Physicochemical and microstructural characteristics of cemented paste backfill: Effects of dam and process tailings
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi, Mühendislik Ve Mimarlık Fakültesi, İnşaat Mühendisliği, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: Tugrul Kasap
Danışman: Erol Yılmaz
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Tehlikeli proses atıklarını tekniğine uygun bir şekilde bertaraf etmek için çimentolu macun dolgu (CPB)'yu içeren farklı atık yönetimleri halihazırda kullanılmaktadır. Cevher zenginleştirme sırasında farklı kimyasal katkı ve yöntemler sonucu üretilen atıklar, önlem alınmazsa çevreye zararlı etkileri olup bu yüzden detaylı bir şekilde araştırılmaları gereklidir. Bu tez araştırması üç farklı aşamada ele alınmıştır. İlk aşamada, düşük (4.9) ve yüksek (10.8) pH piritik atık içeren macun dolguların kalitesi incelenmiştir. Dolgu içinde kullanılan pahalı Portland çimentosu (OPC) yerine farklı ikame oranlarında yüksek fırın cürufu (GBFS) ve uçucu kül (FA) kullanılarak önemli tasarruflar hedeflenmiştir. %72'lik sabit katı içeriği ve farklı OPC/GBFS-FA oranlarına sahip (örn., 90/10, 70/30 ve 50/50) sahip dolgunun dayanımı ve yapısal özellikleri çeşitli laboratuvar deneyler ile araştırılmıştır. Sonuçlardan %50 FA ve asidik atık içeren macun dolguların en düşük dayanım kazancına sahip olduğu gözlenmiştir. Atık tipine bakılmaksızın GBFS takviyeli dolgu daha iyi puzolanik özellik ve tane şeklinden dolayı FA takviyeli dolgudan daha yüksek dayanım sağladığı yorumlanabilir. Dahası bazik atıklardan imal edilen dolgular en yüksek mukavemet sağladı. Çimento hidratasyonu, asidik atik pH ile hemen etkilenir ve dolayısıyla dolgunun performansı da olumsuz yönde etkilenebilir. İkinci aşamada, baraj atıklarından imal edilen CPB'nin fıziko-kimyasal özellikleri ve gözenek yapısı incelenmiştir. %76 katı ve %5 çimento içerikli dolgular üretilmiş ve 56 günlük kür süresine maruz bırakılmıştır. Daha sonra dolguların basınç dayanımı (UCS), jeokimyasal (oksidasyon indirgeme potansiyeli, pH ve elektriksel iletkenlik) ve gözenek yapısı (XRD, TGA ve SEM) farklı testlerle tespit edilmiştir. Sonuçlar, diğerlerinin aksine sülfürce zengin atıklardan üretilen dolguların dayanımında hissedilir oranda bir düşüş olduğu ispatladı. Mukavemet kaybının arkasındaki temel neden proses ve baraj atıklarının çimento ile etkileşiminden meydana gelen hidratasyon ürünleri ile açıklanabilir. Yapılan analizlerden macun dolgunun pH değerleri 14 güne kadar yükseldiği asit oluşumu ve erozyon nedeniyle 56 günlük kür süresine kadar düştüğü gözlenmiştir. Bu ise dolgunun fiziko-kimyasal ve mikro-yapısal karakteristiklerinin bozulmasının temel nedenidir. Üçüncü aşamada baraj atıklarından üretilen macun dolguların temel dayanım ve jeoteknik özellikleri etraflıca aratılmıştır. Sabit katı (%72) ve çimento (%5) içeriklerinde hazırlanan dolgular 3 ila 56 gün arasında değişen kür sürelerine maruz bırakıldı ve sonrasında bazı deneylerle macun dolgunun kalite ve davranışı incelendi. Deneysel sonuçlar, yüksek pirit içeriğine sahip 56 günlük kürlenmiş dolgular hariç mukavemetin zamanla arttığını gösterdi. Dolgu dayanımında gözlenen dalgalanmaların sebebi hızlı çimento hidratasyonuna yol açan ortamdaki bazik atıklardan kaynaklanmıştır. İri ve ince fraksiyonlu atık tanelerinin arası hidratasyon ürünleri ile tamamıyla dolar ve oluşan kompakt dolgu yüksek dayanım verir. Yüksek sülfat miktar dolgunun pH'ını düşüreceğinden dayanım incelenmesinde ayrıca dikkat edilmesi gereken önemli bir etmendir. Öte yandan erken kür süresinde çimento dolgunun pH'ını arttırabilir fakat uzun kür süresinde dolgunun pH'ı, asit oluşumuna ve erozyon meyilli olan baraj aktıkları ile düşürebilir. Bu ise dolgunun yapısal özelliklerini önemli bir şekilde bozar ve yenilmeye yol açar. Ayrıca, dolgunun kür süresi arttıkça sorumlu su içeriği ve boşluk oranı aynı ölçüde azalır, fakat özgül yüzey alan arttığından dolgunun dayananımı da artar.