Yapı, İnşaat ve Sanayi Sektörünün Vazgeçilmezi: Kireçtaşı
Doğada bol miktarda bulunması ve ucuzluğuyla dikkat çeken kireçtaşı, kirecin hammaddesi olmasının yanı sıra çok çeşitli sanayi ürünlerinin imalat proseslerinde kullanılıyor. Deniz, göl veya okyanus havzalarında çökelen organik kalıntıların milyonlarca yıl basınç altında kalması veya kalsiyum iyonunun suda çözünen karbon dioksitle reaksiyonu girmesi sonucunda oluşan bu mucizevi madde, günümüz kireç üretiminin temelini oluşturuyor.
Bir önceki sayıda yayınlanan ‘Kireçtaşının oluşumu ve özellikleri’ adlı makalenin devamı olan; kireçtaşının kullanım alanlarını ve istenen kireçtaşı özelliklerini incelediğimiz bu bölümde Dr. Levent Lokman yine çok değerli bilgiler paylaştı.
5. Kireçtaşının kullanım alanları ve istenen kireçtaşı özellikleri
Bugün dünyada kullanılan kireçtaşı miktarının kabaca 4,5 milyar ton olduğu tahmin ediliyor. Türkiye’de ise bu miktar 377 milyon ton civarındadır.
Görüldüğü gibi kireçtaşının ana kullanım alanları aşağıdaki gibidir;
İnşaat & Yapı sektörü (284500000 t),
Çimento üretimi (78900000 t),
Sanayi & Çevre rehabilitasyonu & Tarım sektörleri (10000000 t)
Kireç üretimi (4000000 t)
5.1 Kireç üretimi için kullanılan kireçtaşının özellikleri
Kireç, en az yüzde 90 CaCO3 içeren kireçtaşının kireç fırınlarında 900-1000 °C’ın üzerinde kalsinasyonu sonucunda kalsiyum oksite (sönmemiş kireç) dönüşmesiyle elde edilir.
Sönmemiş kireç üretimi için kullanılacak kireç taşının başlıca kalite karakteristikleri şunlar olmalıdır:
a) Mukavemet ve aşınma direnci: Kireçtaşının mekanik mukavemeti, aşınma direnci ve ayrıyeten ısıya ve iklim şartlarına karşı dayanıklılığı yüksek olmalıdır. Mekanik mukavemeti düşük kireçtaşı, kırma, eleme işlemleri veya kalsinasyon sırasında ufalanarak fırının bloke olmasına yol açar. Aşırı soğuklarda kireçtaşı gözeneklerinde donan su, kireçtaşını parçalar.
b) Termal çözünme direnci: Isıya dirençsiz kireçtaşları 900 ˚C altında veya kalsinasyon sırasında ufalanabilir. Bu durum, harmanın gözenekliliği azalttığı gibi kalsinasyon ve soğutma işlemine de olumsuz etki eder. Artan tozlaşma, üretim verimini düşürür.
c) Kalsinasyon hızı: Belli bir üretim hızında düşük kalsinasyon hızına sahip kireçtaşı ya daha uzun bir kalsinasyon zonu ya da daha yüksek zon sıcaklığı gerektirir (Kalsinasyon hızı, Diferansiyel Termo Analiz yöntemiyle belirlenebilir).
d) Sönmemiş kirecin reaktivite hızı: Kalsinasyon şartları aynı olmasına rağmen değişik orijinli kireçtaşlarının farklı safsızlıkları içermesi ve değişik kristal/gözenek yapısına sahip olması, sönmemiş kirecin reaktivite hızını etkiler. Bu durum, sönmemiş kirecin belli bir reaktivite hızı gerektiren bazı uygulamaları için uygunluğu olabilir.
e) Safsızlıklar: Kireçtaşından kaynaklanan yüksek oranlardaki SiO2, Al2O3, Fe2O3 gibi safsızlıklar, yalnızca serbest CaO miktarını aşağıya çekmekle kalmaz aynı zamanda 1200 ˚C’nin üzerindeki kalsinasyon sıcaklıklarında curuf etkisi yaparak sönmemiş kirecin reaktivitesini de düşürür.
f) CaCO3 oranı: Kireçtaşındaki CaCO3 oranının genellikle % 97’den fazla olması arzu edilir. MgCO3 miktarının ise otoklav endüstrisi, PCC üretimi gibi bazı sanayi dallarında %2’yi geçmesi istenmez. İçme suyu arıtımında kullanılan kireçtaşında ise As, Cd, Pb, Hg gibi sağlığa zararlı elementler belli limitleri aşamaz.
g) Kükürt: Kireçtaşı içindeki kükürt, gerek emisyon problemi gerekse demir-çelik üretimi için kırılganlığa neden olduğundan istenmez (max.0.01).
h) Partikül ebatları: Kireçtaşının partikül ebatları fırınla uyumlu olmalıdır (geometri genelde:2/1 veya 3/1). Daha büyük ebatlar, ürün kalitesini ve ton başına enerji tüketimini artırarak verimliliği düşürür (kalsinasyon süresi uzar, porozite azalır).
i) Temizlik: Kireçtaşı temiz olmalı, tozlaşmaya dikkat edilmelidir (çevre kirliliği standartları dikkate alınmalıdır).
5.2 Çimento üretimi için kullanılan kireçtaşının özellikleri
Portland çimento üretimindeki klinker oluşumunun bir bileşeni, silika, alumina ve demir oksidin dışında kalsiyum oksittir. Bu amaçla bir ton çimento üretimi için yaklaşık bir ton kireçtaşı kullanılır.
Portland çimentosu yapımında kullanılan ana hammadde klinkerin kimyasal bileşimine en uygun olan % 75 -76 CaCO3 içeren marnlı kalkerdir (killi kireçtaşı). Kireçtaşındaki silisyum, aluminyum ve demir safsızlıklarının bir problem teşkil etmemesine karşın MgO oranının klinkerleşme sırasında reaksiyona girmeyen sert kristallere dönüştüğünden % 3-5’i geçmesi istenmez.
5.3 İnşaat & Yapı Sektörü için kullanılan kireçtaşının özellikleri
a) Beton üretimi
*Beton üretiminde kullanılan belli tane büyüklüğünde ve kübik yapıdaki kireçtaşı (mıcır veya kalker kumu şeklinde), pürüzlü ve gözenekli yüzey yapısıyla çimento matrisinin yapışma özelliğini kuvvetlendirerek mekanik mukavemetini artırır, sertleşmeyi hızlandırır, yangınlara karşı optimal güvence sağlar.
Kireçtaşı agregasının su emme oranı % 2,5 -3’ü geçmemeli (donmaya karşı ideal oran %1), karışım veya sıkıştırmalarda maruz kalacağı yüklere karşı mukavemeti yüksek olmalı, termal salınım, alkalik reaktivite, donma ve ısı değişikliklerine karşı oluşturduğu reaksiyonlar ölçülmeli, betonda çatlak oluşturup oluşturmayacağını gözlemlemek için sodyum, klor ve potasyum hidroksitle reaksiyona girme derecesi belirlenmelidir. Kireçtaşı ayrıyeten organik maddelerden arınmış olmalı, tebeşir, mika, sülfat, pirit gibi safsızlıkları içermemelidir.
b) Yol yapımı
Karayollarının zemininde veya ara tabakalarda kullanılan kireçtaşı agregası, çimento veya bitümlü karışımlar için iyi bir temel oluşturmasının yanı sıra yol yüklerini yayar ve derin tekerlek izi oluşmasını önler.
Yüksek yoğunlukta kübik kireçtaşı agregası (mıcır), asfalt yapımında (bitümlü makadem) geniş ölçüde kullanılır. Kireçtaşının asfalta karşı afinitesini ve diğer uygunluk parametrelerini ölçmek için mekanik mukavemet (aşınma, kırılma, sertlik v.b.), yapışma, su emme (DIN:max.%0.5-1), dona dayanıklılık gibi testler gerçekleştirilir. Agreganın asfalta karşı olan afinitesi, suya karşı afinitesinden büyük olmalıdır. Aksi halde agrega asfalt içinden ayrışarak yolu bozar (DIN-Standartı :24 saat su altında kalan agrega yüzeyinde en az %80 oranında bitüm kalmalıdır).
Gözenek miktarı fazla agrega, çok bitüm emdiğinden istenmez. Kil oranının % 5’i geçmesi durumunda ise agreganın donmaya karşı direnci düşer.
Kireçtaşı agregası kübik formda, temiz, kırılmaya, aşınmaya donmaya, mukavim olmalı, kil, şist, toprak, çözünür tuzlar, alkalituzlar ve organik maddeler içermemelidir.
5.4 Sanayi & Çevre Rehabilitasyonu ve Tarım Sektörü için kullanılan kireçtaşının özellikleri
a) Sanayi
Metalurji: Demir cevherinini aglomerasyonunda ve yüksek fırınlarda curuf oluşturmada kullanılan kireçtaşı, yüksek kalsiyum ve magnezyum karbonata ama düşük kükürt, silis ve fosfora sahip olmalıdır. Kireçtaşı ayrıyeten yüksek fırın şartlarına uygun derecede ısı ve ufalanmaya karşı mekanik direnç göstermelidir.
Kireçtaşı, bakır, kurşun, çinko ve antimon metallerinin rafinasyonunda, aluminyum üretiminde silisyumu bağlamada (Bayer prosesi) önemli bir rol oynar.
Cam, Seramik ve Mineral yünü endüstrisi: Hammadde harmanına katılan kireçtaşı, 2000˚C’ye ısıtılan cam fırınında karbondioksit çıkararak eriyiğin sürkülasyonunu sağlar. Düz cam için yüksek kalsiyumlu kireçtaşı kullanılırken, konteyner camı için magnezyumun asitlere karşı dirençli olması nedeniyle dolomitik kireçtaşı tercih edilir. Demir, cam üretimi sırasında renk problemi oluşturduğundan istenmez.
Seramik prosesinde marl ve ince öğütülmüş kireçtaşı beyazlatıcı ve renk açıcı olarak kullanılır. Mineral yünü üretiminde kullanılan kireçtaşı fiberleşmeyi kolaylaştırır.
NCC/PCC mineral dolgu maddeleri: Beyaz karbonat dolgu maddeleri (WCF), ya yüksek derecede beyaz kireçtaşının 50 mikrondan daha küçük boyutlara öğütülmesi (doğal kalsiyum karbonat: NCC); ya da sönmüş kireci karbondioksitle kimyasal reaksiyona sokarak yapay olarak üretilmesiyle elde edilir (çökeltilmiş kalsiyum karbonat: PCC).
NCC’nin doğal olarak rombik morfolojiye sahip olmasına karşın, PCC’nin partikül yapısı daha çeşitli olabilir. PCC’nin önemli bir avantajı hedeflenen ürün çeşidine göre istenen morfoloji, tane boyutu ve spesifik yüzeyli yapay ürün yaratılabilmesidir