Alüminyum cürufundan kaynaklanan gaz potansiyelinin araştırılması
Investigation of gas potential originating from aluminum dross
- Tez No: 981025
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEDAT SÜRDEM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Alüminyum üretimi sonucu oluşan cüruflar, önemli miktarda metalik alüminyumun yanı sıra çevreye zararlı tuzlar da içerir. Bu atıkların yıkanarak tuzlardan arındırılması, yalnızca çevre kirliliğini azaltmakla kalmaz, aynı zamanda malzeme geri kazanımı yoluyla ekonomiye de katkı sağlar. Bu nedenle, Al cürufunun çevre dostu bir şekilde işlenmesi hem doğal kaynakların korunması hem de sürdürülebilir bir geri dönüşüm süreci için kritik öneme sahiptir. Bu tez çalışmasında bu motivasyonla, alüminyum cürufunun suyla reaksiyonu sırasında açığa çıkan gazlardan enerji elde etme potansiyeli araştırılmıştır. Toz halinde temin edilen cüruf atıklarının su ile etkileşimi öncesinde ve sonrasında kimyasal bileşimini belirlemek amacıyla X-ışını kırınımı (XRD) ve X-ışını floresans spektroskopisi (XRF) analizleri gerçekleştirilmiştir. Reaksiyon öncesi ana fazlar Al metalik, AlN, Al4C3, CaAl2O4 ve Ca12Al14O33 iken, reaksiyon sonrası Al(OH)3, Ca(OH)2 ve Fe(OH)3 fazları oluşmuştur. Cüruf-su etkileşiminde farklı parametreler (sıcaklık: 35-40-50°C, kireçtaşı: ağırlıkça %10-20-30, su/cüruf: 1:1 ve 2:1) altında sistematik testler yapılmıştır. Kinetik analiz sonuçları, reaksiyonun birinci derece kinetiğe uyduğunu (R²>0,94) ve dikkat çekici şekilde negatif aktivasyon enerjisine (-20 kJ/mol) sahip olduğunu göstermiştir. Bu negatif değer, CaAl2O4 fazının ekzotermik hidratasyonunun ön-denge etkisi ile açıklanmıştır. GC-MS analizi ile gaz bileşimi belirlenmiş ve %57,3 N2, %42,6 CH4 ve %0,026 CO2 gazları tespit edilmiştir. Bu sonuçlar, cüruf içindeki Al, AlN ve Al4C3 bileşiklerinin hidrolizi ile açıklanmıştır. Endüstriyel dedektör ölçümleri ile H2 (0,3-0,8 ppm), NH3 (>100 ppm), CO (202-365 ppm) ve diğer gazlar tespit edilmiştir. Optimizasyon çalışmaları sonucunda, gaz üretimi için optimum koşullar 35°C sıcaklık, katalizörsüz ortam ve 1:1 su oranı olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda 1230 mL maksimum gaz hacmi ve 0,004498 dk⁻¹ hız sabiti elde edilmiştir. Çalışmada 3 farklı parametre tanımlanmış ve XRD, XRF, GC-MS, endüstriyel dedektör analizleri ile desteklenmiştir. Üretilen gaz karışımının net ısıl değeri 3 461 kkal/m3 olup, metan doğal gaz alternatifi, azot inert atmosfer uygulamaları, hidrojen temiz enerji için değerli hammaddeler sunmaktadır. Bulgular, alüminyum cüruf atığının çoklu gaz üretimi yoluyla sürdürülebilir enerji kaynağı olarak ekonomik potansiyele sahip olduğunu ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
Aluminum production slags contain metallic aluminum and harmful salts. Washing them removes salts, reduces pollution, and supports economic recovery. Thus, eco-friendly slag processing is vital for conserving resources and ensuring sustainable recycling. Motivated by this, this study investigated the energy recovery potential from gases released during the reaction of aluminum slag with water. To determine the chemical composition of the slag wastes supplied in powder form before and after interaction with water, X-ray diffraction (XRD) and X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) analyses were performed. The main phases before the reaction were metallic Al, AlN, Al4C3, CaAl2O4, and Ca₁₂Al₁₄O₃₃, while after the reaction, Al(OH)3, Ca(OH)2, and Fe(OH)3 phases were formed. Systematic tests were conducted under different parameters (temperature: 35–40–50°C, limestone: 10–20–30 wt%, water/slag ratio: 1:1 and 2:1) in the slag–water interaction. The kinetic analysis results showed that the reaction followed first-order kinetics (R²>0.94) and, remarkably, had a negative activation energy (-20 kJ/mol). This negative value was explained by the pre-equilibrium effect of the exothermic hydration of the CaAl2O4 phase. The gas composition was determined by GC-MS analysis, and 57.3% N2, 42.6% CH4, and 0.026% CO2 gases were detected. These results were explained by the hydrolysis of Al, AlN, and Al4C3 compounds within the slag. Industrial detector measurements identified H2 (0.3–0.8 ppm), NH3 (>100 ppm), CO (202–365 ppm), and other gases. As a result of optimization studies, the optimum conditions for gas production were determined as 35°C temperature, a catalyst-free environment, and a 1:1 water ratio. Under these conditions, a maximum gas volume of 1230 mL and a rate constant of 0.004498 min-1 were obtained. In the study, three different parameters were defined and supported by XRD, XRF, GC-MS, and industrial detector analyses. The net calorific value of the produced gas mixture was approximately 3 461 kcal/m3, providing valuable raw materials for methane as a natural gas alternative, nitrogen for inert atmosphere applications, and hydrogen for clean energy. The findings revealed that aluminum slag waste has economic potential as a sustainable energy source through multi-gas production.
Benzer Tezler
- Preliminary studies in the production of FeV from fuel oil slag formed in power plants
Fuel oil termik santral cürufundan FeV üretimi ön çalışmaları
GÜNEŞ YAKUPOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Metalurji MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERSAN KALAFATOĞLU
YRD. DOÇ. DR. SEVAL GENÇ
- Solid-state synthesis of Li4SiO4 using different kind steel slags as SiO2 source
SiO2 kaynağı olarak farklı türde çelik curufları kullanarak Li4SiO4'ün katı hâl sentezi
FATİH KUTAY METE
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONURALP YÜCEL
- Alüminyum siyah curuflarındaki alüminyumun ve bileşiklerinin hidro ve pirometalurjik yöntemler ile geri kazanılması
Recovery of aluminium and its compounds with hydro and pyrometalurgical methods from aluminium black dross
OSMAN HALİL ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONURALP YÜCEL
- İkincil alüminyum cürufunun çimento ve beton üretiminde değerlendirilmesi
Evaluation of secondary aluminium dross in cement and concrete production
GÖKHAN ÇİL
Doktora
Türkçe
2023
Seramik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENAN YILDIZ
- Birincil ve ikincil hammaddelerden yapı kimyasallarında kullanılmak üzere jeopolimer üretimi
Geopolymer production from primary and secondary raw materials for use in construction chemicals
MELTEM İPEKÇİ TERZİOĞLU
Doktora
Türkçe
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ ŞAHİN