Genel Çimento Endüstrisi Ç İ MENTO END Ü STR İ S İ Ç imento: Su ile kar şt r ld klar nda yava ş yava ş sertle şen mineral kar ş mlar d r . Portland Ç imentosu: Hidrolik kalsiyum silikatlardan olu şan, toz edilmi ş klinkerden elde edilen ü r ü n. Kalsinasyondan sonra su ve ham CaSO4 den ba şka hi ç bir katk i ç ermeyen ç imento. Ancak ü retici iste ğ ine g ö re %1in alt nda di ğ er maddelerden kat labilir. Ç imento Ü retiminde Kullan lan Hammaddeler (2,3): Ç imento ü retiminde kullan lan ana hammaddeler jeolojide sedimenter kaya ç lar olarak bilinen kire ç ta ş , ki l ve marnd r Klinker ü retiminin ana komponentleri olan CaO i ç in kalker ( kire ç ta ş ); ? SiO2, Al2O3, ve Fe2O3 i ç in de kil mineralleri temel kaynaklard r. ? Marn gibi bu d ö rt oksiti b ü nyesinde bulunduran di ğ er malzemeler de ? ç imento hammaddesi olarak kula n lmaktad r. Ç imento ü retiminde kullan lacak hammaddelerin uygunluk dereceleri onlar n ? kimyasal bile şimleri ile orant l d r. Kire ç ta ş bile şeni i ç in kire ç standard bir kriter olarak kullan lmaktad r. Bu de ğ er SiO2, Al2O3, Fe2O3 gibi bile şenler hakk nda bilgi verir ve ayn ? zamanda CaO i ç eri ğ i konusunda da ayd nlat c d r. Kil minerali olarak kullan lacak kaya ç larda silikat ve alumina oran dikkate al narak de ğ erlendirilmektedir. Ç imento Sanayinde kullan lan CaCO3 oran na g ö re yap lan s n fland rma:Ana hammaddeler: Kire ç ta ş Kimyasal bile ş iminde en az %90 CaCO3 (kalsiyum karbonat) bulunan kaya ç lara kalker yada kire ç ta ş ad verilmektedir . Kil K il mineralojik bile şiminde %90’a kadar kil mineralleri bulunan kaya ç lard r. Kil minerallerinin temel ö ze lli ğ i kimyasal bile şimlerinde aluminyum oksit ? (Al2O3) bulunmas ve sulu aluminyum silikatlardan meydana gelmi ş olmas d r. Demir, alkaliler ve alkali topraklarda de ğ i şik miktarlarda yer almaktad r. Marn Kalker ve kilin do ğ ada, %50-70 oran nda kalker ve %30 -50 oran nda kil kar ş m ndan olu şmu ş kayaca marn denilmektedir. Ç imento klinkeri ortalama %70 kalker ve %30 kil i ç eren hammadde ? kar ş m n n ö ğ ü t ü ld ü kten sonra y ü ksek s cakl klarda pi ş irilmesi ile elde edilmektedir. Marn do ğ al olarak bu bile ş imi ta ş d ğ ndan veya bu bile şime ç ok yak n ? ö zellikte bulundu ğ undan ideal ç imento hammaddesidir. Ayr ca kalkere g ö re daha yumu şak olmas nedeniyle kolay ö ğ ü t ü lebilmekte, k rma- ö ğ ü tme i şlemleri s ras nda enerji t ü ketimi d üşü k olmaktad r. Ç imento yap m nda genellikle % 70 kalker ve % 30 kil i ç eren “ Marnl ? Kalker ” kullan lmas klinkerin kimyasal bile ş imine en yak n do ğ al kaya ç oldu ğ u i ç in tercih edilmektedir . Ç imento end ü strisinde Kullan lan Katk Maddeleri (2,3) : Puzzolonik Maddeler Puzzolonik maddeler, kendi ba şl ar na hidrolik ba ğ lay c ö zelli ğ ine sahip olmad klar halde ince olarak ö ğ ü t ü ld ü klerinde nemli ortamda ve normal s cakl kta kalsiyum hidroksitle tepkimeye girerek ba ğ lay c ö zellikte bile ş ikler olu ş turan do ğ al veya yapay maddelerdir. Puzolonik maddelerin ö zelli ğ i; y ü ksek miktarda SiO2 ve Al2O3 i ç ermeleridir . Bu nedenle Ca(OH)2 ile tepkimeleri kolayd r ve bu ö zellikleri nedeniyle ba ğ lay c ö zellik g ö sterirler. Ç o ğ u do ğ al puzolonik maddeler volkanik k ö kenli olup, en ç ok bilineni t ü flerdir. U ç ucu K ü ller U ç u cu k ü ller ya da pulverize yak t k ü lleri, ö zellikle elektrik ü retim tesislerinin pulverize k ö m ü r ile i ş leyen f r nlar n n toz tutma ü nitelerinden sa ğ lanan materyallerdir . K ü resel bi ç imde olup, SiO2, Al2O3 ve Fe2O3 i ç erirler. Di ğ er puzolonik maddeler gibi, C a(OH)2 ile tepkimelerinde hidrolik ba ğ lay c nitelik kazan rlar. Di ğ er taraftan yanm ş karbon kal nt lar n da i ç ermesi olas d r. Bu da ç imento ve beton mukavemetlerine olumsuz y ö nde etki yapar. U ç ucu k ü llerin spesifik y ü zeyi ne kadar b ü y ü kse reaktivitesi de o kadar y ü ksektir. Al ç ta ş (Jips) Al ç ta ş , kimyasal bile şimi kalsiyum s ü lfat olan bir mineraldir. Bile ş iminde iki molek ü l kristalizasyon suyu bulunan t ü r ü ne jips (CaSO4.2H2O) denir. Susuz kalsiyum s ü lfat ise anhidrit (CaSO4) olarak adland r l r . Ç imento sanayi alan nda genellikle jips kullan lmaktad r. ? Gerek jips gerekse anhidrit hi ç bir zaman saf halde bulunmazlar. ? Bu iki mineralden herbiri yar dengeli olup biri di ğ erine d ö n üş ebilmektedir. ? Ayr ca al ç ta ş yataklar na olu şum s ras nda veya sonra dan yabanc ? maddeler kar şm ş olabilir. Bunun sonucu olarak al ç ta ş ancak %85-95 safl kta bulunmaktad r. Ç imento sanayiinde genellikle maden oca ğ ndan ç kt ğ kalitesi ile hi ç bir ? i şleme tabi tutulmaks z n kullan lmaktad r. J j ips yada jibs-anhidrid kar ş m n i ç eren hammaddeler son ö ğ ü tme ? prosesinde %3-5 oran nda klinker ve/veya di ğ er katk maddeleriyle birlikte ö ğ ü t ü lerek de ğ i şik t ü r ç imentolar ü retilmektedir. Al ç ta ş gibi s ü lfat i ç erikli maddelerin kat lmas ç imentonun donma ? s ü resinin ayarlanmas nda et kili rol oynamaktad r. Demir Cevheri Sanayinin en ö nemli hammaddelerinden birini olu şturan demir, saf halde g ü m üş parlakl ğ nda olup kolayca oksitlendi ğ inden do ğ ada serbest halde ender olarak bulunur. Demir cevherleri oksitler, s ü lf ü rler, s ü lfatlar ve kar bonatlar olmak ü zere d ö rt grupta toplan rlar. Kimyasal D ö n üşü mler: S cakl k (oC) Reaksiyon Is de ğ i şimi 100 Serbest suyun buharla şmas Endotermik >500 Birle şik suyun uzakla şmas Endotermik >900 Amorf yap l kil dehidrasyon ü r ü nlerinin kristalizasyonu Ekzotermik >900 Kalsiyum karbonattan CO2 ç k ş Ekzotermik 900-1200 Kil ve kire ç aras ndaki reaksiyon Ekzotermik 1250-1280 S v faz olu şumunun ba şlang c Endotermik >1280 S v la şman n devam ve ç imento olu ş umunun tamamlanmas Denge, EndotermikHamm adde Ü retim Y ö ntemi ve Teknoloji Ana hatlar ile ü retim a şamalar : hammadde ü retim ve haz rlama prosesi 1) pi ş irme prosesi 2) ç imento ö ğ ü tme ve paketleme prosesi 3) Entegre bir ç imento fabrikas nda bulunmas gereken ü niteler (3) : 1-Hammadde Ocaklar 2- K r c Ü nitesi 3- Ö n homojene ve hammadde Stoklama Ü nitesi 4-Hammadde De ğ irmen Ü nitesi 5- Stok ve Homojene Silolar 6- D ö ner f r n ve Klinker So ğ utucu Ü nitesi 7-K ö m ü r Ö ğ ü tme Ü nitesi 8- Ç imento Ö ğ ü tme Ü nitesi 9-Katk K rma Ü nitesi 10- Ç imento Silolar ve Paketleme Ü n itesi Ç imento Ü retim Teknolojileri (2,3): Ç imento ü retiminde ö ncelikle kalker ve kilin belli oranlarda kar şt r lmas ile ? olu şan kar ş m n y ü ksek s cakl klarda sinterle şmesi sonucu klinker denen yar ? mamul madde ü retilir. İ kinci a şamada ise, al ç ta ş , c uruf, puzolan gibi katk lar klinkere ilave edilerek ? ö ğ ü t ü l ü r ve mamul madde olan ç imento ü retilir. Ç imento ü retim prosesleri klinkerin elde edili ş bi ç imine g ö re farkl l k g ö sterir. ? Klinker ü retiminde ba şl ca 3 ana teknoloji mevcuttur. a)Ya ş proses, b)Yar ya ş proses c)Kuru proses’dir.Ya ş Proses: Bu proses y ü ksek oranda nem i ç eren hammaddeler ile ç imento yap m nda ? kullan l r. Ya ş proseste hammadde su ile %45-50 oran nda kar şt r larak ç amur ? de ğ irmenlerinde ö ğ ü t ü l ü r ve bulama ç halinde stoklan r. Ö ğ ü t ü lm üş ve homojene edilmi ş bulama ç hal indeki hammad de ç amur ? pompalar yla d ö ner f r na beslenir.D ö ner f r nda hammadde a şa ğ da belirtilen fiziksel ve kimyasal de ğ i şimlere u ğ rar; 100 C° civar nda hammadde kar ş m suyunu kaybeder. 1) 850 C° civar nda hammadde i ç indeki karbonatlar dekarbonasyona u ğ rar. 2) Dekarbona syon sonucu hammadde kuru a ğ rl ğ n n yakla ş k %35 ‘ini kaybeder. CaCO3 CaO+CO2 1350-1500 C° civar nda dekarbonasyon sonucu olu şan CaO, MgO, SiO2, 3) Al2O3 ve Fe2O3 ana oksitler kendi aralar nda reaksiyona girerek ç imentonun yar mam ü l maddesi olan kli nkeri olu ştururlar. Oksitler aras ndaki reaksiyonlar toplulu ğ u k saca sinterle ş me veya klinkerle ş me deyimi ile ifade edilir. Ya ş sistemde, klinker pi şirme kalorisi 1350-1550 K.Cal/kg klinker ? civar ndad r. Ya ş proses sistemi hammaddenin ç ok nemli olmas du rumunda ekonomik ? olmaktad r. Aksi takdirde ,klinker pi şirme kalorisinin y ü ksek olmas nedeniyle di ğ er sistemlere g ö re ekonomik de ğ ildir. Yar Ya ş Proses: Bu proseste, or anlanm ş olan hammadde kar ş m , hammadde ? de ğ irmenlerinde (Farin de ğ irmenlerinde) 90 m icron elekte %10-17 bakiye b r akacak şekilde ö ğ ü tme ve kurutma i şlemine tabi tutulur. Ö ğ ü t ü lm üş hammadde(farin) stok ve homojene silolar nda stoklan r. ? Farin, granolet ö rde %10-15 aras nda su ile kar şt r larak gran ü l hale ? getirilir. Gran ü l edilmi ş farin , d ö ner f r n giri şindeki lepol zgara sisteminde 650- ? 750 C° kadar s t l r. 650-750C° kadar s t lm ş ve k smen dekorbanize olmu ş farin d ö ner f r na al n r. K smen dekorbanize olmu ş halde f r na verilen farinin f r n i ç indeki ? g e ç irdi ğ i evreler ya ş sistemd eki prosesin ayn s d r. Bu proseste klinker pi şirmede kalori sarfiyat 1100-1200 Kcal/kg ? klinkerdir. Ö n s tmal kuru proseslere g ö re klinker pi şirme kalorisi y ü ksektir. ? Bu nedenle bu sistem kuru prosese g ö re ekonomik de ğ ildir. Ancak ya ş ? sisteme g ö re ekono miktir.Kuru Proses: Kuru prosesde hammadde yar ya ş proseste oldu ğ u gibi ö ğ ü t ü lerek farin ? haline getirilir. Farin ç ok kademeli siklonlardan olu şan bir ö n s t c da s t l r. Burada ? hammaddenin dekorbanizasyonu % 80-90 oran nda tamamlan r. Malzeme daha s onra di ğ er sistemlere oranla k sa boylu bir d ö ner f r nda klinkerle ştirilir ve so ğ utucuya g ö nderilir. Kuru prosesin kullan m , di ğ er proseslere g ö re daha d üşü k olup 750-950 ? kcal/kg klinker dolay ndad r. Klinker pi şirme kalorisinin d üşü k olmas nedeniyle k uru proses mevcut ? ü retim prosesleri i ç inde en ekonomik prosestir.Ref (4) al ntRef (4) al ntRef (3) al ntKire ç (1,5,6) Kire ç ta ş , mermer, tebe şir, dolamit veya istridye kabuklar nda bulunan ? kalsi yum ve ma ğ nez yum karbonatlar nda n elde edilen kalsiyum oksittir . Tibbi ama ç larla, insektisit olarak, havyan yemi ve bitkilerin yetistiri lmesinde, ? gaz absorpsiyon, çö kel tme, dehidratasyon ve kostikle stirme islemleri gibi pek ç ok alanda kullan lan kire ç , har ç olarak ç ok fazla miktarda kul lanilmaktadir. Kire ç , %90'dan daha az CaO i ç ermemelidir. %0-5 MgO ve az miktarda da ? CaC03, Si02, Al203, Fe203 ve biraz da diger safs zl klar i ç erir. Kire ç ta ş n n ü retiminde meydana gelen reaksiyonlar: Kalsinasyon CaCO3 CaO + CO2 + H2O Kire ç ta ş s Kire ç Hidratasyon CaO + H2O Ca(OH)2 + s Ç e ş itleri : S ö nd ü r ü lmemi ş Kalker Kireci (CaO) : S ö nd ü r ü lmemi ş kalker kireci par ç alar haline getirilmi ş tabii kire ç ta ş n n ö zel f r nlarda 900 – 1000°C s cakl kta k zd r lmas suretiyle elde edil en ve su ile muamele edilmesi sonucu s ç kararak s ö nd ü r ü lm üş kalker kireci (kalsiyum hidroksit, Ca(OH)2 haline gelebilen ba ğ lay c bir malzemedir ) . S ö nd ü r ü lmemi ş Dolomit Kireci (CaO + MgO) : S ö nd ü r ü lmemi ş dolomit kireci par ç alar haline getirilmi ş dolomit ik kire ç ta ş n n, ö zel f r nlarda 900 – 1000°C s cakl kta k zd r lmas suretiyleelde edilen ve su ile muamelesi sonucu s ç kararak s ö nd ü r ü lm üş dolomit kireci (Kalsiyum hidroksit + Magnezyum hidroksit, Ca(OH) 2 + Mg(OH)2 haline gelebilen ba ğ lay c bir malz emedir ) . S ö nd ü r ü lm üş Kalker Kireci Hamuru : Kalker kireci hamuru, s ö nd ü r ü lmemi ş par ç a kalker kirecinin s ö nd ü r ü lerek hamur k vam na getirilmi ş halidir.S ö nd ü r ü lm üş Dolomit Kireci Hamuru : Dolomit kireci hamuru, s ö nd ü r ü lmemi ş par ç a dolomit kirecinin , s ö nd ü r ü lerek hamur k vam na getirilmesidir. Ü retimi A ç k maden sahas nda veya bazen da toprak alt maden isletmelerinde, ? kire ç ta ş dina m itlenerek yerinden kopar l r (Op.) Kire ç ta ş ç eneli veya d ö ner k r c da (konkas ö rde) k r l p , boyutu k üçü lt ü l ü r ? (Op.). Ç e şitli b ü y ü kl ü klerin ayr lmas i ç in elenir (Op.). ? B ü y ü k par ç alar n d üş ey f r n n tepesinden f r na doldurulur ( O p.). ? K üçü k par ç alar n d ö ner f r na ta ş n r ( O p.). ? Tar m sal ve di ğ er istekleri kar ş lamak i ç in, toz kire ç ta ş ü retmek amac yla , ? ufak par ç alar n ö ğ ü t ü c ü lere ta ş n r (Op.), Kire ç ta ş n n , b ü y ü kl ü ğ ü ne g ö re, par ç a halinde kire ç vermek ü zere d üş ey ? f r nda veya toz kire ç sa ğ lamak i ç in d ö ner f r nda yak l r (900-1000oC) (Pr.). Haz rlanm ş kire ç ü r ü n iste ğ ine g ö re ya varillere konur veya hidrat ö re ? g ö nderilir (Op.). Kirecin hidrasyonu (Pr.). ? S ö nm üş kirecin, 2 3 kgr'lik ka ğ t paketler i ç inde paketlenir . ?YARARLANILAN KAYNAKLAR : 1. Kire ç ta ş ve kire ç ü retimi, Kimyasal teknolojiler projesi, Proje Y ö neticisi: Pi şkin, S., Y ld z Teknik Ü niversitesi, Kimya Metalurji Fak., Kimya M ü h. B ö l., 2005, İ stanbul. 2. Toros Ç imento San. Ve Tic. A. Ş ., Entegr e Ç imento Fabrikas Proje Tan t m Dosyas , Karaman, 2006. 3. DPT Madencilik Ö zel İ htisas Komisyonu Raporu End ü striyel Hammaddeler Alt Komisyonu Toprak Sanayii Hammaddeleri , IV, ( Ç imento Hammaddeleri) Ç al şma Grubu Raporu , 2001, Ankara. 4 . Kirk-Othmer Encyc lopedia of Chemical Technolgy, 4th Ed. 5. Kimyasal Teknolojiler, Prof.Dr. Aral Olcay, Gazi Kitapevi, 1998, Ankara. 6. Kimyasal Prose s End ü strileri 1, Shreve Brink (Cev. Ç atalta ş, I), İ nkilap-Aka Bas mevi, 1983, İ stanbul.