ADAPAZARI SERDİVAN YÖRESİ KİL TERMAL MİNERALİNİN ÖZELLİKLERİ

ciUFen

Bilimleri

EnstitüsüDergisi

5Cilt.2.Sayı(Eylül 2001) AdapazarıSerdivanYöresiKilMineralinin TermalÖzellikleri A.Alp, H.Ö.Toplan

ADAPAZARI

_{SERDİVAN YÖRESİ}

_KİL

_{MİNERALİNİN}

TERMAL ÖZELLİKLERİ

Ahmet Alp

ve

H.

_{Özkan Toplan}

Özet- Bu çalışmanın amacı, Adapazarının

Serdivan

bölgesinden elde edilen kil mineralinin

termal

özelliklerini

araştırmaktır. Serdivan

yöresi

kili asıl olarak kalsit vekuvarsiçermekte

olupaz

miktarlarda

montmorillonitve muskovit

bulundurmaktadır.

Kil mineralinin termal

analizinde

en büyük ağırlık kaybı, 800°C nin

üzerindeki

endotermik bir reaksiyon sonucu

meydana geldiği tespit edilmiştir. Anahtar kelimeler:Kil,TG,DTG,DTA

Abstract- The aim of this study is to investigate thethermal properties ofclay mineral obtained fromSerdivan region in Adapazarı.Itconsists of calcit and quartz dominantly, also muskovite

and montmorilionite in small quantities. In

thermal analysis of the clay mineral, it is determined that the largest weight loss isdueto an endothermic reaction over 800°C.

Keywords: Clay,TG,DTG,DTA

I.GİRİŞ

Killer çok ince taneli, alüminyum içeriği yüksek,

amorf yada plastik özellikte olabilen, bünyelerinde

kaolin, halloysit, illit ve montmorillonit bulundurabilen minerallerdir [1]. Primer minerallerden olankuarz,feldspatvemikavolkanik

kayaçlann parçalanması ile oluşur. Artık killer primerminerallerle sedimenter killerden daha fazla birleşmeye eğilimlidir. Kuarz, artık killerde doğal

olarak, sedimenter killerde ise nadiren bulunmakta

olup, kilinendoğal ve havaşartlarındadahikolayca parçalanan mineralidir. Dolomit, kalsit ve gips’in

yanmda bir miktarorganikmaddelerdebulunabilir

[2], Fiziksel özelliklerine bağlıolarakkilleri kalıp kili, tuğla kili, şişe-potakili, ateşedayanıklıkil vb.

H.Ö.Toplan, Dept, of Metallurgy and Material Engineering, Sakarya University,Adapazarı,Turkey,toplano@sakarya.edu.tr A.Alp, Dept, of Metallurgy andMaterial Engineering,Sakarya University,Adapazari, Turkey,alp@sakarya.edu.tr

şeklinde

_{sınıflandırmak}

_{mümkündür. Seramik,}

döküm, inşaat,_{refrakter, kimya, kağıt, boya, plastik,}

arıtma,tekstil, tarım,tıpve eczacılıkgibiçok çeşitli endüstri _{dallarında kullanımalanı bulan killer, ana}

bileşenler olarak

_Si02

ve AI2O3, az miktarda da

FejCb,_{CaO, MgO,Na20,}

_H20

_{vb.içerebilirler[1],}

Saf kil refrakter özellik gösterir. Safsızlıklar, kil

partiküllerini _{birleştirerek cam yapısına benzer bir}

bağ oluşturarak ısıya dayanıklı bir kütle meydana getirirler [2], Refrakterlik kilin kompozisyonu,

plastikliği_{ve camlaşma özelliği ile ilgilidir. Butür}

killerin yoğunluğu 2,6-2,65 olup,genelbileşimi ise % 45-75 Si02, % 20-40 A1203, maksimum % 5 Fe203, % 2 kadar

_Ti02

, alkali ve toprak alkali içeriği % 4 ve % 8-15 kızdırmakaybı şeklindedir [3], Birçok farklı kil minerallerinin ortalama analiz değeri % 56-60 Si02, % 25-36 A1203, % 0,8-3,5 Fe203, % 0,1-0,36 CaO, % 0,22-0,61 MgO, % 0,32-0,54

_Na20

ve % 9-12 kızdırma kaybı şeklindedir[1].

Çeşitli mineral ve cevherlerin kompozisyonunun belirlenebilmesi, analizinin yapılabilmesi, çeşitli termal prosesleri içeren analiz yöntemlerinin

kullanılması ve geliştirilmesi ile mümkün olmaktadır [4]. Termal analizin esası, sıcaklık değişmesine karşı bir katı maddenin fiziksel ve

kimyasal reaksiyonlar sonucunda özelliklerindeki

değişimlerin ölçülmesiveyorumlanmasıdır. Bütün

termal analiz yöntemlerinin çıktısını etkileyen iki

değişkenden biri atmosfer diğeri ise termal değişimdir. Cihazların alçak veya yüksek basınç,

inert veya reaktif atmosfer şartlarını işleme bağlı

olarak sağlayabilmesi gereklidir[5].

Bir maddede sıcaklık etkisi ile oluşan bir veya

birkaç gazındışarıyaçıkması veya bağlanması,yani

ağırlık kaybı veya artışı ile kendini gösteren bir veyabirkaç reaksiyonun,ısıtılan numunenin özelbir

terazide sürekli olarak tartılması yardımıyla incelenmesi hadisesine “Termogravimetrik analiz

(TG)” denir. Bu işlemi yapan cihazlara da

“Termobalans” denilmektedir

[4]. Bu işlem statik ve dinamik olmak üzere iki şekilde yapılmaktadn. Statikmetotta, belirli

miktarlarda

alınannumuneler

tespit edilmiş

sıcaklıklarda

sabit tartıma gelinceye

SAU Fen Bilimleri EnstitüsüDergisi 5-Cilt,2.Sayı(Eylül2001)

1

AdapazarıSerdivanYöresiKil_Mineralinin Termal_Özellikleri A.Alp,H.Ö.Toplan

kadarısıtılıptartılmaktadır. Buağırlıkdeğişmeleri zamana bağlı olarak verilmektedir. Dinamik

metotta ise, belirli miktardaki maddede, belirli

oranda artan (tercihen doğrusal) sıcaklık etkisiyle meydana gelen ağırlık değişmeleri sürekli

kaydedilmektedir [6],

Diferansiyel termal analiz (DTA) yöntemi ilekatı

veya sıvıbir numuneninısıtılmasıyadasoğutulması sırasında enerjideki bir değişmeyi içeren prosesler

ile tümreaksiyonlar incelenebilir. DTA ileanaliz, deney maddesi ile standart inert bir maddenin (A1203) ısıtılması sırasında aralarındaki ısı

farklılığının doğurduğu termo-elektrik akımın

değerlendirilmesi sonucu T ve AT arasında bir grafikçizilmesiesasına dayanmaktadır [7],

Derivatografı (DTG) reaksiyonların başlangıç ve bitiş noktalarını çok daha doğru bir şekilde

göstermektedir. Bu metotta,incelenen numunenin asılıolduğu sisteme,hassasşekildebağlıbir magnet bulunmaktadır. Bu magnetbirbobinle çevriliolup,

sistem hareketettiğizaman magnetin harekethızına

bağlı olarak bir indüksiyon akımı meydana gelmektedir. Buakım bir kaydedici yardımıyla eğri haline getirilmektedir. Kantitatif tayinler DTG destekliTGeğrisiüzerindenyapılmaktadır [4],

II.DENEYSELÇALIŞMALAR

ILI. Numunelerin teminive hazırlanması

Çalışmalarda kullanılan kil numunesiAdapazarmm

Serdivan bölgesinden temin edilmiştir. Kurutulan numunelerdiskliöğütücüdeöğütülerek38,53 ve

100 pm’luk

eleklerden

elenmiştir. Böylece _-38,

-53+38

ve-100+53 pmtaneboyut aralığına sahip3

farklı numuneelde edilmiştir.

II.2. X-ışmıanalizçalışması

X-ışmı çalışması Anadolu Üniversitesinin

_Seramik

Araştırma Merkezi laboratuvarlarındaki Rigaku

marka cihazda gerçekleştirilerek, -53+38 pm

boyutlarındaki numunenin kalitatif analizi temin edilmiştir.

Ü.3.Termal analiz çalışmaları

Termal analiz çalışmaları dinamik metotla daha

öncebelirtilenüçfarklıtane boyutundakinumuneler

üzerinde gerçekleştirilmiştir. Dinamik termal analiz çalışmaları, diferansiyel termal analiz (DTA), termogravimetrik analiz (TG) ve derivatografik termogravimetrikanaliz(DTG)eğrileriniaynı anda

verebilen bir termogram cihazı

kullanılarak

gerçekleştirilmiştir. Çalışmalar 25-1200 °C

aralığında, açıkatmosferde yapılmış olup, referans

olarak

_A1203

kullanılmıştır.

m.

BULGULAR VE TARTIŞMA

III.l. X-ışmı analiz çalışması

-58+38 pm’luk numunenin X-ışmı analizi sonucunda elde edilen diffaktogram aşağıda Şekil 1’de verilmiştir. Şekil 1’den görüldüğügibi yapılan

X-ışmı analizi sonucunda numunenin temel olarak kalsitvekuvars,bununlabirlikteçokaz miktarlarda da muskovit ve montmorillonit içerdiği tespit

edilmiştir

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

Şekil 1.Serdivan kilininX-ışımdiyagramı

29

106

SAUFenBilimleri Enstitüsü Dergisi 5.Cilt,2.Sayı(Eylül2001)

Adapazarı_{SerdivanYöresi}

KilMineralinin TermalÖzellikleri

A.Alp, H.Ö.Toplan

IH

2.

Termal

analiz çalışmaları

.100+53

pmtane boyut aralığına_{sahip numunenin}

termal

eğrilerini (TG, _{DTG ve DTA) gösteren}

grafik

Şekil2’deverilmiştir.

Şekil

2’den görüldüğü gibi _{toplam ağırlık kaybı}

%3

1,22 olarak gerçekleşmiştir.

_DTA

eğrisinden

görüldüğü

kadarıyla bu ağırlık _{kaybının asıl dört}

adımda

meydana geldiğianlaşılmaktadır,

_tik

_termal etki 71,7 °C’de oluşan

_endotermik

_pik

_sonucu

meydana gelmekte olup, _numunedeki

_muskovitin

suyunun

çıkışım

simgelemektedir[8],

TGeğrisinde

yaklaşık

100 °C’ye kadar süren _{termal etki}

numunede

% 2,26’lık bir ağırlık kaybı meydana

getirmiştir.

İkinciadımdanumunede%0,58’lik_bir

ağırlık azalmasının meydana_{geldiği TGeğrisinden}

anlaşılmaktadır. Bu olay

DTA’da

147,9

_°C’de

maksimum

vermiştir.

_DTG’de

_ise

_103,2-165,6

°C’ler arasında görülen

_{hadisenin montmorillonite}

bağlı suyun çıkışından

_{kaynaklandığım}

göstermektedir.

Bu

_mineralin

_suyunu

_100-250

“C’ler arasında endotermik etki

_sonucu

_kaybettiği

belirtilmektedir[9]. Şekil _{l’de verilen X-ışım}

grafiği numunede az

_{miktarda montmorillonitin}

—

.uvjuoua geıen yayvan bir

endotermik

_pikin

montmorillonitin

dehidratasyonundan

_{kaynaklandığı}

ortaya çıkmaktadır.

_{Montmorillonitin}

700 °C

_civarında

dehidratasyonu

_sonucu

_geniş

_endotermik

bir pikin

oluşacağı belirtilmiştir

_[8],

_Burada

_{daha düşük}

sıcaklıkta

_{çıkması, numunedeki}

oranının

az

oluşundandır.

_{Montmorillonitin}

dehidratasyonu

numunede % 2,44’lük _{bir ağırlık kaybı}

meydana getirmekte_{olup,toplamkaybın}

%7,82’sine_tekabül

etmektedir.

DTA

eğrisinde _{826,2 °C’de görülen büyük}

endotermik

pik,_{numunede varlığı}

_X-ışını

_eğrisinde

degörülen

_kalsitin

_ve

_moskovitin

dekompozisyonu

sonucu

açığaçıkmıştır.

_{Kalsitin 930-940}

_“C’lerde

maksimum

verdiği,ancakkarışımdaki

_oranı

_{az ise}

endotermik

pikin ₈₀₀

_“C’lerde

_oluşacağı

bildirilmiştir

[9].

_Muskovitin

_{ise887 °Ccivarında}

dekompoze

olduğu ifade edilmiştir [8]. Bu

dekompozisyon sonucu

numunede % 25,94’lük

ağırlık kaybı meydana _{gelmiş olup,bu ise toplam} ağırlıkkaybının_{% 83’ünetekabül etmektedir}

Şekil 2.-100+53pm tane boyutundaki kilin termal analizi.

SAU FenBilimleri EnstitüsüDergisi 5.Cilt, 2.Sayı(Eylül2001)

-53+38 pm

boyutundaki

numunenin termal

eğrileri (TG,DTGve DTA)aşağıda

Şekil

3’deverilmiştir.

Şekil3’dengörüldüğügibi toplam

ağırlık

kaybı % 30,21

olarak

gerçekleşmiştir.

DTA eğrisinde

71,5

°C’de görülen

endotermik

pik

muskovitin suyunun

çıkışma ait olup,

numunede

% 2,46’Iık bir ağırlık kaybına neden olmuştur. DTA

eğrisinde

148,6 °C’de oluşan ve

numunede

% 0,53Tük ağırlık kaybına neden olan ikinci

endotermik

pik,

numunede

varlığıŞekil1’dekiX-ışmı

analizinde

de açıkçagörülen

montmorillonitin

suyunun

çıkışından

ileri gelmiştir. TGeğrisinde246,9°C’denbaşlayıp 636,3 °C’ye kadar süren, önce yavaş sonra

hızlı

seyreden belirgin bir

ağırlık

kaybı

sonucu

numunede

% 1,54’lük azalma meydana gelmiştir.

Bu kayıpDTAeğrisindeçoknet

olmamakla

birlikte

400-650 °CTer

arasmda

geniş yayvan bir endotermik pik şeklinde gözükmekte, bu durum

DTG eğrisinde açıkça

gözükmemektedir.

Hadisenin

montmorillonitin dehidratasyonundan ileri geldiği

--

"■■ner»li„i

Te""»IOzelliklerj

AAlp,H.Û.Toplan

ifade

edilmektedir

[8]. TG eğrisinde

_{en büyük}

kayba (% 22,69)

_{tekabül eden,}

_DTA

eğrisinde

823,8°C’de maksimum

veren

_endotermik

_pik,

kalsit

ve

muskovitin dekompozisyonundan

_{kaynaklanmış¬}

tır.

38 pm elek

altı

_{boyutuna sahip}

_numunenin

termal

eğrileri Şekil 4’de

verilmiştir.

Şekil

_4’den

görüldüğü

gibi % 30,65

Tik

toplam _ağırlık

_kaybı

daha önceki örneklerdekigibi

_dört

_adımda

_meydana

gelmektedir.

_{DTA’daki piklerin ilki tane}

_boyutunun

küçülmesinden

dolayı

_azalarak

_65,7

°C’de

gözükmüştür. DTA eğrisinde _148,2

_°C’deki

pik

montmorillonitin

suyunun

_{çıkışından,}

_426-692

°CTer

arasındaki yayvan

_endotermik

_pik ise

montmorillonitin

kristal yapısındaki

_hidratların

dekompozisyonundan

_{kaynaklanmaktadır}

_[9],

Kalsitin ve muskovitin

_{dekompozisyonu}

_ise

_814,7

«C’de maksimum veren bir

_endotermik

_pik

_sonucu

oluşmuştur.

F

•

-

l

-

1

-

1

r

0

100 200

300

400

₁₂₀₀

Sıcaklık

[°C]

Şekil3.-53+38pm boyutundaki

_kilin

_{termal analizi.}

108

SAUFen Bilimleri _{EnstitüsüDergisi}

5.Cilt, 2.Sayı (Eylül2001) _Adapazarı

SerdivanYöresiKilMineralinin Termal Özellikleri A.Alp, H.Ö.Toplan

Şekil4. -38pmboyutundaki_{kilintermal analizi.}

IV.SONUÇLAR

1-

Serdivan yöresi kil asıl kalsit ve _{kuvarsit, az} miktarda da muskovit ve _{montmorillonit} içermektedir.

2-

En çok _{ağırlık kaybı % 31,22 ile -100+53}

pm’luk_{numunede meydana gelmiştir.}

3-

Tane boyutu

küçüldükçe

numunenin

bileşimindeki montmorillonit ve muskovite bağlısuyunçıkışımtemsiledenpik sıcaklığıile kalsitin ve muskovitin dekompozisyonunu

simgeleyenpik sıcaklığıdüşmektedir.

4-

Ağırlık _{kaybının çok büyük} bir

kısmının

DTA’da

800 °C’nin üzerinde meydana gelen

büyük

bir endotermik reaksiyon sonucu

oluştuğutespitedilmiştir.

KAYNAKLAR

[lJ.Kınkoğlu,

M.S., 1990, Endüstriyel

Hammaddeler,

İTÜMatbaası, Sayı:1418.

[2].Şenel,

Ş., 1987, Killerin Kimyasal Analizine

Katkıları,

İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek

Lisans

Tezi.

[3].Nandi, D.N., 1987,

Handbook

onRefractories,

Mc-GrawIIill

Company,

_New-Delhi.

[4],Alp, A., _{Yıldız, K„Aydın, A.O., 1997,Termal}

analiz yöntemleri _{ve uygulamaları, Metalürji}

Dergisi,Cilt:21,_{Sayı:108, 11-17.}

[5].Alp, A., 1999, _{Zonguldak boksitinin termal}

özelliklerine tane boyutunun etkisi, SAÜ Fen BilimleriEnstitüsü_{dergisi, Cilt:3, Sayı:2, 27-36.} [6].Alp, A., Aydm, A.O., 1997a, Muğla-Milas

diasporitik _{boksitlerin termal özelliklerinin}

incelenmesi, SAÜ Fen-Edebiyat Dergisi, Sayı:l, Seri:A-B,202-210.

[7].Alp, A., Goral, M.S., Yıldız, K., Aydm, A.O.,

2000, Seydişehir

kırmızı

çamurunun termal özelliklerinesoda katkısınınetkisi, lO.Uluslararası

MetalürjiveMalzemeKongresi, Cilt:3,1513-1520. [8], Symkatz-Kloss, W., 1974,Differential Thermal Analysis, Germany.

[9].Todor, D.N., 1976, Thermal Analysis of

Minerals,AbacusPres, Romania.

109