Tez özetleri Astronomi ve Uzay Bilimleri Anabilim Dalı

ENKHTAİVAN Naranbaatar
Tez Adı : Termik Santral Küllerinin İz Element İçeriklerinin Araştırılması

Danışman : Doç.Dr. İlgin KURŞUN

Anabilim Dalı : Maden Mühendisliği

Programı : -

Mezuniyet Yılı : 2013

Tez Savunma Jürisi : Doç.Dr. İlgin KURŞUN

Prof. Dr. Alaettin KILIÇ

Prof. Dr. Şafak ÖZKAN

Prof. Dr. Ataç BAŞÇETİN

Yard. Doç. Dr. Nurullah HANİLÇİ

Termik Santral Küllerinin İz Element İçeriklerinin Araştırılması

İnsanoğlunun yaşamını refah içerisinde sürdürmek istemesi sosyal ve teknolojik gelişimi beraberinde getirmiştir. Sosyal ve teknolojik açıdan gelişmişliğin tüketilen enerji miktarıyla doğru orantılı olduğu gözükmektedir. Dünya nüfusunun hızlı artışı tüketilecek enerjinin de artması anlamına gelmektedir. Özellikle Türkiye’de dünya ortalamasının üzerinde bir nüfus artışı olması her geçen gün enerjiye olan ihtiyacın daha da artacağını göstermektedir. Günümüzde kömür en önemli enerji kaynaklarından biridir. Türkiye’de enerji ihtiyacını karşılamak üzere kurulan büyük kapasiteli kömür yakan termik santrallerde, düşük kalorili, kül oranı yüksek linyitler kullanılmaktadır. Kömürün yanması sonucunda uçucu kül, cüruf ve baca gazı gibi atıklar oluşur. Türkiye'de bir yılda yaklaşık 45 milyon ton kömür yakılmakta ve ortalama 20 milyon ton uçucu kül üretilmektedir. Büyük miktardaki bu küller toplum ve çevre açısından büyük sorun teşkil etmektedir.

Bu tez çalışması kapsamında, Dünya ve Türkiye’deki kömür yakan termik santraller ve bu santrallerden çıkan küllerin özellikleri üzerinde önce ayrıntılı literatür çalışması yapılmıştır. Sonraki aşamada ise Türkiye’de çalışmakta olan iki termik santral seçilerek bu santrallerden kül numuneleri alınmıştır. Alınan numuneler üzerinde bir dizi karakterizasyon, cevher hazırlama ve zenginleştirme deneyleri ve son olarak liç deneyleri gerçekleştirilmiştir. Karakterizasyon çalışmaları kapsamında tane boyut analizi, nem analizi, yoğunluk tayini, pH profili ölçümleri, zeta potansiyeli ölçümleri, kimyasal analizler, mineralojik analizler ve iz element içeriği analizleri gerçekleştirilmiştir. Cevher hazırlama ve zenginleştirme çalışmaları kapsamında ise laboratuvar ölçekli kimyasal çözündürme deneyleri yapılmıştır. Kimyasal ve mineralojik çalışmaların ışığında, küllerin iz element içerikleri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Küllerin değerlendirilebilmesi için sülfürik (H₂SO₄), hidroklorik (HCl) ve asetik (CH₃COOH) asit ile liçi incelenmiş ve en uygun liç parametreleri araştırılarak küller içindeki uranyum ve toryum metallerinin kazanım imkanları irdelenmiştir.

Uçucu küllerinin mineralojik yapılarının ortaya konulabilmesi amacıyla XRD analizleri gerçekleştirilmiştir. XRD analizleri sonucunda Yatağan Termik Santrali uçucu kül numunesinin yüksek oranda kuvars-SiO₂ ve nispeten daha düşük miktarlarda albit-Na(AlSi₃O₈) ve kalsit CaCO₃ minerallerini içerdiği, Soma Termik Santrali uçucu kül numunelerinin ise kireç, kuvars-SiO₂, albit-Na(AlSi₃O₈), kalsit CaCO_{3 ,} klorit, serpantin, pirit, montmorillonit minerallerini içerdiği belirlenmiştir. Uçucu küllerdeki silisin bir kısmı kuvars kristalleri halinde, diğer bir kısmı ise alüminyumla birleşerek mullite (2SiO₂, 3Al₂O₃) dönüşmüş halde, geri kalanın ise camsı yapıda olduğu belirlenmiştir. Demir ise kısmen manyetit (Fe₂O₄) ve hematit (Fe₂O₃) geri kalanın da camsı yapıda olduğu saptanmıştır. Mineralojik incelemeler Soma TS külünde uranyumun uranitit (UO₂), toryumun ise torit (Th(SiO₄)) formunda olduğunu, Yatağan TS külünde ise uranyumun uranitit (UO₂), toryumun ise monazit ((Ce, La, Nd)[PO₄]) ve torit (Th(SiO₄)) formunda olduğunu göstermiştir.

Termik santral uçucu kül numunlerinin kimyasal içeriklerinin belirlenmesi amacıyla ICP yöntemiyle komple kimyasal analizler gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda her iki kül numunesinin majör oksit ve iz element içerikleri ortaya konmuştur. Her iki numunenin de V, Zr, Sr, U, Th ve Ba içeriklerinin yüksek olduğu görülmüştür.
ASTM C618 standardına göre Yatağan termik santral uçucu kül numunesi; SiO₂ , Al₂O₃ ve Fe₂O3 içerikleri toplamının % 72.38 oluşu ile F uçucu kül sınıfında, Soma termik santral uçucu kül numunesi ise SiO₂, Al₂O₃ ve Fe₂O3 içerikleri toplamının % 64.54 oluşu ile C uçucu kül sınıfında yer aldığı görülmüştür. Aynı zamanda bu küller CaO yüzdeleri % 10’un üstünde olduğu için yüksek kireçli kül sınıfında yer almaktadırlar.

Liç deneylerinde; üç farklı asit kullanımı ve bu asitlerde denenen tüm parametreler sonucunda, en iyi sonuç sülfürik asit (H₂SO₄) kullanımında ve %30 PKO, 120 g/ton H₂SO₄ miktarı, 240 dakika liç süresi ve 60 ^oC liç sıcaklığı koşullarında elde edilmiş olup Yatağan termik santrali kül numunesi için %97,12 uranyum çözünme verimi ve %91,21 toryum çözünme verimi, Soma termik santrali kül numunesi için de %94,71 uranyum çözünme verimi ve %93,21 toryum çözünme verimi elde edilmiştir.