Mineralojik özellikler

Kimyasal özellikler bölümünde anlatılan gerekçeler nedeniyle mineralojik bileşimin ayrıca bilinmesi zorunludur. Çünkü kimyasal analiz yalnız başına sadece hammadde içerisindeki metal ve alkali oksitlerin miktarını verir, ancak bu oksitlerin mineralojik olarak ne şekilde yapıda bulunduğunu belirtmez. Ayrıca kimyasal analizden başka hammadde içerisinde onu teşkil eden kaolen dışı kil mineralleri, yabancı mineraller, Na-K feldspatlar, serbest kuvars ve ana kaolen mineralinin yüzdesi önemlidir.

Mineralojik analiz yöntemleri arasında kil ve kaolen ve diğer seramik hammaddeleri için en sık kullanılan yöntemler (Tanışan ve Mete, 1986);

I. X ışını difraktometresi (XRD)

II. Kimyasal bileşimi bilinen hammaddenin rasyonel analizi çıkarılarak mineral miktarlarının saptanması,

III. Termal analiz yöntemleri (D.T.A, TG) I. X ışınları yöntemi (XRD) ile mineral tayini

Bu yöntemle mineralin kristal yapısının incelenmesi ile mineralojik bileşimi saptanır. Çok kısa dalga boyuna sahip bir X ışını demeti analiz edilecek numunenin üzerine gönderilir. Işın demeti maddenin üç boyutlu kristal kafeslerinden difraksiyona uğrar ve bu maddeye has difraksiyon paterni elde edilir. Daha sonra, bileşimi bilinen diğer standart minerallerle elde edilen paternler karşılaştırılarak numunenin mineralojik içeriği belirlenir.

II. Rasyonel analiz yöntemi ile mineral tayini

Seramik üreticileri tarafından yaygın olarak tercih edilen yöntemdir ve basittir. Kimyasal bileşimi önceden saptanmış hammadde içerisindeki mineral dağılımlarını kabaca hesaplamak için bu minerallerin sahip olduğu bileşiklerin rasyonel faktörlerinden (moleküler ağırlıklardan) faydalanılır. Örneğin kimyasal analizi aşağıda verilen bir kaolen cevherinin rasyonel analizi şu şekilde hesaplanır.

SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O A.Z (Ateş Zayiatı, Serbest H2O) (%A) (%B) (%C) (%D) (%E) (%F) (%G) (%H) (%İ)

Hammadde içerisinde bulunması muhtemel ana mineraller olan serbest kuvars dışında Na ve K feldspatlar, kil ve kaolenlerin hepsinin mineralojik formüllerinde SiO2, Al2O3 bileşikleri ortaktır. Kil ve kaolenlerde ayrıca H2O ve feldspatlarda Na2O ve K2O bileşikleri vardır. Bunların mol ağırlıkları;

SiO2 = 60 g/mol Al2O3 = 102 g/mol H2O = 18 g/mol Na2O = 62 g/mol K2O = 94 g/mol

Kuvars (Serbest silis): SiO2 : 60 g/mol Na- Feldspat : Na2O. Al2O3. 6 SiO2 : 524 g/mol K-Feldspat : K2O. Al2O3. 6 SiO2 : 556 g/mol

Kil cevheri (Kaolen) : Al2O3. 2 SiO2. 2 H2O : 258 g/mol olduğu görülür.

Hesaplamalara önce alkalilerden başlanır. Mineralojik bileşimde yer alan feldspat değerleri şu şekilde saptanır:

1. Na Feldspat miktarı:

524 Na Feldspatta 62 Na2O varsa;

x1 ” (G ) Na2O vardır. O halde, ---

x1 = % [(G) x 524 / 62 ] Na Feldspat

Bulunan bu Na Feldspat kendi bünyesindeki Al2O3 ve SiO2 de beraberinde getireceği için;

a) 524 Na Feldspatta 102 Al2O3 varsa;

x1 = [(G) x 524 / 62 ] “ y1 Al2O3 vardır. Böylece, ---

y1 = % [(x1) x 102 / 524 ] Al2O3 ve,

b) 524 Na Feldspatta 6 x 60 = 360 SiO2 varsa;

y1 = [(x1) x 102 / 524 ] ” z1 SiO2vardır. Böylece, ---

z1 = % [(y1) x 360 / 524 ] SiO2 olarak bulunur. 2. K Feldspat miktarı: (aynı şekilde hesaplanır)

x2 = % [(G) x 556 / 62 ] K Feldspat y2 = % [(x2) x 102 / 556 ] Al2O3 ve,

z2 = % [(y2) x 360 / 556 ] SiO2 olarak bulunur.

Al2O3 SiO2 Na Feldspattan gelen y1 z1

K Feldspattan gelen y2 z2

--- Toplam ( y1+ y2 ) ( z1+ z2 )

3. Kil ya da Kaolen miktarı:

Bu hesaplamaya Al2O3 hesabıyla başlanılır. Önce kimyasal analiz Al2O3 değerinden feldspatlardan gelen Al2O3 değeri çıkarılır.

Kimyasal analizden gelen Al2O3 %B Feldspatlardan gelen Al2O3 ( y1+ y2 )

---

Aradaki fark y3 = B - ( y1+ y2 ) Al2O3 olarak bulunur. Buradan, 258 Kil cevheri (Kaolen) 102 Al2O3 varsa;

x3 ” y3 Al2O3 vardır. O halde, ---

x3 = % [ y3 x 258 / 102 ] Kil cevheri (Kaolen) vardır.

Bulunan bu Kil cevheri (Kaolen) kendi bünyesindeki SiO2 de beraberinde getireceği için;

z3 = % [(y3) x 120 / 258 ] SiO2 olarak bulunur. 4. Serbest silis miktarı :

Serbest silis miktarını hesaplamak için feldspatlara ve kil cevherine (Kaolene) bağlı olarak gelen SiO2 değerleri toplanır, Kimyasal analizdeki SiO2 değerinden çıkarılır.

SiO2 Kimyasal analizden gelen %A Na Feldspattan gelen z1

K Feldspattan gelen z2

Kil cevherinden (Kaolenden) gelen z3

Bu sonuçlara göre bulunan bütün değerler toplanır ve 100 den çıkarılır. Kalan fark hammadde içinde bulunması muhtemel kalker, marn, dolomit gibi kil-kaolen dışı minerallerin toplam yüzdesi olmaktadır.

x1 = % [(G) x 524 / 62 ] Na Feldspat x2 = % [(G) x 556 / 62 ] K Feldspat

x3 = % [ y3 x 258 / 102 ] Kil cevheri (Kaolen) z4 = A - ( z1+ z2 + z3) Serbest silis

---

Fark : % 100 – ( x1+ x2 + x3 + z4 ) : Hammadde içinde bulunması muhtemel kalker,

marn, dolomit gibi kil-kaolen dışı minerallerin toplam yüzdesi.

Bu hesaplama yöntemi daha basit olan rasyonel analiz faktörü ile de yapılabilir. Şöyleki;

8.451 x % Na2O = % Na feldspat

0.194 x % Na feldspat = % Al2O3 (Na feldspata bağlı) 0.687 x % Na feldspat = % SiO2 (Na feldspata bağlı) 5.915 x % K2O = % K feldspat

0.183 x % K feldspat = % Al2O3 (K feldspata bağlı) 0.647 x % K feldspat = % SiO2 (K feldspata bağlı) 2.530 x % Al2O3 =% Kil cevheri (Kaolen)

0.465 x % Kil cevheri (Kaolen) = % SiO2 (Kil cevherine (Kaolene) bağlı) III. Termal analiz yöntemleri (D.T.A, TG ) ile mineral tayini

D.T.A (Diferansiyel Termal Analiz) ve TG (Termo Gravimetri) yöntemi, hammaddenin ısıtılıp soğutulması esnasında sergilenen davranışlara bağlı olarak mineral karakterizasyonunun belirlenmesinde sık başvurulan yöntemlerden biridir. Sistemin esası, numunenin ısı etkisiyle ağırlık kaybı ve entalpi değişimi gibi fiziksel ve kimyasal özelliklerinin değişiminin gözlenmesidir.

D.T.A yönteminde test edilecek numune ile referans kabul edilen inert bir başka malzeme (genelde kalsine edilmiş kaolen veya α Al2O3 tercih edilir.) ayrı ayrı kapalı ortamlarda birlikte ısıtılırlar ve aralarındaki sıcaklık farkı kaydedilir. Böylece numunenin referans inert malzemeye göre sıcaklık farkının ileride veya geride

oluşuna göre, numune içinde oluşan ısıl reaksiyonların endotermik veya ekzotermik olduğu gözlenir. Bu reaksiyonlar termal analiz cihazında pikler şeklinde kaydedilir. Bir reaksiyon ısı veriyorsa ekzotermik, ısı alıyorsa endotermiktir. Organik maddelerin yanması, yeni kristal fazların oluşumu veya amorf maddelerin kristallenmesi ekzotermik bir reaksiyondur. Kil ve Kaolenlerde su kayıpları (bünye tarafından absorbe edilmiş su ve kristal suyunun kayıpları) kristal yapının bozulması, CO2 ve SO3 kayıpları ise endotermikkayıplardır.

Her mineralin ısıtma düzeni içinde yapısında oluşan değişiklik bu mineralin karakteristiği olup, pik sıcaklıkları, pik alanları ve pik şekillerinin tanımı ile numunede bulunan mineral cinsi ve bazı hallerde miktarları belirlenebilir. Ancak numune birkaç mineralden oluşmuş ve karakteristik pikler üst üste çakışmışsa veya hammadde içinde bulunması muhtemel diğer minerallerin ana yüzdeye göre oranı %1-2 den az ise bunların vereceği pikler yeteri kadar belirgin olmayacağı için bu yöntem sınırlı kalabilir. Bu durumda daha net sonuçlar için X ışınları difraksiyon tekniği uygulanmalıdır.