Üretim Teknikleri ve Teknolojisi Cam Üretim Teknolojileri_Part5 Yukarıda belirtilen prosesler uygulandıktan sonra kum kurumaya bırakılır. Bu işlem iki veya üç yolla yapılır. a) Tabii drenaj; kum üst üste yığılarak koni şeklinde tepe haline getirilir. Su hemen dibe süzülür, bu yöntemle kumun rutubeti hiçbir zaman %4,5’in altına düşmez b) Kum tesislerinde zenginleştirildikten sonra nihai ürün düşey beton silolara alınır. Aynı anda alkopol denilen kimyasal madde ilave edilir. Bu silo içinde bekleyen kumun drenajını hızlandırır. Rutubet 3-4 günde % 5-6 seviyesine iner. c) Kum, tüm rutubetini gidermek için kafi derecede ısıtılmış kurutucu içine konulur. ALÜMİNYUM OKSİT Alüminyum oksit camda genellikle küçük oranlarda bulunur. %4’ten büyük olduğu durumlar çok nadirdir. Cam yapımında kullanılan alüminyum oksit genellikle aşağıda belirtilen formlarda bulunur. a) Kalsine veya hidrate alümina b) Feldspatlar veya nefelin syenit gibi mineraller c) Yüksek fırın cürufu a) Feldspatlar Feldspatlar alümina içeren tabi kaynaklardır. R 2 O,Al 2 O 3 .6SiO 2 formülü ile tanımlanmakta olup, düşük oranda CaO ve bazen Mg ihtiva ederler. Bu formülde R, Na ve K elementlerini ifade eder. Feldspat türleri içerdikleri R grubuna bağlı olarak, sodyumlu feldspat veya potasyumlu feldspat olarak adlandırılır. Bu iki tür için % ağırlıkça bileşim aşağıdaki gibidir. Sodyum ağırlıklı feldspat: %68.5 SiO 2 , %19.5 Al 2 O 3 , %12 Na 2 O Potasyum ağırlıklı feldspat: %65 SiO 2 , %18 Al 2 O 3 , %17 K 2 O Bu yüzdelerin aşağıdaki gibi hesaplanması mümkündür. Na 2 O.Al 2 O 3 .6SiO 2 = Na 2 O + Al 2 O 3 + 6 SiO 2 524 = (2x23+16)+(2x27+3x16)+6(28+2x16) 524 = 62 + 102 + 360 %100 = %12 + %19.5 + %68.5 Bunun sonucu olarak feldspatlar, nihai camda istenen alüminyum ve K 2 O-Na 2 O oranına bağlı olarak sınırlı miktarlarda kullanılabilir. Ülkemizde cam fabrikalarında kullanılan feldspatlar bundan sonraki slaytta gösterilmiştir. Tablodan da görüleceği gibi camda kullanılan feldspatları fiziksel ve kimyasal özellikleri çok önemlidir. Özellikle Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 ve rutubet oranı bu maddeler için çok önemli olup, üretilen cam cinsine bağlı olarak değişmektedir. Feldspatlar madencilikte açık ocak yöntemi ile üretilir. Feldspat üzerindeki kayaç veya toprak dekapaj yapılır. (iş makinası ile kesme ve itme suretiyle veya çıkan dekapaj kamyonla başka bir yere taşınır). Daha sonra patlayıcı madde ile atım yapılarak feldspata ulaşılır. Ancak elde edilen Feldspat bu haliyle kullanıma uygun değildir. Tesislerde uygulana zenginleştirme yöntemleriyle kullanılabilir hale getirilir. Uygulanan zenginleştirme yöntemi sırasıyla, kırma, öğütme, eleme ve kurutma basamaklarında oluşur. YÜKSEK FIRIN CÜRUFU Cam harmanına alüminyum kaynağı olarak ilave edilmese de belli bir cam kompozisyonuna ulaşmak için yüksek fırın cürufu kullanılıyorsa, bu maddeden gelecek cürufunda dikkate alınması gerekir. Yüksek fırın cürufu adından da anlaşılacağı gibi cam yapımında kullanılan bir yan üründür. Bu madde çoğu zaman ergitme ve afinasyon hızlandırıcı olarak kullanılır. Ancak yüksek oranda renklendirici içerdiğinden cam renginin önemli olduğu durumlarda kullanılmaz. Şişe yapımında kullanılan cam harmanlarına kum ağırlığının 1/10 kadar ilave edilebilir. Böylece alümina ve alkali oksit temini için diğer hammaddelere olan ihtiyaç azalır Aşağıda yüksek fırın cürufu için tipik bir kimyasal analiz verilmektedir % SiO 2 35.5 Al 2 O 3 12.75 Na 2 O 0.4 K 2 O 0.6 CaO 42.0 MgO 6.0 Fe 2 O 3 0.25 MnO 0.5 TiO 2 1 S 1 SODYUM OKSİT Sodyum oksitin en yaygın olarak bilinen kaynakları sodyum karbonat, sodyum sülfat ve sodyum nitrattır. Son iki hammadde esas olarak ergitme ve afinasyon kolaylaştırma amacıyla kullanıldığından, üzerinde durulması gereken madde sodyum karbonattır. Sodyum karbonat tabiatta doğal olarak bulunabileceği gibi sentetik olarak ta SOLVAY metodu ile üretilebilir. Solvay metodun da tuz çözeltisi, sodyum bikarbonat (NaHCO 3 ) vermek üzere, amonyak ve karbondioksit ile reaksiyona girer. Elde edilen sodyum bikarbonatın kontrollü Olarak ısıtılması sonunda ağır yada hafif soda üretmek mümkündür. Cam yapımında tercih edilen, tane iriliği nedeni ile daha az tozuma yapan garnül tipte ağır sodadır. Genel olarak tipik bir sodanın kimyasal analizi aşağıdaki gibidir Bileşik % Ağırlık Na 2 CO 3 99.40 NaCl 0.30 Na 2 SO 4 0.02 Fe 2 O 3 0.0015 Genel olarak tipik bir sodanın elek analizi aşağıdaki Gibidir Elek açıklığı (mm) % ağırlık olarak elek üstü 1.000 1.0 0.500 13.7 0.250 51.0 0.125 29.1 0.062 4.5 0.063 ‘ü geçen 0.7 KALSİYUM OKSİT Kalsiyum oksitin iki temel hammadde kaynağı vardır. Bunlar kalker ve dolomittir. Dolomit cama aynı zamanda magnezyum oksitte verir. Kireç taşı (CaCO 3 ) Soda-kireç-silis cam harmanında diğer önemli girdilerden biri olup, kalsiyum karbonattan oluşur. Kireç taşı, Kırklareli-Kapaklı bölgesinde açık ocak yöntemiyle üretilmektedir. Anadolu Cam’da bulunan kireç taşı da Mersin Karadiken bölgesinden çıkarılır Kireçtaşı üzerinde örtü olmayıp yüzeydedir. Kireç taşında delikler açılır ve içi patlayıcı ile doldurulur. Atım yapıldıktan sonra çıkan kalker Trakya Cam fabrikasında öğütme tesislerinde stoklanır. Buradaki tesislerde yıkama, kırma, eleme işlemlerinden geçirildikten sonra -2 mm + 0.074 mm ebadına getirilen kireç taşı kapalı silolarda stoklanır. Rutubet % 1 max olarak fabrikalara sevk edilir. Kumda ve Feldspatta da olduğu gibi kireç taşında da kimyasal ve fiziksel özellikler oldukça önemlidir. Kullanılan kireç taşının fabrikalara göre kimyasal ve fiziksel özellikleri bundan sonraki slaytlarda verilmiştir. Dolomit Cam harmanında önemli girdilerden biri olup, kalsiyum ve magnezyum karbonattan oluşur. Dolomit, Marmara adası, Kırklareli Kapaklı Bölgesi, Mersin Arslanköy-Yarca Köyü mevkiinde açık ocak şeklinde üretilmektedir. Dolomit üzerinde örtü tabakası olup, dekapaj yapılmaktadır. Dolomitte wagon-drill’lerle delikler açılır, bu delikler patlayıcı ile doldurulur ve atım yapılır. Üretilen dolomit, Trakya Cam Öğütme tesislerinde stoklanır. Burada yıkama, kırma, kurutma, eleme işlemlerinden geçirildikten sonra , tane ebadı -2 mm ile +0.074 mm arasına getirilir ve kapalı silolarda stoklanır. Rutubet %1 max olacak şekilde silolardan fabrikalara sevk edilir. Üretilen dolomitlerin fabrikalara göre kimyasal ve fiziksel özellikleri bundan sonraki slaytlarda verilmiştir. POTASYUM OKSİT Camda bulunan potasyum oksidin en büyük kaynağı her ne kadar bir miktar feldspatdan gelse de esas kaynağı potasdır. Kurşunlu kristal camlarda feldspat uygun değildir. Bu nedenle sentetik olarak üretilmiş potasyum bikarbonat da zaman zaman kullanılır. Potasyum Karbonat (K 2 CO 3 ) Genellikle potas olarak isimlendirilen potasyum karbonattır. Batı Avrupa genellikle tabii olarak bulunan potasyum klorür rezervlerinden elde edilir. Kalsine ve hidrate formlarda satışa sunulur. Kalsine potas hava %1-2 oranında rutubet çeker, yüzeyi önce ufalanır daha sonra yapışkan bir hal alır. Bu nedenle atmosferik şartlardan ve diğer rutubet unsurlarında korunmalıdır. Aşağıdaki tabloda ticari kalitedeki potas’a ait kimyasal analiz sonuçları yer almaktadır. Safsızlık olarak potasyum klorür ve Fe 2 O 3 içermektedir. KURŞUN OKSİT Cam yapımında kullanılan kurşun oksidin temel kaynağı kırmızı kurşundur. Fakat litarj ve kurşun silikatlarda kullanılır. Kırmızı kurşun Bu , kurşunun Pb3O4 yapısına sahip olan oksit bileşiğidir. PbO formuna kıyasla daha fazla oksijen içermektedir ve bu cam yapımı için elverişli bir durumdur. Kırmızı kurşun, ergimiş kurşunun kontrollü şekilde oksidasyonu ile elde edilir. Sağlık sorunları yaratabilir, toksiktir ve ince tane iriliği nedeniyle havada toz halimde kalma eğilimindedir. Nakil araçları ve giysilere bulaşabilir. Bu nedenle kırmızı kurşunun yağ ile nemlendirilmesi yoluna gidilebilir. Litarj Kurşunun sarı renkli ve PbO formülüne sahip oksijen bileşiğidir. Kurşun silikatlar Bunlar kurşunla silisin oluşturduğu bileşiklerdir ve çok çeşitli kimyasal kompozisyonlarda bulunabilir. Tribazik kurşun silikat 3PbO.SiO 2 yapısına sahiptir. Kurşun monosilikat ise PbO.SiO 2 ve 2 PbO.SiO 2 karışımıdır. Bu kurşun silikatlar granül yapıdadır ve tozumaları kırmızı Kurşuna kıyasla daha azdır. Ergime sıcaklıkları düşüktür ve kırmızı kurşuna kıyasla fırın atmosferine daha az zarar verirler. BOR OKSİT Borosilikat camların yapımında kullanılan bor oksidin ana kaynağı borik asittir. Yüksek miktarlardaki sodyum oksit tolere edilebilirse, bu durumda bor oksit kaynağı borakstır. Doğru oranlarda bor oksit ve sodyum oksit elde edebilmek için borik asit ve boraks karışımı kullanılır. Bir diğer bor oksit kaynağı ise kolemanittir. Boraks Boraks, sodyum tetraborattır ve anhidrit (NaB 4 O 7 ) veya hidrate (Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O) formlarında bulunur. Dünyadaki önemli boraks yatakları ABD ve ülkemizde bulunur. Bunlar sodyum ve kalsiyum boratlar ile magnezyum kloro borat içerirler ve su ile ekstrakte edilebilirler. Kristallenmede birincil ürün boraksdır. Kolemanit Bu mineral kalsiyum borattır (Ca 2 B 6 O 11 .5H 2 O). Bor oksidin yanı sıra yüksek oranda kalsiyum içermesi gereken cam elyaf üretiminde kullanılır. Borik asit Borik asit H 3 BO 3 yapısında sahip olup, gerçekte hidrate olmuş bor oksittir (B 2 O 3 .3H 2 O). Kolemanit ve boraks, borik asit vermek üzere sülfürik asit ile tepkimeye sokulur. Borik asit daha sonra kristallendirilerek, santrifüjlenir, yıkanır ve saf ürün halinde kurutulur. DİĞER HAMMADDELER VE RENKLENDİRİCİLER Sülfatlar Sodyum sülfat harmana ilk kez Leblenc metodu ile üretilen soda aracılığı ile girmiştir. Soda üretiminde Solvay yöntemi kullanılmaya başladıktan sonra daha önceki ergime hızlarını elde etmek için harmana sülfat ilave edilmesi gerektiği görülmüştür. Sodyum sülfat sentetik olarak elde edilebildiği gibi, doğal olarak ta mevcuttur. Bu halinde sodaya oranla daha yüksek düzeyde demir oksit içerir. Cam yapımında kullanılan bazı sülfaların kimyasal analizi bir sonraki slaytta verilmiştir. Nitratlar Potasyum ve sodyum nitrat ergimiş cama oksijen vermek amacı ile kullanılır. Potasyum ve sodyum nitrat kullanımı seçilen ana cam kompozisyonu ile ilişkilidir. Örneğin kurşunlu camlarda potasyum karbonat kullanılır. Bir sonraki slaytta cam yapımında kullanılan bazı nitratların kimyasal bileşimi verilmiştir. Florürler Opal cam yapımında kriyolit (NaAlF 6 ), kalsiyum florür (CaF 2 ), sodyum florür (NaF) ve sodyum siliko florür (Na 2 SiF 6 ) gibi florür bileşikleri kullanılır. Kriyolit %94 oranında Sodyum alüminyum florür (Na 3 AlF 6 ) florspar ise %97 oranında kalsiyum florür içerir Çinko oksit Çinko oksit, cam yapımında camın kimyasal dayanıklılık açısından kayba uğramadan viskozitesini düşürmek için kullanılır. Ayrıca rubi ve oranj renkli camların önemli bir bileşenidir. Çinko oksitin genellikle beyaz ve saf halde (%99.5) olması istenir. Antimon ve Arsenik oksit (As 2 O 3 ve Sb 2 O 3 ) Bu oksitler, bazı camlarda genellikler oksijen kaynağı nitratlarla birlikte afinasyon maddesi olarak kullanılır. Arsenik ve antimon oksitler maden filizlerinden elde edildikten sonra saflaştırılmış halde kullanılır. Renklendiriciler Hassas ve sürekliliği olan renkler elde edebilmek için bu oksitler harman içine saf olarak ve oksit formunda ilave edilir.