T.C.
NAMIK KEMAL ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARALTIRMA PROJELERİ KOORDİNASYON BİRİMİ (NKÜBAP)
BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJESİ SONUÇ RAPORU
KIRMIZI ÇAMURUN BERTARAFI AMACI İLE İNŞAAT MALZEMESİ OLARAK KULLANILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI
Proje No: NKUBAP.00.17.AR.12.10
Yrd. Doç. Dr. Esra TINMAZ KÖSE Yrd. Doç. Dr. Aylin AKYILDIZ
Yrd. Doç. Dr. Aylin YILDIZ
MART, 2016 TEKİRDAĞ-ÇORLU
ÖNSÖZ
Bu çalışmada, genel bertaraf yöntemi depolama olan ve uygun şartlar altında depolanmaması durumunda, çevre için büyük bir tehdit unsuru olan kırmızı çamurun, bertaraf ve yeniden kullanım alternatifi olarak çimento ile solidifikasyon/stabilizasyon (S/S) prosesinin uygulanabilirliği ve üretilen katılaştırılmış materyalin inşaat sektöründe kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. Uygulanan bertaraf yöntemi ne olursa olsun atıkların depolanması kaçınılmaz nihai bertaraf yöntemidir. Çalışma kapsamında ele alınan bir diğer konu da kırmızı çamurun ve S/S prosesi sonucu üretilen materyalin Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair Yönetmelik kapsamında depolanabilirliğinin değerlendirilmesidir.
Çalışma kapsamında, kırmızı çamurun farklı oranlarda çimentonun belirli bir kısmı yerine eklenmesiyle elde edilen harç numunelerinin 28 ve 56 günlük kürleri sonunda dayanım deneyleri yapılarak en iyi dayanımı veren karışımın belirlenmesi amaçlanmıştır. Tüm karışımlardan elde edilen harç örneklerinin sızma testine tabi tutulması ile çevresel açıdan en iyi sonucu veren karışım oranı tespit edilmesi yolunda çalışılmıştır. Böylelikle S/S prosesinin, hem sözkonusu materyalin dayanıma hem de kirletici konsantrasyonlarının azaltılmasına nasıl bir etki yaptığı belirlenmiştir.
Bu çalışma, Namık Kemal Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri NKUBAP.00.17.AR.12.10 protokol numaralı ve “Kırmızı Çamurun Bertarafı Amacı ile İnşaat Malzemesi Olarak Kullanılabilirliğinin Araştırılması” başlıklı proje kapsamında yürütülmüş ve sonuçlandırılmıştır.
2
İÇİNDEKİLER
ÖNSÖZ ... 1
TABLO LİSTESİ ... 5
ABSTRACT ... 7
1. GİRİŞ ... 8
1.1 Çalışmanın Anlam ve Önemi ... 8
1.2 Çalışmanın Amaç ve Kapsamı ... 9
2. LİTERATÜR ÇALIŞMASI ... 10
2.1. Solidifikasyon/Stabilizasyon Prosesi ... 10
2.2 Literatür Özeti... 15
3. MATERYAL VE YÖNTEM... 23
3.1 Çalışmada Kullanılan Materyallerin Özellikleri... 23
3.1.1 Çalışmada Kullanılan Kırmızı Çamurun Özellikleri ... 23
3.1.2 Çalışmada Kullanılan Çimentonun Özellikleri... 25
3.1.3. Çalışmada Kullanılan Kumun Özellikleri ... 26
3.2 Yöntem ... 26
3.2.1 Harç Karışımlarının Hazırlanması ... 27
3.2.2 Dayanım Deneyleri ... 28
3.2.3 Sızma Testleri ... 30
4. ARAŞTIRMA BULGULARI ve TARTIŞMA ... 32
4.1 Dayanım Deneylerinin Sonuçlarının Değerlendirilmesi ... 32
4.2 Sızma Testi Sonuçlarının Değerlendirilmesi ... 33
5. SONUÇLAR ... 40
KAYNAKLAR ... 42
3
ŞEKİL LİSTESİ
Şekil 3.1. Kırmızı Çamurun SEM Görüntüsü ... 24
Şekil 3. 2. Harcın Kalıplara Yerleştirilmesi ... 28
Şekil 3. 3. Basınç dayanımı deneyi... 29
Şekil 4.1. Katkı oranına göre basınç dayanım değerleri ... 32
Şekil 4.2. Katkı oranına göre eğilme dayanım değerleri ... 33
Şekil 4.3. Sızma Testi Sonucunda Ölçülen Al Konsantrasyonları ... 34
Şekil 4.4. Sızma Testi Sonucunda Ölçülen Cr Konsantrasyonları ... 35
Şekil 4 5. Sızma Testi Sonucu Ölçülen Cu Konsantrasyonu ... 35
Şekil 4.6. Sızma Testi Sonucu Ölçülen Fe Konsantrasyonu ... 36
Şekil 4.7. Sızma Testi Sonucu Ölçülen Ni Konsantrasyonları ... 37
Şekil 4.8. Sızma Testi Sonucu Ölçülen Zn Konsantrasyonları ... 37
Şekil 4.9. Sızma Testi Sonucu Ölçülen Hg Konsantrasyonları ... 38
4
TABLO LİSTESİ
Tablo 2. 1. S/S Prosesinin Genel Kirletici Grupları Üzerindeki Etkinliği ………..13
Tablo 2. 2. S/S ürünlerinin değerlendirilmesinde yaygın olarak kullanılan fiziksel ve kimyasal testler ... 15
Tablo 3.3. Çimentonun Fiziksel, Kimyasal ve Mekanik Özellikleri ... 25
Tablo 3.4. Kullanılan Doğal Kumun Özellikleri ... 26
Tablo 3.5. Harç Karışım Oranları ... 27
Tablo 3.6. Ektraksiyon test koşullarının karşılaştırılması (EPA 1989, EPA 1993) ... 31
Tablo 4.1. Depolanabilirlik Sınır Değerleri ... 39
Tablo 4.2. Çalışmada Elde Edilen En Yüksek Değerler... 39
5
ÖZET
Bu çalışmada, Konya Seydişehir Alüminyum Fabrikası’nda üretim sonucu oluşan kırmızı çamurun bertarafına yönelik olarak solidifikasyon/stabilizasyon prosesinin uygunluğu incelenmiştir. Bu amaç doğrultusunda öncelikli olarak kırmızı çamurun fiziksel ve kimyasal özellikleri ortaya konulmuştur. Daha sonra solidifikasyonun sağlanabilmesi amacıyla, farklı oranlarda çimento ile karıştırılarak harç üretilmiştir. Üretilen katılaştırılmış materyalin stabilitesinin incelenmesi ve buna bağlı olarak düzenli depolama alanlarında depolanabilirliğine karar vermek adına katılaştırılmış materyal sızma testine tabi tutulmuştur. Ayrıca üretilen materyalin inşaat yapı malzemesi olarak değerlendirilip değerlendirilemeyeceğinin tespiti için katılaştırılmış numuneye eğme ve basınç dayanım testleri uygulanmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda kırmızı çamurun solidifikasyon/stabilizasyon prosesinde çimento yerine %5 katkı oranında harç üretiminde kullanılması durumda inşaat yapı malzemesi olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Kırmızı çamurun ve harç numunelerinin sızma konsantrasyonları incelendiğinde, harç numunelerinin sızma konsantrasyonlarının kırmızı çamurunkinden daha düşük olduğu görülmüştür. Bu nedenlerden dolayı, solidifikasyon/stabilizasyon prosesinin başarıyla tamamlandığı söylenebilir.
Anahtar Kelimeler: Basınç dayanımı, Bertaraf, Kırmızı Çamur, Sızma Testi, Solidifikasyon/stabilizasyon
6
ABSTRACT
In this study, availability of solidification / stabilization process as a disposal application for the red mud produced from Konya Seydişehir Aluminum Plant were examined. For this purpose it is primarily demonstrated physical and chemical properties of the red mud. Then, in order to ensure solidification it was produced by blending different ratios of cement mortar. Examining the stability of the solidified material produced and subjected to the test on behalf of the solidified material disposability, leaching tests were examined. Solidified samples were detected for bending and compressive strength tests to consider usability of solidified samples as construction materials. As a results of the study, it was concluded that 5% contribution rate of red mud could be used in the solidification/stabilization process for production of a construction material. When the leaching concentration of red mud and solidified materials were analyzed, it was found that leaching concentrations of solididified materials lower than that of red mud. For these reasons, it could be said the solidification/stabilization process completed successfully.
Keywords: Compressive strength, Disposal, Leaching test, Solification/stabilization, Red Mud.
7
1. GİRİŞ
1.1 Çalışmanın Anlam ve Önemi
Atık yönetimi ile ilgili olarak pek çok yönetmelik olsa bile bu yönetmeliklerdeki atık tanımı ve sınıflandırılmasındaki boşluklardan, yürütme ile ilgili yanlışlıklardan, yönetmeliklerde belirtilen esasların uygulanmasında yeterli teknik donanıma ve bilgi birikimine sahip olunamaması gibi nedenlerden dolayı atık yönetimi doğru bir şekilde yapılamamaktadır. Atık yönetim hiyerarşisinin ilk adımlarını atık miktarının azaltılması ve oluşan atıkların uygun yöntemler uygulanarak geri kazanılması/tekrar kullanılması oluşturmaktadır. Bu amaçla oluşan atıkların farklı sektörlerde hammadde olarak kullanılması oluşan atıkların hem ekonomik bir kaynak olmasını sağlamakta hem de bertaraf edilecek atık miktarını düşürmektedir. Böylelikle atıkların bertaraf maliyetleri düşecek ve daha az miktarda atığın bertarafı çevresel sorunların da azalmasında etkin rol oynayacaktır.
Oluşabilecek kirliliğin azaltılması ve atıkların tekrar kullanılması amacıyla, atıkların solidifikasyon/stabilizasyon prosesi ile çeşitli katkılar kullanılmak suretiyle katılaştırılarak inşaat yapı malzemesi üretiminde kullanılması günümüzde yaygınlaşmakta olan ve pek çok araştırmacı tarafından incelenen bir yöntemdir. Bu yöntemde, atık bünyesindeki kirleticiler katılaştırılmış materyalde sabitlenir. Atık yönetimi kapsamında hangi yöntem uygulanırsa uygulansın nihai bertaraf yöntemi olarak atıkların depolanması kaçınılmazdır.
Solidifikasyon/stabilizasyon yöntemi ile atık bünyesindeki kirleticiler katılaştırılmış materyalde sabitlenmiş, atık stabil hale gelmiş ve bu şekilde atıkların doğaya verebilecekleri zarar engellenmiş olur. Ayrıca, atık malzemelerin çimento ile yer değiştirerek kullanılması hem dayanımı arttırabilmesi hem de ekonomik olması açısından olumlu kazanımlar sağlamaktadır.
Literatürdeki çalışmalar incelendiğinde farklı kül ve çamur örneklerinin inşaat malzemesi olarak kullanılabilirliği ile ilgili yapılan çalışmaların büyük çoğunluğunda uçucu kül ve taban külü kullanılmakta ve nispeten daha az sayıda ise arıtma çamuru ile ilgili çalışmalar göze çarpmaktadır. Kırmızı çamurun solidifikasyon/stabilizasyon yöntemi ile bertarafı ve inşaat yapı malzemesi olarak kullanımının değerlendirildiği çalışma nispeten sınırlı sayıdadır.
Bu çalışmanın hem çevre için tehdit oluşturan atıkların bertarafında hem de inşaat sektöründe yeni bağlayıcı materyallerin ortaya çıkması konusunda etkili olacağı düşünülmektedir. Ayrıca
8
bu çalışmanın gerçekleştirilmesi ile sağlanacak bilgi birikimi yurt dışına benzer alanlarda yürütülen çalışmalara ülkemizin katılımını kolaylaştıracak ve ülkemizde ileriki yıllarda yapılacak olan çalışmalara ışık tutacaktır.
1.2 Çalışmanın Amaç ve Kapsamı
Son zamanlarda beton yapımında, puzolanlar, uçucu kül, silis dumanı, yüksek fırını cürufu, atık çamur gibi katkılar yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Katkı kullanımının başlıca sebebi teknolojik ve ekonomik faydalar olsa da, uygun atık bertarafı aracılığı ile çevresel kirlenmenin önlenmesi öncelik haline gelmiştir. Bu çalışmada kırmızı çamur materyal olarak kullanılmıştır.
Materyallerin uygun olmayan bertarafı birçok çevresel sorunu beraberinde getirmektedir.
Kırmızı çamur ise temel olarak demir oksit, silisyum oksit ve titan oksit içermekte olup alüminyum üretimi yapan tesislerin en önemli problemlerindendir. Bu materyallerin inşaat malzemesi olarak kullanımı muhtemel kirliliğin önlenmesi yolunda kullanılabilir bir yöntemdir.
Çalışma kapsamında öncelikle kırmızı çamurun fiziksel ve kimyasal özellikleri belirlenmiş ve daha sonra da önce belirtilmiş oranlarda harç üretiminde kullanılmıştır. Hazırlanan numuneleri 28 ve 56 günlük kürler sonunda dayanım deneylerine ve ardından sızma testine tabi tutulmuşlardır. Böylelikle hem sözkonusu materyelin dayanıma etkisi hem de kirletici konsantrasyonlarının azaltılmasına nasıl bir etki yaptığı belirlenecektir.
9
2. LİTERATÜR ÇALIŞMASI
2.1. Solidifikasyon/Stabilizasyon Prosesi
Solidifikasyon/stabilizasyon (S/S) prosesi, kirleticilerin yüzeysel sulara, toprağa, akiferlere, atmosfere yayılımını sınırlayan veya engelleyen bir arıtma prosesidir. Genellikle tehlikeli atıkların çimento, kireç, uçucu kül vb. bağlayıcılar ile yüksek yapısal yoğunluğa sahip katı materyal elde edilmesini sağlayarak, atık içindeki kirleticilerin yayılımının önlendiği, daha az çözünebilen ve daha az tehlikeli forma dönüşümüne dayanır. Bu özelliklerinden dolayı özellikle yüksek konsantrasyonlarda ağır metal içeren farklı tiplerdeki endüstriyel atıklar için uygulanan bir arıtma ve geri kazanım prosesidir.
Genel olarak solidifikasyon ve stabilizasyon prosesleri farklı amaçlara yönelik iki ayrı prosestir.
Stabilizasyon sistemleri materyalin kimyasal ve fiziksel özelliklerini değiştirerek, çözünürlüğünü ve/veya kimyasal aktivitesinin azaltılması esasına dayanır.
Stabilizasyon prosesinde çeşitli bağlayıcıların kullanılması ile kirleticilerin taşınımı, atıktaki kirleticilerin çözünürlüğü ve kirleticilerin toksik özellikleri azaltılabilir. Solidifikasyon sistemleri ise katılaştırıcı madde ile atık arasındaki herhangi bir kimyasal reaksiyon meydana getirmeden fiziksel olarak katı form oluşumu prosesidir. Materyalin buharlaşma, sızma ve dökülme gibi olaylardan dolayı tehlikelilik özelliklerin azalmasını sağlayabilmektedir. Birbirinden farklı bu iki sistemin birarada anılmasının nedeni her ikisinin de aynı amaca hizmet ederek atıkların kirletici özelliklerinin kontrolünü sağlamaktır (EPA, 1986).
S/S prosesi çeşitli mekanizmalarla gerçekleşmektedir. Bu mekanizlar, makrokapsülasyon, mikrokapsülasyon, absorpsiyon, adsorpsiyon, çökelme ve detoksifikasyondur.
Makrokapsülasyon, stabilize edici materyalin içindeki süreksiz boşluklarda tehlikeli atık bileşenlerinin tutulduğu daha büyük bir yapısal matris içinde fiziksel olarak hapsedildiği mekanizmadır. Stabilize olmuş materyal zaman içinde ıslanma, kuruma, donma ve erime gibi çevresel etkilerle bozulabilir. Kolay bozunabilir yapısı nedeniyle sadece makrokapsülasyon ile stabilizayon kirleticilerin tekrar taşınabilir olabilmesi nedeniyle uygun bir teknoloji olarak görülmemektedir (LaGrega, 1994).
10
Mikrokapsülasyonda ise tehlikeli atık bileşenleri mikroskobik seviyede katılaştırılmış matrisin kristal yapısı içine hapsadilir. Stabilize olmuş materyaller nispeten küçük partikül boyutlarına parçalansalar bile çoğu stabilize olmuş tehlikeli atık katı matris içinde kalabilmektedir (LaGrega, 1994).
Stabilizasyon amacıyla uygulanan absorpsiyon prosesinde atıktaki serbest sıvıları emmek ve absorplamak için katı materyalin (sorbentin) eklenmesini gerektirir. Atık işlem görme özelliklerini geliştirmek için serbest sıvının giderilmesi için uygulanır. En yaygın olarak kullanılan absorbantlar toprak, kül, çimento ocağı tozu, kireç ocağı tozu, kaolinit, vermikülit ve zeolit gibi kil mineralleri, talaş ve samandır (LaGrega, 1994).
Adsorpsiyon, kirleticilerin karışım içinde stabilize eden araçlara elektrokimyasal olarak bağlandığı bir prosestir. Kimyasal olarak stabilize olmuş matris içinde adsorplanan kirleticilerin çevreye salıverilmesi sabitlenmemiş olanlardan daha az olasıdır. Mikro ve makro enkapsülasyonun tersine basit partikül bozulmasının kirletici hareketliliğini arttırabildiği yerde adsorplama yüzeylerinden materyalinn desorplanması için ilave fizikokimyasal stres gereklidir (LaGrega, 1994).
Bazı stabilizasyon prosesleri atık içindeki bileşenleri daha kararlı bir forma dönüştürmek için kirleticilerin çöktürülmemesini içerir. Hidroksitler, sülfürler, silikatlar, karbonatlar ve fosfatlar halinde çökeltiler, materyal yapısının bir parçası olarak stabilize atık içinde tutulur. Bu olay, metal hiroksit çamurları gibi inorganik atıkların stabilizayonuna uygulanabilir (LaGrega, 1994).
Detoksifikasyon, bir kimyasal bileşeni, daha az toksik veya toksik olmayan başka bir bileşene dönüştürme mekanizmasıdır. Örneğin çimento bazlı stabilizasyonda kromun +6 değerlikli formundan +3 değerlikli forma indirgenmesidir. +3 değerlikli krom, +6 değerlikli kromdan daha düşük çözünürlüğe ve toksisiteye sahiptir. Ayrıca indirgenmiş kromun sızması durumu da daha az tehlikeli bir durumdur (LaGrega, 1994).
S/S prosesi çeşitli endüstriyel atıklara başarıyla uygulanabilir olmasına rağmen atık özellikleri, atık bileşenleri, kullanılan katkılar, prosesin uygulanma özellikleri gibi pek çok nedenden dolayı farklılıklar gösterebilmekte ve aynı tip endüstriden çıkan aynı tip atıklar bile bu prosese farklı yanıtlar verebilmektedir (Salihoğlu, 2007).
11
Tablo 2.1 de S/S prosesinin genel kirletici grupları, topraklar ve çamurlar üzerindeki etkinliği özetlenmektedir. S/S prosesi uçucu olmayan ağır metalleri taşınamaz hale getirme eğilimindedir (Salihoğlu, 2007).
S/S prosesinde kullanılan çeşitli bağlayıcılar ve katkı malzemeleri atığın daha kararlı bir hale dönüşebilmesini, sızmaya karşı daha dirençli bir yapı oluşturulasını sağlamaktadır. Uçucu kül, kireç gibi bağlayıcıların kullanımı da mümkün olmakla birlikte, Portland çimentosu tehlikeli atık arıtımında kullanılan en yaygın bağlayıcıdır. Çimento bazlı S/S prosesi, çimento esaslı beton üretimi sürecine benzer. Beton, kaba ve ince agrega, su portland çimentosu ve katkılar içeren bir üründür. Bu bileşenler karıştırıldığında Portland çimentosu kimyasal olarak suyla reaksiyona girer ve agregayı bağlar (Weitzmann, 1990; Salihoğlu, 2007). Portland çimentosu süreçlerinde, atık içindeki su hidrate silikat ve alüminat bileşikleri oluşturmak üzere portland çimentosu ile reaksiyona girer. Atık içindeki katılar, beton oluşturmak üzere agrega gibi harekete geçer. Yaş atık içindeki katı tipleri düşük mukavemette beton üretebilirler. Atık ve portland çimentosunun en uygun kombinasyonu, seçilen portland çimentosu tipine, katı maddelerine, atık tipine ve kompozisyonuna göre değişecektir. Çalışabilirlik açısından portland çimentosu minimum miktarda su gerektirir. Minimum su/çimento oranı portland çimentosu için yaklaşık %40 civarındadır ancak bu oran atığa bağlı olarak değişiklik gösterebilir. Bazı atıklar daha büyük oranlarda su adsorbe edebilirler. Suyun çok fazla ilave edilmesi katılaştırılmış ürünün yüzeyinde serbest su birikimine, dayanımda azalmaya ve permeabilitede artışa neden olabilmektedir. Portland çimentosunun kullanılması durumunda, 1 saat ile 1-2 gün arası gibi bir sürede katı bir yapı elde edilir. Çimentonun yüksek pH’ı metallerin çözünmeyen hidroksiller veya karbonat tuzları halinde tutar. Metal iyonları çimento matrisi içine alınabilir. İlave edilen bağlayıcı, pH’ı değiştirirken çökelme reaksiyonlarının oluşumunu sağlar ve kirletici çözünürlüğünü azaltır ( Conner, 1990).
S/S prosesi, genel olarak arazide uzaklaştırma, kirlenmiş zeminlerin iyileştirilmesi ve endüstriyel atıkların solidifikasyonu amacıyla uygulanmaktadır.
Sıvı ve çamur formundaki atıkların arazide uzaklaştırılması ve depolanması sonucu kirleticilerin çevreye sızma olasılığı yüksektir. Bu nedenle sıvı atıkların ve çamurların düzenli depolama öncesi S/S prosesi ile arıtımı uygun bir seçenektir. Böylelikle sıvı veya çamur içindeki atılar bağlayıcı maddeler ile karışarak katı forma sahip atık yığınları oluşmakta ve hem kirleticilerin sızma olasılıkları azalmakta hem de suyun neden olduğu işletme problemleri
12
giderilmiş olmaktadır. Bu prosesin, bu amaçlı kullanımdaki en büyük dezavantajı ise atık hacmindeki artıştır.
Tablo 2.1. S/S Prosesinin Genel Kirletici Grupları Üzerindeki Etkinliği (Salihoğlu, 2007)
Kirletici Gruplar Etkinlik
Organik
Halojenli uçucular
Halojenli olmayan uçucular Halojenli yarı uçucular
Halojenli olmayan yarı uçucular ve uçucu olmayanlar PCB’ler
Pestisitler
Dioksinler/furanlar Organik siyanitler Organik korozifler
1 1 2 2 3 3 3 3 3
İnorganik Uçucu metaller
Uçucu olmayan metaller Asbest
Radyoaktif malzemeler İnorganik korozifler İnorganik siyanitler
2 2 2 2 2 2
Reaktif Oksitleyici
İndirgeyici 2
2
1: Beklenen bir etki yok: teknolojinin çalışamayacağına dair uzman görüşü 2: İspatlanmış Etki: Belli bir ölçekte başarılı arıtılabilirlik testi tamamlanmıştır.
3: Potansiyel etki: Teknolojinin çalışacağına dair uzman görüşü
Organik ve inorganik atıklarla kirlenmiş zeminlerin iyileştirilmesi amacıyla S/S prosesinin kullanılması durumunda kirleticilerin taşınabileceği yüzey alanının, kirleticilerin çözünürlüğünün ve bazı kirleticilerin toksisitelerinin azaltılması sağlanmış olabilmektedir.
Düşük seviyeli kirleticiler nedeniyle kirlenmiş zeminlerde yerinde uygulama yapılabilmekte ve böylelikle toprak kazmak, taşımak, depolamak ve yakmak gibi yöntemlerden daha ekonomik olabilmektedir.
Endüstriyel atıkların solidifikasyonu, özellikle tehlikeli atıkların dayanım ve sıkışabilirlik özelliklerini etkileyerek atıkların mühendislik özelliklerinin geliştirildiği, kirleticilerin çevreye sızma potansiyellerinin düşürülerek bertarafının sağlandığı ve bunun da ötesinde atıkların geri kazanımının sağlanabildiği süreçler olarak karşımıza çıkmaktadır. Endüstriyel atıklara S/S prosesinin uygulanmasıyla oluşan ürünler, yumuşak, toprak benzeri malzemeden, beton ve benzeri monolitlere kadar değişik türde olabilir. Uzaklaştırma faaliyetlerinde kolay ufalanabilir,
13
sıkıştırılabilir bir malzeme tercih edilirken, katılaştırılan matrisin inşaat yapı malzemesi olarak kullanılacak olması durumunda yüksek dayanıma sahip olması tercih edilmektedir.
S/S prosesi sonucu oluşan ürünün değerlendirilebilirliğinin belirlenmesinde çeşitli testlerin yapılması ve bu testlerin sonuçlarına göre kullanım alternatiflerinin yorumlaması gerekmektedir. Yapılan testleri fiziksel ve kimyasal testler olarak ikiye ayırmak mümkündür.
Atıkların S/S prosesi ile arıtılması durumunda oluşan ürünün uygunluğunun araştırılması amacıyla pekçok fiziksel ve mühendislik özelliklerinin araştırılması gerekmektedir. Bu nedenle uygulanan testler,
• Farklı bağlayıcıların S/S prosesinde katlılarının belirlenmesi,
• Yasal zorunluluklara uygunluğu araştırılmak,
• S/S materyalinin işlenebilirliğini tespit etmek ve
• Geniş ölçekte uygulanabilmesi durumunda ekipmanları seçmek amacıyla kullanılır.
Uygun test yönteminin uygulanması atık, arazi şartları ve test amacına uygun olarak seçilmelidir. S/S prosesi ürünlerinin değerlendirilmesinde kullanılan fiziksel ve kimyasal testler Tablo 2.2’de özetlenmiştir.
Kimyasal testler S/S prosesinin tehlikeli atılar için bir arıtma süreci olarak performansını değerlendirmek için için kullanılan en yaygın testlerdir. S/S ürününün çevresel performansı genelde sızma veya ektraksiyon testleriyle ölçülür. Her ülke kendi yönetmelikleri tarafından önerilmiş sızma metodlarını kullanmaktadır. Sızma testleri, stabilize atık kütlesi içindeki kirleticilerin çevreye sızma potansiyelini belirlemek amacıyla kullanılır. Bütün sızma testlerinde belirli bir yıkama sıvısı (leachant) atık ile belirli süre boyunca temas ettirilerek yıkama sıvısına geçen kirletici miktarı ölçülür. Bu testlerde önemli olan nokta yıkama sıvısıyla etkileşime giren stabilize edilmiş atığın partikül boyutu diğer bir değişle yüzey alanıdır (EPA, 1989; Bayraktar, 2011)
14
Tablo 2.2. S/S ürünlerinin değerlendirilmesinde yaygın olarak kullanılan fiziksel ve kimyasal testler (EPA 1989, EPA 1993)
Fiziksel Testler
Genel Özellikler Mühendislik Özellikleri Dayanıklılık Özellikleri Nem içeriği
Partikül boyutu Özgül ağırlık Boya filtre testi Sıvı salma testi (LRT) Atterberg limitleri Porozite testi
Basınç dayanımları Permeabilite testi Sıkışabilirlik testi
Islak/kuru dayanıklılık Donma/erime dayanıklılığı
Kimyasal Testler
Sızma Testleri Toksisite Karakteristikleri Sızma Prosedürü (TCLP) Ekstraksiyon Prosedürü-Toksisite Karakteristiği (EP Tox) Amerikan Nükleer Topluluğu Sızma Testleri (ANS 16:1) Olası Maksimum Konsantrasyon Testi
Denge Sızdırmazlık Testi Dinamik Sızdırmazlık Testi Çoklu Ekstraksiyon Prosedürü Asit Nötralizasyon Kapasitesi (ANC) Sentetik Yağışla Sızdırma Prosedürü (SPLP
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.
15
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
16
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).
17
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 +40oC/- 10oC 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.
18
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
19
oturma zamanı, su içeriği, genleşme ve dayanım gibi özelliklerin birbirlerine yakın olduğunu göstermiştir.
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.
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.
20
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”
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 +40oC/- 10oC sıcaklıklarda renk özelliklerini korumaktadır.
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.
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.
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.
21
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.
22
3. MATERYAL VE YÖNTEM
3.1 Çalışmada Kullanılan Materyallerin Özellikleri
3.1.1 Çalışmada Kullanılan Kırmızı Çamurun Özellikleri
Çalışmada kullanılan kırmızı çamur, Konya Seydişehir Eti Alüminyum Fabrikası atık barajından temin edilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında, kırmızı çamurun (KÇ), fiziksel, kimyasal ve mineralojik özellikleri belirlenmiştir. Bu veriler, proje çalışanlarının daha önceki çalışması olan TÜBİTAK 108Y233 protokol numaralı, “Farklı Kül ve Çamur Numunelerinin Bertarafı Amacı ile İnşaat Malzemesi Olarak Kullanılabilirliğinin Araştırılması” başlıklı proje kapsamında yapılmış olup bu çalışmada da kullanılmıştır (Yıldız ve diğ., 2009). Spesifik yüzey alanı ölçümleri, TÜBİTAK-MAM Malzeme Enstitüsü Laboratuarında, Quantachhrome Instruments marka Nova 400E model yüzey alanı cihazında yapılmıştır. Çamur ve kül numunelerinin mineralojik analizi Cu X- Işını tüpü (= 1.5405 Angstrom) kullanılarak yapılmış ve bileşiminde kuvars, hematite, feldispat, anhydrite, kristobalite ve magnesioferrite bulunduğu tespit edilmiştir. X-ışını floresan spektrometre cihazı ile yapılan yarı kantitatif element analizi sonucunda çamur ve kül numunelerinin bileşiminde bulunan elementlerin ve bu elementlerin oksitleri % bileşen olarak tespit edilmiştir. SEM ölçümleri Gebze İleri Teknoloji Enstitüsü Laboratuarında Philips XL30 SFEG Scanning Electron Microscope (SEM) cihazı kullanılarak altın kaplama yöntemiyle yapılmıştır. Kullanılan materyallerin radyoaktivite analizleri Türkiye Atom Enerjisi Kurumu’nda yapılmıştır. İletkenlik (WTW Cond. 330i Set) ve pH (WTW 330) ölçümleri 1:10 oranında hazırlanan eluattan ölçüm yapılmıştır. Kırmızı çamurun SEM görüntüleri Şekil 3.1’de gösterilmiştir. Kırmızı çamurun, kimyasal bileşenleri Tablo 3.1 ve fiziksel, kimyasal ve radyoaktivite özellikleri Tablo 3.2’de verilmiştir.
23
Şekil 3.1. Kırmızı Çamurun SEM Görüntüsü
Tablo 3.1. Kırmızı Çamurun Kimyasal Bileşenleri
Element % Oksit %
Al 11.641 Al2O3 21.995
As 0.020 As2O3 0.026
Ca 3.182 CaO 4.452
Ce 0.067 Ce2O3 0.078
Cl 0.059 Cl 0.059
Cr 0.074 Cr2O3 0.108
Fe 25.474 Fe2O3 36.422
Ga 0.004 Ga2O3 0.005
K 0.432 K2O 0.520
Mg 0.177 MgO 0.293
Mn 0.018 MnO2 0.029
Na 9.297 Na2O 12.532
Nb 0.006 Nb2O5 0.009
Ni 0.043 NiO 0.055
O 38.286
P 0.009 P2O5 0.021
Pb 0.013 PbO 0.014
S 2.197 SO3 5.486
Si 6.195 SiO2 13.254
Sr 0.004 SrO 0.005
Th 0.008 ThO2 0.009
Ti 2.696 TiO2 4.497
Y 0.017 Y2O3 0.021
Zr 0.082 ZrO2 0.110
24
Tablo 3.2. Kırmızı Çamurun Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
Parametre Kırmızı Çamur
Renk Kırmızı
Yoğunluk (kg/m3) 1310,46
Por hacmi (cc/g) 0,019
Spesifik Yüzey Alanı (m2/g) 13,765
pH 10.58
Elektriksel İletkenlik (dS/m) 8,60
Toplam Organik Karbon (mg/kg) 10205
Cs-134 (Bq/kg) <4,4
Cs-137 (Bq/kg) <5,7
Ra-226 (Bq/kg) 128,1±3,2
Th-232 (Bq/kg) 357,4±9,6
K-40 (Bq/kg) 110,4±22,4
3.1.2 Çalışmada Kullanılan Çimentonun Özellikleri
Çalışma kapsamında harç üretiminde, TS EN 197-1 (2012) standardına uygun olan Akçansa çimento fabrikasından temin edilen CEM I 42.5 çimentosu kullanılmıştır. Kullanılan çimentonun fiziksel ve kimyasal ve mekanik özellikleri Tablo 3.3’de verilmiştir.
Tablo 3.1. Çimentonun Fiziksel, Kimyasal ve Mekanik Özellikleri Birim Değer
KİMYASA L ANALİZ Çözünmez Kalıntı % 0,29
SO3 % 3,25
Kızdırma Kaybı % 1,85
Cl- % 0,0421
FİZİKSEL ANALİZ
Özgül Ağırlık g/cm3 3,14
Priz süresi Başlama dak 126
Bitiş dak 199
Hacim Genleşmesi mm 1
İncelik Özgül Yüzey- Blaine cm2/g 3530
45µm elek kalıntısı % 3,7
90µm elek kalıntısı % 0,3
DAYANIM DENEYLER İ
Mekanik Özellik
Erken Dayanım MPa 30,4
Erken Dayanım MPa 43,5
Standard Dayanım MPa 55,7
25
3.1.3. Çalışmada Kullanılan Kumun Özellikleri
Harç yapımında kullanılan doğal kum Varol Beton Firması’ndan temin edilmiştir. Kumun karakteristik özelliklerini veren tane yoğunluğu, su emme ve elek analiz vb. bilgileri Tablo 3.4’de verilmiştir.
Tablo 3.2. Kullanılan Doğal Kumun Özellikleri
Deney adı Birim Deney sonucu
Kumun Tane Yoğunluğu
Kuru numune ağırlığı g 500
Kap ağırlığı g 300
Kap + kuru numune ağırlığı g 800
Kap + kuru numune + su ağırlığı g 926,4
Kap hacmi ml 620
Agrega özgül ağırlığı g/m3 2,58
Kumun su emmesi
Kuru numune ağırlığı g 500
Agrega D.K.Y. ağırlığı g 506,4
Agrega su emmesi % 1,28
Kumun elek analizi
Elekler Küm. Kalan, g % kalan % geçen
4 45 2 98
2 190 10 91
1 675 34 66
0,5 1325 66 34
0,25 1890 95 6
İncelik mod. 2,1
Metilen mavisi değeri % 2,5
3.2 Yöntem
Çalışma kapsamında kırmızı çamurun solidifikasyon/stabilizasyon yöntemiyle bertarafı araştırılmıştır. Bu amaç doğrultusunda, kırmızı çamurun çimento ile belirli oranlarda karıştırılarak harç içinde solidifiye edilerek stabilizasyonu sağlanmıştır. Solidifikasyon mekanizmasında bağlayıcı olarak CEM I 42,5 Portland çimentosu kullanılmıştır. Ayrıca harç üretimi için kum ve su karışımlara eklenmiştir. Belirlenen kür süresi sonunda elde edilmiş solidifiye materyaller, inşaat yapı malzemesi olarak geri kazanımının irdelenmesi amacıyla basınç ve eğilme dayanımı deneyleri yapılmıştır. Bir sonraki aşamada ise katılaştırılmış materyal sızma testine tabi tutularak çamur bünyesindeki ağır metallerin suya geçişi analiz edilip ve solidifiye edilmiş materyalin depolanabilirliği değerlendirilmiştir.
26
3.2.1 Harç Karışımlarının Hazırlanması
Bu çalışmada üretilen prizmatik harç numunelerde, su/çimento oranı 0,50 ve kum miktarı 1350 gr ± 5 gr aralığında sabit tutulmuştur. Kırmızı çamur, çimento ile ağırlıkça %5, %10, %15 ve
%20 oranlarında ikame edilerek harç karışımları hazırlanmıştır. Harç karışım oranları detayları Tablo 3.5’de verilmiştir.
Tablo 3.3. Harç Karışım Oranları Karışım Kodu Katkı
Oranı, % Çimento, g Kırmızı çamur, g
Kum, g Su, g
KÇ 0 450.0 0.0 1350 225
KÇ5 5 427.5 22.5 1350 225
KÇ10 10 405.0 45.0 1350 225
KÇ15 15 382.5 67.5 1350 225
KÇ20 20 360.0 90.0 1350 225
Harç numuneleri, Tablo 3.5’de verilen karışım oranlarına göre sırasıyla harç mikserinde karıştırılarak hazırlanmıştır. Prizmatik numunelerin boyutları 40x40x160 mm ölçülerinde olup, belirlenen oranlara göre bütün malzemeler hassas terazide tartılarak hazırlanmıştır. Hazırlanan malzemeler karışım işlemi için harç mikserine yerleştirilmiştir. TS EN 196-1’e göre mikser yavaş ayarda 30 saniye karıştırılan harç ikinci adımda 30. saniyeden itibaren mikser karıştırmaya devam ederken deney kumu yavaşça karışıma boşaltılmış ve 30 saniye yine yavaş olarak mikser karıştırmaya devam edilmiştir. Sonra üçüncü adımda mikser birden hızlandırılmış ve 30 saniye hızlı olarak harcın karışması sağlanmıştır. Dördüncü adımda mikser hızlı olarak 30 saniye karıştırdıktan sonra durdurulmuş ve 15 saniye karışım dinlendirilmiştir.
Daha sonra mikser 60 saniye hızlı ayarda harcı karıştırılmıştır. Mikser durduktan hemen sonra taze harç mikserden alınıp ve numune kalıplarına eşit dağılım sağlanacak şekilde yerleştirilmiştir (Şekil 3.2). Uygun bir kaşıkla karıştırma kabından doğrudan bir veya bir kaç defada, tabaka halinde kalıbın her bölmesine doldurulmuştur. Kalıba dökülen harç numuneleri tanımlanabilmesi amacıyla etiketlenmiştir. Numuneler 24 saat sonra kalıplardan çıkartılarak 21±1 °C de ki su içerisinde kür edilmeye bırakılmıştır. Kür süresini tamamlayan numuneler üzerinde eğilme dayanımı deneyi ve basınç dayanımı deneyi gerçekleştirilmektedir. Deneyler en az üç numune üzerinde yapılmakta ve alınan sonuçların ortalama değerleri kullanılmaktadır.
27
Şekil 3.2. Harcın Kalıplara Yerleştirilmesi
3.2.2 Dayanım Deneyleri
Basınç dayanımı, eksenel basınç yükü etkisi altındaki betonun/harcın kırılmamak için gösterebildiği direnme kabiliyeti (eksenel basınç yükü etkisiyle oluşan maksimum gerilme olarak tanımlanmaktadır. Beton, harç vb. örneklerde araştırılan dayanım türleri içinde mühendislik uygulamalarında sıklıkla kullanılan basınç dayanımıdır. Bunun nedenleri şu şekilde özetlenebilir:
• Basınç dayanımının belirlenebilmesi için uygulanan deney yöntemleri diğer dayanım türlerinin belirlenebilmesi için uygulanan yöntemlerden daha basittir.
• Hemen hemen tüm yapıların tasarımında basınç dayanımı değeri esas alınmaktadır.
Birçok yapıda çekme, eğilme, yorulma gibi değişik yüklere maruz kalınabiliyor olsa da bunların içinde en önemlisinin basınç yükleri olduğu kabul edilerek hesap yapılmaktadır.
• Basınç dayanımı ile çekme ve eğilme dayanımları arasında yaklaşık da olsa bir korelasyon bulunmaktadır. Bu nedenle, basınç dayanımı bilindiği durumlarda diğer dayanım türlerinin büyüklükleri hakkında fikir edinilebilir.
• Basınç dayanımının bilinmesi, örneğin diğer özellikleri hakkında da kalitatif bilgi sağlayabilmektedir. Örneğin, basınç dayanımının yüksek olması, örneğin su geçirimliliğinin az olduğunu ve dayanıklılığın yüksek olduğunu işaret etmektedir.
28
Yukarıda belirtilen nedenlerden dolayı çalışma kapsamında, üretilen katılaştırılmış numunelerin basınç dayanım testlerinin yapılarak yapısal durumları ortaya konulmuş ve böylelikle kırmızı çamurun S/S yöntemi ile geri kazanımının uygunluğu değerlendirilmiştir.
Bu kapsamda, belirlenen kür süreleri sonunda, numuneler kürden çıkarılıp dayanım özelliklerinin belirlenmesi amacıyla basınç ve eğme dayanım testlerine tabi tutulmuştur. (Şekil 3.3). Deneysel verilerin değerlendirilmesinde üretilmiş olan üçlü numunelerin ortalama değerler kullanılmıştır. Deneye başlanmadan önce yük uygulanacak yüzeyin boyutları ölçülmüş ve yüzey alanı (A) hesaplanmıştır. Numunelerin en düzgün yüzeyleri pres tablasına temas edecek şekilde ve beton döküm yönü yatay olacak şekilde pres tablasına yerleştirilmiş ve kırılma yükleri ölçülmüştür. Denklem 3.1’in yardımıyla elde edilen kırılma yükleri (P), deney başlangıcında ölçülen yüzey alanına (A) bölünerek numunelerin basma dayanımları (σb) cihaz tarafından otomatik olarak hesaplanmıştır.
σb = P/A (Denklem: 3.1)
Numunelere uygulanan bir diğer test eğilmede çekme dayanım testidir. Çekme dayanımı, çekme etkisi yaratacak kuvvetlerin neden olacağı şekil değiştirmelere ve kırılmaya karşı numunenin göstereceği direnme kabiliyeti olarak tanımlanmaktadır. Numunede oluşan çekme kuvvetleri, numunenin çatlamasına ve kırılmasına yol açan en önemli neden olarak kabul edilmektedir.
Dayanım testleri sırasında kırılan numunelerden bir kısmı sızma testlerinde kullanılmak üzere ayrılmıştır.
Şekil 3.3. Basınç dayanımı deneyi 29
3.2.3 Sızma Testleri
Tehlikeli atıkların arıtımı amacıyla uygulanan bir yöntem olan S/S yönteminin çevresel açıdan performansının değerlendirilmesi amacıyla sızma testleri yaygın olarak kullanılmaktadır.
Sızma testleri, stabilize edilmiş atık kütlesi içindeki kirleticilerin çevreye sızma potansiyellerini belirlemek amacıyla uygulanmaktadır. Uygulanan yöntem ne olursa olsun tüm sızma testlerinde, belirli bir yıkama sıvısı (leachant) ile atığın belirli süreyle teması sağlanarak yıkama sıvısına geçen kirletici miktarları ölçülür. Buradaki en önemli nokta, yıkama sıvıyla teması sağlanan atığın partikül boyutu, diğer bir değişle yüzey alanıdır. Bu nedenle de her bir farklı test prosedüründe kullanılması gereken partikül boyutu farklılık göstermektedir. Tablo 3.6’da ise çeşitli sızma testlerinin ektraksiyon test koşulları karşılaştırmalı olarak verilmiştir.
Çalışma kapsamında, dayanımları belirlenmiş olan katılaştırılmış malzemelerden alınan örnekler üzerinde, çevresel performansının ortaya konulabilmesi amacıyla, su ortamına herhangi bir geçiş olup olmadığının kontrolünü sağlamak adına sızma testleri yapılmıştır. Bu amaçla Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair Yönetmelik kapsamında Ek 1’de belirtilen TS- EN 12457-4 Atıkların Nitelendirilmesi standardına göre partikül boyutu 4 mm den küçük olacak şekilde, sıvı/katı oranı 10 lt/kg olan eluat hazırlanmış ve su ortamına geçen kirletici konsantrasyonları belirlenmiştir.
Çalışma kapsamında suya geçişleri incelenen ağır metallerin analizleri, Namık Kemal Üniversitesi NABİLTEM Laboratuvarında Spectro Marka Spectro Blue Model ICP-OES Cihazı kullanılarak yapılmıştır. Cihaz koşulları, plasma power: 1400 W; pump speed: 30 rpm;
coolant flow: 12 l/min; auxilary flow: 1 l/min; nebulizer flow: 1 l/min olarak belirlenmiştir.
Ölçümler, Cd: 214.438; Cr: 267.716; Cu:324.754; Ni:231.604; Pb:220.353; Al:396.152;
Mn:257.611; Fe:238.204; Hg:194.227 ve Zn:206.200 dalga boylarında yapılmıştır.
30
Tablo 3.4. Ektraksiyon test koşullarının karşılaştırılması (EPA 1989, EPA 1993) Test
metodu
Ektraksiyon sıvısı Sıvı-katı oranı Maksimum patikül boyutu
Ektraksiyon
sayısı Ektraksiyon süresi
TCLP Asetik asit* 20:1 <9,5 mm 1 18 saat
EP Tox 0.04 m ASE 16:1 <9,5 mm 1 24 saat
MEP EP Tox ile aynı, sonra sentetik asit yağmuru (ağırlıkça %60 sülfürik asit/ %40 nitrik asit karışımı)
20:1 <9,5 mm 9 veya daha
fazla
Her ekstraksiyon için 24 saat
ANS 16:1 Distile su Hacim yüzey
alanına oranı 10 cm
Monolit uzunluğunun çapa pranı 0,2 ile 5 arasında değişebilir
12 Sızıntı suyu 2,7 saatte ve 1, 2, 4, 5, 14, 28, 43 ve 90 günde yenilenebilir.
Denge sızdırma testi
Distile su 4:1 150 µm 1 7 gün
Kesikli sızdırma testi
Asidite değeri artan 5 farklı
ekstraksiyon sıvısı 16:1 ile 40:1
arasında değişebilir
150 µm 5 2 ile 24 saat arasında
değişir.
ANC Ekivalent miktarı artan nitrik asit çözeltisi
3:1 150 µm 10 48 saat
SPLP Ağırlıkça %60 sülfürik asit/ %40 nitrik asit karışımı (distile su ile pH ayarlama: 4,2 veya 5,0)
20:1 <9,5 mm 1 12 saat
• İki farklı asedik asit çözeltisi kullanılır: 1) pH= 4,93±0,05 2) pH=2,88±0,05
31
4. ARAŞTIRMA BULGULARI ve TARTIŞMA
4.1 Dayanım Deneylerinin Sonuçlarının Değerlendirilmesi
Üretilen harç numuneleri, 28 ve 56 günlük kür süreleri sonunda dayanım özelliklerinin belirlenmesi amacıyla basınç ve eğilme dayanım deneylerine tabi tutulmuştur. Sonuçlara göre farklı oranlarda çimento yerine kullanılan kırmızı çamurun dayanım özellikleri üzerine ne şekilde etki ettiği belirlenmiştir. Böylelikle kırmızı çamurun bir yapı malzemesi olarak kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. Kırmızı çamursuz ve çimento yerine belirli oranlarda kırmızı çamur kullanılarak üretilen numunelere ait basınç ve çekme deneylerinden elde edilen sonuçlar sırasıyla Şekil 4.1 ve Şekil 4.2’de gösterilmiştir.
Şekil 4.1. Katkı oranına göre basınç dayanım değerleri
Şekil 4.1’de görüldüğü gibi 28 günlük kür edilen numunelerde çimento ile birlikte kırmızı çamurun %5 oranında kullanılması durumlarında basınç dayanımı referans numunesiyle aynı değeri almıştır. Bunun yanında, %5 katkı oranı dışındaki katkı oranlarının basınç dayanımını düşürdüğü gözlemlenmiştir.. 56 günlük numunelerde, 28 günlük numunelere göre bütün katkı oranlarında yüksek dayanım değerleri görülmüştür. 28 ve 56 günlük dayanım değerleri karşılaştırıldığında %20 katkı oranında yaklaşık olarak aynı değeri aldığı ve beklenen dayanım artışının aksine dayanımda bir artışın olmadığı görülmüştür.
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
0 5 10 15 20
Basınç Dayanımı, MPa
Katkı Oranı, % 28 gün 56 gün
32
Eğilme dayanımları genel olarak basınç dayanımları ile benzer davranışlar göstermektedirler (Şekil 4.2). 28 günlük kür süresinde %5 katkı oranında şahit numuneye göre nispeten artış gözlemlense de diğer katkı oranlarında %5 katkı oranının aksine eğilme dayanımda azalma meydana gelmiştir. 56 günlük kür süresi sonundaki değerlere baktığımızda %10’luk katkı oranına göre hızlı bir azalma görülürken diğer katkı oranlarında dayanımda yaklaşık olarak birbirine yakın sonuçlar elde edilmiştir. 28 ve 56 günlük kür süresileri karşılaştırıldığında 56 günlük numunelerin dayanımlarının daha iyi sonuç verdiği gözlenmiştir.
Şekil 4.2. Katkı oranına göre eğilme dayanım değerleri
4.2 Sızma Testi Sonuçlarının Değerlendirilmesi
Dayanımları belirlenmiş olan katılaştırılmış materyalden alınan örnekler üzerinde, su ortamına herhangi bir geçiş olup olmadığının kontrolünü sağlamak adına sızma testleri yapılmıştır.
Sızma testi ile katılaştırılmış numuneden su ortamına geçen Al, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn ve Hg konsantrasyonları ölçülmüştür.
Herhangi bir işleme tabi tutulmamış kırmızı çamurdan sızma sonucu su ortamına geçen Al konsantrasyonu 11977,90 ppb olarak ölçülmüştür. Solidifiye edilmiş numunelerinde sızma sonucu ölçülen Al konsantrasyonlarında 28 günlük kür süresi sonunda ölçülen en yüksek konsantrasyon 1249,41 ppb değeri ile %5 katkı oranında en düşük konsantrasyon ise 772,29
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7
0 5 10 15 20
Eğilme dayanımı, MPa
Katkı oranı, %
28 gün 56 gün
33
ppb ile %20 katkı oranındadır. 56 günlük kür süresinde ise en düşük değer 1480, 22 ppb konsantrasyon değeri ile %5 katkı oranında, 2188.12 ppb değeri ile ise %20 katkı oranında ölçülmüştür. 28 günlük kür süresinde artan katkı oranı ile sızma konsantrasyonunda %20 lik katkı oranına kadar artış gözlenmiş %20 katkıda ise düşerek kırmızı çamur ilave edilmemiş harcın sızma değerine yakın bir değere sahip olmuştur. 56 günlük kür süresinde ise %10 katkı oranı hariç artan oranlar artan sızma konsantrasyonlarıyla sonuçlanmıştır. Aynı katkı oranlarında kür süreleri karşılaştırıldığında ise kür süresinin artması durumunda sızma konsantrasyonlarının da arttığı görülmüştür. Her iki kür süresinde de kırmızı çamurun içeriğindeki Al ’un S/S prosesi sonucunda katılaştırılmış formada tutulduğu belirlenmiştir. Al konsantrasyonlarına ait değerler Şekil 4,3’de gösterilmiştir.
Şekil 4.3. Sızma Testi Sonucunda Ölçülen Al Konsantrasyonları
Şekil 4.4’de sızma testi sonucu oluşan krom konsantrasyonları verilmiştir. Kırmızı çamur için suya geçen krom 824,896 ppb’dir. 28 günlük kür süresi sonunda artan katkı oranlarıyla sızma konsantrasyonunda artış gözlenmiştir. 56 günlük kür süresinde tüm katkı oranlarında birbirine yakın sonuçlar elde edilmiştir. Her iki kür süresindeki konsantrasyonlar bu değerle karşılaştırıldığında katılaştırılmış matrisin krom tutulumu konusunda başarılı olduğu görülüyor olsa da çamur ilavesi yapılmamış harç numunesinden sızma yoluyla su ortamına geçen krom konsantrasyonunun da yüksek olması nedeniyle diğer parametrelerdeki kadar tutulum gözlenmemiştir.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
KÇ 0 5 10 15 20
Al Konsantrasyonu, ppb
Katkı Oranı, %
Al
28 gün 56 gün
34
Şekil 4.4.Sızma Testi Sonucunda Ölçülen Cr Konsantrasyonları
Kırmızı çamurun sızma testi sonucu su ortamına geçen Cu konsantrasyonu 58,56 ppb dir.
Katılaştırılmış formdaki konsantrasyonların daha düşük olması nedeniyle, S/S prosesi ile kırmızı çamur içindeki bakırın katılaştırılmış matris içinde tutulduğu sonucuna varılmaktadır.
28 günlük kür süresinde, harç numunelerindeki kırmızı çamur katkı oranı arttıkça suya geçen Cu konsantrasyonu artış göstermektedir. 56 günlük kür süresinde ise %15’lik katkı oranındaki artışa rağmen genel olarak su ortamına geçen Cu konsantrasyonun düştüğü gözlenmiştir. Sızma testi sonucu ölçülen Cu konsantrasyonları Şekil 4.5’de gösterilmiştir.
Şekil 4.5.Sızma Testi Sonucu Ölçülen Cu Konsantrasyonu
0,000 200,000 400,000 600,000 800,000 1.000,000
KÇ 0 5 10 15 20
Cr Konsantrasyonu, %
Katkı Oranı, %
Cr
28 gün 56 gün
0 10 20 30 40 50 60
KÇ 0 5 10 15 20
Cu Konsantrasyonu, ppb
Katkı Oranı, %
Cu
28 gün 56 gün
35
Sızma testi konucu ölçülen demir konsantrasyonları Şekil 4.6’da verilmiştir. Kırmızı çamurun Fe konsantrasyonu 67,516 ppb olarak ölçülmüştür. S/S prosesi ile katılaştırılmış numunelerdeki Fe konsantrasyonları ise bu değerin altında ölçülmekle birlikte farklı katkı oranları artan veya azalan değerler ölçülmüştür.
Şekil 4.6. Sızma Testi Sonucu Ölçülen Fe Konsantrasyonu
Numunelerdeki nikel konsantrasyonları (Şekil 4.7) karşılaştırıldığında 28 ve 56 günlük numunelerin tamamında kırmızı çamur içindeki nikelin S/S prosesi ile tutulduğu görülmüştür.
Kırmızı çamurun sızma testi ile su ortamına geçiş yapan Ni konsantrasyonu 8,829 ppb olarak ölçülmüştür. 28 günlük kür süresinde katkı oranındaki artışla birlikte Ni konsantrasyonunda düşük de olsa bir artış gözlenmektedir. Ancak 56 günlük kür süresinde artan katkı oranlarına rağmen daha düşük konsantrasyonlar ölçülmüştür. Buna göre kür süresinin uzamasının nikel tutulumunda daha başarılı olduğu sonucu çıkarılabilir.
0 10 20 30 40 50 60 70
KÇ 0 5 10 15 20
Fe Konsantrasyonu, ppb
Katkı Oranı, %
Fe
28 gün 56 gün
36
