yer karosu katkılı çimento (Y5) olmuştur. Bu nedenle çalışmanın bir sonraki safhasında çimentoya yüksek fırın cürufu, uçucu kül ve kalkerin ilave edileceği kombinasyonlarda% 5 yer karosu ilavesine karar verilmiştir. Daha önce yapılan çalışmalar incelendiğinde en iyi basınç dayanımı veren oranlarınyüksek fırın cürufu için %20, uçucu kül için % 20, kalker için % 5 olduğu görülmüştür. Bu değerlerden yola çıkarak yer karosu kırığı ile bu üç maddenin birlikte dayanıma etkisini görmek amacıyla değişik beş kombinasyon daha yapılmıştır. Yeni beş kombinasyonun hepsinde yer karosu kırığı ile kalker klinkerin % 5'i olacak şekilde sabit tutulmuş ve alçıtaşı yine % 5 olarak alınmıştır. İlk olarak yüksek fırın cürufu ve uçucu kül klinkerin % 20'si olarak iki ayrı katkılı çimento (Y5C20, Y5U20) hazırlanmıştır. Üçüncü çimentoda ise klinkerin % 20'si kadar yüksek fırın cürufu ve yine klinkerin % 20'si kadar uçucu kül birlikte kullanılarak Y5C20U20 kodu verilen katkılı çimento hazırlanmıştır. Bu üç çimento numunesinin erken ve standart dayanım değerleri oldukça düşük olduğu saptanınca hazırlanacak diğer iki çimento numunesinde (Y5C10U10, Y5C5U5) yüksek fırın cürufu ve uçucu kül miktarları azaltılarak klinkerin %10 ve % 5'i oranında alınmıştır. Son iki katkılı çimento numunesinin erken ve standart dayanım değerlerinin, yüksek fırın cürufu ve uçucu külün miktarının azalmasıyla, artış gösterdiği fakat K'nin 2, 7 28 ve 90 günlük dayanım değerine yine de ulaşamadığı belirlenmiştir. Yüksek fırın cürufu ve uçucu külün yer karosu kırığı ile kombinasyonunun erken ve geç dayanımda olumsuz sonuçlar verdiğinin anlaşılmasından sonra yeni bir malzeme olarak yüksek miktarda SiO2 ve Al2O3 içeren zeolitin çimentoda kullanımı araştırılmıştır. Yapılan araştırmalar sonucunda zeolitin çimento ağırlığının % 15'i kadar ilavesinde geç dayanımda artış sağladığı tespit edilmiştir. Buradan yola çıkarak deneylerde iri ve kırılmış taneler içeren iki tür zeolit kullanılarak, klinkerin % 10 ve % 20'si oranında zeolit içeren katkılı çimentolar (Z1-10, Z1-20, Z2-10, Z2-20) hazırlanmıştır. Bu dört çimento numunesinin basınç değerlerinin sonuçları zeolitin geç dayanımda artış sağladığını göstermiştir. Sadece Z2-10 kodlu numunenin 28 günlük dayanımında bir artış olmuştur. Bu nedenle çalışmanın bir sonraki aşamasında, yer karosu kırığı ile zeolitin kombinasyonu için Z2-10 kodlu numune baz alınmıştır. Son numune içeriği; klinker, klinkerin %5'i kadar yer karosu, % 10'u kadar ufalanmış taneler içeren zeolit ve alçıtaşından oluşmuştur. Fakat yer karosunun zeolitle de uyumlu bir malzeme olmadığı deney sonuçlarından anlaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
Due to the increase in world population and rapid economic development, energy consumption is increasing significantly with each passing day. Natural resources are decreasing day-by-day, air and environmental pollution is a major problem. At this point, energy intensive cement industry is important to the use of artificial and industrial waste.The use of waste is reduced using clinker in the cement.It is generally that the production of cement clinker is expensive and has adverse ecological effects. CO2, NOx and SOx are among the hazardous emissions generated in relatively high volumes by the conventional Portland cement process. In contrary, blended cements meet the challenges of modern society by incorporating different industrial by-products and waste, thus partly replacing clinker and increasing conserving energy. In this way, blended cements contribute to the reduction of carbon dioxide and other emissions during clinker firing. From economical point of view, used industrial by-products and waste materials would otherwise be transported to landfill sites. Portland cement clinker production consumes large amounts of energy (850 kcal per kg of clinker) a considerable environmental impact. This involves massive quarriying for raw materials (limestone, clay, etc.), as it takes 1,7 tonnes to produce 1 tonne of clinker, as well as the emission of greenhouse and other gases (CO2, NOx and SOx) into the atmosphere. Around 850 kg of CO2 are emitted per tonne of clinker produced. Portland cement is the most widely produced cement worldwide, but in recent years;production of blended cements is increased. The combination of mineral admixtures has emerged to improve cement properties such as early strenght and standard strength, durability. Mineral additives used in the production of blended cement are generally pozzolanic materials. Pozzolanic materials used in the cement industry as an additive, fly ash and blast furnace slag has a large amount of in Turkey. In addition, tras, silica fume, limestone is used as an additive in blended cements. The aim if this thesis is to reduce the amount of clinker in cement bu using blast furnace slag, fly ash, limestone, zeolite, and floor and wall tiles, granite fractures that are accepted as faulty products in ceramic plants as a mineral additive. In experimental studies, at first, floor and wall tiles, granite fractures broken by jaw crusher, and sieve analysis were performed. Sieve analysis of ceramic wastes are divided into five size groups (+5,6 mm, -5,6+2,0 mm, -2,0+1,0 mm, -1,0+0,5 mm, - 0,5 mm). Sieve analysis of wall tile and floor tile, and granite fractures were observed to be the most -5,6 + 2,0 mm particle size range.xx In the second stage, average particle size of floor tile and wall tile, granite fractures mill output close to the value how much time grinding neededin ball mill investigated by trial and error.Wall tile is a material softer than the other two materials, therefore, first milled in ball mill for 30 minutes. At the end of this time, the average particle size (d50) of wall tile was 15,61 µm. Such as wall tile, floor tile fracture initially for 30 minutes, but average particle size is found 22,40 µm, decided grinding of an additional 20 minutes.Thus, average particle size at the end of a total of 50 minutes grinding are obtained 17,49 µm. Granite fractureis a harder material, instead of 30 minutes, 45 minutes ground. However, average particle size found to be 21,52 µm. grinded for 10 minutes, average particle size was 15,76 µm. The third stage, literature search was conducted, and additive content of cement samples were determined. At first, it was decided to prepare for nine cement samples. This cement content was as follows: Clinker, floor and wall tiles, granite fractures 5 – 10 - 15 % of clinker, and 5 % gypsum. In addition, in order to refer to 95 % clinker, 5 % gypsum containing Portland cement (K) was prepared. Then, these nine cement mechanical (early and standard strength), physical (setting time, expansion, and fineness) and chemical tests (chemical analysis, ignition loss, insoluble residue) were made to determine the properties in accordance with standards. Result of experiments, each of the nine samples increase the setting time, the chemical analysis results in values that standard, expansion was observed not experienced the problem. Cement samples with ceramic wastes were analyzed as early strength and standard strength values, and all day strength values increased according to K, whichwas only 5 % floor tile fracture cement (Y5).For this reason, a subsequent of study, the preparation of blended cement combinations, together with blast furnace slag, fly ash and limestone decided addition of Y5. Previous studies that examined the rates of the best strength values were found to be 20 % for blast furnace slag, 20 % for fly ash, and 5 % for limestone in blended cements. Based on these values, floor tiles in order to see the effect of the strength these three materials together in different combinations were made five. In each of the five new combination, floor tile fracture and limestone taken up to 5 % by weight of klinker, gypsum is taken 5 %. First, two different blended cement (Y5C20, Y5U20) were prepared to containing 20 % weight of clinker fly ash and blast furnace slag.Y5C20U20 called third cement content were as follows: 45 % clinker, 20 % blast furnace slag by weight of clinker, 20 % fly ash by weight of clinker, 5 % floor tile fracture, 5 % limestone, 5 % gypsum. Early strength and standard strength values of these three cement samples were too low. Floor tile fracture, limestone and gypsum in cement ratio was kept constant, the percentages of blast furnace slag and fly ash respectively 10 % and 5 % of two cement samples (Y5C10U10, Y5C5U5) were prepared.Inversely proportionalto reduction the amount of blast furnace slag and fly ashin Y5C10U10 and Y5C5U5, increased strength values, but stil cannot reach the determined strength values of K.xxi Floor tile fracture in combination with blast furnace slag and fly ash, the results of strength after giving negative value, as a new material the zeolite, which contains SiO2 and Al2O3 in high contentrations, was investigated at cement technology. As a - result of literature research, increase in value of strength was realized that with addition of zeolite 15 % by weight of clinker. Thus, four blended cements (Z1-10, Z1-20, Z2-10, Z2-20) that contain zeolite 10 % and 20 % by weight of clinker were prepared. According to the four cement samples of compressive strength values, zeolite leads to increase in 90 days strength values. In addition, just in the value of 28-days strength of Z2-10 coded sample was increased. Therefore, the next phase of the study, combination of zeolite with floor tile fracture is based on Z2-10 coded samples. When the evaluation of all experiments performed, was decided to make a final mixture. The last sample to the contents were as follows: 80 % clinker, 5 % floor tile fracture by weigh of clinker, 10 % zeolite by weigh of clinker, and 5 % gypsum. However, the results of the experiment revealed that floor tile fracture is not a material that compatible with zeolite.
Benzer Tezler
- Enerji tüketimi ve emisyonların düşürülmesi amacıyla çimento üretiminde mineral katkıların kullanımının optimizasyonu
Optimization of the use of mineral additives in cement production for reduce to energy comsumption and emissions
MELİS TOKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN ERGİN
- Increasing efficiency and reducing pollutants in cement industry by thermodynamic and exergoeconomic methods
Termodinamik ve eksergoekonomik yöntemlerle çimento endüstrisinde verimliliğin arttırılması ve emisyonların düşürülmesi
ADEM ATMACA
Doktora
İngilizce
2014
EnerjiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RECEP YUMRUTAŞ
- Implementing district-level retrofit strategies by utilizing the building information modelling-based modelling on a case study
Bir vaka analizi üzerinden bilgisayar destekli bina bilgi modellemesi kullanarak bölgesel düzeyde yeniden yapılandırma stratejilerinin uygulanması
HANIYEH KAMANEH AZARI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. HATİCE SÖZER
- Atık zeytinden ultrasonik yöntem ile üretilen biyodizelin bir dizel motorda performans ve yanma karakteristikleri üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of biodiesel produced from waste olive by ultrasonic method on performance and combustion characteristics of a diesel engine
HÜSEYİN SÖYLER
Doktora
Türkçe
2023
EnerjiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENK SAYIN
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA KEMAL BALKİ
- Hydrogen fuel cell integration in aviation: Conceptual design of a CS-23 category aircraft
Havacılıkta hidrojen yakıt hücresi entegrasyonu: CS-23 kategorisindeki bir uçağın kavramsal tasarımı
CANER İLHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET SUHA YAZICI