Using marble waste dust as an alternative raw material in glazes for high voltage porcelain insulators

Abstract

Today, increasing energy consumption and the establishment of new settlements or industrial zones also increase the need for new energy lines and insulators. Porcelain insulators, one of the types of insulator materials, are still considered the most preferred insulator type in the field. These insulators have a glaze layer on their surfaces to protect the insulator structure, increase product strength and provide the necessary electrical properties. Quartz, feldspar, clay, kaolin, calcite, dolomite and coloring oxide or pigment are used in porcelain insulator glazes. The increase in porcelain insulator production also increases glaze consumption. Increasing costs and resource depletion have led the sector to seek alternative raw material sources. In addition, the rapidly increasing amount of waste poses a threat to the future of our world and is one of the main causes of environmental pollution. In this study, new glaze recipes were created by using marble waste instead of calcite and dolomite in the glaze recipe used in high voltage porcelain insulators. The physical and optical properties of the porcelain insulator bodies to which the created recipes were applied were examined. In addition, the rheological properties, thermal behaviors and phase analyses of the glaze recipes were examined. According to the results, technical properties similar to the standard glaze were obtained with the use of marble waste dust, and it was determined that approximately 7% of marble waste could be used in insulator glazes. As a result of the study, the evaluation of marble waste in high voltage porcelain insulator glazes is beneficial in environmental, mechanical, chemical and economic terms.

Keywords

• Marble waste dust
• marble waste
• porcelain insulator
• high voltage insulator
• glaze

Yüksek gerilim porselen izolatör sırlarında mermer atık tozunun alternatif hammadde olarak kullanımı

Öz

Günümüzde artan enerji tüketimi ve yeni yerleşim ya da sanayi bölgelerinin kurulması yeni enerji hatlarına ve izolatörlere olan ihtiyacı da arttırmaktadır. İzolatör çeşitlerinden biri olan porselen izolatörler hala alanında en çok tercih edilen izolatör tipi olarak kabul edilmektedir. İzolatörlerin yüzeylerinde izolatör bünyesini korumak, ürün mukavemetini arttırmak ve gerekli elektriksel özellikleri sağlamak için sır tabakası bulunmaktadır. Porselen izolatör sırlarında kuvars, feldspat, kil, kaolen, kalsit, dolomit ve renklendirici oksit ya da pigment kullanılmaktadır. Porselen izolatör üretimindeki artış dolayısıyla sır tüketimini de arttırmaktadır. Artan maliyetler ve kaynakların tükenmesi sektörü alternatif ham madde kaynakları arayışına yöneltmiştir. Ayrıca miktarsal olarak hızla artan atık miktarı dünyamızın geleceği için tehdit oluşturmaktadır ve çevre kirliliğinin başlıca nedenlerindendir. Yapılan bu çalışmada yüksek gerilim porselen izolatörlerinde kullanılan sır reçetesinde yer alan kalsit ve dolomit yerine mermer atığı kullanılarak yeni sır reçeteleri oluşturulmuştur. Oluşturulan reçetelerin uygulandığı porselen izolatör bünyelerin fiziksel ve optik özellikleri incelenmiştir. Ayrıca sır reçetelerinin reolojik özellikleri, ısıl davranışları ve faz analizleri incelenmiştir. Sonuçlara göre mermer atık tozun kullanımı ile standart sıra benzer teknik özellikler elde edilmiş, yaklaşık % 7 oranında mermer atığının izolatör sırlarında kullanılabileceği belirlemiştir. Mermer atık tozlarının yüksek gerilim porselen izolatör sırlarında değerlendirilmesi; çevresel, mekanik, kimyasal ve ekonomik olarak fayda sağlayacaktır.

Anahtar Kelimeler

• Mermer atık tozu
• mermer atığı
• porselen izolatör
• yüksek gerilim izolatör

Kaynakça

1. K. Raju and S. Ravindhar, Detailed review on natural stone materials in architecture. Materialstoday: Proceedings. 45(7), 6341-6347, 2021. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.10.842
2. M.B. Baker, The Application of Marble and Granite as Building Materials in Jordan. Jordan Journal of Civil Engineering. 11,234-238, 2017.
3. S. Simsek, Mermer atıklarının yapı malzemesi üretiminde kullanım olanakları üzerine bir araştırma. Yüksek Lisans Tezi. Bursa Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2019.
4. M.C. Limbachiya and J.J. Roberts, 2004. Construction Demolition Waste,Thomas Telford Publishing, USA, 2004.
5. R.R. Menezes, L.N.L. Santana, G.A. Neves and H.C. Ferreira, Recycling of Mine Wastes as Ceramic RawMaterials: An Alternative to Avoid Environmental, in: Contamination Environmental Contamination, 1st edition, InTech, pp. 199-220, 2012.
6. J. Xu, M. Yasinzai and B. Lev., Proceedings of the Sixth International Conference on Management Science and Engineering Management: Focused on Electricaland Information Technology, Part IV: Industrial Engineering, Springer Science & Business Media, 398, 2012.
7. W. Acchar, F.A. Vieira and D. Hotza, Effect of marble and granite sludge in clay materials. Materials Science and Engineering: A. 419 (1–2), 306-309, 2006. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.01.021
8. M.A. Montero, M.M. Jordán, M.B. Almendro-Candel, T. Sanfeliu and M.S. Hernández-Crespo, The use of a calcium carbonate residue from the stone industry in manufacturing of ceramic tile bodies. Appl. Clay Sci. 43(2), 186-189, 2009. https://doi.org/10.1016/j.clay.2008.08.003

9. M.B. Rajgor, N.C. Patel and J. Pitroda, A study on marble waste management: opportunities and challenges in current age for making value added bricks. Proceedings of National Conference CRDCE13,Vasad.1-9, 2013.
10. P.M. Velasco, M.P.M. Ortíz, M.A.M. Giró and L.M. Velasco, Fired clay bricks manufactured by adding wastes as sustainable construction material – A review. Constr Build Mater. 63, 97-107, 2014. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.03.045
11. B. Ercikdi, G. Külekci and T. Yılmaz, Utilization of granulated marble wastes and waste bricks as mineral admixture in cemented paste backfill of sulphide-rich tailings. Construction and Building Materials. 93, 573-583, 2015. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.06.042
12. W. Shah, M. Nafees and M. Iqbal, Evaluation of marble slurry waste for preparation of commercial grade cement. Journal of Engineering and Applied Science. 34(1), 1-8, 2015.
13. İ. Büyüksagiş, S. Çetintaş ve T. Uygunoğlu, A. Işıtır, Çimento esaslı seramik derz dolgu harcında atık mermer tozlarının kullanımı. El-Cezeri Journal of Science and Engineering. 3(1), 66-74, 2016. https://doi.org/10.31202/ecjse.67166.
14. S.D. Kore and A. Vyas, Impact of Marble Waste as Coarse Aggregate on properties of lean cement concrete. Case Studies in Construction Materials. 4, 85-92, 2016. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2016.01.002
15. G. Marras, A. R. Bortolussi, Peretti and N. Careddu, Characterization methodology for re-using marble slurry in industrial applications. Energy Procedia. 125, 656-665, 2017. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.08.277
16. S. Yeşilay, M. Çakı ve R. Ceylantekin, Recycling of Afyon-Iscehisar marble waste in transparent stoneware glaze recipes. J Aust Ceram Soc. 53, 475–484, 2017. https://doi.org/10.1007/s41779-017-0057-3.
17. S. Yeşilay, Manufacturing of Matte Glaze Compositions by Marble Waste Addition. The Journal of Engineering and Architecture Faculty of Eskisehir Osmangazi University. 26(3), 123-131, 2018. https://doi.org/10.31796/ogummf.412312
18. S.K. Nayak, A. Satapathy and S. Mantry, Use of waste marble and granite dust in structural applications: A review. Journal of Building Engineering, 46,103742, 2022. doi: 10.1016/j.jobe.2021.103742.
19. Ramos JCR, Passalini PGS and Holanda JNF (2023) Utilization of marble waste as a sustainable replacement for calcareous in the manufacture of red-firing wall tiles. Constr Build Mater. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131115
20. J. Ahmad and Z. Zhou, Development of high strength self compacting concrete with waste glass and waste marble. Constr BuildMater. 408,133760, 2023. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.133760
21. J.S.T. Looms, Insulators for High Voltages The Institution of Engineering and Technology, London, United Kingdom,1990.
22. J. S. Reed, Principles of Ceramics Processing, , John Wiley &Sons, Inc., 1995.
23. M. Tarhan, B. Tarhan, Development of waterproof engobe layer for ceramic wall tiles. J Therm Anal Calorim 140, 555–565, 2020. https://doi.org/10.1007/s10973-019-08893-3
24. M. Tarhan ve B. Tarhan, Sırlı Porselen Karo Üretimi için Alternatif Hammadde Olarak Eşme/Uşak Feldispatı, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 19(2), 429–438, 2019.
25. R.M. German, P. Suri and S.J. Park, Review liquid phase sintering, J. Mater. Sci, 44, 1-39,2009
26. B. Tarhan ve M. Tarhan, Utilization of perlite as an alternative raw material in the production of ceramic sanitaryware. J Therm Anal Calorim. 147, 3509–3518, 2022. https://doi.org/10.1007/s10973-021-10784-5
27. A. Tiryaki, C. A. Avcı, C. Karakaya, B. Tarhan, Farklı Tane Boyutlarındaki Kuvarsın Elektroporselen Bünyeye Etkisinin İncelenmesi. International Journal of Engineering Research and Development, 14(2), 784-793, 2022. https://doi.org/10.29137/umagd.1110342
28. B. Tarhan ve M. Tarhan, Çanakkale bölgesi alkali kaynağının seramik sağlık gereçleri bünyesi ısıl ve mikroyapı özellikleri üzerine etkisi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 10(2), 675-687,2019. https://doi.org/10.24012/dumf.504331
29. S. Yeşilay, M. Çakı, ve A. Çakır Arianpour, Kalsiyum Oksitin (CaO) Çatlaklı Sır Bileşimlerindeki Etkilerinin Araştırılması, GMBD, 4(1), 25–38, 2018.
30. B. Yıldız, Effect of particle size distribution on the properties of celsian based glazes. J Aust Ceram Soc, 2024. https://doi.org/10.1007/s41779-024-01058-y