Çimento - Dicle Eser Yapı

Transkript

1
BÖLÜM 1. GENEL BİLGİLER
1. 1. Çimentonun Tanımı ve Tarihçesi
Çimento, başlıca silisyum, kalsiyum, alüminyum ve demir oksitleri içeren
hammaddelerin sinterleşme derecelerine kadar pişirilmesi ile elde edilen yarı mamul
madde olan klinkerin, tek veya daha fazla katkı maddesi katılarak öğütülmesi ile
üretilen hidrolik bağlayıcı maddelere denir.
Genel anlamda ise havada ve suda sertleşen bağlayıcı özellikte maddelerdir.
Sertleştikten sonra suya karşı dayanıklı olup, esas kısmı silisyum, kalsiyum, alüminyum
ve demir oksitlerin bileşiklerinden meydana gelerek dayanım ve hacim sabitliği
bakımından belirtilmiş normlara uygun değerlerdedir.
Kelime olarak ise çimentonun Türkçe’ye İtalyanca’daki bağlamak veya bağ anlamına
gelen “çimento” kelimesinden geldiği tahmin edilmektedir.
Çeşitli agregaları birbirine bağlayarak belirli bir süre sonunda masif bir kütle oluşturan
malzemelere bağlayıcı malzeme denir. Bağlayıcıların biçimlendirilmesini sağlayan süre
içinde kimyasal reaksiyon sonunda yeni bir bileşim meydana gelerek çözücü maddenin
ortamdan ayrılması veya sıcaklık değişimi ile faz değiştirilmesi sonucunda bir kitle
oluşur. Su ile karıştırıldıklarında havada veya su altında sertleşebilen ve sertleştikten
sonra suda çözünmeyen bağlayıcı maddelere de hidrolik bağlayıcı denir. Çimento, kireç
ve alçı birer hidrolik bağlayıcıdır. %65-85 CaCO3 (kalker) içeren killi kalkerlerin
sinterleşme derecesinin altında pişirilerek söndürülüp ince öğütülmesi ile elde edilen
hidrolik kireçler (su kireçleri) alçı ve kirece göre daha çok hidrolik bağlayıcı
özelliktedir. Eskiden su ile temasta olmayan yerlerde harç, genellikle kum, su ve kireç
karıştırılarak su teması olan yerlerde ise kireç harcı dayanıklı olmadığından kireç
harcına doğal puzolanlar (puzolanik topraklar santorin toprağı, thera toprağı, tras vs.)
gibi hidrolik aktiviteli maddeler katılarak veya kireç kullanılarak yapılırdı. Çimentolar
üretim esnasında kullanılan hammaddelerin bileşim, nitelik ve uygulanan teknoloji ile
pişme durumları ve katkı maddelerine göre kendilerine has özellikleri olan çeşitli
gruplara ayrılırlar. Bunların büyük bir kısmı özel belirli amaçlar için üretilmektedirler
ve Portland çimentosuna kıyasla üretimleri çok azdır.
Klinker kimyasal bakımdan; Trikalsiyum silikat (Alit) kısaca C3S, dikalsiyum silikat
(Belit) kısaca C2S, trikalsiyum alüminat kısaca C3A ve tetra kalsiyum alüminoferrit
kısaca C3AF’den ibarettir. Bu bileşenlerden her biri çimentoya özel nitelikler verdiği
gibi klinker içerisinde miktarları da çimentonun cins ve tipini oluşturur.
1776 yılında, İngiltere’de, parlamento tarafından, Cornwall sahiline yakın olan
Eddystone deniz fenerinin tekrar inşasıyla görevlendirilen bir İngiliz mühendisi olan
John Smeaton bir çok fırtınaya dayanmaya gereken bir yapı için bir miktar kireç ve
puzolanik malzeme ile deneysel çalışmalar yaptı. Her iki maddeyi tuzlu su içinde
deneyen Smeaton’un en önemli buluşu, yumuşak, saf olmayan kalker ve killi
materyallerden oluşan iyi kaliteli hidrolik çimento idi. Smeaton’dan 40 yıl sonra
İngiltere’de Joseph Parker kaliteli hidrolik çimento elde etmede kullanılacak kalker
modülleri veya “Septeria”yı keşfetti.
2
1802 yılı Fransa’da çimento sanayiinin başlangıcı olarak bilinir. Septeriayı oluşturan
kalker modüllerinden çimento yapıldı. 1810 yılında İngiltere Sontwick’te Edgar Dobbs
kalker ve kilden bir çimento imal etti. 1813 yılında Fransa’da Vicat adlı bir araştırmacı,
buna paralel olarak 1882 yılında İngiltere’de James Frost kalker ve kil dışındaki
materyallerden çimento imal ettiler. Bu arada Le Chatelier, G. A. Rankin ve F. E.
Wright gibi araştırmacıların katkıları da büyük olmuştur.
Daha sonraki ilerlemeler doğal çimentoyu doğurdu. 1850 yılında David O. Saylor
Pennsylvania’da Coplay yakınlarında yakıldığı zaman çimentonun materyalini oluşturan
çimento kayacını keşfetti. Doğal çimentonun kompozisyonu taş ocağından çıkan
kayaçların kompozisyona bağlıydı. Kayaçlar eski kireç ocaklarında yakıldığı gibi
ocakta da ocakta da yakılır ve daha sonar da nihai ürün elde edilir. Bu doğal çimento
ABD ve diğer bazı ülkelerde yapılmaktadır. Doğal çimento Portland çimentosunda
zayıf fakat hidrolik kireçten daha dayanıklıdır.
Çimentonun tarih içerisindeki gelişim sürecinde en önemli nokta ise portland
çimentosunun bulunması ve kullanılmaya başlanmasıdır. Bir İngiliz inşaatçısı olan
Joseph Aspdin’e portland çimentosunun bulucusu olarak bakılmaktadır. J. Aspdin’in
belirttiği çimento tipi o zamana kadar yapılan çimentoların hepsinden daha kaliteli
olmakla birlikte, bugünkü portland çimentoları ile kıyaslanabilecek durumda değildi.
Portland çimentosunun imalatı ile ilgili ilk çalışmalar İngiltere’de Swanscombe’da 1825
yılında başlamıştır. İlk portland çimentosu fabrikası ise İngiltere dışında 1865 yılında
Belçika ve Almanya’da kurulmuştur. Portland çimentosunun ilk gerçek imalatı ise 1871
yılında ABD’de David O. Saylor tarafından yapılmıştır. Saylor en iyi ürünü yüksek bir
sıcaklıkta kayacı klinker şekline dönüştürmekle elde etmiştir.
Çimentonun gelişmesini anlatırken ABD’deki ilk çimento fabrikalarından da bahsetmek
gerekir. Eagle Cement Co. Diye bilinen bir şirket Michigan’da Kalamazoo yakınlarında
1872 yılında bir çimento fabrikası kurmuştur. Bu şirket 1882 yılında, çimentonun
varilini 4 $’dan satmasına rağmen maliyetinin yüksek olması nedeniyle kapanmıştır.
1875 yılında Pennsylvania’da Wampum’da, kalker ve kilden çimento yapan küçük bir
fabrikaya çalışmaya başlamış, 1877 yılında Indiana’da Thomas Miller marn ve kilden
oluşan hammadde ile çimento imal eden bir fabrikayı faaliyete sokmuştur. ABD’de
1881 yılından önce 6 çimento fabrikası üretime geçmiş olup bunlardan yalnız ikisi
başarılı olmuştur. 1890 yıllarında ise ABD’de 17 fabrika, 1953 yılında 156 fabrika
üretim yapmıştır. 1980 yılında ise, 160 milyon ton/yıl üretim kapasitesine ulaşılmıştır.
Çimentonun gelişmesi ve ekonomik öneminin artması portland çimentosunun ve
betonun en önemli ve temel inşaat malzemesi olarak bilinmesinden sonra anlaşılarak
hızlanmıştır. Betonun yerini alabilecek nitelikte kolay ve ucuz kullanımlı malzeme
henüz bulunamamıştır. Görünen o ki daha uzun yıllar çimentonun önemi devam
edecektir. [1]
3
1. 2. Sektörün Tanımı ve Sınıflandırılması
Su ile tepkimesinde sertleşerek etrafındaki maddeleri birbirine yapıştırma özelliğine
sahip malzemelere "Hidrolik Bağlayıcı" adı verilmektedir. Çimento; hava ile suda
sertleşen ve sertleştikten sonrada suda çözünmeyen hidrolik bağlayıcı bir maddedir.
Çimento uluslararası standart sanayi tasnifinde (ISIC) 309 ana grup ve 3692 kod
numarası ile sanayide kullanılan esas kimyasal maddeler grubunda yeralmaktadır
Çimento sektörü; başlıca Silisyum (Si), Alüminyum (Al), Kalsiyum (Ca) ve
Demiroksitler (Fe2O3) içeren hammaddelerin, teknolojik yöntemlerle sinterleşme
derecesine kadar pişirilmesi ile elde edilen yarı mamul madde klinkerin tek veya daha
fazla katkı maddesi ile ögütülmesi yoluyla üretilen hidrolik bağlayıcıları içeren bir
sektördür.
Çimento sektörü kapsamına giren ürünlerin tanım ve sınıflamaları aşağıda verilmiştir.
1. 2. 1. Portland Çimentosu ve Katkılı Portland Çimentosu (TS 19)
Portland çimento klinkerinin alçıtaşı ile % 10'a kadar herhangi bir doğal yada yapay
puzolanik madde ile birlikte öğütülmesi sonucu elde edilen bir hidrolik bağlayıcıdır.
1. 2. 2. Yüksek Fırın Cüruf Çimentoları (TS 20)
Ani soğutma ile granüle haline getirilmiş bazik yüksek fırın cürufuyla portland çimento
klinkeri ve alçıtaşının belirli oranlarda karıştırılarak öğütülmesi sonucu elde edilen
hidrolik bağlayıcıdır.
1. 2. 3. Tras Çimentosu (TS 26)
Ağırlıkça %20 – 40 kısım kurutulup öğütülmüş tras ve portland çimento klinkerinin bir
miktar alçıtaşı ile birlikte öğütülmesinden oluşan hidrolik bağlayıcıdır.
1. 2. 4. Beyaz Portland Çimento (TS 21)
Kireçtaşı ile pişirildiğinde beyaz olan kaolen yada profillit ile bir miktar alçıtaşının
birlikte öğütülmesi sonucu oluşan hidrolik bağlayıcıdır.
4
1. 2. 5. Harç Çimentosu (TS 22)
En az % 40 portland çimentosu klinkeri ile çözünmeyen kalıntı miktarı en çok % 50
olacak şekilde doğal puzzolanlar ve uçucu kül gibi çeşitli maddelerin bir miktar alçıtaşı
ile birlikte öğütülmesi sonucu elde edilen hidrolik bağlayıcıdır.
1. 2. 6. Sülfatlı Cüruf Çimentosu (TS 809)
Alüminyum içeriği fazla olan yüksek fırın cürufunu % 80, portland çimentosu klinkerini
% 5 ve alçıtaşını da % 15 oranlarında içerir.
Ayrıca uçucu küllü çimento (TS 640) ve erken dayanımı yüksek çimentolar da sektör
kapsamına giren ürünlerdir.
5
BÖLÜM 2. ÇİMENTO SANAYİİNDE KULLANILAN HAMMADDELER
2. 1. Kalker
2. 1. 1. Tanımı
Kalker; kimyasal bileşiminde %90’a kadar kalsiyum karbonat bulunan kayaçlara denir.
Türk Dil Kurumu kalker terimi yerine “kireç taşı” teriminin kullanılmasını kabul etmiş
olup, kireç taşı terimi yalnız kireç yapmaya uygun kayaç anamı taşımasına rağmen
kimyasal bileşiminde %90’a kadar kalsiyum karbonat, minerolojik bileşiminde de
%90’a kadar kalsit içeren kayaçlar için de kireç taşı kelimesi kullanılmaktadır.
Kalkerin minerolojik incelenmesinde saf halde kalsit ve çok az da aragonit
kristallerinden oluştuğu görülür. Kalsit ve aragonit, kalsiyum karbonatın iki değişik
kristal şekli olup, kimyasal bileşimleri teorik olarak %56 CaO ve %44 CO2’dir. Fakat
hiçbir zaman doğada teorik bileşiminde hesaplandığı gibi bulunmaz. Bugüne kadar
kalsit olarak bulunan kalkerin (kalsiyum karbonat) saf hali İzlanda spatı olup, kimyasal
bileşimi %55.28 CaO ve %43.73 CO2 olarak analizlerle saptanmıştır. Kalker asitle
muamele edildiğinde köpürerek erir ve CO2 açığa çıkarır. Bu yol en kolay ve basit
olarak diğer kayaçlardan ayırt edilmesi ve tanınmasına yarar. Kalker tamamı ile (çoğu
kez) kalsit kristal ve kristalciklerinin ard arda ve yan yana dizilip sıralanmasından
oluşmuştur. Bu açıdan kalsit kristallerinin fiziksel ve kimyasal özelliklerini aynen
korumaktadır. Kalsit kristalleri hegzagonal sistemin romboedri sınıfında olup, daima
bir zondaki yüzey üzerine dayanak yaparak büyümesi ile yüzey sayıları çoğalarak
değişik geometrik şekil alırlar. Kalker, gevrek yapılı ve kırılgan, sertliği Mohr ölçeğine
göre 3, özgül ağırlığı 2.5-2.7 gr/cm3 olup genellikle ve çok defa saf olduğu zaman beyaz
renktedir. İçerisindeki ikincil derecede değişik madde ve bileşiklerin bulunması ve
kirlenmesi ile değişik renk veren pigmentlerin etkisinde çeşitli renklerde olabilir.
Örneğin; demir bileşikleri ile sarı-kahverengi, siyah ve yeşil,bitüm ve siyah v.s. renkler
alabilir. Kalker, kalsiyum karbonat kimyasal bileşiminde ikinci bir kristal şekline sahip
olan aragonit kristallerinin yan yana ve üst üste dizilmesi suretiyle de meydana gelebilir.
Bu durumda; romboedrik kristal şeklinde olup, kristaller dik eksen doğrultusunda
uzayarak prizmatik şekil alırlar. Gevrek yapılı, sertliği 3.5-4 ve özgül ağırlığı da 2.852.95 gr/cm3 civarındadır. Aragonit halinde kalsite göre çok daha az bulunur. Değişik
renklerde (beyaz, kırmızı, sarı, mavi ve kahverengi) olabildiği gibi 4000 C’ye kaar
ısıtıldığı zaman aragonit kristal ve kristalcikleri kalsite dönüşür.
Aragonit
0
kristallerinden oluşan kalkerler, genellikle 40-60 C arasındaki sıcaklıklarda bulunan
kalsiyum bikarbonatlı suların yeryüzüne çıktığı yerlerde traverten ile çökerek birbirine
paralel veya paralele yakın bandlar veya dolgu şeklindeki durumlarda görülür.
Kalker doğada kalsit ve aragonit kristallerinden oluşmuş bir kayaç olarak saf halde
bulunduğu gibi çift karbonat Ca.Mg(CO3) (dolomit) olarak da bulunur. Çift karbonat
olduğu zaman kristal şekli değişik olduğu için kayaç adı da değişerek dolomit denir.
Kalkerler, denizel veya tatlı su kökenli olup, başlıca biyokimyasal olarak oluşur ve
kimyasal, organik veya mekanik yollarla çökelirler. Deniz, göl veya tatlı su ortamında
yaşayan organizmalar suda bulunan kalsiyum iyonunu veya bazıları kalsiyum
6
bikarbonatı vücutlarına alarak kalsiyum karbonat haline dönüştürüp, kavkı ve
iskeletlerinde biriktirirler. Yeryüzünde gördüğümüz kalker mostralarının hemen hemen
tamamı bu şekilde organizmaların oluşturduğu kalsiyum karbonat (kalker)
birikintileridir. Bu birikintilerin çoğu kendine özgü ılık, genellikle sığ ve su ortamında
oluşur. Karbonat üretiminin en verimli olduğu yerler tatlı su beslenmesinin az olduğu
ve tektonik olarak duyarlı alanların oluşturduğu sığ şelf alanlarıdır. Kalkerler yerinde
(otokton) olarak oluşurlar ve fasiyes gelişmeleri havza içi koşulları ile denetlenirler.
Kalkerlerdeki farklı fasiyes şekillerinin gelişmesini sonuçlayan başlıca etmenler
havzanın durumu ve suyun enerjisidir. Fasiyes örneklerinin gelişmesinde derinlik de
önemli rol oynar ve suyun enerjisini denetleyen en önemli etkendir. Işığın etkin olduğu
derinliklerde ise organik verim yükselir. Kalker oluşumunda en önemli etkenler; başlıca
tektonik, hidroloji, iklim, öztatik deniz yüzü değişimleri ve temelin etkileri ile organik
bileşim olmaktadır.
Canlı organizmaların yaptığı kalsiyum karbonat üretiminin bulunduğu su ortamında
karbondioksit ve gerekse kalsiyum bikarbonat konsantrasyonu çok artar. Deniz suyunda
bulunan diğer iyonlar, ısı, basınç, pH durumlarının da önemli rol oynamasıyla birlikte
kalkerin her zaman deniz suyunun satüre veya sürsatüre olduğu yerlerde çökeldiği
görülür.
Bunun için kalker (kalsiyum karbonat) üreten canlılar sıcak iklim
kuşaklarındaki sığ ve hareketli denizlerde en uygun yaşam koşullarını bulurlar. Canlılar
tarafından üretilen kalker (kalsiyum karbonat) canlı artıklarının deniz dibinde yığılması
ile birikme olduğu gibi bunların erimesi sonucu deniz suyunda kalsiyum karbonat ve
karbondioksit doygunluğu oluşarak uygun koşullarda kimyasal çökelme de meydana
gelir.
Kalker çeşitleri yapı, doku, oluşum v.s.lerine göre çok çeşitli olup, muhtelif sınıflamalar
yapılmıştır. Ülkemizde genellikle kullanılan sınıflama aşağıda verilmiştir:
1. Kalkerin içerdikleri organizmalara göre çeşitleri:
a) Foraminiferaların meydana getirdiği kalkerler: Tebeşir ve kokkolitler. (1 mikron tane
büyüklüğündedir)
b) Planktonik foraminiferalı kalkerler:
• Globijerinalı kalkerler
• Kalsiyonellalı kalkerler
c) Bentonik foraminiferalı kalkerler:
• Alveolinalı kalkerler
• Nummulitesli kalkerler
2. Dokularına göre kalker çeşitleri:
a) Tane tiplerine göre:
• Dentritik kalkerler
• Organizma artığı içeren kalkerler
• Pelitik (oval taneli) kalkerler
• Konkresyonlu kalkerler
b) Mikritlerine göre:
c) Çimentolarına göre:
• Çimentolu kalkerler
• Silis çimentolu kalkerler
• Kalker çimentolu kalkerler
7
d) Porozitelerine göre: Delikli (poröz) kalkerler.
3. Yapılarına göre kalker çeşitleri:
a) Kristalli kalkerler. (Tane büyüklüğü 0.1 mm’den fazladır)
b) Mikrokristalli kallerler. (Tane boyutu 0-0.1 mm arası)
c) Kriptokristalli kalkerler. (400-600 defa mikroskopta büyütüldüğünde sınır
göstermeyen çift kırma tanelidir)
d) Kesif kalkerler. (400-600 defa mikroskopta büyütüldüğünde çift kırma göstermez.
Basınç arttıkça kesif kalker, kristalli kalkere doğru yeniden kristallenir)
4. Karışık kalkerler:
a) Greli (kumlu) kalkerler.
b) Killi kalkerler. (%5-35 kil)
c) Silisli kalkerler. (%20-30 SiO2)
d) Demirli kalkerler
e) Saprepelion kalkerler. (Mat siyah renkli organik artıklardır)
f) Bitümlü kalkerler. (Petrol yataklarında bulunur)
g) Oolitik kalkerler.
Organizma artıkları deniz dibinde kalker (kalsit) çamuru meydana getirirler. Çok derin
denizlerde ise çoğu kez dibe inmeden eriyerek deniz suyundaki kalsiyum karbonat
oranını arttırırlar. Deniz dibine inenler ise oradaki çökelmede oluşan yeşilimsi kil ve
marnlar arasına karışırlar. Deniz dibinde meydana gelen bu kalker çamurları kalker
çökelmesinin başlangıcı olmaktadır. Bazı araştırmacılar tarafından yapılan çalışmalarda
karbonatlı kayaçların fasiyes şekilleri, oluşum ve çökelme durumlarına göre
sınıflamalar ve adlandırmalar yapılmıştır. Folk, R. L. Kalker dokularının üç ana
bileşenden oluştuğunu saptamıştır. Buna göre yapılan sınıflamalar ABD ve Avrupa
ülkelerinde çok kullanılmaktadır.
1. Mikrokristalin kalsit çamuru, 1-4 mikron çaplı tanelerden oluşmuştur. %10’dan fazla
Allokem bulunan allokemleşmiş kayaçlarda mikrokristalin kalsit çamuru spari kalsit
çamurundan daha az olduğu zaman; intramikrit, oomikrit, biyomikrit, biyopelmikrit,
pelmikrit kalkerler adını alır.
Tablo 2. 1. Kalkerlerin Tane Büyüklüğüne Göre Adlandırılması [1]
Tane Boyutu
Taşınmış Bileşenler
Otojenik Bileşenler
(mm)
64
Çok kaba taneli kalsirudit
Fazlasıyla kaba kristalin
16
Kaba taneli kalsirudit
4
Orta taneli kalsirudit
1
İnce taneli kalsirudit
Çok kaba taneli kristalin
0.5
Kaba taneli kalkerenit
Kaba taneli kristalin
0.25
Orta taneli kalkerenit
0.125
İnce taneli kalkerenit
Orta taneli kristalin
0.062
Çok ince taneli kalkerenit
0.031
Kaba taneli kalsilutit
İnce taneli kristalin
0.016
Orta taneli kalsilutit
0.008
İnce taneli kalsilutit
Çok ince taneli kristalin
0.004
Çok ince taneli kalsilutit
0.002
Afinokristalin
0.001
Tane Boyutu
(mm)
4
1
0.25
0.062
0.016
0.004
0.001
8
2. Spari kalsit çamuru (genelde bir çimento gibi) 10 mikrondan daha büyük çaplı
partiküllerden oluşmuştur. %10’dan fazla allokem bulunan allokemleşmiş kayaçlarda
spari kalsit çamuru mikrokristalin kalsit çamurundan daha az olduğu zaman; intrasparit,
oosparit, biyosparit, biyospelsparit ve pelsparit kalkerler adını alır.
3. Allokemler, irice kalker tanelerinin kalker (kalsit) çamurlu bir matriksle
çimentolanarak (kimyasal çimento halinde) bütünleşmesi ile oluşan kalker taneleridir.
Yani kalker taneciklerinin daha ince kalker çamuru hamuru ile bağlanmış kalkerlerdir.
%10’dan daha az allokem mikrokristalin kayaçlarda %1’den fazla allokem mikrit, %110 arasında allokemli mikrokristalin kalkerlere; intraklastik mikrit, oolitik mikrit, fosilli
mikrit ve peletli mikrit denir.
ABD ve birçok Avrupa ülkesinde kullanılan kalkerlerin dokularına göre tane boyutları
ve bunların adlandırılması Tablo 2.1’de görülmektedir.
Karasal kalker oluşumunda; yer kabuğunun iç kısımlarına etki ederek inen sular değişik
etkenler veya kapilarite ile yeryüzüne yükselirler. Bu suretle yeryüzünde daha önce
oluşmuş kalkerlerden eritilmiş halde depo ettikleri kalsiyum bikarbonatı kalsiyum
karbonat halinde uygun koşullarda çökelterek karasal kökenli kalker oluşumlarını
meydana getirirler. Bu çökelme göl ortamında olabildiği gibi formasyon içi boşluklar
(mağara) içinde de olabilir. Aynı şekilde yüzeydeki kalkerlerin kalsiyum karbonatı bol,
yağışlı bölgelerde yer altı suyuna ve oradan da kaynak ve derelere geçerek uygun
koşullarda traverten=kalker tüfü halinde kalsiyum karbonatı çökeltirler. [1]
2. 1. 2. Nitelikleri
Kalkerler hangi yolla oluşurlarsa oluşsunlar, doğada bulundukları durumları ile
bileşimlerinde kalsiyumkarbonatın yanı sıra; mağnezyum karbonat, kil mineralleri,
demir silikat-oksit ve sülfürleri, silikat asidi (SiO2) gibi bileşikler içerirler. Bu
bileşiklerin bir kısmı kalker oluşumu esnasında ve oluşum ortamının koşullarına bağlı
olarak gelebildiği gibi diyajenez esnasında ve etkenleri ile de gelebilir. Bu durumda
kökene bağlı olarak içerdikleri primer safsızlıkları oluştururlar. Kalker oluşumunun
tamamlanmasından sonra gelen safsızlıklar ise daha çok orojenik-epirojenik hareketler
metamorfizma, tektonizma, metazomatik ve atmosferik olaylar ile oluşan sekonder
safsızlıklar olmaktadır.
Bütün bu safsızlıklar ile gerek minerolojik gerekse kimyasal bileşim açısından görülen
değişiklikler yanında yapı ve dokularına ilişkin kalkerlerin gösterdikleri ayrıcalıklar
niteliklerini oluşturur. İçerdikleri maddelere göre oluşan kalkerlerin nitelikleri esas
alınıp pek çok sınıflamalar yapılarak verilen adlandırmalarla çeşitlere ayrılmıştır.
Kalkerlerin en çok içerdikleri ve teknolojik özelliklerini Çimento Sanayiinde yansıtan
kil, kalsiyum ve mağnezyum karbonat % miktarlarına göre yapılan ayırım ve sınıflama
olarak bir çok ülkede ve ülkemizde de kullanılan bir adlandırma olarak aşağıda
verilmiştir.
9
Tablo 2. 2. Türkiye’de Kullanılan Kalkerlerin Adlandırılması [1]
Toplam
MgCO3 Miktarı (%)
%CaCO3
Adlandırma
5-40
30’dan fazla
90-100
Kalker
Dolomitik kalker
Dolomit
85-90
Marnlı kalker
Dolomitik marn
Marnı dolomit
70-85
Kalkerli marn
Dolomitik kalkerli marn
Dolomitik marn
50-70
Marn
Dolomitli marn
Dolomitli marn
30-50
Killi marn
Dolomitik killi marn
Dolomitik killi marn
10-30
Marnlı kil
Dolomitik marn
Dolomitik marnlı kil
0-10
Kil
Kil
Kil
Kalkerlerin içerdikleri CaCO3 ve CaO % miktarları saflıklarını göstermektedir. Buna
göre kalkerleri Tablo 2.3.’deki gibi sınıflamak mümkündür.
Tablo 2. 3. CaCO3 İçeriğine Göre Kalkerlerin Sınıflandırılması
%CaCO3
%CaO
Çok fazla saf kalkerler
> 98.5
< 55.2
Çok saf kalkerler
97-98.5
54.3-55.2
Orta saf kalkerler
93.5-97.5
52.4-54.3
Az saf kalkerler
85-93.5
47.6-52.4
Saf olmayan kalkerler
< 85
< 47.6
Görüldüğü gibi, kayacın tüm kimyasal bileşimindeki CaCO3 miktarı %90’dan fazla
olduğundan kalker (=kireç taşı) olarak adlandırılır ve %98.5’den fazla CaCO3
olduğunda çok fazla saf kalker sınıfına girer. Çok fazla saf kalkerlerin genel olarak
fiziksel özelliği aşağıda verilmiştir.
Basın dayanımı
Kırılma dayanımı
Çekme dayanımı
Elastisite modülü
Young modülü
Poisson katsayısı
Genleşme katsayısı
Isı kapasitesi
Özgül Isısı
Reaksiyon ısısı
Elektrik iletkenliği
: 100-1900 kg/cm2
: 40-200 kg/cm2
: 20-60 kg/cm2
: E = 2600-3000 kg/mm2 (Kristalli kalkerlerde)
: E = 1900-3000 kg/mm2
: 2.5 x 105 kg/cm2
: 0.07-0.35
: 0.00001-0.000035 10 C (100-1500 C, için)
: 1 j/gr (500C)
: 113.65-119.65 Kcal/kg 0C (400 C)
: 422 Kcal/gr. Mol. (250 C)
: 10-5 mho/cm
Çimento sanayii alanında hammadde veya düzenleyici (korrektör) olarak kullanılacak
kalkerlerin kalitesine, içerdikleri yabancı unsurlardan oluşan safsızlıkların dırımı
doğrudan etkili olmaktadır. Çimento içerisindeki safsızlıkların gerek klinker ve gerekse
çimentoda bulunan miktarlarını sınırlayan norm ve standartlar mevcuttur. Bu normlara
bağlı kalınarak üretilen çimento tipi ve kalitesi her ülkede ve genel olarak bilinmektedir.
Hammadde içerisindeki safsızlıkların klinkere yansıma durumu genel olarak
10
hesaplamalarla değerlendirilebilir.
Bu hesaplamalar daha sonraki bölümlere
bırakılmıştır. Burada ise genel olarak değinilecektir. [3,4]
1. Alümina: Kimyasal bileşimi Al2O3 olan unsurları oluşturur. Bunlar kalkerlerde SiO2
(silis asidi) ile bileşik olarak kil mineralleri halinde bulunabileceği gibi feldspat, mika
v.s. gibi kayaç ve minerallerin kimyasal bileşimindeki alüminyum silikat olarak bulunur.
Kil minerallerinden ileri gelen alümina yüksek olduğu zaman (kil minerallerine göre)
kayaç adı değişerek killi kalker, kalkerli kil ve marn adını alır. Kil minerallerinden
gelen alüminanın çimentoda kullanılan kalkerler için belirli bir miktarda (%25’e kadar)
yararı vardır. Fakat diğer bileşikler halinde bulunması zararlı olmaktadır.
2. Silis: Kimyasal bileşimi SiO2 olup kilden başka kum, çakmak taşı (sileks), boynuz
taşı (çört), opal, kalsedon, kuvars parça ve kırıntıları halinde serbest, amorf olarak
bulunabileceği gibi feldspat, mika, talk, serpantin ve volkanik kayaçların bileşimine
bağlı olarak da bulunabilir. Kalker oluşumu esnasında karbonat üreten organizmaların
bulunduğu ortamda silis yapan organizmaların bulunması sonucu silis miktarı yüksek
kalkerler oluşur. Bunlarda serbest silis yüksek olduğundan çimento sanayiinde
istenmeyen hammaddelerdir. Ayrıca kalkerlerin metazomatik olaylar sonucu silikokalker durumuna geçtikleri hallerde gerek eklem zonlarında gerekse stratifikasyon
yüzeylerinde kuvars gibi istenmeyen silisli (SiO2) kayaçların yer aldığı görülür. Bazı
durumlarda ise (bilhassa killi kalkerlerde) diyajenez esnasında gerek kendi içinden
gerekse ortamlardan gelen jel halindeki silis band halinde tabakalanmaya paralel olarak
veya tesbih dizilişi ve yumrular halinde çörtleri oluştururlar. Çörtler silisin amorf
olduğu bir şekli olup, çimento sanayiinde kullanılan hammaddelerde kesinlikle
istenmez. Kalkerlerde serbest silis asidinin bulunması gerek öğütme ve gerekse pişme
esnasında sorun yaratmaktadır.
3. Demirli Bileşikler: Kalkerlerin; bünyelerine, oluşumuna (fasiyeslere göre) ve
diyajenez esnasında veya sonradan atmosferik koşullar, metamorfizma, metazomatoz ve
infilittrasyona bağlı olarak demirli bileşikler girebilir. Demir bileşikleri sülfür halinde;
pirit ve markasit olarak, sülfat halinde; limonit, hematit spekülarit, manyetit olarak,
karbonat halinde ise siderit olarak bulunabildiği gibi bilhassa lateritik oluşum
koşullarında boksitli demir olarak alüminyum oksitle birlikte olmak üzere değişik
mineraller halinde bulunabilir. Demiroksitlerin bulunması belirli sınıra kadar yararlı
olup bu sınır karışım yapılacak kilin içindeki demir miktarına bağlıdır. Demir sülfür,
sülfat bileşikleri halinde ise yine belirli bir sınıra kadar-bu sınır klinker standartları
hesabında belirlenmiştir- istenmez.
4. Alkaliler: Bunlar sodyum ve potasyum elementinin bileşikleri olup kalkerlerde
genellikle sonradan kirlenme veya oluşum esnasında kile bağlı olarak az miktarda da
olsa bulunabilir.
5. Karbonlu Maddeler: Kalker içerisinde genellikle bitüm, kömür ve diğer korbonlu
bileşikler halindedir. Oluşum esnasında organizma kalıntıları olarak veya petrol
oluşumunda ana kayaç niteliğindeki kalkerlerde petrol göçünden arta kalan artıklar
olarak bulunabilir.
11
Kalkerlerin poroziteli yapısı petrol için çok iyi bir hazne kaya olduğundan bazen
bitümlü ölü petrol kalıntısı olarak bulunabilir. Bu durumda çimento için zararlı
sayılmaz ancak organik sülfür bileşiklerin bulunması zararlıdır.
6. Kükürt ve Fosfor: Kalkerlerde sülfat halinde kükürt ve fosfor (fosforit, apatit, v.s.)
bulunabilir. Organizma bakiyesi olarak bulunan fosforlu bileşikler kalkerlerin oluşum
fasiyeslerine bağlıdır. Daha çok stabil şelf koşullarında oluşmuş kalkerlerde fosfor
bileşikleri beklenmelidir. Ayrıca oluşum esnasında gerek temel kayaçlar ve gerekse
havza çevresinde bulunan kayaçlardan dentritik malzeme beslenmesi olduğu
durumlarda da fosforlu kayaçlardan parçalar içerebilir. Litoral ortamlara da oluşan bazı
kalkerlerde de fosforlu bileşiklerin varlığı bilinmektedir. Kükürt ve fosfor bileşikleri
çimento hammaddesi olarak kullanılacak kalkerlerde istenmeyen unsurları
oluşturmaktadır.
7. Tuzlar: Kalkerlerin oluşumuna ilişkin olarak (Litoral ortamda veya kalker
oluşumunda evaporasyon) olduğunda mutlak surette tuz bulunur.) veya sonradan suların
etkisi ve infilitrasyon ile bünyesine girmiş halde klorür, florür ve bromürler bulunabilir.
Sodyum klorür tuz minerali, potasyum klorür, silvin ve kalsiyum florür ise flüorit
minerali halindedir. Flüor daha çok kalker çevresindeki volkanizma faaliyetlerine bağlı
olarak yeralır. Çimento sanayiinde klorür ve bromürler korozif etkileri sebebi iel
istenmezler.
8. Magnezyum Bileşikleri: Kalkerin oluşumu ve oluşmadan sonraki başkalaşmanın
etkisi ile dolomit (CaMgCO3) ve manyezit (MgCO3) in bulunmasından ileri gelir.
Çimento yapısında istenmeyen bir unsuru teşkil eder.
2. 1. 3. Türkiye’de Kalker Oluşumlarının Bölgelere Göre Dağılımı
Türkiye’deki kalker oluşumlarının coğrafi bölgeler itibarı ile potansiyeli Tablo 2. 4. ’de
verilmiştir.
Tablo 2. 4. Türkiye’deki Kalker Oluşumlarının Dağılımı[1]
BÖLGESİ
REZERV (Milyon Ton)
Görünür
Muhtemel + Mümkün
Marmara
217
1.008
Ege
395
2.200
Akdeniz
323
1.335
İç Anadolu
606
2.112
Karadeniz
260
1.405
Doğu Anadolu
383
1.180
Güney Doğu Anadolu
147
530
TOPLAM
2.331
9.770
Potansiyel
2.120
16.860
7.810
5.135
3.940
2.710
910
39.485
12
2. 2. Kil
2. 2. 1. Tanımı
Kil teriminin endüstriyel alanda kesin sınırlarla saptanarak tariflenmemesine rağmen
hammadde olarak çeşitli alanlarda çok geniş kullanımı vardır. Kil yerbilimleri
tarafından killi kayaç ve killer olarak iki anlamda kullanılır. bu açıdan kil
minerallerinden oluşmuş kayaçlar veya çökeller olarak tanımlanırsa da her küçük
boyutlu parçanın kil olmadığı bilinmektedir. Kilin yerbilimleri açısından tarifi ise,
“minerolojik bileşiminde %99’a kadar kil mineralleri bulunan kayaçlardır” şeklinde
yapılabilir. Kil minerallerinin ana unsuru kimyasal bileşimlerinden alüminyum oksit
bulunması ve sulu alüminyum silikatlardan meydana gelmesidir. Bunların başlıcaları
kimyasal ve minerolojik yapılarına göre dört grup altında toplanmışlardır.
1. Kaolinit Grubu Kil Mineralleri (İki Tabaklı Kil Mineralleri):
a) Kaolinit: Al2O3.2SiO2.2H2O veya Al2(OH)4(Sio2O5)
b) Dikit ve Nakrit: Al2SiO5(OH)4 veya Al2O3.SiO2.H2O
c) Hollosit: Al2O3.2Si2.4H2O veya Al2Si2O5(OH)4.nH2O
d) Metahollosit: Al2O3.2SiO2.2H2O
2. Montmorillonit Grubu Kil Mineralleri (Üç Tabakalı Kil Mineralleri):
a) Montmorillonit: Al2O3.4SiO2.H2O+n.H2O
b) Beiderit: Al2O3.4SiO2.nH2O
c) Montronit: (Al, Fe)2O3.3SiO2.nH2O
d) Saponit (Hektorit): 2MgO.3SiO2.nH2O
e) Sautonit: 2ZnO.3SiO2.nH2O
f) Atapulgit, Sepiolit, v.s. : (Mg, Al)2(OH) (Si4O10).2H2O+2H2O
3. Kil Mineralleri Grubu:
a) Hidrofillit
b) Vermikülit
c) Hidromuskovit
d) Hidrobiyotit
e) İllit
4. Amorf Killer Grubu:
Allofonit: X.Al2O3.Y.SiO2.ZH2O
Kil minerallerinin genel olarak incelendiğinde minerolojik ve kimyasal özellikleri
açısından sulu alüminyum, magnezyum ve demir silikatlardan oluştuğu görülmekler
beraber kalsiyum, potasyum ve diğer iyonları da içerirler. Doğada kil mineralleri ender
olarak saf halde bulunurlarsa da genellikle kil minerallerinden olmayan diğer mineraller
kil kayacının içine girerek özelliğine etki etmektedirler. Yukarıda değinilen gruplar
altında verilen kil mineralleri kristallografik özelliklerine göre ayırt edilmiştir. Kaolenit
grubundan olan iki tabakalı kil minerallerinde kristal yapı levhamsı olup bir kat silika
tetraedronları ve bir kat alümina oktaedronlarından oluşmuştur. Bu gruptakilerin bir
kısmı hornblend tipi zincir yapısında olup, silika tetraedronları ve Al,Mg atomları
kapsayan oksijen ve hidroksil oktaedral gruplarının zincirleme bağlanımlarından
oluşmuştur. Üçüncü gruptaki kil mikaları ise, düzenli bir şekilde değişik levhamsı
katların birbirleri üzerine yağışması ile oluşmuştur. Dördüncü gruptaki amorf killer
13
içinde bulunan değişik kompozisyonlardaki amorf maddeler ile yine değişik oranlarda
silis, alüminyum ve su kapsamaktadır. Bu gruptaki killer genellikle hollosit ile birlikte
bulunur, camsı bir görünümleri vardır. Saf oldukları zaman saydam ve renksizdirler.
Çoğunlukla mavi, yeşil sarı ve kahverengi renklerde olurlar. Her ne kadar amorf kabul
edilirlerse de X ışınları incelemesinde camdan daha düzenli bir kristal yapısının olduğu
ortaya konmuştur.
Kil minerallerinin tamamı Al2O3 içerdiklerinden, jeolojik oluşumu genellikle
alüminyum silikatların değişik pH ortamında erimesine bağlı olup jenetik bakımdan
aynı parajeneze dahildir. Yerkabuğunda yaygın ve çok miktarda bulunan alkali
feldspatların doğa koşullarındaki alterasyonu sonunda feldspatlar önce iyonlarına
ayrışırlar. Oluşan bu kimyasal eriyiklerden, ortamın pH derecesine göre Al2O3/SiO2
oranı değişen alüminyum hidro silikatlar oluşmaktadır. Kaolitin meydana gelebilmesi
için ortamın pH değeri 8-9, Al2O3/SiO2 oranı ise 1/3-1/4 olmalıdır. Eğer silis asidi
peptizasyon dolayısıyla erir ve uzaklaşırsa, ortamda alüminyum hidroksit bakımından
bir zenginleşme başlar ve sonuçta boksit mineralleri oluşur. Bu şekildeki iyonize
eriyiklerden kimyasal olarak kristalleşen kaolinit grubu minerallerinin çökelmesi ile kil
yatakları, montmorillonit grubu minerallerin taşınıp çökelmesi sonucu bentonit
yatakları, alüminyum hidroksit bakımından zenginleşme, minerallerin yataklanması ile
de boksit ve geniş alanlarda gördüğümüz kırmızı renkli lateritler oluşur. Killerin ateş
karşısındaki davranışları oksitlerin özellikle humus asidi tarafından uzaklaştırılması
sonucu olup, bunların ileri derecede diyajenezi ile şiferton, kil taşı, şeyl yatakları ortaya
çıkar. Kil ve boksit minerallerinin metamorfizması halinde ise diaspor, korendon,
sillimanit ve muhtelif alüminyum silikatlar ve zımpara yatakları meydana gelir. Bazı kil
yatakları genellikle kristal yapı gösterirlerse de alüvyoner killi toprak oluşumlarında
kolloit unsurların daha çok bulunduğu görülür.
Kil mineralleri kökenli hammaddeleri arasındaki jenetik ilişkiyi doğuran ana kayaçyankayaç ilişkisi ile volkanik faaliyetler sırasındaki değişik pH’lı ortamlar ve kolloidal
partiküllerin durumu olmaktadır. Kil yatakları kaolinlerin, kil taşı, killi şist, grovak ve
feldspatlı tüm kayaçların bozuşması ve alterasyon örtüsündeki aşınma ve taşınma
sonucu tatlısu ortamında oluşan killer daha çok karbonatça fakir ve ateşe dayanaklı
killerdir. Denizel ortamlarda ise az çok karbonat içeren kil-marn nitelikli düzgün
tabakalı killerdir.
Kil oluşumu genellikle tektonik ve epirojenik hareketlerin
yavaşladığı, iklimin yağışlı ve sıcak olduğu jeolojik devirlerde yaygındır. Aşınma ve
taşınma süratli killeşmeyi hazırlayan kimyasal olayların sona ermesine imkan vermezse,
oluşan kil yataklarında tane inceliği, plastisite, ateşe karşı dayanıklılığı ve homojenite
düşük olur. Kil yatakları genellikle kuvaterner ve çoğu kez tersiyer yaşlı olup jeolojik
yaş arttıkça diyajenez etkisinde kalarak kil taşı, şeyl, killi şist, boksit ve şifertona
dönüşerek plastisite özelliklerini geniş ölçüde kaybederler. Fakat tektonik basınçlardan
korunmuş bölgelerde eski jeolojik yaşta olanlarına rağmen plastiklik özelliğini korumuş
kil yatakları da bulunmaktadır. Denizel oluşumlu kil yatakları genellikle diyajenez ile
killi şistlere dönüşmüş olduklarından geniş havzalarda homojen olarak bulunurlar ve az
çok kalker içerirler. Litoral kuşak dışında, derin denizlerde çöken killer ise genellikle
serbest silis içerirler ve volkanik faaliyetler sonucu oluşmuşlardır. Ayrıca diyajenez
esnasında gerek jel halinde silis asidinin (SiO2) ayrılması ve gerekse tabakalanmaya
uygun veya eklem zonları arasında çöret, sileks ve kalsedon gibi amorf silisli kayaçları
bulundururlar. Alümina (Al2O3) bakımından zengin kil yataklarının oluşumunda humus
asitli suların büyük rol oynadıkları linyit-kil, kömür-kil parajenezinden anlaşılmaktadır.
14
Humus asitleri alüminyum silikat (feldspat v.s.) artıkların kil minerallerine dönüşmesini
hızlandırarak metal oksitleri uzaklaştırırlar.
Kaolen, çimento sanayiinde beyaz çimento yapımında kullanıldığı için kil minerali
olarak ayrı bir önem taşımaktadır. Alkali feldspatlarca zengin granit, riyolit ve riyolit
tüfleri gibi kayaçların asit ortamda ayrışıp bozuşmasından oluşmuş alüminyum
hidrosilikattır. Kaolen’in başlıca ana kayaç minerali ortoklaz olup %64.63 SiO2, %18.49
Al2O3 ve %16.88 K2O ihtiva eder. Yer altı ve yerüstü sularının veya asit nitelikli termal
eriyiklerin etkisi ile feldspatlar içerdikleri K2O’nun tamamını ve SiO2’nin bir kısmını
kaybedip bunların yerine bir miktar su alarak kaolinit mineraline dönüşürler ki buna da
hammadde jeolojisinde önemli olan kaolinleşme denir. Bu olay aynı zamanda
alüminyum hidro silikatların meydana gelmesidir. Kaolen’in kimyasal bileşimi; %39.56
Al2O3, %46.50 SiO2 ve %13.94 H2O’dur.
Çimento sanayiinde hammadde olarak gerek kil ve gerekse Al2O3 ve Fe2O3 % miktarını
arttırmak veya düzenlemek için kullanılan killi topraklar çeşitli kil mineralleri ile
alterasyon ürünü metal oksitlerin taşınıp yığışmasından veya yerinde alterasyon örtüsü
halinde, neojen ve plio-kuvaterner yaşlı alüvyonlarda, neojen havzalarının üst
seviyelerindeki karasal koşullarda oluşmuştur. Alterasyon örtüleri ya yerinde teşekkül
etmiştir veya çok az yer değiştirmiş olabilir. Bunların kalınlıkları birkaç metreden 20
m.’ye kadar görülerek tabanda değişmemiş orijinal anakayaç, üzerinde bir geçiş zonu ve
en üstte kısa mesafeden gelmiş veya yerinde oluşmuş killi toprak bulunur. Her üç
zonun gerek kimyasal ve gerekse minerolojik bakımdan kendilerine mahsus özellikleri
vardır. Bazı oksitler ve mineraller geçiş zonunda, bazıları ise alterasyon örtüsünde
zenginleşmektedir. Fakat ana kayaç ile olan ilişkisi büyük ölçüde korunmuştur. Ana
kayaçın karbonatlı olduğu durumda alterasyon örtüsü terra rossa halindedir. Ana kayaç,
grovak, kuvarsit, kumtaşı ise alterasyon örtüsünde oluşan toprak killi, ana kayaç killi
şist, metamorfik kayaç ise toprak az kumlu ve bol mikalı ve killidir. Ana kayaç bazik ve
ultrabazik ise topraklar demir ve mağnezyum bileşikelri ile montmorillonit grubu kil
mineralleri bakımından zengin olup çimento sanayii kolunda hiç tercih edilmezler.
Ülkemizde başlıca toprak oluşumuna uygun koşulların bulunduğu neojen havzalarında
ve genellikle akarsu vadileri boylarında uzanan Plio-kuvaterner alüvyoner ovalarında,
çevre kayaçlardan gelen malzemeler, çok uzak mesafelerden taşınan ince taneli dentritik
malzemeler halinde sedimantasyon mevcut olmaktadır. Çevre kayaçlardan gelen kum,
çakıl gibi iri taneli malzemeler genellikle periyodik olarak sel sularıyla taşınmıştır.
Bunların üzerine ince malzemeler de gelerek bir bant halinde havza kenarı istikametinde
birbirleriyle birleşerek çökelmişlerdir. Bu durumda uzak mesafelerden gelen killikumlu oluşumların kalitesi de bozulmuş, oluşumda yakın çevre kayaçların etkinliğinde
iri taneli klastik malzeme taşınması görülür. Böyle bir sedimantasyon ortamında gerek
minerolojik ve gereksi kimyasal bileşim açısından homojenlik beklenemez. Fakat kalın
killi toprak oluşumunun meydana geldiği havzalarda tektonik etkenlik ile
paleomorfoloji incelenmesinde, masife göre havza kenarlarındaki çökme alanlarında
çökelme durumu saptanabilir.
Çökelmenin meydana geldiği havzanın akıntı
mekaniğinin incelenmesi fasiyes dağılımının anlaşılması için lüzumlu olabilir. Havza
taban morfolojisi gerek kil ve gerekse killi toprak oluşumlarının etüdünde çok önemli
bir konudur. Kıyının çok uzaklarında bulunduğu bazı neojen havzalarında klastik
malzemenin kalınlığı 400-500 m. olabilmektedir.
15
Çöküntü havzasında taban morfolojisinin değişmesi ve akıntı mekaniğinin etkisi ile
killerin yatak değiştirmeleri görülmektedir. Bu durumda daha homojen ve çimento
sanayiinde kullanılması açısından çok kaliteli büyük ve devamlı rezerv verecek geniş
alanlarda oluşumlar meydana gelebilir. [1]
Çimento hammaddesi olarak kullanılarak killerde çeşitli minerolojik ve kimyasal
özellikler aranmasına rağmen homojenite çok önemlidir. Kil çeşidi ve kalitesinin
saptanması ancak X-ışınları difraksiyonu ve diferansiyel termik analizi ile yapılabilir.
Killerin kimyasal analizinde; Al2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, SO3 ve
kızdırma kaybı % miktarının tespit edilmesi gerekir. Minerolojik analizlerde ise kil
minerallerinin dışında bulunan safsızlıkları oluşturan unsurlar ve bunların % miktarları
saptanır. Çimento yapımında kullanılacak kilin kimyasal bileşiminde Al2O3/Fe2O3 oranı
2/1 civarında olmalıdır. SiO2 miktarı yüksek olan killerde mutlak surette kuvars veya
kalsedon halinde serbest silis vardır. Bu da üretim esnasında güçlükler çıkarır. Toprak
alkali oksitlerin miktarı %1’in altında olması istenir. Bu miktardan fazlası kil
içerisinde; anorit, montmorillonit,a mika, feldspat, alkali tuzu olduğunu gösterir. Kil
minerallerinin çeşitleri saptandıktan ve kimyasal-minerolojik bileşimi bilindikten sonra
kil içerisindeki safsızlıklar rasyonel analizleri ile kesinlikle bulunabilir.
Killer genelikle minerolojik bakımdan plastik olan ve olmayan unsurları içerirler.
Plastik olanlar kaolinit ve montmorillonit grubu kil mineralleridir. Plastik olmayanları
ise kalsit, kuvars, feldspat v.s. gibi muhtelif kayaçlar ve minerallerdir. Bunlar silt
niteliğinde kolloidal partiküller haline kadar boyutlarda bulunabilirler. Bu açıdan
killerin kaliteleri için minerolojik analizler ile kimyasal analizlerin tamamlanması
gerekir. Killerin plastisite özellikleri mineraller içerisindeki ayırt edici en önemli
özelliklerinden birisi olup su ile şekillendirilmelerini meydana getirir.
Bu özellik kil minerallerinin yapısında bulunan kolloit unsurların (allofan) yüzdesine,
killerin tane inceliğinde doğrudan bağlıdır. Bu durum işletme esnasında çok önemli
olup, kurutulmuş kilin üzerine parmakla basıldığı zaman parmak izini açıkça gösteren,
fakat ele yapışmayan durumuna gelinceye kadar aldığı su miktarına kilin plastisite
sayısı denir. Killerde plastisite suyu genellikle %15-40 arasındadır. Kaolinitik killer az
plastik, bağlayıcı killer ile bentonit ve montmorillonit killer çok plastiktir. Çimento
sanayiinde kullanılacak killerin plastisite sayıları %15-20 arasında olmalıdır.
16
Tablo 2. 5. Killerin Adlandırılması [1]
Jeolojik ve Minerolojik
Teknolojik Adlandırma
Adlandırma
Çok kumul killer
Beyaz yanışlı killer
Kumlu killer
Bağlayıcı killer
Yağsız ve az kumlu killer
Yağlı azkumul killer
Refrakter killer
Plastik kil
A-kili
Çok plastik yağlı killer
Lekeli kil
A.III. Şamot kili
Şiferton
A. II. Şamot kili
Kaolinitik kil
A I. Şamot kili
Bentonitik kil
Ticari Adlandırma
İnce seramik killeri
Kaba seramik killeri
Şamat-ateş kili
Tuğla-kiremit kili
Çimento kili
Kağıt, tekstil-kimya sanayi
Kaolinleri
Killerin pişmesi sırasında kendi bünyelerinde meydana gelen endoterm ve ekzoterm
reaksiyonlar diferansiyel termik analizleri (DTA) ile tespit edilir ki, bu killerin termik
özelliklerini verir. Pişme sırasında meydana gelen hacim değişmeleri dilatometri
analizleri ile grafik olarak gösterilir. Dilatometri ve DTA eğrileri killerin minerolojik
bileşimleri hakkında bilgi verir ve bu konuda termogravimetrik testler yapılır. Killer
9000-15800C arasında sertleşerek bu dereceden sonra ergirler. Ergime ve sertleşme
derecelerine bünyelerinde bulunan kuvars, feldspat, demir oksit, kalker ve sertleşme
derecelerine bünyelerinde bulunan kuvars, feldspat, demir oksit, kalker ve kolloit
unsurları etkili olmaktadır. Çimento sanayinde kullanılacak killerde 900-10500 C’de
sinterleşme olması tercih edilir.
2. 2. 3. Türkiye’de Kil Oluşumlarının Bölgelere Göre Dağılımı
Türkiye’deki kil oluşumlarının bölgeler itibarı ile dağılımı Tablo 2.6’da verilmiştir.
Tablo 2. 6. Türkiye’deki Kil Oluşumlarının Bölgelere Göre Dağılımı [1]
BÖLGESİ
REZERV (Milyon Ton)
Görünür
Muhtemel + Mümkün
Potansiyel
Marmara
54
201
580
Ege
123
364
1.980
Akdeniz
235
1.175
2.165
İç Anadolu
88
408
1.106
Karadeniz
32
264
483
Doğu Anadolu
92
300
452
124
212
334
TOPLAM
748
2.924
7.100
Killerin kullanıldıkları yerler veya teknolojik özelliklerine göre sınıflanması konusunda
ülkemizde yerleşmiş norm ve standartlar yoktur. Dış ülkelerde bu konudaki normlar
daha çok minerolojik bileşimi esas almışlardır. Birçok dış ülkede saptanmış olan norm
ve ülkemizde genellikle kullanılan adlandırma aşağıda Tablo 2.5’de gösterilmiştir.
17
Kil yataklarında açık maden işletme metodları ile işletme yapılır. Topoğrafya
yüzeyindeki kil dışında bulunan yabancı maddelerden oluşan örtü tabakası gerekli iş
makineleri ile kazınıp dekape edilir. Morfolojik yapıya göre basamaklar ve şevler
oluşturularak mekanik kepçelerle üretim yapılır. Kil yataklarında patlayıcı madde
kullanılması gerekmez. [3, 4]
2. 3. Marn
2. 3. 1. Tanımı
Kalker ve kilin doğada, %50-70 oranında kalker ve %30-50 oranında kil karışımından
oluşan kayaça marn denir. Oluşum bakımından tamamı ile sedimanter olup diyajenez
geçirmiş genellikle muntazam tabakalı olarak bulunur. Marn oluşumu daha çok
tektonik ve orojenik hareketlerin durulduğu sakin ortam koşullarında ve genellikle
kıyıdan uzak fasiyeslerde meydana gelir. Kıyıdan oldukça uzak deniz ortamının
tabanında karadan gelen silt niteliğinde ve kolloidal partiküller halindeki kil
minerallerinin parçaları çökelirken yüzeydeki planktonik ve pelajik kalker yapan
organizmalar ile dipte yaşayan kalker kabuklu organizma artıklarından oluşan kalker
çamuru kil çamuru ile karışarak marn çökellerini oluşturur. Marn çökelleri genellikle
çok geniş ve devamlı çökeller olup, çökel havzasının çevresindeki ortam ve kayaç
yapısının etkisi bulunmaktadır. Karada hüküm süren şiddetli bir ayrışma ve taşınma ile
ortamın beslendiği durumlarda marn çökellerinin kalın tabakalı yapıda oldukları
görülür. Orojenik hareketler başlayıp yükselme meydana geldiği zaman ise marn
çökelmesi yerini kumtaşı çökelmesine bırakır. Tekrar sakin koşullar başladığında
ortamın durumuna göre marn çökelmesi devam ederek tekrarlandığı zaman marn
kumtaşı ardalanmaları meydana gelir. Ayrıca marn çökelmesi olan bir ortamda dentritik
malzeme etkisinden uzakta sığlaşma olduğnda, evaporasyon artarak kalker-marn-jips
çökelmesi meydana gelir. Bu tür fasiyes sınırlı sır dolaşması olan ve çok tuzlu sular
içeren sığ, açık denizden ayrılmış birikintiler ve lagünlerden oluşan çoğunlukla ince
çökelleri içerir. Coğrafik olarak lagünler, set resifleri arası ve set resifleri arkası,
kıyıdaki ince uzantıların arkasında veya atoller içinde oluşan lagünler halindedir. Bu
ortam aynı zamanda iyi gelişmiş ve bilinen gelgit arası ortamı da içerir. Bu ortamda en
belirgin çökelme kireç çamuru ile kil çamurunun karışmasından oluşan marndır. Kireç
ve kil çamuru karışımı gelgit düzlüklerinde küçük havuzlarda, bataklık ve gelgit
kanallarında ve yersel plaj düzlüklerinde vardır. Değişken koşullar sonucu tatlı, tuzlu,
çok tuzlu sular, su yüzüne çıkan çökel alanları, hem indirgen, hem yükseltgen koşullar
ve tatlısı ile tuzlu su bitkilerinin egemen oldukları bataklık alanlar oluşarak marn
katmanları arasında izeoine rastlanır. Bazı yerlerde rüzgarlarla taşınan kırıntılar çökel
miktarına yardım eder. Diyajenez de oluşan marn çökellerine büyük ölçüde etki eder.
Tane türü ve çökelme dokusu çok değişken olup çoğu çökeller kireç ve kil çamurundan
oluşmuş iyice peletleşmiştir. Katmanlanma küçük ölçekte derecelenme gösterir. Gelgit
kanallarında oluşan kumlar ise çapraz tabakalanma gösterir.
Kuyuya daha yakın evaporit fasiyesi ise, kurak bir iklimde gelişen sınırlı denizel
düzlüklerin gelgit ötesi ve kara içi gölcük ortamları, başka bir deyimle zaman zaman
denizel sularla kaplanan tuz düzlükleri ve tuzlaların bulunduğu kısımdır. Aşırı sıcaklık
18
ve kuraklık en azından mevsimsel olarak görülür. Denizel su basması zaman zaman
şiddetli rüzgarların etkisi ile oluşur. Çökellerde deniz suyunun buharlaşıp uçması
sonucu yoğunlaşan jips ve anhdirti marn çökelleri üzerinde olup böylece hem
tortullaşma ve hem de diyajenetik olarak oluşmuştur. Bu çökellere kırmızı renkli marn
(Kızıl marn fasiyesi) çökelleri de denir.
Açık şelf fasiyesinde ise; karbonat ve killi çamurların oluşturduğu çökelme ortamında
şeyller ve marnlar ile ara katmanlı bola fosilli kalker bandları içeren kalın marn
çökelmeleri oluşur. Bunlar grimsi, yeşil,kahverengi ve kırmızımsı renklerde biyoklastik
vaketaşı tane türü ve çökelme dokusundadır. Katmanlama yapıları tümüyle oyulmuş
ince-orta kalınlıkta tabakalanma gösteren yumrulu yapıdadır. Karışmış veya ara
katmanlı olarak bulunan karasal kökenli kırıntılar, silt büyüklüğünde kuvars-silttaşı ve
şeyl olarak ayrı katmanlar halinde marnla birlikte ardalanma içerirler. Böyle bir
ortamda çökelen marnlarda su yüzeyine yakın veya su yüzeyinde yaşayan çok çeşitli
kalker kabuklu canlı kalıntıları da bulunarak çok geniş alanlarda görülürler.
Derin deniz ortamının (kıyıdan km’lerce uzak ve derinlik 5000-7000 m) tabanında kil
çamuru ve silis jeli çökelmesi olurken su yüzeyindeki kalker yapan planktonik
organizma artıklarının bir kısım deniz tabanına varmadan eriyerek CO3 ve CaCO3’e
ayrılarak deniz suyunda bu bileşiklerin konsantrasyonları artar bir kısım ise deniz dibine
inerek buradaki çökellere kalker olarak karışır. Bu şekilde oluşan çökel ortamının
kimyasal koşullarına göre devam eden yeşilimse ve koyu renkli şeyl (kil çamurundan),
marn (kalker ve kil çamurundan) çökelmesi yanında daha açık renkli olarak silis (SiO 2)
jelinden oluşan çört de çökelmektedir. [1]
Marnın kalker ve kilin karışımından oluşan sedimanter orijinli bir kayaç olduğuna
değinmiştik. Kalker ve kilin karışım miktar ve durumları kimyasal ve minerolojik
bileşim esaslarına göre henüz bir standartla bağlanmamıştır. Ülkemizde genellikle
“kalkerlerin adlandırılmasında” değinilen ve Tablo 2.2.’de “Kil-Kalker karışımları”nda
belirtilen oranlardaki miktarlarla adlandırılmanın yapılarak kullanılmasına rağmen,
bazen kalker-kil sistemi Schmassamann’a göre kalker: kil oranları ile Tablo 2.7’de
verilen adlandırma da kullanılmaktadır.
Tablo 2. 7. Kalker: Kil Oranlarına Göre Marnların Adlandırılması [1]
Kayaç Adı
Kalker: Kil Oranı (Max)
Kalker
9:1
Marnlı Kalker
7:3
Kalkerli Marn
1:1
Marn
1:4
Marnlı Kil
1:9
Kil
1:9, 1:10
19
Çimento yapımında genellikle %70 kalker ve %30 kil içeren “Marnlı Kalker”
kullanılması klinkerin kimyasal bileşimine en yakın doğal kayaç olduğu için tercih
edilmektedir. Hatta marnlı kalkere “Amerikan Rock” ve “Doğal Çimento Kayası”
denilmesi de bu yüzdendir. Uygun kimyasal ve litolojik bileşimdeki kalkerli marnın
hammadde olarak kullanılma avantajları, kolay sökülebilir niteliklerde yumuşak olması
işletme ve öğütmede ekonomi sağladığı gibi karışım ve yakmada da yakıttan tasarruf
sağlamaktadır. Marn oluşumlarında sürekli bir devamlılık vardır. Yanal ve dikey
durumda homojen litolojik yapı ve kimyasal bileşiminin bulunması en önemli çimento
hammadde avantajını oluşturur.
Marn oluşumlarında, kalker ve kil oluşumlarında değinilen özellik ve saflıkların aynısı
aranmaktadır. Marn yataklarında genellikle istenmeyen unsurlardan serbest silis içeren
sileks, çörtlerin nodül, yumru ve bandları çökelme koşullarına bağlı olarak bulunabilir.
Bunların olmaması istenir. [3, 4]
2. 4. Alçıtaşı
2. 4. 1. Tanımı
Doğada kalsiyum sülfat kimyasal bileşiminde bir mineral olan alçı taşı, bünyesinde iki
molekül kristal suyu bulunan türüne jips (CaSO4,.2H2O) ve susuz kalsiyum sülfat
mineraline de anhidrit (CaSO4) denir. Kalsiyum sülfat mineralleri evaporit oluşumlu
yatakların tipik mineralleri olup, her birinin ayrı ayrı bulunduğu yataklar olmasına
rağmen, bu iki mineral çok defa birlikte bulunur. Dünya’da bilinen ve işletilen alçı taşı
yatakları çok yaygın olmakla beraber, toplam rezervin büyük bir bölümü, pek çok
ülkede anhidritten oluşmaktadır. Fakat buna karşılık anhidrit jipse oranla daha az
ekonomik önemi olan bir mineraldir ve daha az kullanma alanı vardır. Çimento sanayi
alanında da genellikle jips kullanılmaktadır. Alçıtaşı terimi alçı yapımına uygun kayaçmineral olarak kullanıldığı zamanda jips ve anhidrit için de ekonomik olarak
kullanılmaktadır. Burada genellikle alçı taşı terimi jips yerine kullanılacak, zorunlu
oldukça ve ikisi arasında ayırım yapmak gerektiği zaman jips ve anhidrit terimleri
kullanılacaktır.
Kalsiyum sülfat mineralleri saf olduğu zaman aşağıdaki bileşimleri gösterir:
Jips
Anhidrit
%CaO
32.6
41.2
%SO3
46.5
58.8
%H2O (Kristal suyu)
20.9
-
Gerek jips ve gerekse anhidrit hiçbir zaman saf halde bulunamazlar. Bu iki mineralden
herbiri yarı dengeli olup, biri diğerine dönüşebilmektedir. Ayrıca alçı taşı yataklarına
oluşum sırasında veya sonradan yabancı maddeler karışmış olabilir. Bu yabancı
maddelerin başlıcaları; kalker, dolomit, manyezit, tuzlar, kil mineralleri, diğer sülfatlar,
metal oksitli bileşikler ve silis asitli bileşikler olabilir. Alçıtaşı çimento sanayiinde
genellikle maden ocağından çıktığı kalitesi ile hiçbir işleme tabi tutmaksızın
kullanılmaktadır.
20
Anhidrit: CaSO4 kimyasal bileşiminde, susuz kalsiyum sülfat olup, yapısına
kristalizasyon suyunu kolayca alarak CaSo4.2H2O kimyasal bileşiminde olan jipse
dönüşür. Anhidrit, suda kolay çözünen bir mineral olup 100 gr suda 0.3 gr erir. Bu
özelliğin sebebi ile anhidrit yatakları kurak olmayan bölgelerde mostra vermez. Ancak
oldukça dik eğimli yamaçlarla aşınmanın fazla olduğu yerlerde anhidrit rastlanır.
Bitkilerin bulunduğu kesimlerde suyun tutulması sonucu anhidrit jipse dönüşür.
Anhidrit, çoğunlukla açık gri ve mavimsi gri renktedir. Mikroskop altında taneli veya
kristal kümesi yahut da keçemsi bir doku gösterir.
Jips: Sulu kalsiyum sülfat kimyasal bileşiminde olup monoklinal sistemde kristallenir.
Sertliği mohr ölçeğine göre 2 (tırnakla çizilebilir) olup, anhidritin ise sertliği 3-3.5
arasında olması ile kolayca ayırt edilebilir. Jipsin özgül ağırlığı 2.5-2.4 gr/cm3 anhidritin
ise 2.7-3.0 gr/cm3’dür. Jipsin kristalleri çoğunlukla büyük ve özel görünüşlü, parlak
yüzeyli olduğu gibi mızrak ve kırlangıç kuyruğu şeklinde ikizleri de bulunmaktadır.
Jipsin rengi genellikle beyaz ve beyazımsı gridir. İçerisinde tali olarak bulunan yabancı
maddeler jipse değişik renk verir. Örneğin, bitüm siyah rengi, demir oksitli bileşikler
kırmızımsı rengi vermektedirler. Petrografik bakımdan jips kayaçlarının çoğu tanelidir.
Ekonomik değer bakımından tane çapları ile kalsiyum sülfat içeriği arasında bir bağıntı
bulunmaktadır. Yabancı madde etrafında oluşan kristalleri iri taneli olurlar. Halbuki saf
olarak oluşan kristalleri daha küçüktür. Bazı yataklarda da jips lifli kristaller keçe gibi
birbirine geçmiş kütleler halindedir.
Jipsin Bessanit Türü: Bessanit, anhidrit ile jips arasında ayrı bir mineral fazını
oluşturmaktadır. Ancak X ışınları ile ya da iyi hazırlanmış örnekler üzerinde petrografik
yoldan tanımlanabilir. Adi koşullarda Bessanit yarı dengeli olduğundan şekil değiştirir,
bununla beraber jips yataklarının %1 kadarı bessanit içerdiği tahmin edilmektedir.
Jips Albatr: Genellikle beyaz ve sarımsı beyaz renklerde çok ince taneli ve homojen
görünüşlü bir jips kayacıdır. Jips kristallerinin yan yana ve ard arda basınç altında
dizilmesinden oluşmuştur. Spatüla ve keski ile kolayca işlendiği için heykeltıraşlar
tarafından kullanılır.
İpek Jipsi: Kılımsı jips veya lifli jips de denir. Kılımsı iğne şekilli kristallerden
oluşmuştur. Bu iğneler kristallerin uzun eksenleri doğrultusunda uzayarak paralel
şekilde desteler gösterirler. Bunlar basınç altında oluşmuş mineraller olup parlaklığı da
göz önüne alınarak ipek jipsi adı verilmektedir.
Selenit: Büyük dilinim yüzeyleri gösteren iri ve saydam jips kristallerine selenit denir.
Saydam ve parlak oldukları için meryem camı da denilmektedir. Selenit su ile dolu bir
ortamda gelişir. İlk görünüşü levha şeklinde olması nedeniyle mikayı andırır. Gerek
selenit ve gerekse ipek jipsin ekonomik ömrü çok azdır. Çünkü kayaçlar arasında
genellikle tali derecede yer alırlar. İri kristalli bazı selenit oluşumları küçük çapta
işletilmektedir. [1]
21
Alçıtaşı 1000 C kadar ısıtıldığı zaman kristal suyunun bir kısmının kaybederek yarı
hidrat (CaSO4.1/2 H2O) a dönüşür. Buna yanmış jips veya alçı denir. Yarı hidratlı alçının
kristalleri benzer olan alfa ve beta olarak bilinen iki çeşidi vardır. Beta alçının enerjisi
ve suda çözünürlüğü daha yüksek olmasına karşılık alfa alçı daha yoğun ve dayanıklı
ürünler üretiminde kullanılır. Alfa alçı 970 C sıcaklıkta doygun bir ortamda, beta alçı ise
1000 C sıcaklıkta ve atmosferik basınçta doygun olmayan bir ortamda oluşur. Yarı hidrat
halindeki alçı toz halinde ince öğütülmüş olarak su ile karıştırıldığında bir bulamaç
haline getirildiğinde çabuk katılaşarak ince lifli birbirine grift olmuş jips
kristalciklerinden ibaret bir kütle halini alır. Bu özellik inşaat vb. alanlarda
kullanılmasını sağlar. Alçıtaşı teknikte 120-1800 C’de sudan kurtarılır. Elde edilen ve
“stukjips” adını alan ürün yarı hidrat alçıdan daha az su içerir. 190-200 0 C’de stukjipsten
geriye kalan su da çıkarak “susuz stukjips” meydana gelir. Susuz stukjips su ile çok
çabuk birleştiği için pratik olarak kullanılmasına imkan yoktur. Stukjips 500 0 C’ye
kadar ısıtıldığı zaman sertleşme kabiliyetini kaybeder, daha yüksek sıcaklıktaki
fırınlarda 800-9000 C’de yakılma sonucu “estrikjips” oluşur ki ince toz halinde su ile
karıştırılmasında 24 saat veya daha uzun süre sonra yavaş yavaş sertleşir. 1000-1200 0
C’de yakılan jips kısmen CaO ve SO2’ya ayrışır ve bu suretle bazik kalsiyum sülfat
(CaO CaSO4) elde edilir. Bazik kalsiyum sülfat su ile muamelede yine sertleşme
kabiliyetini kazanır. Bu özelliğinden yararlanılarak alçı taşından kükürt, sülfat asidi ve
çimento üreten tesisler kurulmaya başlanmıştır.
İngiltere ve Avusturya’da uygulanan The Müller-Kühne prosesinde kavrulmuş ve
öğütülmüş alçı taşı, kil, kum ve kok kömürü döner fırında 1200-14000 C’de ısıtılarak
kalsiyum sülfat, kalkere indirgenir ve geri kalan yük ile birleşerek klinkeri oluşturur. Bu
arada oluşan ve yaklaşık %9’a kadar SO2 içeren gazlar sülfürik aside dönüşmeden önce
tozlardan temizlenmek üzere siklonlardan ve daha sonra da saflaştırma sisteminden
geçirilir. Bu proses ile 1.7 ton alçı taşından 1 ton sülfirik asit ve yaklaşık 0.95 ton
klinker üretilmektedir.
Alçı taşı, çimento sanayii alanında üretilen portland çimentolarında öğütülmeden önce
klinkere %3-5 oranında ham hali ile karıştırılarak kullanılır. Burada alçı taşının rolü
çimento harcında piriz süresini geciktirmektir. Alçı taşının jips olması ve mümkün
olduğu kadar saf, minerolojik ve kimyasal açıdan homojen ve ucuz olması istenir.
Çimento sanayii dalında kullanılacak alçı taşındaki safsızlıkların çimentoya zararlı
olmaması istenir. Alçı taşlarında genellikle görülen ve istenmeyen safsızlıklar şunlardır:
1. Alçı taşının bünyesinde serbest silis asidi ve bilhassa kalsedon, opal, çört, sileks gibi
maddelerin bulunmaması gerekir. Zira bunlar öğütme sırasında sorun yarattığı gibi
çimento içerisinde kalıntı miktarının da artmasına neden olurlar.
2. Alçı taşının oluşumu esnasında evaporit çökel ortamında bulunan MgCl, NaCml, KCl
gibi tuzların bulunmaması gerekir. Bu gibi tuzlar suda kolayca eriyerek harcın yapısının
bozulmasına sebep olmaktadır.
3. Alçı taşında, alkali bakımdan yüksek ve hidratlaşma özelliğine sahip serpantin, talk
gibi kayaçlar ile su aldığında hacim değişmesi gösteren bentonitik kil minerallerinin
olmaması gerekir.
22
4. Serbest kükürt ve sülfürlü bileşikler ile organik asitlerin bulunması çimento harcında
zararlı olduğu için istenmez. [3, 4]
2. 4. 3. Türkiye’de Alçı Taşı Oluşumlarının Bölgelere Göre Dağılımı
Türkiye’deki alçı taşı oluşumlarının bölgeler itibarı ile dağılımı Tablo 2.8’de verilmiştir.
Tablo 2. 8. Türkiye’deki Alçı Taşı Oluşumlarının Bölgelere Göre Dağılımı [1]
BÖLGESİ
REZERV (Milyon ton)
Görünür
Potansiyel
Marmara
1
2
Ege
2
6
Akdeniz
İç Anadolu
349
3.042
Karadeniz
137
562
Doğu Anadolu
65
206
12
104
TOPLAM
566
3.922
2. 5. Puzolanik Maddeler
2. 5. 1. Tanımı
Puzolanik maddeler, silisli ve alümino-silisli minerallerin karışımından meydana gelen
bir bileşimde olup, kendi başlarına bulunduğu zaman hidrolik özelliğe sahip olmadıkları
halde çok ince öğütüldükleri zaman normal sıcaklıkta sulu ortamda ve kalsiyum
hidroksit ile muamele edildiğinde kimyasal reaksiyona girerek hidrolik özellik gösteren
maddeler olarak tanımlanır.
Puzolanik maddeleri, doğada elverişli bileşimdeki mineralleri içeren kayaçlar oluşturur.
Bu kayaçlar doğrudan doğruya yalnız öğütülerek kullanıldığı gibi zenginleştirme
proseslerinin uygulanması ile elde edilen ürünlerin ince öğütülmesi ile de puzolan
olarak kullanılırlar. Puzolanik maddelerde bağlayıcı özellik, sönmüş kireç ve su ile
muamele yapıldığı zaman meydana gelmektedir. İnşaat yapımında kullanılan
malzemeleri çimentolamadaki puzolanların yararı eski tarihlerde yapılan belki de şans
eseri olarak ortaya çıkarılan eski eserlerde görülmektedir. Bu eserler kalsine edilmiş
kalker ile doğal volkanik materyallerin bir kombinasyonundan ibaret olduğu ve büyük
çapta bina inşaatlarında kullanılan kireçli harcın niteliğini arttırdığı saptanmıştır.
Bunun dışında hava ile temasta olduğu kadar su altında da giderek sertleşmektedir. Bu
tip kombinasyonlar oldukça eski tarihlerden bu yana su altında sertleşen bağlayıcı
olarak bilinir.
23
Puzolanların kullanılması ile portland çimentoları betonunda sağlanacak yararların
bazıları şunlardır:
1. Piriz süresi azaltılarak sertlik ve elastikiyetin ayarlanması sağlanır.
2. Rötre sonucu artan koruma, dökülme ve hacim küçülmesinin düzenlenmesi temin
edlir.
3. Artan su talebinin giderilmesi sağlanır.
4. Donmaya ve erimeye karşı mukavemet temin edilmiş olur.
Bugün portland çimentosu ve puzolanların yüksek miktarlarda karıştırılması ile yapılan
katkılı portland çimentosunun betonlarda kalite ve kıymeti artırdığı ispatlanmıştır. Bu
durumun sağladığı başlıca avantajlar ise şunlardır:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Beton ve harcın işlenebilme kabiliyetini düzenler.
Daha düşük hidrasyon ve termal fire ısısı verir.
Su geçirmezliğini artırır.
Özellikle I. tip çimentolarda, deniz suyu ve sülfat reaksiyonlarına karşı direnç
sağlar.
Hacim büyümesini düzenler ve çatlama ile kırılmalara karşı direnç temin eder.
Plastiklik ve basın-darbe-iç mukavemet özelliklerinin ayarlanmasını sağlar.
Alkali agrega arasındaki reaksiyonların tepkisini azaltır.
Yıkanma ve ayrılma ile erimeye karşı daha fazla mukavemet temin eder.
Daha düşük fiyat ve üretimde enerji ile yakıt tasarrufu sağlar.
Doğal olarak teşekkül eden puzolanik maddeler aşağıda belirtilen tipleri ihtiva ederler:
1.
a)
b)
c)
2.
a)
b)
c)
3.
a)
b)
c)
d)
Killer ve şeller
Montmorillonit tipleri
Kaolenit tipleri
İllit tipleri
Opal ve benzeri malzemeler
Opal ve benzeri şeyller
Diyatome toprağı
Çörtler
Volkanik tüfler ve sünger taşları
riyolit tiri
Andezit tipi
Fonolit tipi
Bazalt tipi
Killer ve şeyllerin aktif puzolanlar haline getirilebilmesi için genellikle 430 ile 11000 C
arasında kalsinasyon işlemine tabi tutulması gerekir.
Opal ve benzeri malzemeler, kalsinasyon sonucu hasıl olan puzolanik aktiviteye nazaran
daha elverişli olabilir veya içerdikleri minerallere göre bu durumun aksi de mümkündür.
Durum puzolanik aktivite testi ile saptanır.
Volkanik tüfler ve sünger taşları kalsinasyon ile nadiren istifadeli hale gelirler. Normal
olarak doğrudan kullanılırlar.
24
Doğal puzolanların pek çoğunun beton imalinde elverişli olarak kullanılabilmesi için
çok ince öğütmeye tabi tutulması gerekir. Doğal puzolanlara kalsinasyon prosesleri
esnasında kimyasal maddeler (örneğin alkaliler gibi) ilavesi ile daha elverişli duruma
getirilebilir.
Yapay puzolanlar, endüstride tali ürünler veya artıklar olarak elde edilirler ve uçucu kül
içerirler. Örneğin, toz haline getirilmiş kömür yakan enerji üretim tesislerinde SiO2
dumanla yükselerek bacalarda tutulup uçucu külleri meydana getirirler. Yüksek SiO2
içeren killi toprak ve şeyllerin pişirilmesi (kalsinasyonu) ile oluşan tuğlalar da uçucu kül
özelliklerinde olmaktadır. Ayrıca yanmış petrol tabakaları ve bazı cüruflar da yapay
puzolan olarak kullanılabilirler.
Tablo 2. 9. Puzolanların Aktif Maddeleri ve Petrografik Olarak Sınıflandırılması
[1]
Aktif Maddeler
Puzolanların Petrografik Olarak Sınıflandırması
Volkanik cam
Riyolit, dasit, altere volkanit tüfler ve sünger
taşları
Opal ve benzerleri
Diyatomit, diyatome toprağı, opal, çört ve şeyller
Kaolenit tipi kil
Kaolin içeren kil mineralleri
İllit tipi kil
Hidromika killeri ve şeylleri
Montmorillonit tipi kil
Bentonitik killer ve şeyller, fuller toprağı
Karışık killer ve altere vermikülit Buzul killeri ve siltleri
Zeolit
Zeolitli tüfler,volkan külleri ve ignimbiritler
Yapay cam
Uçucu kül, yanmış metal artıkları, toprak tuğlası
ve cüruflar
Su söndürmeli maden eritme ocaklarında meydana gelen cüruflar çimento kalitesinde
olup gerçek puzolan sınıflandırılmasının dışında tutulursa da portland çimentosu ile
yapılan kombinasyonlarda çok elverişli olabilir. Bunun için, “katkılı portland
çimentoları” dışında “cüruflu portland çimentosu” olarak bazı normlar da ayrılmıştır.
Doğal puzolanların pek çoğu, gösterdikleri puzolanik aktivite özelliklerini bir veya beş
madde halindeki materyallerin kombinasyonuna borçludur. Bu materyaller:
1.
2.
3.
4.
5.
Volkanik cam,
Opal,
Kil mineralleri,
Zeolitler,
Alüminyum hidroksitlerdir
Uçucu küller geniş çapta, yapay camların hemen daima küre şeklindeki
parçacıklarından ibarettir. Diğer yapay puzolanlar ise orijinal bileşimlerinin tekrardan
yapılmasıyla veya eritme yoluyla elde elde edilen camları içerirler. Petrografik
karakterlerine göre tipik puzolanlar aktif maddelerin değişik tiplerini içerirler ki bunlar
Tablo 2. 9’da gösterilmiştir.
25
Puzolanik aktivitede önemli rolü olan kireç hidratı veya kalsiyum hidroksit, portland
çimentosu bileşiminde bulunan CaO’nun hidrasyonundan elde edilen ürünlerden
birisidir. Bu bileşiğin çimentolama niteliği yoktur. Çünkü bu bileşik su içinde kolayca
çözünür ve bu nedenle suyu süzerek permeabl olan betondan yıkanarak ayrılabilir.
Genellikle kabul edilen teori; ince öğütülmüş puzolanların bileşimindeki silisli bileşikler
kireç hidratı ile reaksiyon yaparak doğal olmayan kompozisyonlarda; su, kalsiyum ve
silisyum dioksit ile muhtemelen Monokalsiyumasit silisit tuzu içeren oldukça saf ve
stabl olan çimento maddelerini meydana getirirler. Bu reaksiyona ve kombinasyon
oranına etki eden ve bazı silisli bileşiklerin lehine olan faktörlerin neler olduğu henüz
bilinmemektedir. Her ne kadar puzolan SiO2’ler ile puzolan olmayanlar arasında çok
bariz bir sınır yoksa da genel olarak amorf SiO2 kristalin formlarından çok daha hızlı
karşıt etki yapar.
Puzolanik maddelerin hemen hepsi, dikkati çekecek derecede diğer malzemeleri de
içerirler ve muhtemelen diğer kompleks bileşikleri meydana getirirler. Bunlar alkalileri,
demiri ve alümini de içerirler.
Aşikar olarak, puzolanik aktivite hakkındaki sınırlı bilgilerin varlığına karşın,
puzolanların kimyasal bileşimleri onların kaliteleri hakkında karar vermede bize az da
olsa değerli bilgiler sağlamaktadır. Doğal puzolanın kimyasal özellikleri aşağıdaki gibi
olması norm değeri olarak istenmektedir.
SiO2 + Al2O3 + Fe2O3
MgO
SO3
Rutubet
en az %70
en çok %5
en çok %3
en çok %10
Doğal puzolanlarda aranılan fiziksel özellikler ise; sönmüş kireç 9 puzolanik madde
karışımı ile hazırlanan deneme numunelerinin 7 günlük çekme dayanımı en az 10
kgf/cm2 ve 7 günlük basınç dayanımı en az 40 kgf/cm 2 olmalıdır. Puzolanik aktivite
deneyleri normlarda gösterildiği gibi, puzolanik madde ve sönmüş kireç karışımı ile
standart kum kullanılarak yapılır.
Yapılan bir çok deneylerde yüksek oranlarda %50 SiO2 içeren puzolanlar istenilen
özellikleri ortaya çıkmasına daha da yardımcı olmaktadır. Bununla beraber bilinen bazı
iyi kalite puzolanlar %40 civarında SiO2 içerirler. Bazı puzolanlar ise farklı olarak %10
alkaliler, %20 kalsit, %30 alümina, %20 demiroksit, %15 karbon ve diğer mineralleri
içerirler.
Puzolanların petrografik tayinleri, çimento malzemesi olarak kullanılabilmelerinde
güvenilir bir işaret sayılmaz. Çünkü; aynı petrografik sınıflandırmaya ait olan
puzolanlardaki farklı kimyasal bileşimlerde aktif maddeler içerebilirler. Örneğin; sünger
taşları normal olarak kendilerine özgü puzolanik aktivitelerini volkanik cam yapılarına
borçludurlar. Fakat bazı çeşitleri ise opal ve killeri içerirler. Hidrotermal olarak altere
olmuş ve ayrışmış riyolit tüfler, normal olarak volkanik tüflerde bulunan cam yerine
yüksek miktarda zeolitleri veya kil minerallerini de içerebilirler. Diğer yandan aktif
26
bileşim tipleri sadece güvenilir bir kriter değildir, çünkü % miktarları çok geniş limitler
içerisinde değişmektedir.
Puzolanik maddelerde fiziksel nitelikler; özgül ağırlık, tane şekli, porozite ve incelik
çok yakından puzolanik aktivite ile ilgidir. Puzolanik maddelerin özgül ağırlıkları 2.32.8 gr/cm3 arasında değişir. Portland çimentosunda ise özgül ağırlık 3.1-3.2. gr/cm3
arasındadır. Puzolanik maddeler oldukça yüksek gözenekli, sivri köşeli ve oldukça da
ince tanecik yapısına sahip olup fazla miktarda su tutma yeteneğine sahiptirler. Bütün
bu fiziksel ve kimyasal nitelikler uygulama olanaklarına ve taze betonun su talebine
tesir eder ki bunlar şüphesiz sertleşmiş betonun değişik özelliklerine etki eden en
önemli faktörlerdir. [3, 4]
2. 6. Demir Cevheri
2. 6. 1. Tanımı
Sanayinin en önemli hammaddelerinden birini oluşturan demir, saf halde gümüş
parlaklığında olup kolayca oksitlendiğinden doğada nabit (serbest) halde ender olarak
bulunur. Demir cevherleri oksitler, sülfürler, sülfatlar ve karbonatlar olmak üzere dört
grupta toplanırlar.
1. Oksitli Demir Cevherleri
a) Manyetit (FeO, Fe2O3 veya Fe3O4)
b) Hematit-Olijist (Fe2O3)
c) Götit (Fe2O3.H2O)
d) Limonit (HgF2O4.(H2O) X veya 2Fe2O3.3H2O)
2. Sülfürlü Demir Cevherleri
a) pirotin (FeS.(S) veay Fe5S7 ile Fe16S17 arası)
b) Pirit (FeS2) Kübik kristalli
c) Markasit (FeS2) Rombik kristalli
3. Sülfatlı Demir Cevherleri
a) Melenterit (FeSO4)
4. Karbonatlı Demir Cevherleri
a) Siderit (FeCO3)
Demir cevherleri içinde demir çelik sanayiinde en çok kullanılanlar; manyetit, hematit,
limonit ve siderittir. Çimento sanayiinde kullanılanlar ise, Hematit-olijist, götit ve
limonittir. Demir yanında alümina kaynağı olarak da çimento sanayiinde şamozit ve
türingit kullanılabilir. Çimento sanayiinde kullanılan hematit ve limonitin minerolojik
özelliklerine aşağıda değinilmiştir.
Hematit: Kristalleri kalın veya ince levhamsı şekillerde olur. Yaprağımsı şeklinde
olanına demirgülü denir. Jel durumdan kristallenmiş duruma geçen hematit, ışınlı,
kılımsı, böbreğimsi olur ve üstü yumrulu yapıda bulunur. Hematit metal parıltılı ve
donuk olabilir. Rengi kristal durumda demir siyahı ve bazen de alacak, agrega
halindeyken de kırmızıdır. Çizgi rengi kırmızımsıdır. Kolay kırılır, kırılma yüzeyi midye
27
kabuğu şeklindedir. Sertliği 6.5, özgül ağırlığı 5.2 2gr/cm3’dür. Hematitin bileşiminde
%70 Fe ve %30 oksijen vardır. Çoğunlukla FeTiO3 (İlmenit) ve MgTiO3 ile izomorf
olarak bulunur. Toz halinde iken asitlerde çözünür. Hematit, hidrotermal, pnömatolitik,
metazomatik ve metamorfik olarak bulunur ve magnetitin değişmesinden oluşura.
Hematitin değişmesinden limonit oluşur.
Limonit: Kısmen amorf ve kısmen de rombosal sistemde kristallenmiş olan limonitte
çeşitil yapıda demir hidroksitler bulunur. Bununla beraber kriptokristalli
demirhidroksitler de vardır. Üst yüzeyi yumrulu, salkımımsı olup, ışınlı, kılımsı, sert
olduğu gibi, sık, oolitli gevrek ve toprağımsı olarak da bulunur. Rengi sarımsı
kahverenk, kırmızımsı kahverenk ve siyahımsıdır. Çizgi rengi ise daima kahverengidir.
Salkımımsı veya yumrulu olanın üstü çoğunlukla parlatılmış gibi düz ve siyah olur.
Sertliği 5-5.3. arasında değişir. Özgül ağırlığı 3.34-4.30 gr/cm3’dür. Kızdırıldığında
bileşimindeki su azalır ve rengi kırmızılaşır. Limonit çok yaygın ve her yerde
bulunduğu gibi arasına büyük yataklar yapan bir mineraldir. Taşların ve toprakların
kahve rengi ve kırmızımsı renkleri limonitten ileri gelir. Siderit, pirit, hematit, magnetit
ve başka bütün demirli minerallerin ve demirli taşların değişmesi ve su almasından
oluşur. Bundan dolayı demirli minerallerin değişim zonu için karakteristik bir mineral
sayılır. Demiri çok olan kaynak, göl ve başka suların çözeltisi olarak da oluştuğu
görülür.
Limonit, oluşumu ve görünüşüne göre çeşitli türlere ayrılır. Yumrulu limonit, üst yüzeyi
yumrulu, parıltılı, siyahımsı olur ve içi ise kırmızımsı kahve rengidir. Çizgi rengi daima
kahve rengi olup jel olarak çökelir. Oolitli limonit, uzak limonit oolitlerinin bir arada
toplanması ve kalker, kil, sileks gibi maddelerin, çimento rolünü oynayarak yapıştırması
ile oluşur. Batı Avrupa ülkelerinden bazılarında çok buluna ve “minette” denilen demir
madeni de oolitli limonittir. Toprağımsı limonit okker çoğunlukla bataklık ve akmayan
göllerde oluşan toprak yapılı limonittir. Bayağı limonit sık kütle olarak bulunan limonit
olup, başlıca demirli minerallerin değişmesinden oluşur. Saf limonitte %82 Fe2O3 ve
%14 H2O vardır. [1]
Çimento sanayiinde kullanılacak olan demir cevherinin minerolojik ve kimyasal
bileşiminde çimentoya zarar verecek maddelerin, zararlı imprutelerin bulunmaması
gerekir. Demir cevherinden gelebilecek yabancı ve zararlı maddelerin çimento için
genel düzeydeki sınırları aşağıda verilmiştir:
Kükürt: Demir cevherinin içerisinde pirit, markasit veya diğer bileşikler halinde
bulunur. Isıtıldığı zaman SO2 ve H2S verdiği için zararlı olduğundan demir cevherinde
mümkün olduğu kadar az bulunması istenir. Sınır değer: %0.25-1.00.
Arsenik: Arsenopirit (FeAsS), realgar (AsS) ve orpiment (As2S3) mineralleri olarak
bulunabilir. Isıtıldığı zaman kükürt gazı ve arseniğin korozif, istenmeyen bileşikleri
meydana gelir. Sınır değer: %0.5
28
Serbest Silis Asidi: Demir cevherinin oluşumu esnasında gang olarak kuvars çok defa
bulunduğu gibi sedimanter oluşumlu yataklarda parajener olarak da silis asidinin (SiO 2)
meydana getirdiği; sileks, kalsedon, çört bulunur. Bunlar serbest silisi oluşturdukları
için klinkerizasyon esnasında sorun yarattıkları gibi kırma-öğütme işlemlerinde de
yıpratıcı olurlar. Sınır değer: %1.
Fosfor: bilhassa sedimanter demir yataklarında organizmaların bakiyesi olarak fosforlu
minerallere çok rastlanır. Apatit (Ca5F.(PO4)3), vivianit (Fe3(PO4)2.8H2O) ve fosforit
olarak bulunur. Isıtıldığı zaman fosforik asid ve istenmeyen diğer şiddetli korozyon
yapan bileşikler oluşur. Sınır değer: %0.5
Klor: Sedimanter demir yataklarında ve bazı hidrotermal oluşumlarda klorür, iyodür,
bromür gibi halojenlerin alkali tuzları veya demirin halojenler ile bileşikleri halinde
bulunabilirler. Şiddetli korozif oldukları için gerek demir cevheri ve gerekse çimento
hammaddesi içerisinde istenmezler.
Demir cevherinin içinde demirle birlikte ayın parajeneze giren metalik cevherler ile tali
derecede krom, bakır, nikel, kurşun, manganez ve kobalt elementlerinin çeşitli
bileşikleri ve bu bileşiklerin mineralleri de bulunabilir. Bunların varlıkları çimento
rengine etki eder ve %1’i geçmemeleri istenir. [3, 4]
2. 6. 3. Türkiye’de Demir Oluşumlarının Bölgeler Göre Dağılımı
Türkiye’deki demir oluşumlarının bölgeler itibarı ile dağılımı Tablo 2.
verilmiştir.
Tablo 2. 10. Türkiye’deki Demir Oluşumlarının Bölgelere Göre Dağılımı [1]
BÖLGESİ
REZERV (Milyon Ton)
Görünür + Muhtemel
Mümkün
Marmara
98.2
2.0
Ege
11.0
17.0
Akdeniz
30.9
51.2
İç Anadolu
170.6
56.5
Karadeniz
0.2
9.9
Doğu Anadolu
129.8
119.9
TOPLAM
440.7
256.5
2. 7. Yakıt
10’da
29
Klinkerin pişirilmesinde doğal gaz, fuel oil veya kömür kullanılır. Son yıllarda bu
yakıtların yanında lastikler, yanabilen artıklar, kimyasal proseslerden elde edilen
artıklar, diğer yanabilen odun, odun kömürü turbası, veya pirinç kabuğu gibi yanabilen
maddeler de kullanım alanına girmiştir.
Yakıtların bir çoğu yandığı zaman SO2 veren kükürt içerir. Bunun yanında katı
yakıtların bünyesinde belirli miktarda kül vardır. Klinker üretimi için hammaddelerin
seçiminde her ikisi de dikkate alınmalıdır.
Yakıttaki kükürt, klinkerdeki toplam sülfat miktarını etkiler. Çünkü yanma sırasında
oluşan bütün SO2, CaCO3/CaO, K2O ve Na2O (hammaddedeki ile) reaksiyona girer.
Böyle ilave kükürt miktarı, alkali sülfatlaşma derecesinin tayininden önce klinkerin
hesaplanan sülfat miktarına ilave edilmelidir. Alkali ve sülfat konsantrasyonları
yönünden hammaddelerin kalitesi incelenirken bu durum gözönüne alınmalıdır.
Tablo 2. 11. Kömür Külünün Klinker Kompozisyonuna Etkisi [4]
KÖMÜR: 20000 KJ/Kg, %30 KÜL, ISI TÜKETİMİ = 3250 KJ/KG
Klinkerde Kireç Standardı = 96.5
KLİNKER
Farin
Külsüz
Yanma
Kömür Külü
Son
Klinker
Dışı
Kompozisyonu Klinker
SO3
Kompozis
yonu
Kireçtaşı %
85.5
Kil %
14.5
K. Kaybı
36.1
0
0
0
SiO2
12.4
19.4
55
21.1
Al2O3
2.8
4.3
25
5.3
Fe2O3
2.1
3.3
15
3.8
CaO
43.6
68.3
3
65.3
MgO
1.7
2.7
0.5
2.6
SO3
0.3
0.4
0.4
+0.5
0.8
K2O
0.1
0.2
1.5
0.3
Na2O
0.3
0.4
0.5
0.4
Cl
0.004
Kireç Standardı
111
111
96.5
Silika Oranı
2.6
2.6
2.3
Alümina Oranı
1.3
1.3
1.4
Tablo 2. 11 bununla ilgili bir örnek gösterir. Eğer kireçtaşının kireç standardı düşük,
yani klinkerde istenilen değere yakın ise, ya hiç kil ilavesine gerek yoktur veya düzeltici
bazı ilaveler gerekir. Kül de hesaba katıldığı zaman Tablo 2. 12’de böyle bir sonuç
görülmektedir. [4, 5]
Katkı yakıtların yanması esnasında oluşan kül farin ile tam olarak reaksiyona girer.
Kömür külünün kil kompozisyonuna benzer. Kül gözönüne alındığı zaman klinkerin
kireç standardında normal farine göre düşme görülür. Sonuç olarak hammadde duruma
uygun olarak ayarlanmalıdır. Farindeki kireç standardı, kömür külünü karşılayacak
şekilde yükseltilmelidir.
30
Tablo 2. 12. Kömür Külünün Klinker Kompozisyonuna Etkisi [4]
(Farin yalnız silisli kalker, laterit ve boksit içerir.)
KÖMÜR: 19040 KJ/KG, %35 KÜL, ISI TÜKETİMİ = 3430 KJ/KG
Klinkerde Kireç Standardı = 92.3
Kireçtaşı Fe
Al
Farin
Külsüz
Kömür
taşıyıcı taşıyıcı
Klinker
Külü
Kireçtaşı
96.0
Al taşıyıcı
1.8
Fe taşıyıcı
2.2
K. Kaybı
SiO2
36.8
10.4
21.5
36.0
Al2O3
12.1
22.4
9.0
12.3
19.2
61.3
Fe2O3
1.7
14.5
43.9
2.7
4.2
22,1
CaO
1.0
48.2
19.8
2.3
3.6
2.1
45.0
0.4
0.1
43.2
67.4
7.0
Kireç
123.2
110.6
Standardı
Silika
2.4
Oranı
Alümina
1.2
Oranı
Küllü
Klinker
64.0
92.3
2.4
1.5
Yakıtlar üç ayrılır:
a) Katı Yakıtlar
b) Sıvı Yakıtlar
c) Gaz Yakıtlar
2. 7. 1. Katı Yakıtlar
Antrasit, linyit, taş kömürü, asfaltit ve rafineri artığı olan petrol koku çimento döner
fırınlarında kullanılan başka katı yakıt türleridir. Bunlardan baka son senelerde ön
kalsinasyon sistemlerinde eski araba lastikleri, şehir çöpleri vb. gibi şeyler yakılarak
kullanılmaktadır. Bütün bunların içersinde en çok kullanılan kömür türleridir.
Kömürün kullanılmadan önce dikkatli bir şekilde yanma şartlarına uygun hazırlanması
gerekir. Her şeyden önce kömürün yeterli inceliğe kadar öğütülmesi ve iyice
kurutulması şarttır.
Fırına verilecek kömürün; rutubeti, inceliği ve uçucu madde miktarı yanma tarzını ve
alev formunu tayin eder. Bunlardaki değişik alev formunda dalgalanmalara sebep olur.
Kömür fazla iri ise taneler sinterde tam yanmaya hatta tutuşmaya bile fırsat bulamadan
fırın girişine sürüklenir. Kömür ne kadar ince öğütülürse tutuşma ve yanma süresi de o
kadar kısa olur. Yanma kısa sürede bittiği için alev sıcaklığı da fazla olur. O halde
kömürü öğütme esnasında patlama ve patlamaya meydan vermemek kaydıyla mümkün
mertebe ince öğütmek gerekir.
31
2. 7. 2. Sıvı Yakıtlar
Sıvı yakıtlar pülverize edici bir düze yardımı ile basınç altında fırına püskürtülürler.
Burada havanın taşıyıcı görevi olmadığı için primer hava oranı kömüre nazaran daha
azdır. Düze çapı ve basınç pülverize tane boyunu tayin eder. Sıvı yakıt olarak döner.
Fırınlarda daha ziyade 6 numaralı fuel-oil kullanılır.
Fuel-oil ile çalışırken kısa ve toplu bir alev elde edebilmek için mümkün olan en küçük
çaplı tanelerin elde edilmesi gerekir. Bu da düze çapı basınç ve akıtın ısısı ile ilgilidir.
Düze çapı küçülmesi basıncın artması ve yakıt sıcaklığının artması yakıtın nice
pülverize olmasını sağlar. 6 numara fuel-oil 120-1300C’ye kadar ısıtılabilir. 1201300C’nin üzerinde ful-oil kaynamaya başladığından pompanın verimi düşer ve fırına
yeterli yakıt basmaz. Fuel-oil’in 120-1300C’ye kadar ısıtılması pompa sonrası olur.
Pompa öncesi günlük yakıt tankında ısı maksimum 800C’ye kadar çıkarılmalıdır. Yakıt
sıcaklığı 800C’nin üzerine çıktığı zaman yakıt pompalarının özelliği gereği hava yapar
ve fırına yakıt basmaz.
Bu nedenle hem günlük yakıt tankının hem de pompa sonrası fuel-oil ısıtıcılarının buhar
hattı üzerine termostatla kumanda edilir, elektrikli vanalar konmalıdır. (Yeni sistemlerin
hepsinde vardır.)
2. 7. 3. Gaz Yakıtlar
Bu gazlar genellikle petrol kuyularından veya gaz kuyularından çıkan tabii gazlardır.
Isısal değerleri 8000-9000 kcal/Nm3’dür ve genellikle parafin ihtiva ederler.
Takriben 200 Akülük bir basınçla yeryüzüne çıkan gazların döner fırınlarda
yakılabilmesi için önce parafinden temizlenmesi gerekir. Bilahare basınç
regülatörlerinde basıncı 6 Aküye düşürülerek döner fırına verilirler.
Kazan dairelerinde suyun ısıtılması ile elde edilen buhar, çimento fabrikalarında birinci
planda fuel-oil’i ısıtmak için kullanılır. Buhar basıncı ne kadar yüksek olursa buharın
sıcaklığı da o kadar yüksek olur. döner fırında yakılan fuel-oil’in randımanlı yanması
için 120-1300C civarında bir sıcaklığa kadar ısıtmak gerekir. Şayet buhar basıncı düşük
olursa bu sıcaklığa erişmek mümkün değildir. Böyle hallerde kazanıcı ikaz edilerek
buhar basıncının yükseltilmesi sağlanılmalıdır.[6]
BÖLÜM 3. ÇİMENTO MODÜLÜ
32
Uzun süre portland çimentosu, proses sırasında elde edilen tecrübelere dayanılarak
üretilmekteydi. Araştırmalar ve portland çimentosunun kimyasal analizlerinden elde
edilen sonuçlar, bir tarafta kireç yüzdesi diğer tarafta da silis, alumina ve demir oksit
yüzdesi arasında belli bir ilişki bulunduğunu göstermektedir. Kalsiyum, silisyum,
aluminyum ve demir oksitler arasındaki ilişki hidrolik modül olarak bilinmektedir.
Tablo 3. 1. Hammadde Komponentleri [7]
3. 1. Hidrolik Modül
Bu modül aşağıdaki formülle ifade edilir.
33
H .M . =
CaO
=1,7 − 2,3
SiO + Al 2 O3 + F2 O3
Kaliteli çimentoların hidrolik modüllü 2’ye yakındır. Hidrolik modülü 1,7’den az
olanlar yeterli dayanıma sahip değildir, 2,4’den yüksek olanlar ise hacim açısından
dengesizdir.
Kolayca görüleceği üzere, hidrolik modül çimentoyu, Ca0’nun toplam hidrolik faktörü
içindeki oranı ile karakterize eder. (Örneğin, SiO2, Al2O3 ve Fe2O3). Genellikle Hidrolik
modül 1, 7’den 2, 3’e kadar değerlerle sınırlıdır. Hidrolik modül ne kadar yüksekse,
klinkeri pişirmek için o kadar yüksek ısıya gerek olduğu, diğer taraftan da, ilk dayanım
ve hidratasyon ısısı ne kadar yüksek ise kimyasal reaksiyona dayanımın o kadar az
olacağı bulunmuştur. Daha sonraları çimentonun daha iyi değerlendirilebilmesi için
silika ve alumina modülleri geliştirilmiştir. Bu modüller, hidrolik modüllerin yerine
geçmiştir.
3. 2. Silika Modülü
Bu modül, toplam Al2O3 ve Fe2O3 içindeki SiO2’nin ağırlık olarak oranını vermektedir.
S .M . =
SiO2
Al 2 O3 + F2 O3
Silika modülü 1, 9 ile 3, 2 değerleri arasında değişmektedir. Silika modülü için en
uygun değerler 2. 2 ile 2. 6 arasındadır. Bazen, özellikle beyaz portland çimentosu ve
yüksek silisli çimentolarda bu değer 3. 57e kadar çıkmaktadır. Aynı şekilde 1. 5-2. 0 gibi
düşük değerlere de rastlamak mümkündür.
Silika modülünün artması, likid faz miktarını düşürmek suretiyle klinkerin
pişebilirliğini ters yönde etkiler ve fırında anzas oluşmasına yol açar. Dahası, yüksek
silika modülü çimentonun prizini ve donmasını yavaşlatır. Silika modülünün azaltılması
ise likid faz miktarını artırın ve böylece pişebilirlik artar ve fırında istenmeyen anzas
oluşması ihtimali azalır.
3. 3. Silislik Asit Oranı
SiO2
oranına, Mussgeng Silislik asit Al2O3 oranı denir.
Al 2 O3
Fırında klinkerin pişmesi sırasında, bu oranın değeri 2, 5 – 3, 5 alümina modülünün
oranı 1,8 –2,3 ise, bu durum anzas oluşması için çok uygundur. Bu oran, bölüm 3. 2’de
anlatılan silika modülü ile karıştırılmamalıdır.
34
3. 4. Alümina Modülü
Bu modül çimentoda alümina’nın (Al2O3) demiroksite oranı olarak gösterilir.
Al.M . =
Al 2 O3
Fe2 O3
Bu oran genellikle 1, 5 ila 2, 5 arasında değişir. Yüksek aluminalı çimentolarda 2, 5’in
üzerinde, düşük aluminalı çimentolarda ise 1, 5’in altındadır. Alumina modülü, molekül
oranlarından gelen oksitlerin içindeki likid fazın kompozisyonunu gösterir. Düşük
alümina modülü klinkerde yalnızca tetraaluminaferrit’in (4CaO.Al2O3.Fe2O3)
oluşumuna sebep olur.
Bunun için sayısal olarak klinkerde tirikalsiyum aluminat (3CaO. Al2O3) bulunmaz.
Bu durum, genellikle, düşük hidratasyon, yavaş priz ve düşük çekem özellikleri ile
tanımlanan demirli çimentolarda görülür. Yüksek alumina modülü ve düşük silika
modülü bulunmasının sonucu, çabuk priz tutan ve priz süresinin ayarlanabilmesi için
çok miktarda gypsum ilavesine gerek duyulan çimentolar üretilir.
3. 5. Kireç Formülü
3. 5. 1. Kireç Doygunluk Faktörü
Şayet, toplam silika C2S şeklinde demiroksitin tamamı aynı miktarda alumina ile C4AF,
ve aluminanın geriye kalanı da C3A şeklinde birleşirse kirecin doygunluğu tamamlanmış
olur.
3 x56
= 2,8 kısım CaO
60
3 x56
= 1,65 kısım CaO
C3A da 1 kısım Al2O2 birleşir,
102
2 x56
= 1,1 kısım CaO
C4Af de 1 kısım Al2O3 birleşir,
102
2 x56
= 0,7 kısım CaO
C4Af de 1 kısım Fe2O3 birleşir,
160
C3S de 1 kısım SiO2 birleşir,
C4Af’ye toplam alumina’nın eklenmesi C3A+CF olarak düşünülür. 1 mol kalsiyum
oksitin 1 mol Fe2O3’e ağırlık olarak oranı;
CaO
56
=
= 0,35 olduğundan 1 kısım Fe2O3 kısım CaO ile birleşir.
Fe2 O3 160
35
Maksimum kireç miktarı:
CaOmax (Al.M > 0,64) = 2,8SiO2 + 1,65 Al2O3 + 0,35 Fe2O3
Bogue formülünde [C2S sıfıra eşit alınırsa (C2S = 0) ya da Kind’in formülünde KSk bir
olarak alınırsa (KSk = 1)] aynı sonuca varılır.
Böylece, klinkerdeki kireç miktarı, efektif kireç miktarının, klinkerde bulunabilecek
maksimum kirece oranı olarak hesaplanır.
LSF ( Al.M > 0,64) =
100CaO
2,8SiO2 + 1,65 Al 2 O3 + 0,35 Fe2 O3
Sovyetler Birliğinde kullanılan Kind formülü, tamamlanmamış kireç doygunluğunu
kirecin silika’ya düşük oranda bağlanması esasına dayandırmıştır.
CaO = KSk . 2,8SiO2 + 1,65 Al2O3 + 0,35 Fe2O3
Buradan;
KSk =
CaO − (1,65. Al 2 O3 + 0,35 Fe2 O3 )
2,8SiO2
bulunur.
Teknik amaçlarla, yukarıda verilen formülle kireç doygunluk oranı 0,80 ve 0,95
arasında değişir. Demiroksitçe zengin klinkerlerde (Al.M ≤ 0,64) alumina sadece kristal
faz karışımında C2(A-F) birleşir. Maksimum kireç miktarı ve kireç doygunluk faktörü
aşağıdaki şekilde hesaplanır.
CaOmax (Al.M ≤ 0, 64) = 2,8SiO + 1,1 Al2O3 + 0,7 Fe2O3
LSF ( Al.M ≤ 0,64) =
100CaO
2,8SiO3 + 1,1Al 2 O3 + 0,7 Fe2 O3
Görüleceği gibi Al.M ≤ 0,64 olduğunda, Kind Formülünde katsayı değişmektedir.
3. 5. 2. Kireç Standardı
36
Kireç Doygunluk Faktörürde anlatılan kireç doygunluğu sinter ısısındaki klinkerin
yavaş yavaş soğutulması gereğince, böylece de likid fazın katı faz ile dengesinin
sağlanması esasına dayandırılmaktadır.
Bu C3A içeren klinker için geçerli değildir. 14500 C sinter ısısında, silikat mineralleri
C3S ve C2Sve açığa çıkmamış kireç katı fazda, C4AF de sıvı fazdadır. Yine de sıvı fazda
C3A için gerekli olandan daha az miktarda kireç bulunmaktadır. C3A’nın tam olarak
oluşabilmesi için, serbest CaO ve C3S olarak adlandırılan ve katı faz içinde bulunan
fazla kireç ile, kireç eksikliğinin tamamlanması gerekir.
Ancak soğutmada, bu gerçekleşemez, çünkü sıvı aluminat, sinter ısısında emdiği
kireçten daha fazlasını absorbe edemez. (Donmuş denge KUHL’a göre). Deneyler,
yüksek kireç içeren sıvı aluminatın 2CaO molekülüne karşılık bir mol Al2O3
bağlayabileceğini göstermiştir. Bunun için teknik şartlarda bu, ulaşılabilecek olan kireç
sınırıdır. Buna “standard kireç” denir.
CaOstandart = 2,8 SiO2 + 1,1 Al2O3 + 0,7 Fe2O3 görüleceği gibi formülde doygun kireç ile
aynı katsayılar bulunmaktadır; (Al.M ≤ 0,649. Bundan dolayı, kireç standardı için,
gerçek kireç miktarının standart kirece oranıdır sonucu çıkarılabilir.
KST(Kireç Standard) =
100CaO
2,8SiO2 + 1,1Al 2 O3 + 0,7 Fe2 O3
Daha sonraları denklem KSTI olarak kabul edilerek KST II’den ayrılması sağlanmıştır,
bu dörtlü sistem CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3 üzerinde yapılan çalışmalara dayanmaktadır.
KST II =
100CaO
2,8SiO2 + 1,18 Al 2 O3 + 0,65 Fe2 O3
Bu katsayılar; 2,15 mol CaO ile 1 mol Al2O3’ün bağlandığını gösteren ciddi çalışmalar
sonucunda elde edilmiştir (2.15x56/102 = 1.18).
 1,85 x56

= 0,65  ile bağlanacak 4-2, 15 = 1,85 mol CaO
Böylece geriye; Fe2 O3 
 160

kalmaktadır.
Son zamanlarda, Kuhl’un kireç standardı formülünün MgO ağırlığını da dikkate alacak
şekilde değiştirilmesi gerektiğini düşünülmektedir.
KST III =
100(CaO + 0,75MgO)
2,8SiO2 + 1,18 Al 2 O3 + 0,65 Fe2 O3
Bu yeni formülde Mg0 ancak %2’ye kadar bulunabilir, daha yüksek değerde Mg0
periklas olarak görülecektir.
Pratikte, genellikle KST II kullanılır. Bu tam anlamıyla İngiliz “Lime Saturation Factor”
tekabül eder. Alman kireç standardı ile (KSt) aynıdır, fakat Alman “Lime Saturation
37
Factor” (KSG) ile benzeşmez. Al.M ≤ 0,64 olduğunda, KSt ile KSG arasında bir fark
yoktur.
“Kireç Doygunluk Faktörü” aynı zamanda İngiliz Stantardların da kireç miktarının
sınırlarını tayinde kullanılır.
L.S .F . =
CaO − 0,7 SO3
→≤ 1,2− ≥ 0,66
2,8SiO2 + 1,2 Al 2 O3 + 0,65 Fe2 O3
LSF, formülde çimentodur. Numeratördeki anlamı; toplam CaO miktarından, analitik
olarak bulunan SO3 miktarının çıkarılmasıyla elde edilen CaO miktarıdır. Bu
açıklamadan toplam SO3’nin klinkerden değil, katkı olarak kullanılan alçıtaşından
geldiği düşünülür. Yüksek kireç standardı normal olarak çimentoda yüksek dayanım
demektir.
Aşağıda Portland Çimentosu için tipik kireç standart değerleri verilmiştir:
Normal Portland Çimentosu
Çabuk Donan Çimento
: 90-95
: 95-98
100’ün üzerindeki kireç, klinkerde serbest kireç oluşturur. Yüksek kireç standardı
klinker pişirmede yüksek ısı gerektirir.[7]
Tablo 3. 2. Hammadde Karışımı İçin Kimyasal Kriterler [7]
38
BÖLÜM 4. HAMMADDE KARIŞIM ORANLARININ HESABI
39
Hammadde karışım oranlarını hesaplamanın amacı hammadde komponentlerinin
ağırlıkça oranlarını tespit ederek pişmiş klinkerin istenilen kimyasal ve mineralojik
kompozisyona sahip olmasını sağlamaktır. En basitinden en karmaşığına kadar bir çok
hesaplama metodu bulunmaktadır. Metodlarda temel olarak hammadde birleşim
analizleri kullanılır. Analizin sonucu %1’lik toleranslı olabilir. %100’ü geçen sonuçlar
%100’e aritmetik olarak indirilmelidir. Bu her bir komponentin orantılı olarak
azaltılması ile sağlanır. Şayet komponentlerin toplamı %100’den az ise, o zaman
komponentler orantılı olarak yükseltilmez. Bu durumda 100’den kalan kısım “artan”
olarak kabul edilir. Böylece bileşimin toplamı %100 olacaktır.
Hammadde karışım hesaplarında kullanılan bütün formüllerde, aşağıda analizleri
verilmiş olan kireçtaşı ve kil numuneleri örnek olarak alınmıştır.
Tablo 4. 1. Örnek Numune Analiz Tablosu [7]
Kireçtaşı (Kalker)
%
SiO2
0,8
Al2O3
0,4
Fe2O3
0,3
CaO
54,4
MgO
0,4
Tayin Edilemeyen
0,3
Kızdırma Kaybı
43,4
CaCO3
97,9
MgCO3
4.
Kil %
55,2
15,3
7,8
9,2
1,6
1,0
9,9
19,7
-
1. “Alligation Alternate” Metodu ile Hammadde Karışım Hesapları
Karışım problemlerini çözmek için kullanılan en basit metod “Alligation Alternate” adlı
metod olup, burada 2 hammadde komponentinin oranları tayin edilir. Bu durumda
kalsiyum karbonat değeri sabit tutulur ve her iki komponentin oranları tayin edilir.
Örnek: %77.7 kalsiyum karbonat içeren bir hammadde elde etmek için kireçtaşı ve kil
oranları aşağıdaki şekilde hesaplanır:
Kireçtaşı
97.9
58.0
77,7 – 19,7 = 58,0
kısım kireçtaşı
20.2
97,9 – 77,7 = 20,2
kısım kil
77.7
Kil
19.7
%77.7 CaCO3 ihtiva eden bir hammadde elde etmek için 58 kısım kireçtaşı 20.2 kısım
kil ile karıştırılmalıdır. Böylece hammaddedeki ham karışım komponentlerinin oranı
aşağıdaki şekilde elde edilir.
40
Kireçtaşi 58,0 2,87
=
=
Kil
20,2
1
4. 2. MICHAELIS Formülü ile Hammadde Karışım Kompozisyonu
Michaelis Formülü hidrolik modüle dayandırılmış olup, karışım oranları aşağıdaki
formülle elde edilir.
(n.s) − c kal ker miktarı
=
c L (ns L )
kil miktarı
Burada, hidrolik modülü 2 olan bir karışım elde etmek için;
n = hidrolik modül = 2
s = kildeki toplam SiO2 + Al2O3+Fe2O3
c = Kildeki CaO
sL = Kireçtaşındaki toplam SiO2+Al2O3+Fe2O3
CL = kireçtaşındaki CaO
Tablo 4. 1. de verilen hammadde analizlerine göre karışımın oranı:
2 x( 552 + 15,3 + 7,8) − 9,2 2,86
=
54,4 − 2 + ( 0,8 + 0,4 + 0,3)
1
4. 3. KUHL Formülü ile Hammadde Karışım Hesapları
Kireç doygunluk derecesine dayalı olan Kuhl formülü en yaygın kullanılan formüldür.
Kireçtaşi ( 2,8SiO2 +1,1Al 2 O3 + 0,7 Fe2 O3 ) − CaO
=
Kil
CaO − ( 2,8SiO2 −1,1Al 2 O3 + 0,7 Fe2 O3 )
Tablo 4. 1. de verilen hammaddelere göre oranı:
[ ( 2,8)( 55,2) + (1,1)(15,3) + ( 0,7 )( 7,8) ] − 9,2 = 3,25
54,4 − [ ( 2,8)( 0,8) + (1,1)( 0,4 ) + ( 0,7 )( 0,3) ]
1
4. 4. Karışım Oranının Grafik Olarak Hesaplanması
41
Son olarak Grun ve Kunze tarafından bulunan karışım oranının grafik olarak
hesaplanması metodu yer almaktadır. Hesaplamada kızdırma kaybı öncesi
hammaddelerin kimyasal analizleri kullanılır.
Grafikte,
Absis SiO2’nin yüzdesi (%0-100)
“Ordinat Kalan CaO” yüzdesi (%0-100) dir.
Kalan CaO miktarı Al2O3 ve Fe2O3 ile birleşecek olan CaO’nun toplam %CaO’dan
çıkarılması ile elde edilir, ve C3S ve C2S’i oluşturacak olan CaO’nun miktarını verir.
Kalan Cao = Toplam CaO - %1,65) (Al2O3) – (0,7) (Fe2O3)
Ordinat üzerindeki %Ca0 noktası daha sonra absisdeki %SiO2 ile birleştirilir ve böylece
dik açılı ikizkenar üçgen meydana gelir.
Portland çimentosunu tanımlayan sınırlar C3S (%73,69 CaO ve %26,32 SiO2) ve C2S
(%65,11 CaO ve %34,89 SiO2) şeklinde ifade edilebilir.
Hipotenüs üzerinde, merkezden C3S ve C2S kompozisyonlarına tekabül edecek
noktalara doğru düz çizgiler çizilir. Klinker sadece C3S ve C2S’den oluşmadığı, aynı
zamanda diğer bileşimleri de (C3A, C4AF v.s.) %20-49 sınırlarında içerdiği için
hipotenüse paralel olarak %80 Ca0’dan 580 SiO2’ye %60 Ca0’dan %60 SiO2’ye akış
çizgileri (likit fazı göstermek üzere) çizilir.
Grafikte gölgeli kısım, portland çimentosu klinkerindeki ortalama kalsiyum silikat’i
gösterecektir. Örnek olarak iki hammadde, kireçtaşı ve kil karışım oranlarının
hesaplanmasını gösterelim:
Örnek: Bir çimento fabrikasının aşağıdaki kompozisyonlarda kireçtaşı ve kil
hammaddeleri bulunduğunu varsayalım.
Kireçtaşı
Kil
SiO2
% 2,9
% 50,4
Al2O3
% 1,1
%22,2
Fe2O3
%0,8
%8,5
CaO
%52,9
%4,3
MgO
% 0,3
%2,1
Kızdırma Kaybı
%42,9
%12,5
Kızdırma kaybı olmadan;
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Kireçtaşı
% 5,0
% 1,9
% 1,38
% 91,2
% 0,52
Kil
% 57,6
% 25,4
% 9,7
% 4,9
% 2,4
42
Kireçtaşında;
C3A yapmak için Ca0 = (1,65) (1,9) = %3,135
C4AF yapmak için Ca0 = (0, 70) (1, 38) = %0.966
Böylece kalan Ca0;
Kireçtaşında:
91,2 – 3,135 – 0,966 = %87.1
Kilde;
C3A yapmak için Ca0 = (1,65) (25,4) = %41,90
C4AF yapmak için Ca0 = (0,70) (9,7) = %6,79
Kildeki kalan Ca0:
4,9 – 41,90 – 6,79 = 543,80
Bütün bu değerler diagramda “kalan % CaO”ye karşı” %Si02” olarak işaretlenir.
Diagramdaki L noktası, kireçtaşındaki kalan Ca0 ve Si02’yi C noktası ise kildeki kalan
Ca0 ve Si02 pozisyonlarını göstermektedir. Bu noktalar düz bir çizgi ile birleştirilmiştir.
Şayet bu doğru çizgi taralı kesimden geçecek olursa, bu çizgi üzerinde bir P noktası
seçilir (daha yüksek trikalsiyumsilikat formasyonu için tercihen C3S’e yakın). L ve C’yi
birleştiren düz çizginin kısımları yani LP ve CP, ölçülür. Bu aralıkların (mesafelerin)
oranı bize kızdırma kaybı öncesi kilin ve kireçtaşının oranını verir. Bilinen hesaplama
işlemini kullanarak, kızdırma kaybından sonraki kil ve kireçtaşı miktarları bulunur.
Diagramda L ve C’yi birleştiren düz çizgi taralı kısımdan geçmezse verilen bu 2
hammaddeden portland çimentosu yapmak olanaksızdır. Yani, bu eksikliği tamamlamak
için üçüncü bir hammadde komponenti eklemek gerekmektedir.
43
Şekil 4. 1. İki Komponentli Hammadde Karışım Oranının Hesaplanması [7]
44
Bu konu ile ilgili prosedür bir örnekle gösterilmiştir.
Hammadde kompozisyonları
Si02
Al202
Fe203
Ca0
Mq0
Kızdırma kaybı
Kızdırma kaybı öncesi
Si02
Al202
Fe203
Ca0
Mq0
Kireçtaşı
% 4,4
% 2,7
% 2,5
% 49,3
% 0,5
% 40,6
Kil
% 32,5
% 22,5
%10,6
%21,5
% 2,1
% 10,8
Kum
% 94,4
% 2,5
% 1,8
% 0,5
% 0,8
% 7,4
% 4,6
% 4,2
%83,0
% 0,8
% 36,4
% 25,3
% 11,8
% 24,1
% 2,4
% 95,1
% 2,6
% 2,8
% 0,5
-
Her hammadde için CaO kalıntısının hesaplanması;
C3A oluşturmak için Ca0 = (1,60) (4,6) = % 7,6
C4AF oluşturmak için Ca0 = (0,70) (4,2) = %2,94
Kireçtaşındaki Ca0 kalıntısı = (83,0) – (7,6) – (2.94) = %72,46 Ca0
Kil
C4AF oluşturmak için Ca0 = (0,70) (11,8) = % 8,3
Kildeki Ca0 kalıntısı = (24,1) – (41,8) – (8,3) = %26,0 Ca0
Kum
C4AF oluşturmak için Ca0 = (0,70) (1,8) = %1,3
Kireçtaşındaki Ca0 kalıntısı = (0,5) – (5,6) = %-5,1 Ca0
Normal Portland Çimentosu klinkeri için oranları gösterecek olan bir diagramın
çizilmesi ve taralı kısmın gösterilmesi 2 komponentli karışımda olduğu gibidir.
45
Şekil 4. 2. Üç Komponentli Hammadde Karışım Oranının Hesaplanması [7]
L ve C noktaları diagramda belirtilmiştir. L ve C noktalarının birleştirilmesiyle, doğru
çizginin, taralı kısmın hemen hemen dışında kaldığı görülmektedir.
Diagramda S noktası ile bu noktanın koordinatları olan kumdaki % kalan Ca0 ve % Si0 2
de belirlenmiştir. Taralı kısım içinde P noktası seçilir, bu P noktası düz bir çizgi ile S
noktasıyla birleştirilir ve M noktasında LC doğrusunu kesecek şekilde uzatılır.
ML bölümü kil miktarını MC bölümü kireçtaşı miktarını SP kireçtaşı + kil karışımını,
MP ise SP’ye tekabül eden kum miktarını göstermektedir. Buradan;
( ML + MC )
MP
= kum kısmı bulunur. [7]
SP
46
BÖLÜM 5. ÇİMENTO SEKTÖRÜ
5. 1. Türkiye’de Çimento Üretimi
Türkiye’de ilk çimento fabrikası 20.000 ton/yıl kapasite ile 1911 yılında İstanbulDarıca’da kurulmuştur. Daha sonra bu fabrika 1923 yılında genişletilerek kapasitesi
40.000 ton/yıl’a yükseltilmiştir.
1950’lı yıllarda Ankara, Zeytinburnu (İstanbul), Kartal (İstanbul) ve Sivas’ta 4 yeni
çimento fabrikası kurulmuş ve toplam kapasite 370.000 ton/yıl’a yükselmiştir. 1950
yılında kişi başına çimento tüketimi 25 kg olmuştur.
1953 yılında Türkiye Çimento Sanayii T.A.Ş. (ÇİSAN) kamu iktisadi teşebbüsü olarak
50 milyon TL sermayeyle Türkiye’nin değişik bölgelerinde artan çimento istemini
karşılamak amacıyla kurulmuştur. 1984 yılında şirketin isim Türkiye Çimento ve Toprak
Sanayi T.A.Ş. olarak değişmiştir. ÇİSAN’ın kurulması ve bunun sonucu olarak üretimin
artması ile birlikte çimento hızla tüketilen temel maddelerden biri haline gelmiş olup, bu
tüketim özellikle planlı dönemlerde büyük sıçramalar göstermiştir.
Yurtiçi çimento tüketimi 1962 yılında yani, planlı dönemlere geçmeden önce 2.3 milyon
tondan; I. Beş Yıllık Kalkınma Planı dönemi sonunda (1967) 4.5. milyon tona, II. Beş
Yıllık Kalkınma Planı dönemi sonunda (1972) 7.3 milyon tona, III. Beş Yıllık Kalkınma
Planı dönemi sonunda ise (1977) 12.9 milyon tona ulaşmıştır. Aynı şekilde 1962 yılında
80 kg. olan kişi başına çimento tüketimi; 1967’de 135 kg, 1972’de 194 kg, 1977’de de
307 kg olarak gerçekleşmiştir.
IV. beş Yıllık Kalkınma Planı dönemine geçiş yılı sayılan 1978 yılında çimentoya olan
istem en yüksek değerine ulaşarak 14.2 milyon ton olmuştur. Kişi başına tüketilen
çimento miktarı ise 330 kg’ye ulaşmıştır. 1978 yılından sonar Türkiye’nin içerisine
girmiş olduğu ekonomik bunalım çimento sektörünü de etkilemiş, çimentoya olan istem
yıldan yıla dereceli olarak azalarak, IV. Beş Yıllık Kalkınma Planı dönemi sonunda
(1983) 11.6 milyon tona kadar düşmüştür. 1983 yılında kişi başına çimento tüketimi 238
kg olmuştur.
V. Beş Yıllık Kalkınma Planı dönemine geçiş yılı sayılan 1984 yılında çimentoya olan
istemde bir artış görülerek tüketim 13.8 milyon ton olmuş, kişi başına tüketilen çimento
miktarı ise 277 kg’ye yükselmiştir. 1985 ve 1986 yıllarında ise çimento tüketimi
sırasıyla 15.8 ve 18.9 milyon tona, kişi başına tüketim ise 307 ve 358 kg’ye ulaşmıştır.
Diğer yandan, çimento sektöründeki üretim 1962 yılında 2-3 milyon ton dolayındayken,
I. Beş Yıllık Kalkınma Planı dönemi sonunda (1967) 4.2 milyon tona, II. Beş Yıllık
Kalkınma Planı dönemi sonunda (1972) 8.4 milyon tona ve III. Beş Yıllık Kalkınma
Planı dönemi sonunda (1977) 13.8 milyon tona ulaşmıştır. IV. Beş Yıllık Kalkınma
Planı dönemine geçiş yılı sayılan 1978 yılında 15.3 milyon tona çıkan çimento üretimi
ekonomik bunalımlardan etkilenerek 1980 yılında 12.9 milyon tona kadar gerilemiş,
fakat ihracata yönelik çalışmalarla tekrar 1981 yılında 15 milyon tona ve IV. Beş Yıllık
Kalkınma Planı dönemi sonunda 13.6 milyon ton olan çimento üretimi 1984 yılında
47
15.7 milyon tona yükselmiştir. 1985 ve 1986 yıllarında üretilen çimento miktarı ise
sırasıyla 17.6 ve 20 milyon ton olmuştur.
1987 yılı çimento sektöründe en yüksek değerlere ulaşılan bir yıl olmuştur. Bir önceki
yılı göre çimento tüketimi %23.4 artışla 22.7 milyon tona, kişi başına tüketim %20.3
artışla 442 kg’a ve çimento üretimi de %9.9 artışla 22 milyon tona yükselmiştir. Dikkat
edilmesi gereken diğer bir konu ise, artık Türkiye7nin çimento ithal eden bir ülke
konumuna girmiş olmasıdır. Ülke genelinde üretim potansiyeli, gereksinimi karşılar
düzeyde görünmesine karşın, bölgeler düzeyindeki kapasite dağılımından özellikle de
Marmara bölgesindeki aşır istemden dolayı 1.630 bin ton çimento ithal edilmiştir.
Bunun dışında ithal edilen klinker miktarı ise 407 bin tondur. İthalattan ayrı olarak
bölgeler arasındaki kapasite dengesizliğini gidermek amacı ile çimento fabrikaları
arasında 1.7 milyon ton klinker ile 409 bin ton çimento taşımacılığı gerçekleşmiştir.
1988 yılında çimento üretimindeki artış %3.2 olarak gerçekleşerek 22.7 milyon ton
olmuştur. Çimento tüketimi ise Marmara ve Ege Bölgeleri dışında azalma göstermiştir.
1988 yılında 1.290 bin ton çimento ile 357 bin ton klinker ithal edilmiştir. Bunun
dışında bölgeler arası kapasite dengesizliğinden dolayı fabrikalar arasında 2.2. milyon
ton klinker ile 560 bin ton çimento transferi gerçekleşmiştir. 1988 yılında Türkiye’de
kişi başına çimento tüketimi 439 kg olmuştur.
1989 yılında ise çimento üretimi %5 artarak 23.8 milyon ton olmasına karşın, çimento
tüketimi %1.6 azalışla 23.4 milyon ton olarak gerçekleşmiştir. Sadece Karadeniz ve
Güneydoğu Anadolu Bölgeleri’nde tüketim artışı izlenebilmiştir. 1989 yılında 81 ton
klinker ve özel sektör tarafından da 448 bin ton çimento ithal edilmiştir. Yıl içinde
İstanbul yöresine, diğer bölgelerden 831 bin ton çimento getirilmiştir. Fabrikalar arası
klinker transferi ise 2.3 milyon ton dolayında gerçekleşmiştir. 1989 yılında Türkiye’de
1990 ılında Türkiye’de ilk kez klinker üretimi 20 milyon tonun üzerine çıkarak 20.252
bin ton olarak gerçekleşmiştir. Çimento üretimi 24.4 milyon ton olurken, bir önceki yıla
göre %2.6 artmıştır. 1990 yılında çimento sektörünün yaşadığı grev ve Ağustos ayında
başlayan Körfez Krizi nedeniyle, çimento tüketimi olumsuz olarak etkilenmiştir. Buna
karşın, tüketim 23.8 milyon ton olarak gerçekleşerek 1989 yılına oranla %1.8 artış
göstermiştir. Sadece Marmara bölgesi çimento tüketiminde azalma izlenmiştir. 1990
yılında 70 bin ton klinker ve 1.150.000 ton çimento ithal edilirken, aynı yıl 962 bin ton
klinker ve 1.719.000 ton çimento ihracatı gerçekleştirilmiştir. Bunların dışında satış
hinterlandları arası kapasite dengesizliğinden dolayı fabrikalar arasında 1.5 milyon ton
klinker ve 355 bin ton çimento transferi gerçekleştirilmiştir. 1990 yılında Türkiye’de
1991 yılında Türkiye Çimento sektöründeki çimento üretimi 26.3 milyon ton olurken,
bir önceki yıla göre %7.56 artmıştır. Çimento tüketimi ise 24.3 milyon ton olarak
gerçekleşmiştir. Bu da 1990 yılına göre %2.22 artışa karşılık gelmektedir. Ege bölgesi
dışındaki diğer bölgelerde tüketimde artış gözlenmektedir. 1991 yılında 109 bin ton
klinker ve 487 bin ton çimento ithal edilirken aynı yıl 1.170.000 ton klinker ve
2.403.000 ton çimento ihraç edilmiştir. Fabrikalar arasında 1.046.200 ton klinker,
778.400 ton çimento transferi olmuştur. 1991 yılı Türkiye’de kişi başına çimento
tüketimi 422 kg olmuştur.
48
Tablo 5. 1. Çimento Sektöründe Planlı Dönem Sonları İtibariyle Çimento Üretim
ve Tüketimleri [2]
(1000 ton)
Artış ve Azalış (%)
(1000 ton)
YILLAR
Çimento Beş
Yıllık
Çimento
Beş
Yıllık
Tüketimi
Yıllık
Ortalama
Üretimi
Yıllık
Ortalama
1962
2328
91.37
13.86
2323
1967
4455
63.12
10.28
4249
82.91
12.84
1972
7267
77.85
12.20
8425
98.28
14.67
1977
12924
9.76
13832
64.18
10.42
1978
14186
18.50
-4.01
15343
10.92
1983
11562
19.62
13595
-11.39
-2.39
1984
13831
15738
15.76
1989
23337
69.02
11.07
23801
51.23
8.62
1992 yılında Türkiye’deki çimento üretimi 28.6 milyon tona ulaşarak bir önceki yıla
göre %8.93 artmıştır. Çimento tüketimi ise %6.72’lik bir artış ile 26 milyon ton
olmuştur. 1992 yılında 130.5 bin ton klinker, 267.1 bin ton çimento ithal edilmiştir.
Buna karşılık 1586.2 bin ton klinker 2830.70 bin ton da çimento ihraç edilmiştir. 1992
yılında Türkiye’de kişi başına çimento tüketimi 440 kg olmuştur.
Tablo 5. 1. ’de Planlı dönemler sonu itibariyle çimento tüketimleri, üretimleri ve
bunların ortalama artış hızları, Tablo 5. 2. ’de 1983-93 arası yıllık çimento üretim ve
tüketimleri ile kişi başına tüketimler sunulmuştur.
5. 2. Mevcut Kapasite
Türkiye’de 1911 yılında kurulan 20.000 ton/yıl kapasiteli ilk çimento fabrikasından bu
yana kapasite yaklaşık 1500 misli artarak 1992 yılında 31.8 milyon ton/yıl’a ulaşmıştır.
VI. Beş Yıllık Kalkınma Planı dönemi sonunda (1994) 34 milyon tona, 2000 yılında ise
39.5 milyon tona yükselmesi programlanmış bulunmaktadır.
Ülkemizde çimento sektörü; 1926 yılına kadar olan dönem dışında, daima kamu ve özel
sektörün bir arada üretim yaptığı ve 1960 yılından sonra da kapasiteyi yaklaşık olarak
yarı yarıya paylaştığı bir sektördür. Ancak 1987 yılında başlatılan özelleştirme
çalışmaları ile birlikte Çitosan’a ait çimento fabrikaları satılmış, böylece çimento
sektöründeki özel sektörün payı 1992 yılı sonu itibariyle %84.08 olmuştur.
49
Tablo 5. 2. Çimento Sektöründe 1983-93 Dönemi Çimento Tüketim ve Üretim
Rakamları [2]
(1000 ton)
(1000 ton) Artış
ve
Azalış (%)
YILLAR Tüketim Kişi Başına Tüketim
Kişi
Üretim
Yıllık
Tüketim
Başına
Tüketim
1983
11562
240
-1.84
-4.38
13595
-13.48
1984
13831
280
19.62
16.67
15738
15.76
1985
15797
312
14.21
11.43
17581
11.71
1986
18934
366
19.86
17.31
20004
13.78
1987
23362
442
23.39
20.77
21980
9.88
1988
23748
439
1.65
-0.68
22675
3.16
1989
23377
423
-1.56
-3.64
23801
4.97
1990
23799
421
1.81
-0.47
24416
2.58
1991
24329
422
2.23
0.24
26261
7.56
1992
25965
440
6.72
4.27
28607
8.93
1993
23585
23428
(Eylül)
Zeytinburnu çimento fabrikasında 1985 yılı Kasım ayında kapatılmasından sonra 1986
yılında Şanlıurfa ve 1988 yılında Denizli çimento fabrikalarının devreye alınmasının
yanısıra İstanbul’da bir öğütme tesisi kurulmuştur. 1991 yılında ise Gümüşhane öğütme
ve paketleme tesisi ile Edirne çimento değirmeni devreye girmiştir.
Tablo 5. 3. Çimento Fabrikalarının Sektörel Dağılımı (x 1000 ton/yıl) [2]
Sektör
Kamu
Özel
Toplam
Fabrika Kurulu Klinker
Sayısı Üretim
Kapasitesi
1000 ton %
12
4805
17.66
34
22405 82.34
46
27210 100.00
Optimum Klinker Optimum
Öğütme Kapasitesi Klinker Üretim
Kapasitesi
1000 ton %
1000 ton %
4290
16.59
5065
15.92
21575 83.41
26760 84.08
25865 100.00
31825 100.00
Çim. Değ.
Öğütme
Kapasitesi
1000 ton %
6695
16.06
35005
83.94
41700
100.00
50
Tablo 5. 4. Çimento Fabrikalarının Bölgesel Dağılımı (x 1000 ton/yıl) [2]
Bölgeler
Adet
Marmara
10
Kurulu Klinker
Üretim
Kapasitesi
1000
%
ton
8550
31.42
Ege
Akdeniz
Karadeniz
İç Anadolu
Doğu
Anadolu
G.Doğu
Anadolu
Toplam
4
4
8
10
4
3400
4060
2595
4020
1155
12.50
14.92
9.54
14.77
4.24
3460
3845
2500
3605
995
13.38
14.87
9.67
13.94
3.85
4210
4545
3720
4825
1155
13.23
14.28
11.69
15.16
3.63
5120
5840
4580
6580
1580
12.28
14.00
10.98
15.78
3.79
6
3430
12.61
2985
11.54
3350
10.53
4295
10.30
46
27210
Optimum
Klinker Öğütme
Kapasitesi
1000
%
ton
8475
32.77
Optimum Klinker
Üretim Kapasitesi
10020
31.48
Çim. Değ.
Öğütme
Kapasitesi
1000 %
ton
13705 32.87
25865
1000 ton %
31825
41700
1992 yılı sonunda Türkiye’de 12’si kamu sektörüne, 34’ü özel sektöre ait toplam 46
tane fabrika bulunmakta idi. 1993 Eylül itibarı ile ise, kamu sektörüne ait çimento
fabrikası sayısı 8. özel sektöre ait çimento fabrikası sayısı 38’dir.
51
Tablo 5. 5. Optimum Çimento Üretim Kapasitesi Projeksiyonu [12]
1992 Yılı
İtibariyle
Fabrikanın Adı Kapasite İlaveler
1000 t/yıl 1000 t/yıl
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999
MARMARA B.
1. Akçimento
2.100
150
2. Darıca
930
960
3. Kartal
500
400
4. Nuh
1.695
780
5. STFA Doğal
100
6. Bursa
1.050
7. Çanakkale
1.960
8. Balıkesir
445
9. Pınarhisar
600
10. Lalapaşa
640
ARA TOPLAM 10020
150 400 780 0
960 0
0
EGE BÖLGESİ
1. Batı Anadolu
1.650
1.250 225
2. Çimentaş
1.680
3. Denizli
640
4. Söke
240
ARA TOPLAM 4210
0
0
0
0
1.250 225 0
AKDENİZ B.
1. Adana
1.230
900
2. Çimsa
1.080
3. Göltaş
1.070
150
4. İskenderun
1.165
ARA TOPLAM 4545
0
150 0
0
0
900 0
KARADENİZ B.
1. Bartın
300
2. Ladik
655
3. Gümüşhane
150
4. Bolu
575
925
5. Çorum
520
-200
6. Trabzon
390
7. Ünye
710
170
Kdz. Ereğli
420
ARA TOPLAM 3720
725 0
170 0
0
0
0
2000 Yılı
İtibariyle
Kapasite
1000 t/yıl
2.250
1.890
900
2.475
100
1.050
1.960
445
600
640
12.310
3.125
1.680
640
240
5.685
2.130
1.080
1.220
1.165
5.595
300
655
150
1.500
320
390
880
420
4.615
52
İÇ ANADOLU
B.
1. Afyon
2. Ankara
3. Baştaş
4. Eskişehir
5. Konya
6. Nigde
7. Sivas
8. Yibitaş Yozgat
9. Yibitaş Lafarge
10. Akkayseri
11.YibitaşNevşeh
ir
ARA TOPLAMI
D. ANADOLU
B.
1. Aşkale
2. Elazığ
3. Kars
4. Van
ARA TOPLAM
G.D. ANADOLU
B.
1. Adıyaman
2. Ergani
3. Kurtalan
4. Ş. Urfa
5. Gaziantep
6. Mardin
ARA TOPLAM
TÜRKİYE
TOPLAMI
430
495
745
535
625
150
400
370
475
600
430
1.120
745
620
960
705
125
370
475
600
475
625
85
150
145
-275
35
410
150
475
4.825
325
350
245
235
1155
640
575
475
475
590
595
3350
31.825
495
0
710
0
0
0
145
0
145 0
1.370 1.405 950
445
0
0
445
0
0
0
2.21
150
0
0
1.27
0
6.625
0
325
350
245
235
1.155
0
0
640
575
475
475
590
740
3.495
39.480
Tablo 5. 3’de çimento fabrikalarının 1992 yılı sonu itibariyle sektörel dağılımı, üretim
miktarı ve yüzdeleri, Tablo 5. 4’de bölgelere göre dağılım ve yüzdeleri, Tablo 5. 5’de
optimum çimento üretim kapasitesi projeksiyonu ve Tablo 5. 6’da da Türkiye çimento
üretim ve tüketim projeksiyonu görülmektedir.
52
Tablo 5. 6. Türkiye Çimento Üretim ve Tüketim Projeksiyonu *( x1000 ton)
Yıllar
Nüfus
(1000
kişi)
Çimento
Tüketimi
(*)
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
50,664
51,776
52,913
54,074
55,260
56,473
57,712
58,979
60,273
61,596
62,948
64,329
65,741
67,183
68,658
70,164
15,797
18,934
23,362
23,748
23,377
23,799
24,329
25,965
26,692
27,752
28,853
29,995
31,181
32,413
33,691
35,017
Kişi
Başına
Tüketim
(kg)
312
366
442
439
423
421
422
440
443
451
458
466
474
482
491
499
Optimum Optimum
Klinker
Çimento
üretim
Üretim
Kapasitesi Kapasitesi
(*)
(*)
15,005
16,238
18,236
18,779
19,836
20,322
22,813
23,284
27,045
28,015
28,775
29,135
30,905
32,025
32,025
32,025
Çimento
Öğütme
Kapasitesi
(*)
17,581
20,004
21,980
22,675
23,801
24,416
30,370
31,825
33,195
34,640
35,590
36,035
38,245
39,520
39,520
39,520
31,860
32,775
34,635
36,020
35,735
36,770
37,385
41,700
43,710
47,105
48,545
48,545
50,525
50,975
50,975
50,975
İhraç
Edilebilir
Miktar
(*)
1,853
1,247
343
257
1,098
2,682
3,573
4,417
6,503
6,888
6,737
6,040
7,064
7,107
5,829
4,503
53

Çimento - Dicle Eser Yapı

Transkript

Benzer belgeler

Çimento ve Beton Dünyası

FIXPROOF PU BITUMEN (FIXPUR 2K B)

kayıt oldunuz mu? - Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği

Nakit Temettü (TL)

3 - Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği

Bülteni İndir - Yurtbay Seramik

İlk Kez - TURKrating

DÜNDEN BUGÜNE PÜSKURTME BETON TEKNOLOJİSİ

Çimento Sanayii, Çevre ve İnsan Sağlığı

maden yataklarının oluşumu