Çelik Üretiminde Ortaya Çıkan Atık Demir Oksit'in Aventurin Sırlarında Yeniden Kullanımı

Year 2023, Volume: 15 Issue: 3, 143 - 152, 31.12.2023

Aslı Çakır Farzin Arianpour

https://doi.org/10.29137/umagd.1312191

Abstract

Endüstriyel atık malzemelerin seramik ürünlerde geri dönüştürülmesi/yeniden kullanılması, ekonomik ve çevresel etkileri nedeniyle son yıllarda trend olan bir araştırma konusu olmuştur. Metalurjik yan ürünler, seramik ve cam endüstrisinde araştırılan yaygın atık malzemelerdendir. Bu araştırmada, demir çelik üretimi sırasında ortaya çıkan atık demir oksit tozu seçilmiş ve aventurin sırlarda alternatif bir hammadde olarak araştırılmıştır. Seçilen atık demir oksit malzemesi, metal parçaları ve büyük aglomeraları temizlemek ve homojen bir toz elde etmek için başlangıç olarak fiziksel işlemlerden geçirilmiştir. Elde edilen ADO tozu daha sonra XRF, XRD ve DTA/TG teknikleriyle karakterize edilerek kimyasal bileşimi, kristal fazları ve termal davranışı araştırılmıştır. ADO tozunun karakterizasyonu sonucunda %95'ten fazla Fe2O3 ve ana fazının hematit fazı olduğu tespit edilmiştir. İkinci adımda, ADO’nun aventurine sırlarda etkisini tespit etmek için sır reçetelerine ağırlıkça %10-30 eklenerek üretilen sırların fiziksel, faz ve mikroyapısal özellikleri araştırılmıştır. Sırlar yaş öğütme ile hazırlandıktan sonra 980oC’de bisküvi pişirimi gerçekleştirilmiş seramik plakaların yüzeylerine akıtma yöntemiyle uygulanmış ve. 1100 ºC'de 30 dak sinterlenmiştir. Yüzeylerin görsel olarak incelenmesi sonucunda, üretilen aventurin sırların homojen oluşum sergilediği, çatlaklar veya reaksiyona girmemiş bölgeler gibi sır hataların olmadığı görülmüştür. Üretilen aventurin sırlarında anortit, lityum alüminyum silikat, kuvars, kristobalit, lityum demir çinko oksit, lityum demir oksit, hematit kristallerinin olduğu tespit edilmiştir.

Keywords

Aventurin, Seramik sır, Demir oksit, Atıkların yeniden kullanımı, Karakterizasyon

Supporting Institution

Kastamonu Üniversitesi

Project Number

KÜ-BAP01/2020-57

Thanks

Demir oksit atığı temininden dolayı Ereğli Demir ve Çelik Fabrikaları T. A. Ş.’ye (Zonguldak, Türkiye) ve hammadde temininden dolayı Eczacıbaşı Yapı Ürünleri Grubuna (Bilecik, Türkiye) ve Gizem Frit - Gizem Seramik Frit ve Glazür San. A. Ş.’ye (Sakarya, Türkiye) teşekkür ederiz. Bu çalışma Kastamonu Üniversitesi tarafından KÜ-BAP01/2020-57 kodlu bilimsel araştırma proje fonu ile desteklenmiştir.

The Reuse of Spent Iron Oxide of Steelmaking into the Aventurine Glazes

Abstract

Recycling/reusing industrial waste materials in ceramic products has been a trending research topic in recent decades due to its economic and environmental impacts. The metallurgical by-products are common waste materials that are investigated in the production of ceramics, glasses, and glazes. In this research, a spent iron oxide powder obtained from iron and steel production is selected and investigated as an alternative material for forming aventurine glazes. The selected waste iron oxide material ADO was previously physically processed to remove metal pieces and large agglomerate to obtain a uniform homogenous powder. The ADO powder was then characterized by XRF, XRD, and DTA/TG techniques to investigate the chemical composition, phase structure, and thermal behavior. The characterization of ADO powder revealed that it contains more than 95 wt% Fe2O3 with a significant constitutional phase of hematite. In the second step, the effect of ADO was investigated on the physical, phase, and microstructural properties of aventurine glazes by adding 10-30 wt% in the recipes. The glazes were prepared by wet milling and applied on the surfaces of 980oC pre-fired ceramic plates. And then fired at 1100 ºC for 30 min. As a result of the visual examination of the surfaces, it was observed that the produced aventurine glazes exhibited a homogeneous formation and there were no glaze defects such as cracks or unreacted areas. Anorthite, lithium aluminum silicate, quartz, cristobalite, lithium iron zinc oxide, lithium iron oxide and hematite crystals were found in the produced aventurine glazes.

Keywords

“Aventurine, Ceramic glaze, Iron oxide, Waste reusing, Characterization”

Project Number

KÜ-BAP01/2020-57

References

• Carneiro, J., Capela, M. N., Tobaldi, D. M., Novais, R. M., Seabra, M. P. ve Labrincha, J. A. (2018). Red mud and electroplating sludge as coloring agents of distinct glazes: The influence of heat treatment. Materials Letters, 223, 166–169. doi:10.1016/j.matlet.2018.04.013
• Carneiro, J., Tobaldi, D. M., Hajjaji, W., Capela, M. N., Novais, R. M., Seabra, M. P. ve Labrincha, J. A. (2018). Red mud as a substitute coloring agent for the hematite pigment. Ceramics International, 44(4), 4211–4219. doi:10.1016/j.ceramint.2017.11.225
• Dvornichenko, I.N., Matsenko, S.V. (2000). Production of iron-containing crystalline glazes.Glass Ceram 57, 67–68. https://doi.org/10.1007/BF02681489
• Gozalbo, A., Orts, M. J., Mestre, S., Agut, P., Lucas, F., Belda, A. ve Blanco, C. (2006). Ceramic Glazes With Aventurine Effect. QUALICER 2006: IX World Congress on Ceramic Tile Quality, (1), 189–202.
• Karasu, B., Çaki, M. ve Yeşılbaş, Y. G. (2000). Albit triyaj atığının yumuşak porselen kristal sırlarında değerlendirilmesi. 10.Metalürji ve Malzeme Kongresi, 1465-1472.
• Kaya, G. ve Turan, S. (2004). Yüksek fırın curufunun seramik sektöründe katma degeri yüksek ürünlerin eldesinde degerlendirilmesi. Mühendis ve Makina, 45(536), 48–60.
• Kılınç Mirdalı, N. ve İşler, F. (2008). Kromit Atığının Duvar Karosu Sırlarında Renklendirici Olarak Değerlendirilmesi. Ç.Ü Fen Bilimleri Enstitüsü, 17(1), 11–21.
• Lazǎu, I., Borcǎnescu, S., Pǎcurariu, C. ve Vancea, C. (2013). Kinetic study of the non-isothermal crystallization process of hematite in ceramic glazes obtained from CRT wastes. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 112(1), 345–351. doi:10.1007/s10973-012-2736-1
• Ovčačíková, H., Vlček, J., Klárová, M. ve Topinková, M. (2017). Metallurgy dusts as a pigment for glazes and engobes. Ceramics International, 43(10), 7789–7796. doi:10.1016/j.ceramint.2017.03.091
• Păcurariu, C., Lazău, R. ve Lazău, I. (2011). Aventurine decorative glazes - kinetic study of α-Fe2O3 crystallization. Revista Română de Materiale / Romanian Journal of Materials, 41(4), 346–351.
• Prim, S. R., Folgueras, M. V., de Lima, M. A. ve Hotza, D. (2011). Synthesis and characterization of hematite pigment obtained from a steel waste industry. Journal of Hazardous Materials, 192(3), 1307–1313. doi:10.1016/j.jhazmat.2011.06.034
• Carneiro, J., Capela, M. N., Tobaldi, D. M., Novais, R. M., Seabra, M. P. ve Labrincha, J. A. (2018). Red mud and electroplating sludge as coloring agents of distinct glazes: The influence of heat treatment. Materials Letters, 223, 166–169. doi:10.1016/j.matlet.2018.04.013
• Carneiro, J., Tobaldi, D. M., Hajjaji, W., Capela, M. N., Novais, R. M., Seabra, M. P. ve Labrincha, J. A. (2018). Red mud as a substitute coloring agent for the hematite pigment. Ceramics International, 44(4), 4211–4219. doi:10.1016/j.ceramint.2017.11.225
• Dvornichenko, I.N., Matsenko, S.V. (2000). Production of iron-containing crystalline glazes.Glass Ceram 57, 67–68. https://doi.org/10.1007/BF02681489
• Gozalbo, A., Orts, M. J., Mestre, S., Agut, P., Lucas, F., Belda, A. ve Blanco, C. (2006). Ceramic Glazes With Aventurine Effect. QUALICER 2006: IX World Congress on Ceramic Tile Quality, (1), 189–202.
• Karasu, B., Çaki, M. ve Yeşılbaş, Y. G. (2000). Albit triyaj atığının yumuşak porselen kristal sırlarında değerlendirilmesi. 10.Metalürji ve Malzeme Kongresi, 1465-1472.
• Kaya, G. ve Turan, S. (2004). Yüksek fırın curufunun seramik sektöründe katma degeri yüksek ürünlerin eldesinde degerlendirilmesi. Mühendis ve Makina, 45(536), 48–60.
• Kılınç Mirdalı, N. ve İşler, F. (2008). Kromit Atığının Duvar Karosu Sırlarında Renklendirici Olarak Değerlendirilmesi. Ç.Ü Fen Bilimleri Enstitüsü, 17(1), 11–21.
• Lazǎu, I., Borcǎnescu, S., Pǎcurariu, C. ve Vancea, C. (2013). Kinetic study of the non-isothermal crystallization process of hematite in ceramic glazes obtained from CRT wastes. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 112(1), 345–351. doi:10.1007/s10973-012-2736-1
• Ovčačíková, H., Vlček, J., Klárová, M. ve Topinková, M. (2017). Metallurgy dusts as a pigment for glazes and engobes. Ceramics International, 43(10), 7789–7796. doi:10.1016/j.ceramint.2017.03.091
• Păcurariu, C., Lazău, R. ve Lazău, I. (2011). Aventurine decorative glazes - kinetic study of α-Fe2O3 crystallization. Revista Română de Materiale / Romanian Journal of Materials, 41(4), 346–351.
• Prim, S. R., Folgueras, M. V., de Lima, M. A. ve Hotza, D. (2011). Synthesis and characterization of hematite pigment obtained from a steel waste industry. Journal of Hazardous Materials, 192(3), 1307–1313. doi:10.1016/j.jhazmat.2011.06.034
• Silakate, S., Wannagon, A. ve Nuntiya, A. (2015). Influence of ferric oxide on the crystallization of Li-Zn ferrite anorthite and hematite phases at low temperature ceramic glaze. Journal of the European Ceramic Society, 35(7), 2183–2188. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2015.01.029
• Tawwuttanakidkul, J., Phermpoonboon, P., Jiemsirilers, S., Buggakupta, W. ve Tianthong, C. (2018). When EAF Dust and Mill Scale from Steelmaking Process Turn to Raw Materials for Tenmoku Oil Spot Glaze. Materials Today: Proceedings, 5(10), 22262–22274. doi:10.1016/j.matpr.2018.06.592
• Tığlı Boya, Zennur. & Arıanpour, A. Ç. (2023). Sanatsal Aventurin Seramik Sırlarının Geliştirilmesi İçin Demi r Bakımından Zengin Bakır Cürufunun Uygulanabileceği Üzerine. International Social Sciences Studies Journal, 9(110), 6387–6396.
• Tuna, M., Celebi, G. ve Guldas, A. (2018). Recovery of Wastes of Iron-Steel and Plastic Industries for Sustainable Construction Material Sürdürülebilir Yapı Malzemesi Hedefiyle Demir Çelik ve Plastik Endüstrisi Atıklarının Geri Kazanımı Recovery of Wastes of Iron-Steel and Plastic Industries for S, (June).
• Wannagon, A., Prasanphan, S. ve Sanguanpak, S. (2013). Characterization of Li-Zn-Fe crystalline phases in low temperature ceramic glaze. Journal of the European Ceramic Society, 33(4), 653–660. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2012.10.027