Üretim Teknikleri ve Teknolojisi Cam Üretim Teknolojileri_Part4 Bu slaytta bütün renkler eşit miktarlarda geçirildiğinden neticede oluşan renk beyazdır. Diğer sayfadaki slaytta ise yeşil renk veren küçük miktardaki renklendiricinin yarattığı etki görülmektedir. Boyanın katılması ile cam, kırmızı ve mor renklerin bulunduğu bölgedeki renkleri absorbe etmiş, rengin yeşil olduğu bölgeyi olduğu gibi geçirmiştir. Sonuçta cam yeşil renge veya tona sahip olacaktır. Son slayt eğrinin B bölgesi az miktarda mavi veya lacivert renk, C bölgesi ise yine az miktarda kırmızı ve turuncu renk olması halinde ışığın geçirgenliğini göstermektedir. Taranmış alan, her üç rengin bir arda olması halinde camın geçireceği ışığı tanımlamaktadır. Işık geçirgenliği bütün renkler için benzer düzeydedir ve cam gözümüze renksiz görünecektir. Selenyum (pembe) ve Kobalt( mavi) genellikle az miktarda demirin rengini (yeşil) maskelemek amacıyla kullanılır. Rengin başka renk ve renklerle maskelenmesi işlemine Fiziksel Renksizleştirme denir. Kimyasal renksizleştirme ise camın oksidasyon ve redüksiyon durumunun ayarlanarak renk etkisi değiştirilerek sağlanır. CAM KIRIĞI Cam üretiminde en önemli hammaddelerden biri gibi nitelendirilen cam kırığını unutmamak gerekir. Cam kırığı genellikle fabrikanın kendi üretim prosesinden veya cam ürünlerin geri dönen kırıklarından sağlanır. Diğer hammaddelerde olduğu gibi cam kırığının kaynağının ve kompozisyonunun bilinmesi gerekir. Burada tabidir ki üretim veya ayırma işlemlerinde ortaya çıkan cam kırığının ne olduğu bilinir. Fakat dışarıdan alınan cam kırığının ne olduğunun araştırılmasına ve yabancı maddelerin uzaklaştırılmasına özen gösterilmelidir. HESAPLAMALAR CaCO 3 CaO + CO 2 Eğer reaksiyonda yer alan reaktant ve ürünlerin molekül ağırlıkları hesaplanacak olursa aşağıdaki değerler elde edilir. CaCO 3 = 100 CaO = 56 CO 2 = 44 Bu 100 kısım CaCO 3 ten 56 kısım CaO ve 44 kısım CO 2 oluşacağı anlamına gelir. Hammaddenin kilo, gram , ton veya pound olması bir şey değiştirmez Aynı hesaplama K 2 CO 3 için yapılacak olursa K 2 CO 3 K 2 O + CO 2 K 2 CO 3 için molekül ağırlığı 138.2 birim K 2 O için molekül ağırlığı 94.2 birim ve CO 2 için molekül ağırlığı 44 birim olarak bulunur 1 kg potasyum karbonattan elde edilecek potasyum oksit miktarı 0.681 gramdır. Benzeri hesaplama belli başlı cam hammaddeleri için yapılırsa aşağıdaki tabloda verilen sonuçlara ulaşılır. 1 kg SiO 2 1 kg SiO 2 verir 1 kg CaCO 3 0.56 kg CaO verir 1 kg Na 2 CO 3 0.585 kg Na 2 O verir 1 kg MgCO 3 0.478 kg MgO verir 1 kg K 2 CO 3 0.681 kg K 2 O verir 1 kg Na 2 O.2B 2 O 3 .10H 2 O 0.365 kg B 2 O 3 ve 0.163 kg Na 2 O verir 1 kg H 2 BO 3 0.563 kg B 2 O 3 verir 1 kg Pb 3 O 4 0.977 kg PbO verir 1 kg Fe 2 O 3 1 kg Fe 2 O 3 verir 1 kg Al 2 O 3 .3H 2 O 0.654 kg Al 2 O 3 verir Hammaddelerden cam kompozisyonunun hesaplanması Şimdi aşağıdaki örneğe bakalım ve bütün hammaddelerin % 100 saf olup cam kırığının da bir hammadde gibi kullanıldığını düşünelim. Ağırlıklar (kg) Hammaddeler 100 Kum SiO 2 8 Hidrate Alümina Al 2 O 3 .3 H 2 O 12 Soda Na 2 CO 3 28 H 3 BO 3 40 Cam kırığı (%80 silika,%3 alümina, %12 B 2 O 3 , %5 sodyum oksit) Şimdi birlikte ergitildikten sonra camda kalan cam oksitlerinin miktarını aşağıdaki gibi hesaplayabiliriz. 100 kg kum 100 kg SiO 2 8 kg alümina 8 x 0.654 = 5.232 kg Al 2 O 3 12 kg sodyum karbonat 12 x 0.585 = 7.020 kg Na 2 O 28 kg borik asit 28 x 0.563 = 15.76 kg B 2 O 3 40 kg cam kırığı 40 x 0.8 = 32 kg SiO 2 40 x 0.03 = 1.2 kg Al 2 O 3 40 x 0.12 = 4.8 kg B 2 O 3 40 x 0.05 = 2 kg Na 2 O Normal olarak, her bir hesaplama işleminden sonra bulunan değerler bir tabloya yerleştirilir. Bunun amacı hem istenen bilgiyi kolaylıkla bulabilmek hem de her bir oksiti ayrı ayrı kolayca toplayabilmektir. Bu tablo aynı zamanda yanlışlıkla unutulan bir şey olup olmadığını kolaylıkla görmemizi sağlar. Elde edilen sonuçlar aşağıdaki gibi tabloya yerleştirilebilir. Oksitler (kg cinsinden) Hammaddeler Ağırlık SiO 2 Al 2 O 3 B 2 O 3 Na 2 O Kum Hid. Alümina Soda Borik Asit Cam Kırığı 100 8 12 28 40 100 32 5.232 1.2 15.764 4.8 7.020 2.00 TOPLAM 188 132 6.432 20.546 9.020 Bu durumda elde edilecek camın teorik komposizyonu Silika = (132 / 168.016) x 100 = % 78.56 Alümina = (6.432/ 168.016) x 100 = % 3.83 Soda = (9.020/ 168.016) x 100 = % 5.37 Bor oksit = (20.564/ 168.016) x 100 = % 12.34 Olarak bulunur. Örnek: Aşağıdaki hammaddelerden cam kompozisyonunu hesaplayınız. Hammaddelerin saf olduğunu varsayıp, daha önce verilen dönüşüm faktörlerini kullanınız. Ağırlıklar (kg) Hammaddeler 110 Kum SiO 2 34 Potasyum Oksit 66 Kırmızı Kurşun 2 H 3 BO 3 50 Cam kırığı (%55 silika,%32 PbO, %12 K 2 O, %1 B 2 O 3 ) Şimdi birlikte ergitildikten sonra camda kalan cam oksitlerinin miktarını aşağıdaki gibi hesaplayabiliriz. 110 kg kum 110 kg SiO 2 34 kg K 2 CO 3 34 x 0.681 = 23.154 kg K 2 O 66 kg Pb 3 O 4 66 x 0.977 = 64.482 kg PbO 2 kg borik asit 2 x 0.563 = 1.126 kg B 2 O 3 50 kg cam kırığı 50 x 0.55 = 27.7 kg SiO 2 50 x 0.32 = 16 kg PbO 50 x 0.12 = 6 kg K 2 O 50 x 0.01 = 0.5 kg B 2 O 3 Oksitler (kg cinsinden) Hammaddeler Ağırlık SiO 2 K 2 O PbO B 2 O 3 Kum Potasyum Karbonat Kırmızı Kurşun Borik Asit Cam Kırığı 110 34 66 2 50 110 27.7 23.15 6 64.482 16 1.126 0.50 TOPLAM 137.7 29.150 80.482 1.626 Bu durumda elde edilecek camın teorik komposizyonu Silika = (137.7 / 248.758) x 100 = % 55.3 K 2 O = (29.150/ 248.758) x 100 = % 11.7 PbO = (80.482/ 248.758) x 100 = % 32.4 Bor oksit = (1.626/ 248.758) x 100 = % 0.7 Olarak bulunur. ÖZET Cam kompozisyonu seçilirken aşağıdaki 4 unsur göz önünde bulundurulur. 1. Nihai üründe aranan özellikler (kimyasal dayanımı ve genleşme katsayısı gibi) 2. Ergitme Koşulları (kolay erimesi istenen camlarda akışkanlık yüksek olmalı) 3. Şekillendirme koşulları (çalışma aralığının uzun ya da kısa olması) 4. Fiyat (belirli taviz dengeleri göz önünde bulundurularak son kompozisyon belirlenir) Hammaddelerin sınıflandırılması Hammaddeleri ana hammaddeler ve yardımcı hammaddeler olarak ikiye ayrılabilir. a) Ana hammaddeler, ana bileşenleri sağlayan ve harmana genel olarak %1’in üzerinde giren hammaddelerdir. b) Yardımcı hammaddeleri ise genellikle %1’in altında giren ve aşağıdaki amaçlarla kullanılan maddeleridir. 1. Afinan maddeler: ergimiş camın gaz kabarcıklarından arınması sağlamak için kullanılır. (Na 2 SO 4 , NaCl vb) 2. Renklendiriciler ve renk gidericiler: cama renk veren veya istenmeyen renkleri maskelemek için kullanılan maddeleridir. 3. Oksidan maddeler: Ana görevi harmandaki organik kirlilikleri oksitlemek ve demir oksiti cama daha az renk veren Fe 2 O 3 ’e çevirmek. (Na 2 SO 4 , NaNO 3 , Sb 2 O 3 , CeO 2 vb) 4. İndirgen maddeler: Ergitme işleminin indirgen koşullarda yapılmasını sağlayan maddeler. (C, S, vb) Hammadde Kaynakları Cam üreticileri, cam oluşturan harman kompozisyonunu sağlayabilmek için gerekli olan hammadde kaynaklarını bulup işletmek veya satın almak durumundadır. Hedefleri, yeterli miktarda ve istenilen kalitede hammadde temin etmektir. Hammaddelerin kimyasal ve fiziksel özellikleri bakımında homojen olması ve fiyatının ekonomik olması istenir. Cam üretimi için gerekli olan hammaddeleri kendi üreten firmalar kalitenin ve homojenliğin yanı sıra yeterli miktarda rezervi bulmak, temin etmek ve en ekonomik şekilde üretimini yapmak durumundadır. SİLİS KUMU Cama SiO 2 veren 3 hammadde kaynağı silis kumu, feldspat ve yüksek fırın cürufudur. Sözü edilen son iki madde aynı zamanda alüminyum oksit kaynağıdır ve bunlar ergitme ve/veya afinasyonu kolaylaştırıcı hammaddelerdir. Cam yapımında kullanılacak, istenilen fiziksel ve kimyasal özellikteki silis kumu yatağını bulmak çok zordur. Öncelikle bir takım arama metotları ile kum rezervi ve kalitesini tespit etmek gerekir. Kum yatakları, toprak, kil, kalker gibi kaldırılacak bir örtü altında bulunur. Buna dekapaj malzemesi denir. Türkiye’de cam fabrikalarında kullanılan silis kumu üç sınıfta toplanmaktadır. a) Pencere camı ve empirme cam imalatında kullanılan silis kumu b) Sınai kapı üretiminde kullanılan silis kumu c) Zücaciye üretiminde kullanılan silis kumu Tüm hammaddelerde olduğu gibi silis kumunda da KALİTE olarak tanımlanan terime çok dikkat etmek gerekir. Cam yapımında kullanılan silis kumunun kimyasal ve fiziksel özellikleri belirlenmiştir.. Kalite için kimyasal olarak silisin (SiO 2 ) en yüksek değerde, alüminyum oksit ve demir oksitin en düşük değerde olması beklenir. Kullanılacak cam tipine göre kumda istenen seviyeler şöyledir. Tablo 1 Arzu edilen ideal değerler %ağırlık Fe 2 O 3 Al 2 O 3 Optik kurşun kristali 0.009-0.011 0.0001-0.0002 Borosilikat, kozmetik şişeler 0.015 0.0002 Soda-kireç-silis zücaciye, aydınlatma 0.013 0.0003 Renksiz sınai kaplar 0.035 0.012 TV tüpü, düz cam 0.100 0.0010 Renkli sınai kaplar 0.200-0.300 0.0010-0.0020 Her ne kadar kimyasal özellik kullanılmakta olan kumun seçiminde önemli bir rol oynuyorsa da, fiziksel özelliklerde çok önemlidir. Fiziksel özellikler kumun tane ebadının sınıflandırılmasıdır. Kullanılacak kum önceden kararlaştırılan franksiyonlarda bir elek setinden geçirilir. Genel olarak silis kumunun 0.5 mm ile 0.074 mm arasıdan olması istenir. 0.5 mm nin üzerinde hiçbir tanenin olmaması gerekir. Kumun içinde iri taneler olursa bunlar fırında tam olarak ergiyemez, çekilen nihai cam plakası üzerinde katı bir Taş parçası olarak görünür. Kum partikülleri çok ince olursa, ergitme prosesinde alev ve atık gazlar tarafından uzağa savrulur ve fırın içindeki bazı kısımlar üzerinde zarar verici etki yaratır. Türkiye’de cam yapımında kullanılan kum çeşitlerinin ocaktan çıkarıldıktan sonra ve arıtma tesislerinde safsızlıklarından arındırıldıktan sonraki kimyasal analizleri diğer slaytta verilmiştir. Fiziksel analiz sonuçları daha sonraki slaytta yer almaktadır. ? Maden ocaklarından üretilen silis kumu, fiziksel ve kimyasal özellikleri bakımından kullanıma uygun değildir. Cam harmanında kullanılabilecek hale getirmek için tesislerde zenginleştirme denilen bir işleme tabi tutulur. ? Zenginleştirme tesisine beslenecek kumun belirli fiziksel ve kimyasal düzeye getirilebilmesi için tesis stoklarında parçalanması gerekir. Aksi taktirde nihai üründe istenilen fiziksel ve kimyasal değerleri elde etmek mümkün olmaz. ? Bu tesislerde 3 tip cam için ayrı ayrı zenginleştirme metodları uygulanır ve çıkan nihai ürün ayrı ayrı stoklanır ? Fabrikalarda kullanılabilecek fiziksel ve kimyasal kompozisyona getirilen kum sevk edilir. ? Tahmin edebileceğiniz gibi cam üretiminin gerektirdiği ölçüde saf kum kaynaklarını bulmak imkansız değilse de güçtür. ? Hammadde kaynakları, kuvarsit taşından, ince taneli kuma kadar çok çeşitli formlarda olabilir. Hammadde kaynakları açık veya diğer tabakaların altında bulunabilir. Killi veya kilsiz olabilir. Bu nedenle silisyum dioksit elde etmek için sadece hammadde çıkarma metotları değil, cam üretimine uygun hale getirmek için kullanılan zenginleştirme metotları da farklıdır. ? Bir sonraki slaytta üretin ve zenginleştirme amaçlı kullanılan bazı yöntemler özetlenmiştir.