Kireçtaşı ve kil dünyada en yaygın bulunan malzemelerdendir. Killerin kireçtaşına göre avantajı, kalsinasyon sırasında herhangi bir CO2 emisyonu üretmeyen alümino-silikat bazlı olmalarıdır. Killerin işlem sıcaklıkları (750-850°C), çimento klinkerleştirme işlemine (1450°C) kıyasla önemli ölçüde daha düşük olduğundan, kalsine kil kullanıldığında (LC3 tipi çimento) CO2 emisyonları standart CEM I tipi çimentoya kıyasla %40’a kadar azaltılabilmektedir. Bu nedenle kalsine edilmiş veya aktifleştirilmiş kil, karbon nötr çimentolara giden yolda önemli bir katkı sağlayabilmektedir ancak aynı zamanda aşağıda belirtilen zorluklara da neden olabilmektedir:
Aktivasyon enerjisi için gerekli termal enerji genellikle fosil yakıtlardan temin edilmektedir.
Emisyonları azaltmak için gerekli ikincil önlemler (CO2, NOx, SOx vb.) tesis tasarımını karmaşık hale getirir ve hem sermaye giderlerini hem de işletme giderlerini artırır.
AFR’nin kullanımı teknik sınırlamalara tabidir.
Kalsinasyon, uygun kaolinit içeriğine (genellikle ≥%40) sahip kil gerektirmektedir.
Kalsine edilmiş kil kullanımı örneğin betonda artan su ihtiyacı gibi başka sorunlara yol açabilir.
Mekano-kimyasal süreçler 1882 gibi erken bir tarihte Matthew Carey Lea tarafından tanımlanmıştır. Mekanik kimya klasik öğütmenin ötesine geçmektedir. Rittinger aşaması olarak da bilinen klasik ultra ince öğütme, mekanik kimyadaki toplam üç adımdan yalnızca ilkidir. Malzemeye özel parçacık boyutu sınırına ulaşıldığında daha fazla ufalama artık mümkün değildir. Bunun yerine parçacıklar daha fazla enerji girişiyle plastik olarak deforme olur. Bu ikinci aşama, malzemenin aktivasyonunun gerçekleştiği zamandır. Aynı zamanda değişiklikler ince taneciklerin başlangıçta toplanmasına da yol açar. Bu aşamada spesifik yüzey alan maksimuma ulaşır. Kristal kafes yapısının tahrip olmasıyla oluşan yeni yüzey alanı (artan amorfizasyon derecesi ile fark edilir) ve topakların oluşumu nedeniyle azalan yüzey alanı dengelenir.
Üçüncü aşamada, stabil topakların oluşumu baskın olduğundan spesifik yüzey alanı azalır. Bu, özellikle kilin çimentoda kullanımı açısından süreçte son derece önemli bir adımdır. Mekano-kimyasal aktivasyon sırasında kristal su ve/veya hidroksil gruplarının dışarı atılmadığını veya sadece çok az dışarı atıldığını belirtmek de önemlidir. Bunun yerine kserojeller veya ara katman suyu oluşur. Bu, kalsinasyondan açık bir farktır. Kalsinasyon sırasında kil minerallerinde yapısal ve kimyasal değişiklikler termal enerjiden kaynaklanmaktadır ancak mekano-kimyasal yöntemiyle aktive edilen killerde değişiklikler mekanik olarak indüklenen enerji yoluyla meydana gelmektedir. Sonuç, Gibbs serbest enerjisinde bir artış ve kil minerallerinin aktivasyonudur.
Killerin mekano-kimyasal aktivasyonunun, özellikle kil aktivasyonu için kalsinasyona tamamlayıcı bir alternatif teşkil ettiği açıktır. Enerji fiyatına bağlı olarak, mekano-kimyasal olarak aktifleştirilen kil, ekonomik olarak üretilebilir ve mineral katkı olarak kullanıma hazır hale getirilebilir. Ölçek büyütme etkileri dikkate alındığında, mekano-kimyasal aktivasyon için spesifik enerji tüketiminin termal aktivasyon ile aynı aralıkta olması muhtemeldir. Mekano-kimyasal yöntemle aktifleştirilen killerin başlıca avantajları şunlardır:
Aktivasyon herhangi bir kil ile çalışır, yani ör. illit 2:1 kil veya kalkerli kil de etkili bir şekilde aktive edilebilir.
Öğütme ve aktivasyon tek bir işlem ve tesiste gerçekleşir.
Bu yöntem ölçeklenebilir, modüler ve esnektir;
Aktivasyon süreci tamamen elektrik enerjisine bağlıdır. Fosil yakıtlara bağlılık zorunlu değildir.
Kalsine kile kıyasla daha düşük su ihtiyacına neden olabilir ve daha yüksek erken dayanım gösterebilir.
BetonveCimento.com için Patreon üzerinden destekte bulunmak ister misiniz?
İnş.Yük.Müh. olan Yasin Engin, lisans ve yüksek lisans eğitimini Boğaziçi Üniversitesi'nde tamamlamıştır. 16 yıldır beton ve çimento sektöründe çalışmaktadır. Web sitesindeki tüm yayınlar Yasin Engin tarafından paylaşım amacıyla hazırlanmıştır. Yayınlar kaynak gösterilerek kullanılabilmektedir.
(yasin.engin@gmail.com)
