Literatür Özeti - LİTERATÜR ÇALIŞMASI - KIRMIZI ÇAMURUN BERTARAFI AMACI İLE İNŞAAT MALZEMESİ OL

2. LİTERATÜR ÇALIŞMASI

2.2 Literatür Özeti

Artan nüfus ve kentleşme teknolojik gelişmelerden dolayı yaşam standartları artmakta ve buna bağlı olarak atık miktarı ve türü artış göstermektedir. Endüstriyel faaliyetler, madencilik ve insan aktiveleri atık miktarının artmasında ve atık türünün değişmesinde etkin rol oynamaktadır. Oluşan atıklar çevre sorunlarını da beraberinde getirmekte ve insan sağlığı üzerinde olumsuz etkiler yaratabilmektedir. Bu atıklar, depolanmaları durumunda içerdikleri yüksek kirletici konsantrasyonlardan dolayı yeraltı suyuna karışarak canlı sağlığını tehdit etmektedir.

Son zamanlarda yapılmış olan pek çok çalışmada, farklı atık malzemelerin çimentonun belli bir oranında betona karıştırılarak inşaat yapı malzemesi olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır.

Ülkemizde beton ve çimento üretiminde en sık kullanılan katkı malzemesi uçucu kül iken, Brezilya’da ise fosforlu gübre üretimi sırasında oluşan phosphogypsum yapı malzemesi olarak kullanılmaktadır. Bunun yanı sıra, Macaristan’da ise kömür cürufu taban malzemesi üretiminde yalıtım dolgu malzemesi olarak kullanılmaktadır (Somlai ve diğ. (2008), Mazzilli ve diğ.

(2000)). Böylece hem sözkonusu maddelerin içerdiği kirleticiler beton içinde tutunarak kirliliğin taşınımı engellenmekte hem de bu maddeler tekrar hammadde olarak kullanılabilmektedir.

Çimento ile katılaştırılarak inşaat yapı malzemesi olarak kullanılması işleminin temel prensibi;

uygun bir katı ürün elde etmek üzere çimento-atık karışımı içinde çimentonun hidratasyon etkisidir. Kireç, çimento, alçı gibi malzemeler, su eklenmesi ile plastik bir hamur haline gelen ve zamanla plastikliğini kaybedip sertleşen; bağlayıcı özelliği olan malzemelerdir. Başlangıçta bu hamura istenen şekil verilebilir. Belirli bir süre sonra hamur katılaşmaya başlar, plastik şekil değişimi yapma yeteneğini kaybeder. Çimento ile katılaştırma işleminde meydana gelen en önemli olaylar; katı formu oluşturan kalsiyum silikat hidratlarının ve kalsiyum aluminat hidratlarının hidratasyon prosesleri ile kütle içinde bağ yapı oluşturmasıdır. Atık bileşenleri adsorbsiyon ve hapsetme mekanizmaları ile çimento bünyesinde sabitlenebilmektedir (Filibeli 1996). Çimento yüksek pH değerine sahip olduğundan ağır metalleri hapsederek asidik atıkların nötralizasyonunu sağlar. Çimento karışımının pH’sında birçok çok değerlikli katyonlar, çözülmeyen hidroksitlere veya karbonatlara dönüştürülür. Bununla birlikte metal hidroksitleri ve karbonatları sadece dar bir pH aralığında çözünmeyen formdadır ve bunun dışında çözünme ve sızma söz konusu olabilmektedir. Çözünmüş metal iyonları, çözünemeyen hidroksil ve karbonat tuzları formunda kalır. Bu hidroksiller ve karbonat tuzları çimento yapısı içinde kapsüllenir ve hapsedilir. Literatürde yer alan çalışmalar kurşun, bakır, çinko, kalay ve kadmiyumun kimyasal fiksasyon yoluyla yapı içerisinde tutulduğunu, cıvanın ise fiziksel makro kapsülasyonla hapsedilerek, çözünmeyen bileşikler oluşturduğunu göstermiştir (Conner (1990), LaGrega ve diğ. (1994)).

Kırmızı çamur, Bayer prosesi sonucunda, sodyum alüminat çözeltisinden ayrılan ve çözünmeyen sodyum alüminyum silikatlar yanında, demir ve titan oksitleri de içeren bir maddedir. Kırmızı çamurun ortalama kimyasal özellikleri %20.20 Al2O3, %35.04 Fe2O3,

%13.50 SiO2, %9.4 Na2O, %5.30 CaO, %4 TiO2, %0.39 K2O, %0,33 MgO ve %8,44 diğerleri olacak şekildedir. Mineralojik açıdan bakıldığında, sodyum alüminyum silikat ve hematit bileşiklerinden oluşmaktadır. Ayrıca tüvenan cevherin yapısına bağlı olarak V, Zr, U, La, ve Se gibi elementleri de içermektedir. Kırmızı çamurun dane boyutu 10 µm’nin altındadır. Üretim sürecine giren boksitin yaklaşık % 35–40’ı kırmızı çamur halinde atılmaktadır. Kırmızı çamur, alüminyum üreten tesislerin en önemli atık problemidir. 1 ton alüminyum üretiminden yaklaşık olarak 1-1,5 ton kırmızı çamur oluşmaktadır. Bazı üretici kuruluşlar kırmızı çamuru olduğu gibi denize pompalarken bazıları da bunu yerleşim birimlerinden uzakta inşa edilen barajlara pompalamaktadırlar. Kırmızı çamur gerek kostik soda içermesi gerekse depolama nedeniyle önemli bir çevre sorunu oluşturmaktadır. Ayrıca, yazın kuruyan kırmızı çamurun havayı kirletmesi de ayrı bir çevresel problemdir. Kırmızı çamurun potansiyel kullanım alanları şöyle

özetlenebilir: Kırmızı çamurun inşaat sektöründe kullanılması; kırmızı çamurun kimya sektöründe kullanılması; kırmızı çamurun içindeki sadece bir bileşenin geri kazanılması;

kırmızı çamurun içindeki birden fazla bileşenin geri kazanılması. (Öztürk, (2005), Kumar (2006)).

Kırmızı çamurun inşaat yapı malzemesi olarak kullanılabilirliği konusunda çeşitli çalışmalar yapmışlar ve kırmızı çamur kullanımının betonun dayanımını arttırdığını ortaya koymuşlardır ( Singh ve diğ., (1996, 1997); Gordon ve diğ., (1996); Pera ve diğ., (1997); Apak ve diğ., (1998);

Pan ve diğ., (2002), Brunori ve diğ., (2005), Akıncı ve Artır (2008)).

Samal ve diğ. (2013) tarafından yapılan çalışma dahilinde kırmızı çamurun farklı alanlardaki kullanımları değerlendirilmiştir. Çalışmada, kırmızı çamur, yol yapımı, inşaat malzemesi üretimi, su arıtımı gibi farklı alanlarda kullanılmış ve sonuçları değerlendirilmiştir.

Literatürdeki bir diğer çalışma, (Yuan ve diğ., 2013) kırmızı çamur-kömür sanayi yan ürünleri inşaat malzemesi olarak yüksek mukavemete sahip olduğunu göstermiştir.

Kumar ve Kumar (2013) tarafından yapılan çalışmada kırmızı çamur, uçucu kül ile birlikte kaldırım taşı üretiminde %5,le %20 oranları arasında kullanılmış ve %10 ve %20 oranları kullanılarak üretilen örneklerin IS 15658:2006 standartlarını sağladığı ve sızma testleri sonuçlarının izin verilebilir limitlerde olduğu görülmüştür.

Katayama ve Horiguchi çimento içine % 1–20 oranında kırmızı çamur ilavesi yapmış ve çimentonun donma hızının arttığ̆ını görmüştür. Akma hızı ise azalmaktadır. Çimentolarda çatlama ve deformasyon olmamaktadır. % 1–5 kırmızı çamur ilavesiyle çimentonun sertliği ilk 91 günde % 5 azalmakta, 1 yıl sonra ise tekrar % 5 artmaktadır. Daha fazla miktarlarda kırmızı çamur ilavesiyle sertlik azalmaktadır. Katayama ve Horiguchi sülfüroz asitle ve karbonik asitle muamele edilmiş kırmızı çamuru çimento içine ilave etmişlerdir. Kırmızı çamurun az miktarda ilavesiyle donma hızlanmakta, %5’in üzerindeki ilaveler ise donmayı geciktirmektedir. Kırmızı çamurun % 10–20 arasında ilavesiyle çimentoların sertliği azalmaktadır. Yazarların patentinde, kırmızı çamur SO2 ile bir saat muamele edilmiş böylece Na2O ve Al2O3’ün bir kısmı çözeltiye alınmıştır. Katı kısım kurutulmuş ve öğütülmüştür. Bundan portland çimentosuna % 2 ilave edildiği zaman çimentonun 3. ve 7. günden sonra sertliği % 46 ve % 36 artmıştır. (Özgün, 2012).

Satalkin ve Solntseva, gunite harçlarının ilk sertleşmesini sağlayacak hızlandırıcılar arasında (% 0,5–5 miktarında) kırmızı çamur veya kırmızı çamur, NaF, CaO karışımlarını da kullanmıştır. (Özgün, 2012).

Bir Japon firması kırmızı çamuru % 30 nem içerecek şekilde süzmüş ve çimento üretiminde 1 ton çimento için 30 – 45 kg kırmızı çamur kullanmıştır. (Özgün, 2012).

Parketaşı üretiminde kırmızı çamur renklendirici olarak kullanıldığında, kırmızı çamurla üretilen ürünlerin, yarma dayanımı, aşınma, ve su emme gibi mekanik özelliklerinde herhangi olumsuz bir etkisi olmadığı tespit edilmiştir. Ham kırmızı çamurun atık analizine göre tehlikeli atık olduğunu sonucu elde edilmiştir. Fakat, bu atığın ürün içerisinde kullanıldığı durumda, ürünün tehlikesiz atık depolanabilme kriterlerine uygun olduğu saptanmıştır. Gerçekleştirilen bu çalışma ile kırmızı çamur atığının, atık malzeme durumundan çıkarılıp, renkli beton üretiminde kullanılabileceği belirlenmiştir. (Kılıç ve diğ., 2011).

Kılıç ve diğ. (2013) tarafından yapılan çalışmada, kırmızı çamur ikameli şehir mobilyalarına çevreye uyumluluk testleri yapılmış ve "Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair Yönetmeliğe”

göre değerlendirilmiştir. Test sonuçlarına göre; tek başına tehlikeli bir atık olarak değerlendirilen kırmızı çamur ikamesiyle üretilen renkli şehir mobilyaları, tehlikeli maddeler içermemekte ve "Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair Yönetmeliğe" göre tehlikesiz olarak depolanabilmektedir. Kırmızı çamur ikameli renkli şehir mobilyaları, 1 yıllık sürede ve +40^o C/-10^oC sıcaklıklarda renk özelliklerini korumaktadır.

Bir diğer çalışmada, kırmızı çamur tuğla üretiminde, 25-40% RM, 18-28% uçucu kül,% 30-35 kum,% 8-10 kireç,% 1-3 alçı ve yaklaşık 1% Portland çimentosu oranı sağlanacak şekilde kullanılmış ve çalışma sonuçları bu oranla 1. sınıf tuğla kriterine ulaşılabildiğini göstermiştir.

(Yang, ve Xiao, 2008).

Gözmen ve diğ. (1983) tarafından yürütülen çalışmada, kırmızı çamurun % 40 – 45 dikalsiyum silikat içeriği nedeni ile yapıştırıcı özelliğine sahip olduğu, ayrıca yüksek sıkıştırılabilme, düşük geçirgenlik ve yüksek çimentolaşma özelliklerine sahip olduğu belirtilmekte, aynı zamanda uzun süre bekletmenin özelliklerini etkilemediği ve şehirlerarası yol inşaatı için tavsiye edilmektedir.

Kırmızı çamurun hafif yapı malzemesi ve ısı yalıtım maddesi üretiminde kullanılması amacı ile bazı çalışmalar yapılmıştır. Kırmızı çamurdan tuğla yapım tekniği üzerinde ilk kez Almanya’da çalışılmıştır. Metot, bir tuğla fabrikasında yıllardan beri uygulanmaktadır. Tuğlaların mukavemeti normal yollarla yapılanlarınkinden fazla olup, yüksek binaların inşaatında bile kullanılabilmektedir (Kara ve diğ., 1995).

Kırmızı çamurun tane boyutu ve içerdiği fazı oluşturan bileşiklerde dikkate alınarak, bu atığın yapı malzemesi olarak kullanılabileceğinden yola çıkılarak yapılan çalışmalarda kırmızı çamurun tek basına veya katkı malzemeleriyle birlikte tuğla, kiremit ve seramik malzeme üretimine uygunluğu araştırılmıştır (Kara ve diğ., 1996).

Liu ve diğ. (2008) tarafından yapılan çalışmada, kırmızı çamurun ve içerdiği demirin tekrar kullanılabilirliği incelenmiştir. Bu amaçla öncelikle çamurun içerdiği demir manyetik ayırma prosesiyle ortamdan uzaklaştırıldıktan sonra kalan çamurun inşaat yapı malzemesi olarak dayanımının yüksek olduğu ve bu amaçla kullanılabilir olduğu belirtilmiştir.

Yang ve Xiao (2007)’nun çalışmasında, üretilen beton numunelerinde, 7 günlük kür sonucunda numunelerin basınç dayanımlarının kırmızı çamur oranının artmasıyla arttığı ancak, 28 günlük kür sonunda %33 kırmızı çamur içeren karışımın basınç dayanımının en fazla olduğu ve bu oranın artması durumunda dayanımın düştüğü belirtilmiştir.

Kalkan (2006) tarafından yapılmış olan çalışmada, kırmızı çamurun geçirimsiz zemin oluşturulması amacıyla kullanılabilirliği değerlendirilmiş ve çalışma sonucunda, kırmızı çamur ilavesinin basınç dayanımını arttırdığı görülmüştür. Kırmızı çamurun artan karışım oranlarının, üretilen malzemenin boşluk hacmini düşürdüğü bunun sonucunda da malzemenin dayanımını arttırdığı tespit edilmiştir.

Tsakiridis vd. (2004), tarafından yapılan çalışmada, portland çimento klinkerinin üretiminde kırmızı çamur kullanımının etkileri incelenmiştir. Çalışma kapsamında üretilen klinkere %3,5 oranında kırmız çamur ilave edilmiştir. Elde edilen klinker örneğinde kimyasal ve mineralojik incelemeler yapılmış ve bu klinkerden üretilen 40x40x160 mm’lik beton örnekleri 20±2 ^oC’lik kür havuzlarında 2, 7, 28 ve 90 günlük kür sonunda basınç dayanım testlerine tabi tutulmuştur.

Elde edilen sonuçlar, çimentonun kalitesinde kırmızı çamur ilavesinin hiçbir negatif etkiye neden olmadığını, kırmızı çamur içeren ve içermeyen çimento ile üretilmiş beton örneklerinde

oturma zamanı, su içeriği, genleşme ve dayanım gibi özelliklerin birbirlerine yakın olduğunu göstermiştir.

Yao ve diğ. (2013)nin literatürdeki bir diğer çalışma, kırmızı çamur-kömür sanayi yan ürünleri inşaat malzemesi olarak yüksek mukavemete sahip olduğunu göstermiştir.

Kumar ve Kumar tarafından (2013) yapılan çalışmada kırmızı çamur, uçucu kül ile birlikte kaldırım taşı üretiminde %5,le %20 oranları arasında kullanılmış ve %10 ve %20 oranları kullanılarak üretilen örneklerin IS 15658:2006 standartlarını sağladığı ve sızma testleri sonuçlarının izin verilebilir limitlerde olduğu görülmüştür.

Katayama ve Horiguchi (2012) çimento içine % 1–20 oranında kırmızı çamur ilavesi yapmış ve çimentonun donma hızının arttığını görmüştür. Akma hızı ise azalmaktadır. Çimentolarda çatlama ve deformasyon olmamaktadır. % 1–5 kırmızı çamur ilavesiyle çimentonun sertliği ilk 91 günde % 5 azalmakta, 1 yıl sonra ise tekrar % 5 artmaktadır. Daha fazla miktarlarda kırmızı çamur ilavesiyle sertlik azalmaktadır. Katayama ve Horiguchi sülfüroz asitle ve karbonik asitle muamele edilmiş kırmızı çamuru çimento içine ilave etmişlerdir. Kırmızı çamurun az miktarda ilavesiyle donma hızlanmakta, %5’in üzerindeki ilaveler ise donmayı geciktirmektedir. Kırmızı çamurun % 10–20 arasında ilavesiyle çimentoların sertliği azalmaktadır. Yazarların patentinde, kırmızı çamur SO2 ile bir saat muamele edilmiş böylece Na2O ve Al2O3’ün bir kısmı çözeltiye alınmıştır. Katı kısım kurutulmuş ve öğütülmüştür. Bundan portland çimentosuna % 2 ilave edildiği zaman çimentonun 3. ve 7. günden sonra sertliği % 46 ve % 36 artmıştır.

Satalkin ve Solntseva (2011), gunite harçlarının ilk sertleşmesini sağlayacak hızlandırıcılar arasında (% 0,5–5 miktarında) kırmızı çamur veya kırmızı çamur, NaF, CaO karışımlarını da kullanmıştır.

Özgün (2012) tarafından yapılan çalışmada, bir Japon firması kırmızı çamuru % 30 nem içerecek şekilde süzmüş ve çimento üretiminde 1 ton çimento için 30 – 45 kg kırmızı çamur kullanmıştır.

Kılıç ve diğ. (2011)nin çalışmasında, parketaşı üretiminde kırmızı çamur renklendirici olarak kullanıldığında, kırmızı çamurla üretilen ürünlerin, yarma dayanımı, aşınma, ve su emme gibi mekanik özelliklerinde herhangi olumsuz bir etkisi olmadığı tespit edilmiştir. Ham kırmızı çamurun atık analizine göre tehlikeli atık olduğunu sonucu elde edilmiştir. Fakat, bu atığın ürün içerisinde kullanıldığı durumda, ürünün tehlikesiz atık depolanabilme kriterlerine uygun olduğu saptanmıştır. Gerçekleştirilen bu çalışma ile kırmızı çamur atığının, atık malzeme durumundan çıkarılıp, renkli beton üretiminde kullanılabileceği belirlenmiştir.

Kılıç ve diğ. (2013), tarafından yapılan çalışmada, kırmızı çamur ikameli şehir mobilyalarına çevreye uyumluluk testleri yapılmış ve "Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair Yönetmeliğe”

Yang ve Xiao (2008), bir diğer çalışmada, kırmızı çamur tuğla üretiminde, 25-40% RM, 18-28% uçucu kül,% 30-35 kum,% 8-10 kireç,% 1-3 alçı ve yaklaşık 1% Portland çimentosu oranı sağlanacak şekilde kullanılmış ve çalışma sonuçları bu oranla 1. sınıf tuğla kriterine ulaşılabildiğini göstermiştir.

Kara ve diğ. (1995) çalışmasına göre kırmızı çamurun hafif yapı malzemesi ve ısı yalıtım maddesi üretiminde kullanılması amacı ile bazı çalışmalar yapılmıştır. Kırmızı çamurdan tuğla yapım tekniği üzerinde ilk kez Almanya’da çalışılmıştır. Metot, bir tuğla fabrikasında yıllardan beri uygulanmaktadır. Tuğlaların mukavemeti normal yollarla yapılanlarınkinden fazla olup, yüksek binaların inşaatında bile kullanılabilmektedir.

Kara ve diğ. (1996) kırmızı çamurun tane boyutu ve içerdiği fazı oluşturan bileşiklerde dikkate alınarak, bu atığın yapı malzemesi olarak kullanılabileceğinden yola çıkılarak yapılan çalışmalarda kırmızı çamurun tek basına veya katkı malzemeleriyle birlikte tuğla, kiremit ve seramik malzeme üretimine uygunluğu araştırmıştır.

Belgede KIRMIZI ÇAMURUN BERTARAFI AMACI İLE İNŞAAT MALZEMESİ OLARAK KULLANILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI (sayfa 15-23)