Thermogravimetric Analysis of Bentonites in Seyitgazi-Eskişehir Region

Abstract

Clay minerals have a significant variety and usage area in the world and in our country. The usage areas of different clay minerals vary according to their properties. In terms of reserves, Çankırı, Tokat, Eskişehir, Kütahya and Ordu provinces stand out as the regions with important reserves in our country. Clay beds in these regions are the source of industrial raw materials for many sectors such as drilling, casting, cement, medicine, cosmetics and construction. Mining is made and evaluated from these reserves according to different clay types and properties. Eskişehir region has an important place in many areas, especially in the oil and natural gas and casting sectors, with its high clay reserves. Especially the bentonites of the Seyitgazi region stand out in terms of usage areas. In this study, geological properties and thermal characterization of bentonites in Seyitgazi-Eskişehir region were examined. Within the scope of the study, bentonite samples (ES-1A, ES-1B, ES-1C, ES-2A, ES-2B and ES-3) were collected from different locations and formations and formation mecha-nisms were examined with geological evaluations. After grinding-screening processes were applied to the collected samples, their characterization studies were made by XRF and XRD analysis. Thermogravimetric analyzes were per-formed under heating rate conditions of 20 0C/min in the range of 25-1200 0C and the results were evaluated in detail. As a result of the results obtained, it was determined that the free water molecules and absorbed pore water in the samples taken from the study area were in the range of 4-14% and moved away up to 200 0C. Also, it was determined that the organic compounds were in the range of 1.5-3.5% and moved away up to 600 0C. The amount of hydroxyl groups and carbon dioxide was in the range of 1-3% and was determined to decompose up to 750 0C. In the thermal analyzes, mass losses varied between 10-19%.

Keywords

• Bentonite
• Thermal Analysis
• Eskisehir
• Clay

Seyitgazi-Eskişehir Bölgesi Bentonitlerinin Termogravimetrik Analizleri

Öz

Kil mineralleri dünyada ve ülkemizce önemli ölçüde çeşitliliğe ve kullanım alanına sahiptir. Farklı kil minerallerinin özelliklerine göre kullanım alanları çeşitlilik göstermektedir. Rezerv bakımından başlıca olarak Çankırı, Tokat, Eskişehir, Kütahya ve Ordu illeri ülkemizdeki önemli rezervlere sahip bölgeler olarak öne çıkmaktadır. Bu bölgelerdeki kil yatakları ise sondaj, döküm, çimento, ilaç, kozmetik, inşaat gibi birçok sektör için endüstriyel hammadde kaynağı olmaktadır. Farklı kil türleri ve özelliklerine göre ise bu rezervlerden üretim yapılmakta ve değerlendirilmektedir. Eskişehir bölgesi yüksek kil rezervleri ile başta petrol ve doğalgaz ile döküm sektörleri olmak üzere birçok alanda önemli yere sahiptir. Özellikle Seyitgazi bölgesi bentonitleri kullanım alanları bakımından öne çıkmaktadır. Yapılan bu çalışmada, Seyitga-zi-Eskişehir bölgesi bentonitlerinin jeolojik özellikleri ile termal karakterizasyonu incelenmiştir. Çalışma kapsamında farklı lokasyonlardan bentonit örnekleri (ES-1A, ES-1B, ES-1C, ES-2A, ES-2B ve ES-3) toplanmış ve jeolojik değer-lendirmeler ile formasyonlar ve oluşum mekanizmaları incelenmiştir. Toplanan örneklere öğütme ve eleme işlemleri uygulandıktan sonra karakterizasyon çalışmaları XRF ve XRD analizleriyle yapılmıştır. Termogravimetrik analizler 25-1200 0C aralığında 20 0C/dk ısıtma hızı koşullarında yapılıp, sonuçlar detaylı olarak değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar neticesinde, çalışma bölgesinden alınan numunelerdeki serbest su moleküllerinin ve absorplanmış gözenek suyunun %4-14 aralığında olduğu ve 200 0C değerine kadar uzaklaştığı belirlenmiştir. Ayrıca, organik bileşiklerin ise %1,5-3,5 aralığında olduğu ve 600 0C değerine kadar uzaklaştığı belirlenmiştir. Hidroksil grupları ve karbondioksit miktarı ise %1-3 aralığında olup, 750 0C değerine kadar ayrıştığı tespit edilmiştir. Yapılan termal analizlerde kütle ka-yıpları %10-19 aralığında değişim göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• Bentonit
• Termal Analiz
• Eskişehir
• Kil

References

1. [1] Erdem B. Na-bentonit ve organo-bentonit üzerine boya adsorpsiyonunun incelenmesi. Anadolu Üni-versitesi. Yüksek Lisans Tezi, Eskişehir. 2004.
2. [2] Kayıkçı N. Eskişehir yöresi bentonitlerinin yağ ağartma kapasitelerinin belirlenmesi ve boyarmad-de adsorpsiyonlarının incelenmesi. Anadolu Üniver-sitesi. Doktora Tezi, Eskişehir. 1989.
3. [3] Erdoğan Y, Kök O E. Production and characte-rization of nanobentonite from sodium bentonite with mechanical grinding. Fresenius Environmental Bulletin. 2019; 11 (28): 8141-50.
4. [4] Hunter R J. The flow behavior of coagulated colloidal dispersions. Advances in Colloid and In-terface Science. 1982; 17(1):197.
5. [5] Kök O E. Nanobentonit eldesi ve karakterizas-yonu. Iskenderun Teknik Üniversitesi. Yüksek Lisans Tezi, Hatay. 2017.
6. [6] Anderson R L, Ratcliffe I, Greenwell H C, Wil-liams P A, Cliffe S, Coveney P V. Clay swelling—a challenge in the oilfield. Earth-Science Reviews. 2010; 98(3-4):201-16.
7. [7] Tüysüz E. Çankırı-eldivan yöresi bentonitinin döküm kalıp kumu özelliklerine etkisinin ı̇ncelenmesi. İstanbul Teknik Üniversitesi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul. 2016.
8. [8] Holtz R, Kovacs W. Geoteknik mühendisliğine giriş. Gazi Kitabevi. Ankara. 2010.

9. [9] Moore D M, Reynolds Jr R C. X- ray diffraction and identification and analysis of clay minerals. Cambridge University Press. Oxford, New York. 1997.
10. [10] Hancıoğlu Ç. Kaolin ve bentonit türü killerde bulunan silikaların belirlenmesi. Ankara Üniversitesi. Yüksek Lisans Tezi, Ankara. 2015.
11. [11] Erdoğan Y, Kök O E. Flow characteristics of eldivan-çankırı (Turkey) bentonites compared to wyoming (USA) in drilling muds: an experimental approach. Current Researches in Engineering and Architecture Sciences. 2020; 91.
12. [12] Berger G. The structure of montmorillonite. Chemical Weekblad. 1941; 38: 42-43.
13. [13] Mineral Research and Exploration General Di-rectorate (MTA). Geological report of J-25 layout. 2018a. Turkey.
14. [14] Yalçın H. Kırka (Eskişehir) yöresi volkanose-dimanter oluşumların minerolojik-petrografik ve jeokimyasal incelemesi. Hacettepe Üniversitesi. Doktora Tezi, Ankara. 1988.
15. [15] Mineral Research and Exploration General Di-rectorate (MTA). Geological map of J-25 layout (1/100.000). 2018b. Turkey.