Bazik refrakter endüstrisinde proses atıklarının değerlendirilmesiyle magnezit-krom tuğlaların üretimi

Abstract

Bu çalışma bazik refrakter üreticileri arasında oldukça önemli bir yere sahip olan Konya Krom- Magnezit Fabrikası ile ortaklaşa yürütülmüştür. Bu fabrikanın üretim prosesi atığı olarak mevcut bulunan 0-1 mm boyutundaki magnezit ve kromit cevherleri tozlarının tuğla üretimine kazandırılması hedeflenmiştir. Başlıca 3 kompozisyon seçilerek refrakter özelliklerdeki değişim incelenmiştir. Bunlar %90 magnezit %10 kromit kompozisyonu, %72 magnezit %28 kromit kompozisyonu ve %50 magnezit %50 kromit kompozisyonlarıdır. Bu kompozisyonlara sahip malzemelerden üretilen tuğlaların SBM, porozite, hacim yoğunluğu gibi refrakter özelliklerinin TS 5028'e ( magnezit krom ve krom magnezit refrakter tuğlalar ) uygunluğu araştırılmıştır. Refrakter üretiminde ürünün özelliklerini etkileyen en önemli parametrelerden biri malzemenin partikül boyutudur. Partikül boyutu seçiminde kullanılan cevherlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri etken olduğu gibi üretim ekonomisi de önemli bir faktördür. Ayrıca seçilen partikül boyutu malzemenin pişme sıcaklığını da etkilemektedir. Bu verilerin tümü göz önünde bulundurularak, yapılan literatür araştırması ve deneysel çalışmalar sonucu magnezit cevherini ( - 1000 pim ) ve kromit cevherini ( - 63 um ) kullanmanın ürün özelliklerini olumlu etkilediği belirlenmiştir. Deneysel çalışmalarda üretime geçebilmek için pek çok parametrenin belirlenmesi gerektiği görülmüştür. Bu parametrelerden biri de cevherleri bağlamada kullanılacak bağlayıcı cinsi ve katkı oranının belirlenmesidir. Konya Krom-Magnezit Fabrikasında, krom-magnezit veya magnezit-krom tuğla üretiminde iki çeşit bağlayıcı kullanılmaktadır. Bunlar MgSO4.7 H20'dan itibaren hazırlanan 27° Be'lik MgSO4 çözeltisi ve kağıt endüstrisi atığı olan sülfit likörü ( sülfit ablage ) dir. Literatür incelemesi sonucu bu bağlayıcıların yanı sıra sülfürik asit,borik asit ve MgCİ2- 6H20'dan itibaren hazırlanan MgCb çözeltisinin de bağlayıcı olarak kullanıldığı görülmüştür. Ancak en çok kullanılan bağlayıcılar incelemeye alınmıştır. Deneysel çalışmalar sonucunda , çiğ magnezit cevherinden itibaren hazırlanarak pişirilen ürünlerde en düşük porozite ve en yüksek basınç mukavemeti değerlerini vermesi nedeniyle, bağlayıcı cinsi ve katkı oranı olarak 27° Be'lik MgSO4 çözeltisinin %8'lik miktarı seçilmiştir. XVNihai ürün özellikleri üzerinde etkili olan diğer parametre presleme basıncıdır. Presleme basıncının ürün özellikleri üzerindeki etkisini incelemek ve optimum presleme basıncını belirlemek amacıyla 1200,1300,1400,1800,2500 ve 3000 kg/cm2 değerleri seçilerek çalışılmıştır. Çiğ magnezit cevherinden itibaren hazırlanan ve 2500 kg/cm2üe preslenip pişirilen ürünlerden düşük porozite, yüksek basınç mukavemeti ve yüksek hacim yoğunluğu değerleri elde edilmiştir. Bu nedenle en uygun presleme basıncı olarak 2500 kg/cm2 seçilmiştir. Seçilen %90 magnezit %10 kromit, %72 magnezit %28 kromit ve %50 magnezit %50 kromit kompozisyonları için pişme sıcaklığının refrakter özellikler üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla çiğ magnezitten itibaren hazırlanan briketler 1450, 1550 ve 1750 °C'de pişirilmiştir. Bu denemelerin sonunda optimum pişme sıcaklığı 1750 °C olarak saptanmıştır. Çiğ magnezitten başka elde edilen malzemelerin refrakter özellikleri üzerindeki etkisini belirlemek amacı ile magnezit kalsine edilerek harmana katılımıştır. Denemelerde 1200 °C'de 4 saat süre ile pişirilerek kalsine edilen magnezit ( sodur ) cevheri kullanılmıştır. Kalsine magnezitten itibaren üretilen malzemelerin en uygun presleme basıncının çiğ magnezitten itibaren üretilen malzemelerden farklı olduğu görülmüştür. Kalsine magnezitten itibaren üretilecek malzemeler için presleme basıncının refrakter özellikler üzerindeki etkisi incelenip optimum presleme basıncı 1800 kg/cm2 olarak belirlenmiştir. Daha önce belirtilen her 3 malzeme kompozisyonu için kalsine magnezitten itibaren hazırlanan briketler 1450, 1550, 1750°C sinterlenme sıcaklıklarında pişirilerek sinterlenme sıcaklığının refrakter özellikler üzerindeki etkisi incelenmiştir. Kalsine magnezitten itibaren hazırlanan briketler için optimum sinterleme sıcaklığı 1750 °C olarak belirlenmiştir. Deneysel çalışmalar için hazırlanıp pişirilmiş tuğla malzemelerinin ( briket ) üzerinde kimyasal analiz yapılmış ve hedeflenen % G-2O3 ( %8.5, %21, %32 ) miktarına ulaşıldığı tespit edilmiştir. TİO2 katkısının magnezit krom refraktarlerin yapısı üzerindeki olumlu etkileri literatür incelemesiyle belirlenmiştir. Gudilinave arkadaşlarının 1984 yılında yaptıkları çalışmada %5-10 Cr203 ve %6.5 TİO2 içeriğinde açık porozite %4 civarında azalma göstermiştir. Kvyatovskii ve arkadaşlarının 1994 yılında yaptıkları çalışmada %3.7 TİO2 içeren spinel ürünler elde etmişlerdir ve bu spinellerde ana yoğunlaştırıcının Ti02 olduğunu belirtmişlerdir. xviSodur ( kalsine ) magneziti ile Etibank kromiti kullanılarak hazırlanan ve bağlayıcı olarak 27° Be'lik MgSO4 çözeltisinin kullanıldığı tuğla harmanına Ti02'nin ağırlıkça %1,3,5,7'lik miktarları katkı olarak ilave edilerek 1800 kg/cm2 ile briketler basılmış ve 1750 °C'de pişirilmiştir. %3 oranında Ti02 katkısıyla SBM'nin yükseldiği, porozitenin düştüğü ve hacim yoğunluğunun arttığı dolayısı ile malzemelerin refrakter özelliklerinin olumlu etkilendiği görülmüştür. Deneysel çalışmalarda MgCl2. 6H20'dan itibaren hazırlanan 27° Be'lik MgCl2 çözeltisi de bağlayıcı olarak kullanılmıştır. MgCl2 çözeltisinin %6'lık bağlayıcı oranının optimum olduğu saptanmıştır. MgO ile MgCl2 çözeltisinin verdiği egzotermik reaksiyon nedeniyle yaş üründe çatlaklar oluşmuştur. Bu çatlaklar nedeniyle pişmiş ürünün porozite değerleri oldukça yüksektir. Ancak MgCl2 çözeltisinin bağlayıcı olarak kullanıldığı malzemelerde yüksek porozite değerine rağmen basınç mukavemeti oldukça iyidir. Bağlayıcı madde olarak 27° Be'lik MgCl2 çözeltisinin kullanıldığı briketlerde Ti02'nin %1,3,5,7 oranındaki miktarları katkı olarak tuğla harmanına ilave edilerek 1800 kg/cm2'lik basınç altında briketler basılıp 1750 °C'de pişirldiğinde %3 oranındaki Ti02 katkısıyla katkısız tuğlalara kıyasla malzemelerin SBM'lerinin yükseldiği, porozitelerinin düştüğü ve hacim yoğunluklarının arttığı görülmüştür. MgCl2 çözeltisinin mukavemet üzerindeki olumlu etkisi yapılan denemelerde belirlenmiştir. MgS04 çözeltisinin porozite ve basınç mukavemeti üzerindeki olumlu etkileriyle birleştiğinde malzemenin refrakter özelliklerini daha iyi noktalara taşıyacağı düşünülerek 27° Be'lik MgCl2 ve 27° Be'lik MgS04 çözeltilerinin (1:3), (1:5), (1:10) oranındaki karışımları hazırlanarak bağlayıcı madde olarak kullanılmıştır. % 10 kromit kompozisyonu için %3 Ti02 katkılı tuğla numunelerinin (l:5)'lik MgCl2 + MgSO4 bağlayıcı karışımı kullanımı ile poroziteleri (gözeneklilik) katkısız ve MgSÛ4 bağlayıcılı tuğla numunelerine göre önemli ölçüde düşmüştür (porozite katkısız numunelerde %10.7 den %0.5'e kadar azalmıştır). %28 ve %50 kromit kompozisyonları için ise bağlayıcı madde olarak 27° Be'lik MgSO4 çözeltisinin %6'lık oranının kullanılması ve %3 oranındaki Ti02 katkısıyla elde edilen tuğlaların SMB, porozite ve hacim yoğunluğu gibi refrakter özelliklerinin kullanılan diğer bağlayıcılara kıyasla daha iyi sonuç verdiği görülmüştür. XVUÜretilen malzemelerin mikroyapı incelemesi taramalı elektron mikroskobu SEM ( Skanning Elektron Mikroskobu ) ile yapılmıştır. Ayrıca malzemelerin X ışını kırınım diyagramları çekilerek elde edilen fazlar incelenmiştir