MERMER İNCE ARTIKLARININ KOAGÜLASYUNU VE FLOKÜLASYONU KENAN OĞUL YÜKSEK LİSANS TEZİ Maden Mühendisliği Anabilim Dalı Haziran 2005

107  Download (0)

Tam metin

(1)

MERMER İNCE ARTIKLARININ KOAGÜLASYUNU VE FLOKÜLASYONU

KENAN OĞUL YÜKSEK LİSANS TEZİ Maden Mühendisliği Anabilim Dalı

Haziran 2005

(2)

COAGULATION AND FLOCCULATION OF FINE MARBLE TAILINGS

KENAN OĞUL

MASTER OF SCIENCE THESIS Department of Mining Engineering

June 2005

(3)

KENAN OĞUL

Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Lisansüstü Yönetmeliği Uyarınca Maden Mühendisliği Anabilim Dalı

Cevher Hazırlama Bilim Dalında YÜKSEK LİSANS TEZİ

Olarak Hazırlanmıştır

Danışman: Prof. Dr. HÜSEYİN ÖZDAĞ

Haziran - 2005

(4)

Kenan OĞUL’ un YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak hazırladığı “Mermer İnce Artıklarının Koagülasyonu ve Flokülasyonu ” başlıklı bu çalışma, jürimizce lisansüstü yönetmeliğinin ilgili maddeleri uyarınca değerlendirilerek kabul edilmiştir.

Üye : Prof. Dr. HÜSEYİN ÖZDAĞ

Üye : Prof. Dr. Ender SÖNMEZ

Üye : Doç. Dr. Volkan BOZKURT

Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu’nun ... tarih ve ...

sayılı kararıyla onaylanmıştır.

Prof.Dr. Abdurrahman KARAMANCIOĞLU Enstitü Müdürü

(5)

ÖZET

Bu çalışmanın amacı, mermer işleme sırasında üretilen mermer tozlarının sudan giderilmesinde kullanılan, koagülant ve flokülantların optimum miktarlarının belirlenmesidir.

Mermer prosesi madencilikte önemli bir endüstridir. Mermer üretimine olan talebin artışına bağlı olarak , daha fazla mermer tozunun ortaya çıkmasına neden olmaktadır ve bu sebeple, daha fazla suya ihtiyaç duyulmaktadır.

Kaynaklar sınırlı olduğundan ve mermer işleme aktivitelerinin çevre üzerine etkilerinin olmasından dolayı mermer endüstrisinde kullanılan suyun geri kazanılması ve yeniden kullanılması gerekmektedir.

Bu çalışmanın amacı, mermer işlemesi sırasında kullanılan suyun geri kazanılması ve bu elde edilen suyun tekrar proseste kullanılmasıdır.

Bu amaçla koagülasyon ve flokülasyon yöntemleri uygulanmış ve koagülant ve flokülantların tipi ve optimum miktarlarına karar verilmiştir.

(6)

SUMMARY

This study aims at determining the optimum quantity of coagulants and flocculants to be used in removing marble’s fines, which are produced during marble processing, from water.

Marble processing is one of the important industries in mining. Increasing demand for marble production caused the production of marble’s fines and necessiated more water.

Since the resources are limited, and the marble processing activities have impact on the environment, it is necessary to reclaim water used in marble industry.

The aim of this study is to reclaim the water consumed during processing of marble and to reuse the reclaimed water in the process.

For this purpose coagulation and flocculation methods have been applied and the type and optimum quantities of coagulants and flocculants have been determined.

(7)

TEŞEKKÜR

Yüksek lisans öğrenimim sırasında ve tezimin hazırlanmasında yardımlarını esirgemeyen, çalışmalarımda bana yol gösteren değerli hocam Sayın Prof. Dr. Hüseyin ÖZDAĞ’a içten teşekkürlerimi bir borç bilirim.

Tez çalışmalarımda yardımlarını esirgemeyen Doç. Dr. Semra İLHAN hocama ve Çekiçler Mermer Fabrikası çalışanlarına teşekkürlerimi sunarım.

Ayrıca tüm yaşamımda her türlü desteklerini esirgemeyen aileme, sonsuz şükran ve teşekkürlerimi sunarım.

Kenan OĞUL

(8)

İÇİNDEKİLER

SAYFA

ÖZET……… V SUMMARY……….. VI TEŞEKKÜR……… ………. VII İÇİNDEKİLER DİZİNİ……….. VIII ŞEKİLLER DİZİNİ………. XIII TABLOLAR DİZİNİ………...……..XV

ÖNSÖZ…..………. 1

1. MERMER HAKKINDA GENEL BİLGİLER………..2

1.1. Mermerin Kullanım Alanları………..………...…3

1.2. Mermerin Tanımı………..……...…..5

1.2.1. Bilimsel tanımı………...5

1.2.2. Endüstriyel tanımı……….…..5

1.2.3. Petrograpik tanımı………...…5

1.3. Mermerin Oluşumu………5

1.4. Mermerlerin Sınıflandırılması………...7

1.5. Mermer Türleri……….12

1.5.1. Hakiki mermerler………...12

1.5.2. Kalkerler ve kireçtaşları………...12

1.5.3. Traverten ve oniksler………...…...13

1.5.4. Magmatik kökenli mermerler ………....15

(9)

1.5.4.1. Asit magmatik kayaçlar……….15

1.5.4.2. Bazik magmatik kayaçlar………..15

1.5.4.3. Magmatik kökenli metamorfik kayaçlar………...15

1.6. Mermer Üretim Tesislerinde Atıkların Oluşumu………....16

1.6.1. Katraklarda atık oluşumu ………...16

1.6.1.1. Kumlu metal granüllü katraklar …….. ………....16

1.6.1.2. Elmas soketli katraklar ……….17

1.6.2. Elmas soketli testerelerde atık oluşumu ………..17

1.6.3. Cilalama ünitelerinde atık oluşumu ………18

1.7. Mermer toz ve parçalarının değerlendirilmesi………...18

1.7.1. Seramik sanayi………..20

1.7.2. Plastik ve lastik sanayi………..21

1.7.3. Boya sanayi………...22

1.7.4. Çimento sanayi………..23

1.7.5. Kağıt sanayi………...24

1.7.6. Yem sanayi………....25

1.7.7. Tarım sanayi………..26

1.7.8. Yapı malzemeleri sanayi………...26

1.7.9. Diğer kullanım alanları………..27

2. SEDİMANTASYON , FLOKÜLASYON VE KOAGÜLASYON………...28

2.1. Sedimantasyon ( Çökelme)…….………28

2.1.1. Konsantrasyon süspansiyonlarında boyuta göre çökelme şekilleri…………...30

2.1.2. Süspansiyonun katı madde konsantrasyonuna ve parçaların birleşme şekillerine göre çökelme şekilleri ………32

2.1.2.1. (1.) Sınıf Çökelme………....33

(10)

2.1.2.2. (2.) Sınıf Çökelme……….………..…..36

2.1.2.3. Bölgesel çökelme ………....37

2.1.2.4. Sıkılaştırılmış çökelme ……….. 37

2.1.3. İnce parça süspansiyonlarında parçaların çökelme hızını etkileyen faktörler...38

2.1.3.1. Flokülasyon derecesini etkileyen faktörler………..38

2.1.3.2. Karıştırma derecesi………..38

2.1.3.3. Süspansiyonun konsantrasyonu………...39

2.1.3.4. Sıcaklık………...….39

2.1.3.5. Yoğunluk farkı……….39

2.1.3.6. Vizkozite ………...39

2.1.3.7. Çöktürme yapılan kabın şekli………..40

2.1.3.8. Kimyasal maddelerin etkisi………..41

2.2. Flokülasyon ve Koagülasyon………...41

2.2.1. Birleşme kinetiği ………...43

2.2.1.1. Perikinetik birleşme mekanizması………..43

2.2.1.2. Ortokinetik birleşme mekanizması ……….43

2.2.2. Salkımlaştırma işleminin amacı……….44

2.2.3. Flokülasyon mekanizmasını açıklayan parametreler……….45

2.2.3.1. Katı—Sıvı arayüzeyindeki iyonlar……….…..45

2.2.3.2. Brown hareketi………...46

2.2.3.3. Yüzey enerjisi………...47

2.2.3.4. Parçaların çarpışması………....47

2.2.3.5. Su çözeltilerinde parçaların iyonla kaplanması……….……..47

2.2.3.6. Elektriksel yükü azaltmak………...49

2.2.4. Flokülasyon (salkımlaştırma) yöntemleri………...50

2.2.4.l. Elektrolit eklenmesiyle salkımlaşma (koagülasyon)……….…....50

2.2 .4.2. Hidrofobik bağlama ile salkımlaşma………...51

2.2.4.3. Polimer köprüleri ile salkımlaşma………....51

2.2.4.4. Manyetik bağlama ile salkımlaşma……….…….52

2.2.5. Salkımlaşmayı etkileyen faktörler………...52

2.2.5.1. Polimer molekül ağırlığının etkisi………...52

(11)

2.2.5.2. Polimer anyonik değerinin etkisi ………...53

2.2.5.3. Ortam pH değerinin etkisi………...53

2.2.5.4. Polimer miktarı……….54

2.2.5.5. Kesme kuvveti etkisi………55

2.2.5.6. Parça boyutu etkisi………...…56

2.2.5.7. Pulp yoğunluğunun etkisi ………56

2.2.5.8. Sıcaklıketkisi ………...56

2.2.6.Flokülasyonda kullanılan eloküle edici maddeler……….…..56

2.2.6.1. Doğal flokülanlar………..…57

2.2.6.2. Sentetik flokülanlar……….…….57

2.2.6.2.1. Sentetik flokülanların taneleri bağlama şekilleri ………...59

2.2.7. Flokülasyonun oluşum şekli………...61

2.2.7.1. Katı oranı yüksek konsantrasyonlu pulpler………..62

2.2.7.2. Katı oranı düşük konsantrasyonlu pulpler ………...…62

2.2.8.Flokülanların endüstride kullanım alanları……….63

3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR……….……….65

3.1. Amaçlar………...65

3.2. Örnek Alımı………...…65

3.3. Tesis Atık Sularının, Bulanıklık ve pH Tespiti………...…..65

3.4. Tesis Atık Sularının, Katı Oranı Tespiti ve Parça Boyut Analizi …………...….66

3.5. Sedimantasyon Deneyleri………..……67

3.6. Flokülasyon ve Koagülasyon Deneyleri………..….68

3.6.1. Deneylerde kullanılan yöntemler ………..…….68

3.6.2. Flokülasyon deneyleri………..…….69

3.6.2.1. Flokülant çözeltilerinin hazırlanması ………..……69

3.6.2.2 Kullanılan flokülant isimleri ve cinsleri………70

3.6.2.2.1. SPK 300 NONYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi………...71

3.6.2.2.2. SPK 375 KATYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi………...72

3.6.2.2.3. SPK 385 KATYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi…………..….73

3.6.2.2.4. SPK 506 ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi………..…74

(12)

3.6.2.2.5. SPK 508 ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi………..75

3.6.2.2.6. SPK 510 ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi………..76

3.6.2.2.7. SNF 1816 S ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi…………...77

3.6.2.2.8. SNF 1836 SB ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi…………78

3.6.2.2.9. SNF 1836 U ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi…………..79

3.6.3. Koagülasyon deneyleri………...…80

3.6.3.1. Koagülant çözeltilerinin hazırlanması ………80

3.6.3.2. Kullanılan koagülant isimleri ve cinsleri………80

3.6.3.2.1. Alüminyum sülfat ( Al2(SO4) 3 18H2O ) ile koagülasyon deneyi…..…81

3.6.3.2.2. Demir klorür ( FeCl3 6H2O ) ile koagülasyon deneyi………82

3.6.3.2.3. Alüminyum klorür ( AlCl3 6H2O ) ile koagülasyon deneyi…………..83

4. MERMER FABRİKALARI ATIK SU ARITMA TESİSLERİNDE FLOKÜLASYON UYGULAMALARI ………..84

4.1. Çökelme Havuzları ile Atık Suyun Arıtılması ………..84

4.2. Çökelme Tankı ile Atık Suyun Arıtılması ……….86

5.SONUÇ VE ÖNERİLER………..89

KAYNAKLAR DİZİNİ………...…91

(13)

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil Açıklama Sayfa

2.1. Sedimantasyon olayının şematik olarak gösterimi………29

2.2. Çökelme modeli ve grafiği………31

2.3. Çökelme modeli ve grafiği………32

2.4. Akışkan içinde çöken bir parçacığa etki eden kuvvetler………..33

2.5. Bölgesel çökelme………..37

2.6. Düşey ve dik kapta çökelme……….40

2.7.Parçalar arası itme ve çekme kuvveti………..42

2.8. Sudaki bir parçacık ve Zeta potansiyeli………...46

2.9. Elektriksel çift tabaka ve özellikleri:……….48

2.9.1. Katı yüzeyindeki elektrik yükü ve onu dengeleyen iyonlar……….………48

2.9.2. Anyon ve katyonların arayüzeyden uzaklaştıkça simetrik değişimi………49

2.9.3. Dağılmış iyonlar tabakasında yüzeyden uzaklaştıkça potansiyel değişimi………. 49

2.10. Flokülant kullanımı…….………...…..55

2.11. Flokülanların taneleri bağlaması……….….60

2.12. Flokülanların taneleri bağlama durumları……….…………..60

2.13. Flokülasyonun Oluşum Şekli………...61

2.14. Yüksek konsantrasyonlu pülplerde çökme……….….62

2.15. Düşük konsantrasyonlu pulplerde çökme ………...63

3.1. Sedimantasyon analiz eğrisi………. 68

3.2. SPK 300 NONYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonucu bulanıklık grafiği…..71

3.3. SPK 375 KATYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonucu bulanıklık grafiği…..72

3.4. SPK 385 KATYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonucu bulanıklık grafiği…..73

3.5. SPK 506 ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonucu bulanıklık grafiği……74

3.6. SPK 508 ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonucu bulanıklık grafiği……75

3.7. SPK 510 ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonucu bulanıklık grafiği……76

(14)

3.8. SNF 1816 S ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonucu bulanıklık grafiği….77 3.9. SNF 1836 SB ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonucu bulanıklık

grafiği……….78

3.10. SNF 1836 U ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonucu bulanıklık grafiği………79

3.11. Alüminyum sülfat ( Al2(SO4)3 18H2O ) ile koagülasyon deneyi sonucu bulanıklık grafiği………...81

3.12. Demir klorür ( FeCl3 6H2O ) ile koagülasyon deneyi sonucu bulanıklık grafiği……...82 3.13. Alüminyum klorür ( AlCl3 6H2O ) ile koagülasyon deneyi sonucu bulanıklık grafiği………....83

4.1. Çökelme havuzları ile atık su Arıtma tesisi genel şeması ……….……84 4.2. Çökelme Tankı ile Atık Suyun Arıtılması……….…….86

(15)

ÇİZELGELER DİZİNİ

Çizelge Açıklama Sayfa

1.1. Mermerlerin mineral tane boyutlarına göre sınıflandırılması………...8

1.2. Mineral bileşimi ve oranlarına göre mineralojik (Petrografik) sınıflandırma türler……...8

1.3. Mermerlerin yapı ve dokularına göre sınıflandırılması………...9

1.4. Mermerlerin jeolojik sınıflandırılması………9

1.5. Uluslararası mermer standartları tarife ve tanımı………...11

1.6. Mermer artıklarının kullanım alanları ve oranları (DIE raporlarına giren ürünler)…….19

3.1. Elek analizi ……….……...66

3.2. Sedimantasyon deneyleri ile meydana gelen çökelme miktarları……….….67

3.3. Kullanılan flokülant isimleri ve cinsleri………70

3.4. SPK 300 NONYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonuçları………....71

3.5. SPK 375 KATYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonuçları………72

3.6. SPK 385 KATYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonuçları………73

3.7. SPK 506 ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonuçları………..…………74

3.8. SPK 508 ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonuçları………..……75

3.9. SPK 510 ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonuçları………..76

3.10. SNF 1816 S ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonuçları……….77

3.11. SNF 1836 SB ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonuçları………..78

3.12. SNF 1836 U ANYONİK flokülant ile flokülasyon deneyi sonuçları………79

3.13. Kullanılan koagülant isimleri ve formülleri………80

3.14. Alüminyum sülfat ( Al2(SO4) 3 18H2O ) ile koagülasyon deneyi sonuçları………81

3.15. Demir klorür ( FeCl3 6H2O ) ile koagülasyon deneyi sonuçları………..82

3.16. Alüminyum klorür ( AlCl3 6H2O ) ile koagülasyon deneyi sonuçları………83

(16)

ÖNSÖZ

Çalışmanın amacı , mermer ocağından alınıp fabrikaya getirilen blok mermerlerin, fabrikada sulu şekilde yapılan kesim, parlatma, cilalama ve her çeşit işlemler sonucunda ortaya çıkan ince artıklarının, koagülasyon ve flokülasyon yöntemleri ile sudan uzaklaştırılmasında kullanılan koagülant ve flokülantların en uygun cins ve miktarının tespitidir.

Çalışmanın ilk bölümünde, mermer hakkında genel bilgiler verilmiş, mermerin tanımı yapılmış, kullanım alanları, oluşumu, sınıflandırılması ve türleri incelenmiş, mermer üretim tesislerinde atıkların oluşumu ve mermer toz ve parçalarının değerlendirilmesi ile ilgili bilgiler sunulmuştur.

İkinci bölümde, ilk önce sedimantasyon ( çökelme ) işlemi açıklanmış, konsantrasyon süspansiyonlarında çökelme şekilleri ve çökelme hızını etkileyen faktörler üzerinde durulmuştur. Daha sonra tezin ana konusu olan flokülasyon ve koagülasyon işlemleri açıklanmıştır. Birleşme kinetiği ve salkımlaştırma işleminin amacı açıklanmış, flokülasyon ve koagülasyon mekanizmalarını açıklayan parametreler irdelenmiştir.

Flokülasyon (salkımlaştırma) yöntemleri ve flokülasyonda kullanılan floküle edici maddeler hakkında bilgiler sunulmuştur.

Üçüncü bölüm deneysel çalışmalardan oluşmaktadır. Bu bölümde deneysel çalışmaların amaçları ortaya konmuş, sedimantasyon deneyleri ve tane boyut ölçümü için yapılmış olan elek analizi sunulmuştur. Tez konusu olan mermer ince artıklarının flokülasyon ve koagülasyonunda kullanılan flokülant ve koagülant çeşitleri belirtilmiş, flokülant ve koagülant çözeltilerinin hazırlanması açıklanmış ve flokülasyon ve koagülasyon deneyleri sunulmuştur.

Dördüncü bölümde, mermer fabrikaları atık su arıtma tesisleri ve çalışma prensipleri anlatılmış, flokülasyon uygulama şekilleri hakkında bilgi verilmiştir.

Beşinci ve son bölümde sonuç ve öneriler belirtilmiştir.

(17)

1

. MERMER HAKKINDA GENEL BİLGİLER

Mermer hem yapı malzemesi, hem de süsleme ve dekorasyon amacıyla çok sıklıkla kullanılan taşlardan biridir. Jeolojik tarihi çok uzun ve çeşitlidir. Mamul ürün haline gelinceye kadar uzun bir yolculuk geçirmektedir. Bu, fiziksel ve kimyasal değişikliklerden oluşan karma bir süreçtir. Kat edilen zaman farklı olmakla birlikte, milyonlarca yılda sürdüğü de görülmektedir. Bölgesel metamorfizm, yüksek basınç ve ısı seviyesine tabi olan büyük bir malzeme kitlesini etkilemektedir; bu ise fizyonomi ve bileşimde değişiklikler meydana getirmektedir. Metamorfik değişimler hem yoğun hem de yaygındır. Süreç birçok şekilde olabileceği için kümülatif etki, kayanın

“yolculuğu”nu yeniden yapılanma yönünde güçleştirmektedir (Çakır v.d. 1998).

Son bileşim, başka bir deyişle görünüşte her mermerin tek ve eşsiz olmasını sağlayacak şekilde kayada mevcut farklı saflıklara bağlı olarak gayet değişik olabilmektedir. Yani, şekil, ebat ve mineral taneciklerin düzeni ve büyük ölçüde gözlemlenen taşa ait özelliklerden oluşan yapı, her tip mermere kendi özelliğini vermektedir (Çakır v.d. 1998).

“Bilimsel” anlamda mermer, kalker ve dolomit kalkerlerin ısı ve basınç altında başkalaşıma uğrayarak kristalleşmesi sonucu oluşmuş metamorfık bir kayaçtır (Çakır v.d. 1998).

Mermerlerin kimyasal bileşimlerinde büyük oranda kalsiyum karbonat, daha düşük oranlarda magnezyum karbonat ve silisyum dioksit, ayrıca pigment olarak da değişik metal oksitleri bulunmaktadır. Saf oldukları zaman yarı saydam ve beyaz renklidirler.

Fakat yabancı maddelerin ve özellikle madensel oksitlerin tesiriyle sarı, pembe, kırmızı, mavimtırak, esmer ve siyah renkli olabilmektedirler. Bünyelerinde bazen rastlanan değişik renklerdeki damarlar, taşlara hayranlık uyandıran bir görüntü kazandırdığı gibi,

(18)

kıymetlerini de arttırmakta; dekorasyon ve süsleme işlerinde özellikle bu çeşit mermerler tercih edilmektedir (Çakır v.d. 1998).

Özellikle yukarıda belirtilen “hakiki (kristalin) mermerler” dünya üzerinde ağırlıklı olarak Alp Kuşağı, Ege Adaları, Anadolu Yarımadası, İran, Pakistan ve Hindistan (Himalaya’lar)dan Çin’e kadar uzanan alanda bulunmaktadır. Ayrıca metamorfik masifler içinde yer alan mermerler, masiflerin bulunduğu yerlerde (Kanada, İsveç, Anadolu, Urallar-Sibirya, Güney Afrika, Güney Amerika ve Avustralya) görülmektedir (Çakır v.d. 1998).

“Ticari” anlamda ve ismini mermerin bulunduğu yerlerden, renkten ve mermerin bizzat kalitesinden alan mermerler ise, kesilip parlatılabilen her çeşit taşı kapsamaktadır.

Bu tanımlama içindeki hakiki mermerin yanında, iyi parlatılabilen kalker, traverten, serpantin, oniks mermeri, dolomit, granit, diyabaz, bazalt, arduvaz, kumtaşı, tektonik breş ve konglomera da yer almaktadır (Çakır v.d. 1998).

1.1. Mermerin Kullanım Alanları

Doğal taştan elde edilen ürünler uygarlığın başlangıcından itibaren insanlar tarafından kullanılmaktadır. Bugün ayakta kalan en büyük tarihi yapıtlar taştan yapılmıştır.

Önceleri çok güzel olan görünümü ve dayanıklılığı sebebiyle sanatsal ağırlıklı olarak kullanılan mermerin bugün başlıca tüketim alanlarını inşaat sektörü, dekorasyon ve mezarcılık ile güzel sanatlar oluşturmaktadır (Çakır v.d. 1998).

Mermer inşaat sektörünün binaların iç ve dış kaplamalarında, yer döşemelerinde, merdiven ve giriş kısımları ile mutfak, şömine ve banyolarda kullanılmaktadır. Özellikle turizmin geliştiği bölgelerde yapılan otel ve motellerde mermer kullanımı tercih edilmektedir. Ayrıca park ve bahçeler ile son yıllarda büyük kentlerin cadde ve tretuvarlarında da mermer kullanılmaya başlanmıştır (Çakır v.d. 1998).

(19)

Hijyenik koşullar gerekli olduğu umuma açık ortamlarda (hastaneler, havaalanları gibi) ve üretim tesislerinde granit kullanımı artmaktadır. Granit özellikle hem desen (dekorasyon), hem de dayanıklılık açısından seçici davranmayı gerektiren işlerde kullanılmaktadır (Çakır v.d. 1998).

Üretimin kolay ve basit olması nedeniyle kullanımı oldukça eskilere dayanan, çekiç, murç ve benzeri aletler kullanılarak insan gücü ile bol miktarda üretilen parke taşları bugün eski yapıların restorasyon çalışmalarından vazgeçilmez malzemelerdir. Esas olarak işlevsellik ve estetik kaygıların önde geldiği durumlarda kullanım alanı bulabilen parke taşları, çoğunlukla araç ve yaya trafiğinin yoğun oluğu yerlerdeki yürüme alanlarında, kimyasal maddelere karşı dayanıklı olmasından dolayı da duvar kaplaması olarak kullanılmaktadır. Yine parke taşları kaygan olmaması gereken yerlerde zeminlerde tercih edilmektedir. Ayrıca değişik veya aynı renkli parke taşları bir araya getirilerek dekoratif cephe kaplaması olarak, düzensiz şekillerdeki paledyen parkeler meydanların kaplanmasında, avlu parke girişlerinde ve bahçe yollarında, gezinti yerlerinde ve teraslarda kullanılmaktadır. Parke, aşırı yüklere ve asidik ortamlara dayanıklılık gerektiren sanayi ortamlarında da tercih edilmektedir (Çakır v.d. 1998).

Tüketimde ürün standartlarına gelince; yaygın olarak 30’a serbest olarak adlandırılan, özellikle 2 cm ve 3 cm kalınlığındaki plakalar kullanılmaktadır. 30x60x2 cm; 40x40x2 cm; 20x40x2 cm döşemelikler, fayans, 1 cm’lik ve 2 cm’lik süpürgelikler, 3 cm’lik basamak, 2 cm’lik ve 3 cm’lik denizlikler yaygın olarak tüketilenlerdir. 1,5 cm’lik özel kaplama plakaları da kullanılmaktadır. 2 cm’lik katrak plakaları masa-sehpa yapımında, 3 cm’lik katrak plakalar ise banko yapımında kullanılmaktadır. Ayrıca mermer kırıkları paledyen olarak taban veya mozaik yapımında değerlendirilmektedir (Çakır v.d. 1998).

Mermer pazarlarımızdan ABD ve Anglosakson ülkelerinde 30x30x1 cm’lik fayanslar talep edilmektedir. 2 cm’lik katrak plakaları en fazla aranan plaka tipi olup, sağlam homojen ve mümkün olduğunca temiz kesimli büyük ebatlar tercih edilmektedir (Çakır v.d. 1998).

(20)

1.2. Mermerin Tanımı

1.2.1. Bilimsel tanımı

Mermerler, kalker (CaCO3) ve dolamitik kalkerlerin (CaMg(CO3)2) ısı ve basınç altında metamorfizmaya uğrayarak tekrar kristalleşmesi sonucunda yeni bir yapı kazanmalarıyla meydana gelen taşlardır.

1.2.2. Endüstriyel tanımı

Endüstriyel alanda kesilip cilalanabilen ve alım satımı olan her türlü kaya mermer kapsamına girer (Ünlü, 2002).

1.2.3. Petrografik tanımı

Masif, kabaca tekdüze irilikte (geçirdiği metamorfizma çeşidine göre) kalsit kristallerinin arasında boşluk bırakmaksızın dirildiği bir mozaiktir (Ünlü, 2002).

1.3. Mermerin Oluşumu

Mermerin esasını oluşturan kalker kalsit kristallerinden oluşmaktadır. Kalsitin başlıca özelliklerini sıralayacak olursak;

• Bileşimi : CaCO3

• Sertliği : 3

• Özgül Ağırlığı : 2.2-3.5gr / crn3

• Renk : Genellikle beyaz

• Çizgi Rengi : Beyaz

(21)

Metamorfizma sonucu genelde derinlerde bahsettiğimiz ‘kristalize kalker’ oluşur.

Bundan başka iki cins mermer daha vardır. Biri tektonik basınçlar nedeniyle oluşan

‘Breş Mermer’dir. Bunlarda sertleşmede esas rolü parçalanan mermer ve kalkerlerin arasına giren ve çeşitli renge sahip madensel tuzları içeren tabii çimento oynamaktadır.

Bu tip mermerlere ‘Milanit’ veya ‘Milanitli Mermer’ denir. Bunlar Tektonik Breşlerdir.

Diğeri ise batolilik kütlelerin kenar kısımlarının kontak metamorfızması nedeniyle oluşur (Ünlü, 2002).

Kalker, batolitin değmesi sonucu oluşan yüksek sıcaklığın etkisiyle mermere dönüşmektedir. Ancak dar bir saha söz konusu olduğundan ve mineraller arasında boşluklar bulunabileceğinden, bu tip mermerler işletmeye elverişli değildir (Ünlü, 2002).

Mermeri oluşturan kalsit, kalsiyumum taşların değişmelerinden, karstik bölgelerdeki çökeltilerle (travertenlerden), kendi eriyiğinden meydana gelir. Basınç ve sıcaklık altında kalsit kristalleri arasındaki boşluklar ortadan kalkacağından, kalkere nazaran mermer daha sert bir durum alır (Ünlü, 2002).

Şistli yapı tekniği nedeniyle oluşan, şist (yapraksı) yapılı ve şeker görünüşündeki mermerlere ‘spolen ‘ adı verilir. Bunların içinde feldspat, kuvars, grena ve muskovit mineralleri de bulunabilir. (Ünlü, 2002)

(22)

1.4. Mermerlerin Sınıflandırılması

Mermer yatağının işletmeye açılması için açılacak ocaklarda eklem sistemi ve jeolojik yapısının yanında renk, desen ve dokusuna göre en elverişli üretim yönteminin seçilmesi gerekir. Her mermer yatağında mermer ocak işletmelerinin, kayaç doku ve yapısına göre kendisine özgü niteliklerde, işletme metodu uygulanır ve geliştirilir. Yani ocaktaki mermerin Litolojik (jeolojik durumundan ileri gelen kendine özgü ve doku özelliklerinin oluşturduğu kalite ve tipini belirler) fiziksel ve kimyasal yapısı, kolay işleme yüzeyi, blok alınabilme durumu üretimde verimi etkileyen en önemli faktörlerdir. İşletme yöntemi seçilirken mermerin bu özelliklerinin iyice etüt edilmesi gerekir ki ekonomiklilik sağlanabilsin. Ayrıca seçilen yöntem üretim süresinde edinilecek tecrübeye göre geliştirilmelidir, İşletmenin belirlenmesinde önem arz eden bu özelliklere göre mermerler tablolarda şu şekilde sınıflanır (Ünlü, 2002).

• Mermerlerin, mineral tane boyutlarına göre sınıflandırılması (Çizelge 1.1.)

• Mineral bileşim ve oranlarına göre mineralojik (petrografık) sınıflandırılması ve türleri (Çizelge 1.2.)

• Mermerlerin yapı ve dokularına göre sınıflandırılması ( Çizelge 1.3.)

• Mermerlerin jeolojik sınıflandırılması ( Çizelge 1.4.)

• Mermerlerin ekonomik sınıflandırılması…. (Ünlü, 2002)

(23)

Çizelge 1.1. Mermerlerin Mineral Tane boyutlarına göre sınıflandırılması

KAYAÇ TANE BOYUTU

İnce- Taneli Mermer 1 mm

Orta Taneli Mermer 1mm — 5 mm İri Taneli Mermer 5mm — 1,2 cm

Çizelge 1.2. Mineral bileşimi ve oranlarına göre mineralojik (Petrografik) sınıflandırma

KAYAÇ DİĞER MİNERALLERİ KALSİT YAPI DOKU

MERMER Mika, Opak, Kuvars

v.s. % 95 Masif, taneli doku

KALKSİST Klorit, Epilol, Mika

Lepidolit % 60-70 Şistli yönlü

SOPOLEN Fionopi, tremotil,

diopsil, Plajioklas, grena % 80 Şistli yönlü MERMER Epidot, diopsit,

grana, olivin. SKARN Plajioklas + couter

% 80-90 Masif, taneli

(24)

Çizelge 1.3. Mermerlerin yapı ve dokularına göre sınıflandırılması

KAYAÇ GÖRÜNÜM VE ÖZELLİKLERİ

MASİF MERMER Kompakt ve iri taneli.

LAMİNAL MERMER

İnce taneli renkli şeritli görünümde, şeritler farklı mineral veya elementler içerirler.

ŞİSTİ MERMER Yapraklı yapıda önemli miktarda mika içerir.

BREŞİK MERMER

Kırıklanmış tekrar ikincil minerallerle dolgulanmıştır. Ana dolgular farklı renk ve mineral içerikli olabilirler.

İNCE TANELİ MERMER Tane boyutlu 1 mm de küçük taneli olan türleri.

İRİ TANELİ MERMER Tane boyutu 5 mm de büyük taneli türler.

Çizelge 1.4. Mermerlerin jeolojik sınıflandırılması 1.

GRUP

Tam kristalleşmiş taşları içine alır. Renkleri genellikle beyaz ve açık gridir.

2.

GRUP

Oniks ve travertenleri içerir.Yapılarında yalnızca CaCO3

vardır. Travertenler toplu iğne başında birkaç cm’ ye varan boşluklar içerdiklerinden kolaylıkla işlenebilmekte ve iyi cila kabul etmektedirler.

3.

GRUP

Mağmatik kökenli mermerleri içerir. Andezit, dasit, granit, siyenit, bazalt, diyabaz, gabro, serpantin v.s, gibi.

(25)

Ekonomik Sınıflama; Kesilip parlatılabilen ve ekonomik değeri olan her türlü doğal yapıtaşı ticari anlamda mermer olarak kabul edildiğini önceden de söylemiştik Son yıllarda cila kabiliyetine bakılmaksızın dekoratif amaçlı kullanım alanı bulan her türlü kayaç (kaynak taşı, tüfler, şistler v.b.) mermer veya çoğunluklada doğal taş olarak kabul edilmektedir (Ünlü, 2002).

Mermer olarak kullanılan kayaçların, mineralojik yapısı ve dokusuna bakılmaksızın bilimsel tanımlar dışında ticari yaşamda bazı sınıflandırmalar yapılır. Bu gruplamada kayaçların kullanım amacı ve kullanış yeri, renk v desen durumu, albeni, sertlik, doku, cila alma yeteneği ve kimyasal bileşimleri gibi özellikler dikkate alınır. Bu sınıflandırmalar yaygın olarak uluslar arası saptanmış bir kural ve anlaşma olmaksızın mermer satıcıları ve işleyicileri arasında kullanılır. Uluslararası ticarette yaygınca kullanılan sınıflandırmalar ise:

• Mermer; mermer, kalker, dolomit v.b.

• Sert Mermer; granit,grays, serpantinit, diyabaz, anatozit v.b.

• Traverten ve oniksler

Bu açıklamalarla birlikte uluslararası standardizasyon için ülkeler farklı çalışmalar içerisindedir. A.B.D Standartlar Enstitüsü (ASTM) 1961’ de kesilip parlatılabilen ve çeşitli yerlerde kullanılan taşların işlenişine ve ticari değerlerine etki eden özelliklerine göre sınıflandırmıştır. Benzer olarak Brüksel Gümrük Tarifesi (BTN) ve eşdeğeri olan Uluslararası Tasnif Standardında yapılan ticari mermer sınıflaması Tablo 1.5.’de verilmiştir (Ünlü, 2002).

(26)

Çizelge 1.5. Uluslar arası Mermer Standartları Tarife ve Tanımı

BTN SITC TANIM

25.15 273.12 Mermer taverten ekosin ve belirgin 2.5gr/cm³ veya daha fazla olan yontulmaya veya inşaata elverişli diğer kireçli taşlar su mermeri (ham kabaca yontulmuş veya sadece testere ile kesilmiş)

25.16 273.13 Granit, parfin, bazalt, kumtaşı, ve yontulmaya veya inşaata elverişli diğer kireçli taşlar su mermeri (Ham kabaca yontulmuş veya sadece testere ile kesilmiş)

68.02 661.32 Yontulmaya veya inşaata elverişli işlenmiş taşlar ve mamulleri

Ülkemizde yöre ve özelliklerine göre yapılan isimlendirmelerde sınıflama için kullanılır. Mermere verilen isim yöre ve fiziksel bazı özelliklerini temsil eder. Afyon Şeker, Afyon Kaymak, Afyon Kaplan Postu, Marmara Kumru Tüyü, Brezilya Mavisi, Leylak Milas gibi adlandırmalar buna örnek verilebilir (Ünlü, 2002).

Yukarıda verilen standartlar daha çok resmi işlemlerde ve istatistiksel çalışmalarda kullanılır. 1992 yılında Türk Standartları Enstitü tarafından hazırlanan TS 10449 tarife numaralı ‘Mermer Kalsiyum Karbonat’ Esaslı yapı ve Kaplama taşı olarak Kullanılan standardı ağırlıklı olarak TS 699 ve TS 1891, TS 4033’ ün bir denemesi şeklindedir.

Sadece gerçek mermerleri esas alan TS 10449 deney metotları ile bazı pazarlama konularını tarif etmekte olup herhangi bir sınıflama içermemektedir (Ünlü, 2002).

(27)

1.5. Mermer Türleri

1.5.1. Hakiki mermerler

Kalker ve dolomitik kalkerlerin yeniden ısı ve basınç altında kristalleşmesi sonucu oluşan kayaç grubudur. Genelde açık renklidirler. Kristal büyüklükleri oluşum hızları ile ters orantılıdır. Bu arada soğumadan dolayı oluşan kırık ve çatlaklıklar zamanla yer altı ve yerüstü sularının etkileri altında kaldıklarından bu suların bünyelerine girmeleri tuzlarını bırakmaları sonucu damarlar halinde renk değişiklikleri meydana gelir.

Hakiki mermerler homojen bir yapı gösterirler. Fazla sert değildirler. Kolay işlenirler.

Bünyelerinde boşluk bulunmaması en büyük özelliklenidir. Türkiye’de Afyon (İşçehisar), Muğla (Yatağan-Kavaklıdere) Eskişehir (Seyitgazi), Uşak (Banaz) Afyon (Sandıklı), Denizli (Çamlık), Marmara Adası Mermerleri bu gruba giren mermerlerimizdendir (Ünlü, 2002).

1.5.2. Kalkerler ve kireçtaşları

Göl ve denizlerde yaşayan makro ve mikro organizmaların deniz ve göl tabanlarında çökelip kalıntılar tortu oluşturması ve bunların zamanla basınca maruz kalarak taşlaşması sonunda kireç taşları oluşur. Kireç taşlarında % 90 dan fazla CaCO3 , azda MgCO3 bulunur. Kuvars, feldspat, kil ve organik maddeler safsızlıkları oluşturur.

Bünyede % 56 CaO ve % 44 CO2 varsa saf kalkerdir. Bünyesinde %10 dan fazla MgCO3 içeren kalkerlere ‘Dolomitik Kalker’ denir. Bu miktar %45-50 olursa ‘Dolomit’

adını alır. Oluş koşullarına göre organizma artıkları içerir ve içerdikleri fosiller mercanlı kireç taşı fusilimli, nımütli, lümüselli, mactral kireç taşı gibi isimlendirilir. Kireç taşları içinde bantlar ve yumrular halinde sileks oluşabilir. Kesmeleri zor olduğu için sektörde istenmezler. Türkiye de önemli kireç taşı yataklarının bazıları şunlardır.

(28)

• Bilecik (Gülümbe, Gölpazarı Söğüt)

• Eskişehir (Sarıcakaya, Akköy Sivrihisar)

• Balıkesir (Çayüstü)

• Burdur (Yeşilova)

• Kayseri (Dereli)

• Muğla (Fethiye)

• Manisa (Akhisar, Etkattepe) (Ünlü, 2002)

1.5.3. Traverten ve oniksler

TRAVERTEN : Kırık düzlemleri boyunca gelen yeraltı sıcak suları çok iyi aşındırıcı olduklarından geçtikleri yerlerde bulunan kireç taşları ve diğer kayaçları aşındırarak tortuyu bünyesine alır. Basınçla gelen yeraltı suları atmosferik ortamda yeraltından getirdiği tortuyu taşıyamaz ve yüzeye bırakır. Soğumaya bağlı olarak yapısında gözenekler (Porozite) oluşur. Bu oluşan malzemeye traverten denir. Traverten renkleri sıcak suyun aşındırdığı kayaçların içerdiği mineral içeriğine göre değişir. Demir ağırlıklı kayaçları aşındırdığında kırmızı renk, kalsiyum karbonat ağırlıklı kayaçları aşındırdığında ise beyaz renk alır (Ünlü, 2002).

Türkiye’deki bazı traverten yatakları:

• Denizli (Pamukkale Karhayıt)

• Afyon - Kütahya yöresi travertenleri

• Antalya yöresi travertenleri

• Ankara (Maliköy,Haymana)

• Çankırı (Eskipazar)

(29)

• Sivas (Çemik)

• Nevşehir, Tokat yöresi travertenleri

• Adapazarı Taraklı yöresi travertenleri. (Ünlü, 2002)

ONİKS: Soğuk suların yeraltından gelen kırık düzlemleri boyunca yüzeye veya mevcut tektonik boşluğa akması neticesinde tortusunu bırakması ile oluşan kayaç grubuna kesilebilir olursa, CaCO3 ağırlıklı ise ‘Kalker Albatr’ eğer gelen soğuk sular silis ağırlıklı ise ‘Oniks’ adını alır (Ünlü, 2002).

Bütün kayaçların oluşumları soğuk sulara bağlı olduğundan ve soğuk suda iyi bir çözücü olmadığından fazla rezerv vermezler. Oniksler genelde güzel görünümlü olduğundan süs eşyası yapımında kullanılırlar.

Düşük blok verim yüzdeleri olduğundan mermerciler için her zaman riskli ve tehlikelidir. Bazılarında ilk oluşumuna bağlı olarak gözeneklilik vardır. Bunlar mermercilikte tercih edilmez (Ünlü, 2002).

Önemli Yataklar:

• Eskişehir (Yunusemre Oniksi)

• Bilecik (Söğüt Oniksi)

• Bolu (Mudurnu Oniksi)

• Kırşehir (Avanos Oniksi)

• Denizli (Sarayköy Oniksi)

• Kütahya (Tavşanlı Oniksi)

• Tokat yöresi Oniksleri. (Ünlü, 2002)

(30)

1.5.4. Magmatik kökenli mermerler

Bileşimlerinde belirli oranlarda kuvars, feldspat, mika gibi silikatlar ile opak mineraller bulunan kayaçların gerek üretimleri gerekse de işlenip ufalanmaları daha zordur. Dayanımları ise diğer mermerlere göre fazladır. Granit, Diyabaz, Serpantin, bazalt, gabro, andezit, dasit bu grupta sayılabilir. Örneğin granitin sertliği 4’ten büyüktür.

Bunlar asit mağmatik kayaçlar, mağmatik kökenli metamorfik kayaçlar ve bazik mağmatik kayaçlar olarak üçe ayrılırlar (Ünlü, 2002).

1.5.4.1. Asit magmatik kayaçlar

Granit ve siyenit gibi kayaçlardır. Tanelerinin iriliği farklılığı ve mineral bileşimlerinin sağlamlığı parlatılmasına etki eder.

1.5.4.2. Bazik magmatik kayaçlar

Gabro gibi derinlik kayacının yanında diyabaz tipi damar tipleri bazaltı gibi yüzey tipleri serpantinitlerin büyük boyutlu blok vermesi azdır. Damar tipi diyabazlar güzel yeşil tonları ile aranır. İyi cila alır ve sağlamdır (Ünlü, 2002).

1.5.4.3. Magmatik kökenli metamorfik kayaçlar

Mağmatik kayaçların metarmorfizma geçirmesi ile oluşurlar. Örnek olarak Türkiye’deki mağmatik mermer yatakları:

(31)

• Balıkesir (Kapıdağ)

• Bursa (Armutlu)

• Eskişehir (Siyenit)

• Gümüşhane Yöresi Granit. (Ünlü, 2002)

1.6. Mermer Üretim Tesislerinde Atıkların Oluşumu

1.6.1. Katraklarda atık oluşumu

1.6.1.1. Kumlu metal granüllü katraklar

Bu tip katraklarda kesme işlemini, ya 1 mm ve daha küçük tanelere sahip zımpara tozları yada 1-5 mm boyutlu metal granül parçacıklarla gerçekleştirir. Daha çok sert mermerlerin kesiminde uygulanır.

Kumlu-metal granül kullanılarak yapılan kesmede esas, aşındırıcı tanelerin lamaların sinüsoidal gel-git hareketi ile mermer yüzeyine sürttürerek aşınmanın yaptırılmasıdır.

Aşındırıcı taneler su ile lama mermer arasına verilir ve mermer yüzeyinden 0,3 mm ve daha küçük taneler suya karışma durumundadır. Mermer kırıntılarıyla beraber aşındırmada kullanılan zımpara tozları 0,5 mm’den ufak, metal granüller ise 2 mm ve daha küçük taneler halinde suya karışır (Toprak, 1996).

Metal granüllerle kesme yapılan sistemlerde suyun arıtılması iki aşamada gerçekleştirilmelidir. Önce tesisten gelen atıksu, metal granüllerin gravitiye bağlı olarak çökelmesi için dinlendirme havuzunda bekletilmeli daha sonra su içerisindeki mermer taneleri arıtılmalıdır. Ayrıca çökelen metal granüller hidrosiklonlar ve/veya

(32)

manyetik ayırıcılarla ayrılarak 1mm’den büyük taneler sisteme geri döndürülebilir (Toprak, 1996).

1.6.1.2. Elmas soketli katraklar

Bu tip katraklarda ise kesme işlemi, çelik lamaların üzerine kaynak edilmiş elmas soketlerle gerçekleşir. Bu katraklar yumuşak ve sert mermerler için kullanılır (Toprak, 1996).

Elmas soketli katraklardaki kesmede esas, çelik lamalara kaynaklı elmas soketlerin sinüsaidal hareketlerle mermer yüzeyine sürttürülerek kopartma ve aşındırma yaptırılmasıdır (Toprak, 1996).

Bu tür kesmede kesilen mermerleri oluşturan minerallerin kristallerinin fiziksel özellikleri ve boyutları tanelenmede önemli rol oynarlar. Elmas soketlerin aşınmasına uygun olarak tanecikler 0,1 mm’den küçük boyutlarda oluşurlar (Toprak, 1996).

1.6.2. Elmas soketli testerelerde atık oluşumu

Bu tip makinalar; başkesme, yankesme ve köprükesme makinaları ile kalibratör kafalarıdır. Bu makinalarda çelik gövdeli dairesel diskin ucuna 2-3 cm aralıklarla kaynatılmış 2-4 cm boyutlu elmas soketlerin, dairesel hareketlerle dönmesi ve elmas soketleri mermer yüzeyine sürttürülmesi sonucunda mermeri oluşturan kristal tanelerin kopartılmasıyla kesme işlemi gerçekleşir (Toprak, 1996).

(33)

Kesme işlemi sonucunda oluşan mermer taneleri genellikle 0,150 mm ve daha küçük boyutlardadır. Soketlerin zamanla aşınması sonucunda tanelenme 0, 100 mm ve daha küçük boyutlara iner. Bu tür kesimlerde de mermerlerin yapı ve dokularının tanelenmede önemi büyüktür (Toprak, 1996).

1.6.3. Cilalama ünitelerinde atık oluşumu

Cilalama ünitelerinde; değişik boyuttaki aşındırıcı tozların, manmanyazit veya sentetik bağlayıcılarla bağlanılarak oluşturulan kafaların yüksek hız ve basınçla mermer yüzeyinden taneciklerin koparmasıyla aşındırma gerçekleşir (Toprak, 1996).

Genelde bu sistemde oluşan mermer parçacıkları 75 mikron ve daha küçük boyutlardadır. Mermer işleme tesislerinde en küçük boyutta atıkların oluşum alanı genelde buralardır (Toprak, 1996).

1.7. Mermer Toz ve Parçalarının Değerlendirilmesi

Mermer işleme yönteminde fire oranı ocak işletmeciliğinde %50, fabrika işletmeciliğinde %30’lara ulaşmaktadır. Firenin bu kadar yüksek olmasının nedenleri;

işletmecilerin bu konuda yeterli bilgiye sahip olmaması, kalifiye eleman yetersizliği, gelişen teknolojiyi izleyememe ve bunların sonucunda ocaklarda ilkel metotların (patlayıcı madde, kompresör vs. kullanımı) uygulanması olarak sıralanabilir. Elbette ki bu tip uygulamalar blok mermerde iç gerilmelere ve beraberinde de mevcut çatlakların ilerlemesine veya çatlak sayısının artmasına neden olmaktadır. Bu da fabrika işletmeciliği esnasındaki firenin yüksek olması anlamına gelmektedir. Oysaki bu sektörde bugün için en büyük söz sahibi ülke olan İtalya’da her iki işletme esnasında ki toplam fire miktarı %4 ü geçmemektedir. Her iki işletme yönteminde bu işin bilinçli kişilerle yapılması ve ileri teknoloji ürünlerinin kullanılması fire miktarını düşük olmasının nedenleridir. Hatta işletme yöntemlerinde kullanılan blok içerisinde lazerle

(34)

çatlak tayini ve bunun ışığı altında da bloğun uygun şekillerde işlenmesi fire oranının daha düşük seviyeye çekilmesi olarak açıklanabilir (Çakır v.d. 1998).

Ülkemizde işletme yöntemleri esnasında meydana gelen fire oranlarını düşürebilmek ancak kalifiye eleman ve ileri teknoloji ürünleri kullanmakla mümkün olabilecektir.

Ancak, bugün için önemli olan mermer parçacıkları ve tozlarını değerlendirme şekilleri olup bunların ekonomiye kazandırılmasıdır. Mermer, günümüzde özellikle mermer tozu olarak çeşitli sanayi dallarında katkı veya dolgu maddesi ya da ana hammadde olarak kullanılmaktadır. Ancak, mermer tozu çoğu zaman ocaklardan patlama yöntemi ile özel olarak elde edilen moloz büyüklüğündeki mermer parçalarının kırılıp öğütülmesi ile elde edilmektedir. Buda mermer tozunu kullanan işletmelerde maliyetin artmasına neden olmaktadır. Oysaki mermer tozunun özel olarak hazırlanıp kullanıldığı hemen hemen tüm alanlarda mermer artıklarının değerlendirilebilme olanağı vardır.( Yavuz, 2000).

Çizelge 1.6.Mermer artıklarının kullanım alanları ve oranları(DIE raporlarına giren ürünler)

ÜRÜNÜN ADI CaCO3 , (%)

Seramik 5-6

Plastik 30-45

Çimento 15-20

Gübre 50-80

Kanatlı Hayvan Yemi 10-12,5 Karma Hayvan Yemi 5-7,5

Boya Belirlenemedi

Gazete Kağıdı 2-6 Yazı (Kitap) Kağıdı 5-40 Ambalaj Kağıdı 20-25 Sigara Kağıdı 35-40

(35)

Kaynak: Mermer ve Granit Sanayi Sektör Araştırması (1995). T.C.

Çeşitli büyüklüklerdeki mermer parçacıkları çoğunlukla süsleme sanatı, mozaik yapımı ve inşaat sektöründe kullanılmaktadır. Ancak daha küçük yapı olan mermer tozları ise; daha çok seramik sanayi, plastik ve lastik sanayi, boya sanayi, kağıt sanayi ve yem sanayisinde kullanılmaktadır. Mermer tozlarının başlıca kullanıldığı sektörler ise şunlardır:

1.7.1. Seramik sanayi

Ege Seramik Ar-Ge bölümü uzmanlarınca yapılan laboratuar çalışmaları sonucunda, mermer fabrikasından gelen ve sedimantasyon yöntemiyle elde edilen artık çamurun (kek) seramikte özellikle duvar fayansı üretiminde kullanılabileceği belirlenmiştir.

Seramik üretiminde kullanılan CaO hammadde kaynakları CaCO3 içeren minerallerdir.

Bunların başında da mermer ve kalsit gelmektedir. Mermer seramik üretiminde katkı veya dolgu malzemesi olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Duvar fayansı üretiminde

%5-6 oranında mermer attığı kullanılmaktadır ( Yavuz, 2000).

Seramik karolarda rutubet gelişmesi denilen bir iç bünye olayı vardır. Karolar hidroskopik (bünyenin su alabilen) ve porozitesi olan bir malzeme olduğu için, rutubet malzemenin bünyesine girdiği zaman genleşmeye ve bu nedenle de bünyenin büyümesine neden olmaktadır ( Yavuz, 2000).

Seramik fayansın ( karo) üst kısmında sıfır su emmeli bir sır vardır. Alt kısmında ise su emebilen bir malzeme vardır. Bu nedenle rutubet sonucu fayansın alt kısmında ki büyüme ile üst kısmındaki büyüme beraber ve aynı miktarda olmayacaktır. Bunun sonucu olarak da ya çatlayıp kırılacak yada deforme olup kullanılmayacak hale gelecektir. Bu sorunun çözümü için Ca’ lu reçeteler hazırlanmış ve başarılı olunmuştur.

Reçete içinde bulunan Ca; prosese CaO yada CaO3 olarak işleme konulmaktadır.

Proseste mermer tozu ve mermer atığı çamurunun kullanılması durumunda içeriğin

(36)

tamamı CaCO3 olsa bile fırınlarda ilk pişme esnasında CO2 1100-1200°C’ta tamamen uçurulmaktadır. Tek pişirim söz konusu olacaksa (pek önerilmemektedir) fırın 900°C’de 10 dakika bekletilerek karbonatın tamamen alınması sağlanmaktadır.

Vollastonit’in (CaOSiO2) çok pahalı olması ve ithal edilmesi nedeniyle ülkemizde Ca’lu reçete hazırlamak için vollastonit yerine özel olarak öğütülmüş mermer tozu yada ondan çok daha ekonomik olan mermer artığı toz kullanılmaktadır.

Mermer tozu çoğunlukla ince seramik bünyelerde ve galazürlerde kullanılmaktadır.

Bu nedenle gayet ince boyutta olması, demir ve renk veren yabancı maddelerin bulunmaması gerekmektedir

Mermer saf feldispat ile ısıtılacak olursa; 1280°C olan erime noktasını düşürerek daha kolay eriyip bir cam meydana getirir, bu özelliğinden dolayı sır üretiminde de kullanılır (Yavuz, 2000).

1.7.2. Plastik ve lastik sanayi

Dolgu maddesi kullanmadan üretilen plastiklerin bazı dezavantajlarının olduğu belirlenmiştir. Bu dezavantajlar;

- Mekanik mukavemetleri; dolgu maddeli olanların bazı çeşitlerinin mukavemeti daha büyüktür.

- Preslemek suretiyle elde edilen dolgu maddesiz plastiklerin kalınlıkları fazla olduğu zaman üst kısımlar (yüzeyler) sıcaklık ve basıncın etkisiyle çabuk sertleştikleri halde, iç kısımları aynı derecede sertleşme imkanı bulamamaktadır. Bu da zaman içerisinde plastik malzemenin çatlamasına neden olmaktadır. Aynı dezavantaj kenar kalınlıkları her tarafında aynı olmayan büyük parçalar içinde geçerlidir. Ancak dolgu maddeli plastiklerde bu sorun yoktur.

(37)

- Kalın kenarlı parçaların dış ve iç kısımlarının aynı derecede sertleştirilmesini sağlamak amacıyla ısıtma süresini uzatmak ve baskıyı azaltmak bazı durumlarda mümkün ise de, bu halde plastiklerin kalıba fazla yapışması söz konusu olduğundan plastik parçanın kalıptan çıkarılması güçleşmektedir( Yavuz, 2000).

Yukarıda açıklanan dezavantajların ortadan kaldırılması için, plastikleri yalnız başına sertleştirme ve şekillendirme yerine, uygun yapıda mekanik ve kimyasal dirence sahip olan dolgu maddeleri kullanılmaktadır. Bunlardan biriside mermer tozudur. Mermer tozu kullanarak, yakın mukavemette çok daha ucuza plastik üretmek mümkün olmaktadır.

Günümüz plastik sanayisinde mermer tozu, odun tozu, serbest ve sokuma dolgu maddesi olarak kullanılmaktadır. Plastik üretiminde dolgu maddesi olarak %35-45 oranında mermer tozu kullanılabilmektedir.

Lastik sanayisinde ise öğütülmüş mermer tozu ve diğer bazı beyaz dolgu maddeleri, karıştırma aşamasında lastik hammaddesi olarak daha çok maliyeti ucuzlatmak amacıyla kullanılmaktadır. Mermer tozunun lastik hammaddesi olarak kullanılabilmesi için;

parçacık büyüklüğü 100 mesh’in (Mesh: 1 inch’deki gözenek sayısı) altında, alkalinite

%3, içerdiği nem %0,2’den ve yanma sonucu bıraktığı kül miktarının %43 civarında olması gerekir ( Yavuz, 2000).

1.7.3. Boya sanayi

Boya sanayisinde kullanılan mermer tozları dolgu maddesi olarak macun, astar ve son hatlarda da renk solmasını - sararmasını geciktirmek, fiziksel özellikleri iyileştirmek, maliyeti düşürmek, dolgu gücünü arttırmak gibi amaçlarla bu ürünlerin üretimi sırasında

(38)

kullanılır. Gerçekte mermer sadece CaCO3 (kalsiyum karbonat) doğal kaynağıdır.

Ancak mermerin extender pigmet veya kalsit olarak boya sanayisinde kullanılabilmesi için uygun bir prosesle (yaş ve kuru) mikronize edilerek çeşitli parçacık boyutlarında sınıflandırılması gerekir. Genelde tanecik büyüklüğüne bağlı olarak kullanıldığı ürün grupları;

Mikronize Tipleri Kırılmış Tipleri

Kalsit 1 mikron Kalsit 0,1-0,5 mm desenli Kalsit 5 mikron macun astar Kalsit 0,5-1,0 mm dış cephe

Kalsit 10 mikron son katlar Kalsit 1,0-1,5 mm kaplamalar Kalsit 20 mikron Kalsit 1,5-2,5 mm

Kalsit 40 mikron

şeklinde tanımlanabilir.

Boya sanayisinde, bunların dışında saniter malzeme imal edenler, ağırlıkça %75-80 oranında mermer tozlarını polyester ile karıştırarak küvet, lavabo, mutfak bankosu, duş altlığı vb. malzemeleri imal etmektedirler. Burada kullanılan mermer tozlarının ortalama boyutları 100 mikron üzeridir ( Yavuz, 2000).

1.7.4. Çimento sanayi

Küçük boyutlardaki kireçtaşının (mermer) portland çimento klinkeri ile birlikte çok ince boyutta öğütülmesi, çimentonun tane büyüklüğü dağılımını ince aralıkta değişecek şekilde geliştirmektir. Bu ince taneciklerin betonda iri taneler arasında ki su ile doldurulan boşlukların yerini aldığı görülmüştür. Böylece çimento pastası, harç ve betonunu kıvamlılığı azalır ve daha az su kullanarak istenilen kıvam elde edilir. Çimento

(39)

üretiminde katkı maddesi olarak %15-20 oranında kireçtaşı CaCO3’ın %75’den fazla olması istenir ( Yavuz, 2000).

1.7.5. Kağıt sanayi

Kağıt sanayisinde selülozun pişirilmesi sırasında kullanılan sıvının hazırlanmasında kireçtaşı (mermer) kullanılmaktadır. Pişme sıvısı CaCO3 ile SO2 arasındaki kimyasal reaksiyon sonucu oluşur. “kireç Sütü” metodu ile kağıt üretiminde Mg’ca zengince dolomit kullanılırken, “Jenson Kulesi” yönteminde Ca’u yüksek olan kireçtaşları kullanılmaktadır. Kağıt sanayisinde temel bileşimin kalsiyum karbonat (CaCO3) olması nedeniyle, dolgu maddesi ve kaplama maddesi olarak mermer tozları kullanılmaktadır.

Kuşe ve kağıt için kalsiyum karbonat (CaCO3) özellikleri aşağıda gösterilmiştir.

KiMYASAL KUŞE KAGIT ÖZELLİKLERİ

CaCO3 %95 mm. %95min.

MgCO3 %2 max. %2 max

Fe2O3 %0.5 max. %1 max. (Fe2O3+Al2O3) Beyazlık (Elrepho) %95 min. %90-95 min.

Aşındırma 25 mg. max. 25 mg. max.

TANE İRİLİĞİ KUŞE KAĞIT 2 mikron altı %80 min. %40 min.

10 mikron üstü %2max. %10 max.

45 mikron üstü %0.05 max. %0.5 max.

(40)

Kağıt sanayisinde kullanılan kalsiyum karbonatta beyazlık değerinin yüksek, silis oranının düşük olması, beyazlığı etkileyebilecek metal oksitlerin bulunmaması gerekmektedir. Mermer, yapı itibariyle bünyesinde yüksek oranda silikatları ve metal oksitleri içerdiğinden kağıt sanayisinde kullanımı sınırlıdır. Bu nedenle kağıt sanayisinde kullanılan kalsiyum karbonat (CaCO3) kireç veya tebeşir taşından üretilmektedir.

Sigara kağıdı üretiminde ise %35-40 oranında CaCO3 veya MgCO3 kullanılması kağıdın daha düzenli yanmasını sağlamaktadır. Bununla birlikte, CaCO3 ile yapılan kağıtların daha dayanıklı olduğu ve yıllarca eskimediği belirlenmiştir. Bu nedenle de arşiv olarak saklanacak olan yazı kağıtlarının üretiminde önemli bir yeri vardır.

CaCO3 özellikle sigara kağıdı başta olmak üzere gazete kağıdı, kalitesi yüksek kitap ve dergi kağıtlarının üretiminde kullanılmaktadır. Yağ emme özelliği nedeniyle matbaada mürekkebin hızlı kurumasını sağlamaktadır ( Yavuz, 2000).

1.7.6. Yem sanayi

Yem sanayinde kullanılan mermer tozları, üretilen yemlerin kalsiyum (Ca) açığını kapatmak için kullanılmaktadır. Yem rasyonları hazırlanırken mermer tozu miktarı belirlenir ve üretimin dozajlanması esnasında yemi meydana getiren diğer maddelerin içerisine katılır. Sonrasında mikserde homojen dağılım meydana gelinceye kadar karıştırılır. Bu sanayide kullanılan mermer tozlarının aşağıdaki özellikleri içermesi gerekir;

- Beyaz mermerden öğütülmüş olmalı - Ortalama %35 kalsiyum içermeli - Silikatlı ve yabancı madde içermemeli

(41)

- 1 mm’ den küçük öğütülmüş olmalı

Yem sanayisinde bu özellikleri içeren mermer tozları, kanatlı hayvan yemlerinde

%0,8’e kadar yumurta kabuğu ve kemik gelişimi, büyükbaş hayvan yemlerinde de ortalama %2-3,5 oranında süt, et verimi ve kemik gelişimi için kullanılır ( Yavuz, 2000).

1.7.7. Tarım sanayi

Ülkemizde; Karadeniz Bölgesi gibi asidik özellikte ki topraklarda yetiştirilen ağaç ve bitkilerde (fındık, mısır vb) etkin ürün alabilmek için toprağın Ca ihtiyacının karşılanması gerekmektedir. Özellikle asidik özellikteki topraklara uygulanan ve kireçleme malzemesi olarak da bilinen maddeler; toprağın Ca ihtiyacını karşıladıkları için Ca’lu gübreler olarakta tanımlanır. Ca’lu gübreler başka bir ifadeyle kireçleme malzemeleri; CaCO3, CaMg(CO3)2 , Ca(OH)2 , CaO yada silikatlardır ( Yavuz, 2000).

1.7.8. Yapı malzemeleri sanayi

Suni mermer olarak da bilinen “yer karoları”nın üretiminde ana hammadde olarak mermer kullanılmaktadır. Çeşitli boyutlarda kırılmış ve/veya öğütülmüş olarak boyutlandırılan ve renklerine göre ayrı ayrı gruplandırılan mermerler, kullanım yeri ve amacına göre değerlendirilmektedir. Karo üretiminde %10-12 oranında ve boyutu 0,5 mm’nin altında olan mermer tozu kullanılmaktadır. Karo üretimi ; hammadde hazırlama, karıştırma, dozajlama, vibrasyon, paçal serme, presleme, kürleme, silme ve parlatma aşamalarından oluşmaktadır. İtalyan teknolojisinde yapı malzemeleri üretiminde polyesterlerde çimento gibi, bağlayıcı madde olarak kullanılmaktadır. Belirli boyutlarda kırılmış ve öğütülmüş olan mermerlerden belirli oranlarda alınarak en düşük

“bağlayıcı/taş malzeme” oranıyla harmanlanır. Blok eldesinde çimento yerine polyester kullanılmaktadır. Karışım kalıplara dağıtılır ve sabit olarak (740 mmHg basınç altında ) vakum altında tutulur. Sarsıntılı Sıkıştımıa Birimi (Vibro Compressing Unit) karışımı

(42)

kompaktlanmış bir blok haline getirmektedir. Bloklar plaka haline gelecek şekilde bir gün sonra kesilebilir ( Yavuz, 2000).

1.7.9. Diğer kullanım alanları

Mermer tozu, yukarıda açıklanan kullanım alanlarından başka az oranda da olsa kimya sanayisinde, kauçuk üretiminde, patlayıcı madde üretiminde, şeker üretiminde, süs eşyası ve biblo yapımında, temizlik malzemelerinde, filtrasyon işlemlerinde ve cam sanayisinde değerlendirilebilmektedir. Özellikle termik santrallerde, akışkan yataklı kazanlarda linyitin yakılmasında hava kirliliğine neden olan SO2 gazı oranı, kireçtaşı veya dolomit gibi ucuza ve kolayca sağlanan minerallerin ilave edilmesiyle etkin bir şekilde kontrol edilmektedir. Kireçtaşı ve dolomit kazan yatağında kalsine olmakta ve oluşan CaO, SO2 ile oksitleyici şartlarda CaSO4 dönüşerek yatak içinde kalmaktadır.

Böylece doğa ve insanlar için zararlı olan SO2 gazının sakıncaları yok edilmektedir (Yavuz, 2000).

(43)

2. SEDİMANTASYON, FLOKÜLASYON VE KOAGÜLASYON

2.1. Sedimantasyon ( Çökelme )

Sedimantasyon işlemi, durgun bir akışkan içerisinde bulunan katı maddelerin yerçekimi kuvveti veya santrafüj kuvveti ile çöktürülerek sudan arındırılmasıdır.

Genellikle artık su arıtım tesislerinde, suda bulunan kum, çakıl ve askıda bulunan katı maddelerin ayrılmasında, kimyasal maddelerle oluşturan salkımların biyolojik arıtım birimlerinde oluşan biyolojik salkımların (yumakların) uzaklaştırılmasında kullanılır.

Sedimantasyon işleminin verimliliğini arttırmak için çoğu kez suya katkı maddeleri ilave edilir. Bu durumda çöktürme işlemi, koagülasyon-flokülasyon gibi isimler alır ( Yeşilkaya, 1989).

Çöktürme işleminin amacı, katı parçacıklardan arındırılmış temiz bir su ile kolay işlenebilecek veya taşınıp depolanabilecek pekişmiş bir çamur elde etmektir.

Süspansiyonda ilk hızlanma periyodundan sonra, alt kısımda çökelme olayı başlar.

Çökelen tabakanın üzerinde ise katı oranı yavaş olarak artan bir tabaka ve onun üzerinde de katı oranı azalan bir tabaka yer alır. En üstte ise temiz bir sıvı zonu oluşmaya başlar. Temiz sıvı ile çökelek arasındaki uzaklık, kritik çökme noktasının yavaşlama derecesini azaltır. Ayrıca çökeltme işleminin sonuna doğru parçaların yerini alan sıvının akış hızı azalır (Coşanay, 1989).

Sedimantasyon olayında çökelmenin meydana gelişi şematik olarak Şekil 2.1. ‘ de görülmektedir.

(44)

Sekil 2.1. Sedimantasyon olayının şematik olarak gösterimi.

A- Temiz sıvı

B- Sabit konsantrasyon

C- Sedimant (Çökelek)

Çökelme esnasında büyük parçalar çökerken küçük parçalara nazaran daha hızlı çöktüklerinden kendileriyle beraber küçük parçacıkların bir kısmını çöktürürler. Eğer süspansiyonlardaki parça boyut dağılım aralığı çok fazla değil ise bütün parçalar aynı hızla çökmeye eğilim göstereceği söylenebilir ( Poslu, 1987 ; Yeşilkaya, 1989 ).

Yüksek konsantrasyonlarda tanelerin çökelme hızlarında önemli değişiklikler yapılabilir.

B

A

A

A

A

(45)

Özellikle,

- Çöken parçalar tarafından yer değiştiren sıvının hızında değişiklik yapılabilir.

- Akışkan numune önemli miktarda değiştirilebilir.

Bu işlemler Endüstride tikner tanklarında engelli çökme olarak görülür.

Süspansiyonlardaki sedimantasyonun hızı bağımsız taneciğin hızından daha az olmaktadır.

Çöktürme işleminin başarılı olabilmesi için aşağıdaki koşulların sağlanması gerekmektedir (Emrullahoğlu, 1984).

* İnce katı kolloidal parçacıkların flokülasyonu,

* Sıvıda bulunan salkımların sedimantasyonu,

* Tabakalaşan salkımların sıkışması,

* Berrak sıvının ve koyu çamurun ayrı ayrı alınması.

2.1.1. Konsantrasyon süspansiyonlarında boyuta göre çökelme şekilleri

Koyulaştırma işlemli, konsantre süspansiyonlarındaki ince boyutlu parçacıkların çökelmesiyle ilgili olup, bu durumda da engelli çökme koşulları söz konusudur. Bu konuda COE ve CLEVENGER (1916 ) yapmış oldukları çalışmalarda çökelmenin iki farklı yol ile olabileceğini ileri sürmüşlerdir (Yeşilkaya, 1989 ).

(46)

A Başlangıç periyodu

Kritik Çöküş Noktası

Zaman

Ayrışmış su seviyesi

C

1.ŞEKİL ÇÖKELME

Genel olarak ince parçacıkların sedimantasyonunda görülen bir modeldir. “C” zonu üzerindeki zonda sedimantasyon hızı kritik çökme noktasına kadar azalır. Daha sonra çökelme sabitleşir. Genelde çökmeler bu yolla olmaktadır. Şeki1 2.2’de çökelme modeli ve grafiği görülmektedir. ( Yeşilkaya, 1989)

Ş

e k i l

2 . 2 .

Şekil 2.2. Çökelme modeli ve grafiği

2. ŞEKİL ÇÖKELME

1. Şekil çökelme durumundan daha az sıklıkta rastlanır. Genellikle bu tip çökelme parça boyutları arasında büyük fark olduğu durumda karşılaşılır. B zonu yoktur.

(47)

Kritik Çöküş Noktası

Zaman

Ayrışmış su seviyesi

Şekil 2.3. Çökelme modeli ve grafiği

2.1.2. Süspansiyonun katı madde konsantrasyonuna ve parçaların birleşme şekillerine göre çökelme şekilleri

- Seyreltik süspansiyonlarda, birbirleriyle birleşme eğilimleri zayıf olan parçacıkların çökelmesi :

“1. Sınıf Çökelme”

- Seyreltik süspansiyonlarda, birleşme (Salkımlaşma) özelliği gösteren katı parçacıkların çökelmesi :

“2. Sınıf Çökelme”

- Parçacıkların birbirlerine yeterince yakın oldukları derişik süspansiyonlarda, parçalar arası kuvvetler katı parçacıkları birbirlerine göre sabit bir pozisyonda tutarlar. Bu durumda parçacıklar birleşik büyük kütleler halinde çökerler. Bu tür çökelmeye

“Bölge çökelmesi” denir.

(48)

- Ortamdaki katı konsantrasyonu arttıkça birbirleriyle pekişen katı parçacıklar, üstteki sıvıdan gelen parçacıkların ağırlığının etkisi ile sıkışmış bir yapı oluştururlar. Bu tür çökelmeye “Sıkıştırılmış çökelme” (4. Sınıf Çökelme) denir (Oğuz, 1986 ).

2.1.2.1. (1.) Sınıf Çökelme

Seyreltik süspansiyonlarda salkımlaşma özelliği göstermeyen ayrı parçacıkların çökelmesi klasik mekanik kanunlarıyla açıklanmaktadır. Böyle bir parçacığın çökelmesi diğer parçacıklar tarafından engellenmediğinden, çökelme; parçacığın ve akışkanın özelliklerine bağımlıdır. Şeki1 2.4’ de akışkan içinde çöken bir parçacığa etki eden kuvvetler görülmektedir (Oğuz, 1986 ).

Şeki1 2.4. Akışkan içinde çöken bir parçacığa etki eden kuvvetler

Şekilde :

FW , yerçekimi kuvvetini,

FB , akışkanın yüzdürme kuvvetini

F

B

F

W

F

D

F

D

(49)

FD , sürtünme kuvvetini ifade etmektedir.

Parçacığın Çökelmesini Sağlayan Net Kuvvet : FR ise

FR = FW-FD-FB……….(1)

m

.

( dVs/dt) = FW-FD-FB……….(2) Burada :

m: Parçacığın kütlesi Vs: Parçacığın çökme hızı t : Zaman

Yerçekimi kuvveti (FW) = Qs . Vp . g ……….(3) Qs , Vp : Parçacığın yoğunluğu ve hacmi

g : Yerçekimi ivmesi

Yüzme kuvveti ( FB ) = Q1 . Vp . g ………..(4) Q1 : Akışkanın yoğunluğu

FD = Sürtünme Kuvveti : Parçacığın şekline büyüklüğüne, hızına ve akışkanın yoğunluğuna bağlı olup , aşağıdaki şekilde ifade edilir:

FD = 1/2 . CD . Ap . Q1 . (Vs)²……….(5)

CD : Boyutsuz Sürtünme Katsayısı

Ap : Parçacığın akışkan yönündeki kesit alanı

Eşitlik (3) , (4) ve (5) , eşitlik (2) de yerine konulursa ;

m . ( dVs/dt) = Qs . Vp . g - Q1 . Vp . g - 1/2 . CD . Ap . Q1 . (Vs)² ……….(6)

(50)

eşitliği elde edilir.

Parçacığın hızı bir süre sonra sabitleneceğinden dVs / dt : 0 olur.

Bu durumda parçacığın sabit çökelme hızı ( Vt ) :

Vt =[(2g.(Qs-Q1) / CD.Q1) . (Vp / Ap ) ]½ ………(7)

Çapı (dp) olan olan küresel parçalar için ,

Vp /Ap = (d³/6) / (d³/4 ) : 2/3 dp ………(8) yazılabilir.

Eşitlik (7) ve (8) den

Vt=[(2g.(Qs-Q1)/CD.Q1).(2dp/3)]½………

Vt=[(4g/3CD).((Qs.Q1)/Q1)]½………(9)

Buradaki Newton Sürtünme Katsayısı CD’nin parçacık şekline göre değiştiğini ve Reynold Sayını RE’nin bir fonksiyonu olduğu bilinmektedir.

N

RE

1 olduğu laminer akış bölgesi , stokes bölgesi olarak bilinmekte ve sürtünme katsayısı aşağıdaki gibi verilmektedir:

CD = 24 /

N

RE ,

N

RE : 1 alınırsa

Vt = (Q /18M) . (Qs-Q1) . dp² ……….(10)

olarak bulunur.

1000

N

RE

25000 olduğu bölgede ise

Vt= 1,82 [ (Qs-Q1)/Q1 .dp . g ]½ ………(11)

Şekil

Updating...

Referanslar

Updating...

Benzer konular :