Günümüzde, havalandırılmış beton ürünlerinin çoğu, sertleşme prensibi esasen atık tuğlalarinkiyle aynı olan hidratlanmış yapı malzemeleri ve çimentolu yapı malzemeleri kategorilerine girmektedir. Hafif beton, ana hammadde olarak silisli ve kireçli malzemelerden üretilen, köpük oluşturucu ve diğer katkı maddelerinin eklenmesi, ardından su ile karıştırılması, dökülmesi, ön kürleme kesimi ve otoklav kürlemesi işlemlerinden geçirilen hafif, mikro gözenekli bir silikat yapay taştır. Isı yalıtımı, yangına dayanıklılık, ses yalıtımı ve kolay inşaat özelliklerini bir araya getiren yeni bir tür hafif duvar malzemesidir. Gazbeton üretiminde kullanılan kumun kütle fraksiyonunda genellikle 'den fazla SiO₂ ve 'dan fazla kuvars bulunması gerekir.

5.7.1 Demir Atıklarından Gazlı Beton Üretimi

Demir atıkları, gazbeton üretiminde kullanılabilir. Başlıca hammaddeler demir atıkları, suyla söndürülmüş cüruf ve çimentonun yanı sıra köpük oluşturucu (alüminyum tozu), köpük stabilizatörü ve düzenleyicilerdir. Hava katkılı beton üretiminde demir atıklarına ilişkin gereklilikler şunlardır: SiO₂ > 65%, serbest SiO₂ > 40%, Na₂O < 1,5%–2%, K₂O < 3%–3,5%, Fe₂O₃ < 18%, ateşleme kaybı < 5%, kil içeriği < 10%. Demir atıklarındaki SiO₂'nin bir kısmı, serbest SiO₂ olarak bilinen kuvars formunda bulunur ve bu, otoklav sertleştirme koşulları altında mevcut kalsiyum oksit ile reaksiyona girer. SiO₂'nin bir başka kısmı ise feldspat veya diğer mineral bileşenlerde bulunur; bu birleşik SiO₂, mevcut kalsiyum oksit ile reaksiyona etkili bir şekilde katılamaz. Bu nedenle, demir atıklarındaki SiO₂ içeriği gerekliliği esas olarak kuvars fraksiyonuna atıfta bulunur. Kuvars içeriği doğrudan ölçülemez olsa da, toplam SiO₂ içeriği ile belirli bir ilişkisi olduğundan, demir atıklarındaki yaklaşık kuvars içeriği tahmin edilebilir. Örneğin, demir atıklarındaki SiO₂ içeriği 75% olduğunda, bunun yaklaşık 40%'si saf kuvarsdır.

Demir atıklarının gazbeton üretiminde, ayrıca gazbeton bloklar, zemin plakaları, çatı panelleri, duvar panelleri, yalıtım blokları ve diğer malzemelerin üretiminde kullanımı, endüstride başarıyla uygulanmaktadır. Angang Cüruf Tuğla Fabrikası, Dagu Dağı konsantratöründen elde edilen atıkları çimento, kireç ve diğer hammaddelerle karıştırarak gazbeton üretmektedir. Ürün hafiftir ve iyi ısı yalıtım özelliklerine sahiptir. Tesisin yıllık gazbeton üretim kapasitesi 100.000 m³ olup, yılda yaklaşık 30.000 ton atık tüketmektedir. Hammadde oranları şöyledir: atık 66%, sönmemiş kireç 25%, çimento 8%, alçıtaşı 1%, alüminyum tozu 0,08%–0,12%. Üretim süreci Şekil 5-10’da gösterilmiştir.

13 Ağustos 2013 tarihinde, Shanxi Eyaleti, Daixian İlçesindeki Mingli Demir Madeni’nin yeni endüstriyel dönüşüm projesi – atık kumdan standart tuğla ve gazbeton blokların deneme üretimi – 180 milyon yuanlık bir yatırımla faaliyete geçirildi. Proje, yıllık 1,2 milyon m³ atık kum işleyebilmekte, 150–200 kişiye istihdam sağlamakta ve yılda 120 milyon demir atık kum standart tuğla ile 300.000 m³ atık kum gazbeton bloğu üretecek; bu da 100 milyon yuan'ın üzerinde üretim değeri ve 30 milyon yuan'ı aşan vergi geliri sağlayacaktır.

Wang Yan ve arkadaşları, Wuhan Demir ve Çelik Şirketi’ne ait Chengchao Demir Madeni’nden elde edilen atık maden cevheri kullanılarak gazlı betonun hazırlanmasına ilişkin deneysel bir araştırma yürütmüştür. Atıkların bileşim analizi, SiO₂ içeriğinin yaklaşık 50% olduğunu, bunun esas olarak feldspat şeklinde bulunduğunu, kuvars içeriğinin 10%'den az olduğunu ve yaklaşık 10% alçıtaşı benzeri mineral içerdiğini göstermiştir. Atıkların SiO₂ ve kuvars içeriği düşük, alçıtaşı içeriği ise yüksek olduğu için, silisli malzeme içeriğini artırmak amacıyla çimento (425# sıradan Portland çimentosu) eklenmesine ve kireçli malzeme olarak kireç (mevcut CaO 85%) kullanılmasına karar verilmiştir. Atık maden cevherindeki yüksek alçıtaşı içeriği nedeniyle, gazbeton üretimi sırasında ilave alçıtaşı eklemeye gerek kalmamıştır. Demir atık maden cevherinden gazbeton üretimi için gerekli hammaddeler demir atık maden cevheri, kireç, çimento ve alüminyum tozudur. Hazırlık süreci akışı Şekil 5-11’de gösterilmiştir. Deneysel doğrulama, optimal hammadde oranının şu şekilde olduğunu göstermiştir: eklenen silisli malzeme 11%–20%, kireçli malzeme ile silisli malzeme oranı 3:7, alüminyum tozu dozu 0,08%. Bu oranlarla, ortalama basınç dayanımı yaklaşık 3,5 MPa ve minimum 2,8 MPa olan, ulusal standart gerekliliklerini karşılayan 600 sınıfı gazbeton üretilebilir.

Şekil 5-10: Gazlı beton blok üretiminin süreç akışı

Wuhan Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden Han Chen ve arkadaşları, Hubei Eyaleti, Huangshi, Jinshandian’dan elde edilen demir atıklarını ana hammadde olarak kullanarak gazlı betonun hazırlanmasına ilişkin deneysel bir araştırma yürüttüler. Kullanılan demir atıklarındaki SiO₂ içeriği düşük olduğundan (35,43%), yüksek silikonlu malzeme olarak SiO₂ içeriği % olan kuvars tozu ilave edildi. Diğer hammaddeler arasında kireç (piyasada bulunan sönmemiş kireç, 200 mesh (0,074 mm) elekte 15%'den az kalıntı kalacak şekilde inceltilmiş), çimento (ticari olarak temin edilebilen 32,5 sınıfı çimento), köpük oluşturucu (analitik saflıkta alüminyum tozu) ve düzenleyiciler (alçıtaşı, sodyum hidroksit) yer almaktadır.

Şekil 5-11: Chengchao Demir Madeni atıklarından gazlı beton hazırlanmasına ilişkin işlem akışı

Hava katkılı betonun üretim süreci şu şekildedir: Demir atıkları, sönmemiş kireç, çimento, alçıtaşı ve diğer hammaddeler belirli bir oranda tartılarak homojen bir şekilde karıştırılır. Su ve katkı maddeleri eklenir ve karışım 5 dakika boyunca karıştırılır. Alüminyum tozu az miktarda suda çözülür ve ardından karışıma eklenir. Homojen bir şekilde karıştırıldıktan sonra, bulamaç 10 cm × 10 cm × 10 cm boyutlarındaki üçlü kalıplara dökülür; kalıplar daha sonra bir kurutma fırınına yerleştirilir ve 70°C'de 2 saat süreyle ön kürlenir. Ön kürlemeden sonra bloklar kesilir, kalıptan çıkarılır ve 1,2 MPa'lık doymuş buhar basıncı altında 6 saat süreyle otoklav kürlemesi için otoklava gönderilir. Otoklavlamadan sonra, bitmiş ürünler bir kurutma fırınına yerleştirilir ve 105 °C'de sabit ağırlığa ulaşana kadar kurutulur; ardından performans testi ve mikroskobik analiz yapılır. Spesifik proses akışı Şekil 5-12'de gösterilmiştir.

Sonuçlar, atık: kuvars tozu: kireç: çimento: alçıtaşı = 50 : 20 : 18 : 10 : 2 kütle oranı koşullarında, 0,1% alüminyum tozu içeriği ve 0,4% sodyum hidroksit içeriği ile, ve atıkların 0,074 mm'den geçen 95,35% inceliğine kadar öğütülmesinden sonra, hazırlanan gazbetonun yoğunluğu 637 kg/m³ ve basınç dayanımı 4,31 MPa'dır. Bu değerler, ulusal standartta belirtilen A3.5 ve B07 sınıfı kalifiye gazbeton ürünlerinin gerekliliklerini karşılamaktadır. Otoklavlanmış Gazbeton Bloklar (GB11968—2006). XRD ve SEM analizleri, ürünün büyük miktarda tobermorit ve C-S-H jeli içerdiğini göstermektedir. Hidrasyon ürünleri birbirleriyle örtüşerek kompakt bir yapı oluşturur ve bu yapı, ürünün mukavemetinin artırılmasında önemli bir rol oynar.

Şekil 5-12: Jinshandian demir atıklarından gazlı beton blokların hazırlanmasına ilişkin işlem akışı

Guangdong Eyaleti Yapı Malzemeleri Enstitüsü, yerel bir pirit zenginleştirme tesisinden elde edilen atıkların otoklavlanmış gazbeton blokları üretiminde kullanılmasının fizibilitesini araştırdı. Araştırmacılar, atıklardan otoklavlanmış gazbeton blokları üretmek için en uygun karışım oranını ve en uygun otoklavlama koşullarını belirlediler. Hazırlanan atık maden cevheri bazlı otoklavlanmış gazbeton ürünlerinin ortalama yoğunluğu 716 kg/m³ ve ortalama basınç dayanımı 5,20 MPa olarak ölçüldü; bu değerler, standartta belirtilen A5.0 ve B07 sınıfı otoklavlanmış gazbeton blokların gerekliliklerini karşıladı. Otoklavlanmış Gazbeton Bloklar (GB/T 11968—2006).

5.7.2 Altın Atıklarından Gazbeton Üretimi

Qingdao Teknoloji Üniversitesi’nden Xia Ronghua ve arkadaşları, Shandong’daki bir altın madeninden elde edilen doğal derecelendirilmiş altın atıklarını kullanarak gazlı beton ürettiler. Optimum karışım oranları şu şekilde belirlendi: atıklar 63%, kireç 25%, çimento 10%, alçıtaşı 2% olarak belirlenmiştir; optimal katkı maddesi dozu 40 g/m³ ve optimal su-katı oranı 0,58 olarak saptanmıştır. Atıkların optimal inceliği, 0,074 mm elekte 1,75% kalıntı olarak belirlenmiştir. Optimum otoklavlama rejimi şöyledir: ısıtma süresi 3 saat, sabit sıcaklık süresi 8 saat, maksimum otoklav sıcaklığı 205°C, soğutma süresi 2,5 saat. Hazırlanan atık havalandırmalı beton, 697,8 kg/m³ ortalama yoğunluğa ve 6,32 MPa ortalama kalıp çıkarma basınç dayanımına sahipti ve A5.0, B07 sınıfı havalandırmalı beton ürünleri için gerekli şartları karşıladı.

Shandong Jiaojia Altın Madeni, yıllık 300.000 m³ üretim kapasitesine sahip bir gazbeton üretim hattı kurmak için 17 milyon yuanın üzerinde yatırım yaptı. Bu üretim hattında, bilgisayar kontrollü bir harmanlama sistemi ile birlikte, yerli üretim olan gelişmiş gazbeton blok kesme makineleri ve gelişmiş otoklavlar kullanılmaktadır. Ürün, atık kum, çimento, kireç, fosforlu alçıtaşı ve alüminyum tozunu ana hammaddeler olarak kullanan gelişmiş çimento-kireç-kum gazbeton blok teknolojisini kullanmaktadır. Bu malzemeler otomatik olarak dozajlanmakta, karıştırılmakta, dökülmekte, kalıplanmakta, kesilmekte ve yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında kürlenmektedir. Üretilen gazbeton bloklar hafif, ısı yalıtımlı, ses geçirmez, su geçirmez, alev geciktirici, radyoaktif olmayan ve inşaatta kullanımı kolaydır; bu özellikleri sayesinde sivil ve kamu binaları için tercih edilen bir yapı malzemesidir.

Fujian Normal Üniversitesi, Fujian Eyaleti Modifiye Plastik Teknoloji Geliştirme Merkezi ve Fujian Wanqi Metal Olmayan Malzemeler A.Ş. tarafından ortaklaşa tamamlanan “Seramik atıkları ve altın atıklarının gazlı beton blok üretiminde kapsamlı kullanımı” projesi, Fujian Eyaleti İnşaat Bakanlığı tarafından düzenlenen değerlendirme sürecini başarıyla geçti. Bu proje, Wanqi Şirketi’nin önde gelen üç ürününü kapsamlı bir şekilde değerlendirerek, üretim sırasında ortaya çıkan altın atıkları, seramik atıkları (atık cüruf) ve düşük kaliteli kireçtaşı gibi endüstriyel atık kalıntılarını kullanarak hafif gazbeton bloklar üretmekte ve böylece madencilik için son derece yenilikçi bir döngüsel ekonomi parkı kurmaktadır. Projenin planlanan toplam ölçeği, üç aşamada hayata geçirilecek olan yıllık 500.000 m³ gazbeton blok üretimidir. Yıllık 100.000 m³ gazbeton blok üretim kapasitesine sahip ilk üretim hattı, 2007 yılının başlarında faaliyete geçmiştir; toplam yatırım tutarı 11,8279 milyon yuan olup, bunun 9,8837 milyon yuan’ı inşaat yatırımına aittir. 200 yuan/m³ satış fiyatı esas alındığında, ortalama yıllık üretim değeri 20 milyon yuan'a ulaşabilir; bu durumda ortalama yıllık toplam kâr 3,2595 milyon yuan, vergi ödemeleri 1,0756 milyon yuan ve net kâr 2,1839 milyon yuan olarak gerçekleşir; bu da iyi bir ekonomik gelecek vaat etmektedir.

Kapsamlı araştırma ve değerlendirmelerin ardından, Shandong Jinzhou Madencilik Grubu A.Ş., kapsamlı bir atık maden çamuru değerlendirme projesine 30 milyon yuanın üzerinde yatırım yaptı. Bu proje, bir atık yığın liç üretim hattı, 150.000 m³ kapasiteli bir gazbeton blok üretim hattı ve 60 milyon adetlik bir otoklavlı tuğla üretim hattını içermektedir. İlk olarak, atıklardan altın ve gümüşü geri kazanmak için yığın liç teknolojisi kullanılır; daha sonra geri kazanılan atıklar, gazbeton blok ve otoklavlı tuğla üretiminde kullanılır. Bu sayede yıllık 150.000 ton atık değerlendirilmekte ve yıllık kâr 13 milyon yuan artmaktadır. Hava ile hafifleştirilmiş beton blok üretimi için ana hammaddelerin kütle oranı m(atık): m(çimento): m(sönmemiş kireç): m(alçıtaşı): m(alüminyum tozu) = 68 : 8 : 22 : 2 : 0,07 olup, su-katı madde oranı 0,6’dır. Ürünün kürlenmesi için ortam olarak yüksek sıcaklıkta, yüksek basınçlı doymuş buhar kullanılmaktadır. Otoklavlama rejimi şöyledir: vakum: 0,5 saat boyunca 0 ila -0,06 MPa; ısıtma ve basınçlandırma: 1,5 saat boyunca -0,06 ila 1,3 MPa; sabit sıcaklık ve basınç: 8,0 saat boyunca 1,3 MPa; soğutma ve basınç düşürme: 1,5 saat boyunca 1,3 ile 0 MPa arası. Üretilen gazbeton blokların performansı, Otoklavlanmış Gazbeton Bloklar (GB 11968—2006). 2008 yılında, Shandong Jinzhou Madencilik Grubu A.Ş.“nin altın atıklarından gazbeton bloklar ve otoklavlanmış tuğlalar üretmeye yönelik projesi, ”Shandong Eyaleti’ndeki Döngüsel Ekonomi Alanında En İyi On Örnek Proje” unvanını almıştır.”

Shandong Eyaleti’ndeki Qingdao Shuangda Yeni İnşaat Malzemeleri Ltd. Şti., toplam yatırımı 16 milyon yuan’ı aşan bir altın atık maden çamuru kaynak değerlendirme projesi kurmak üzere ileri düzey ekipman ve teknoloji devreye soktu. Projenin ilk aşaması ağırlıklı olarak gazbeton blok üretimine odaklanmaktadır ve halihazırda deneme üretimine geçilmiştir. Bu aşamada yıllık 500.000 m³ gazbeton blok (17,36 milyon standart tuğlaya eşdeğer) üretim kapasitesi bulunmakta olup, 220.000 ton altın atık maden cevheri işlenebilmektedir. İkinci aşama ise panel ürünlerine ayrılmıştır.

Shandong Eyaleti’nde Laizhou Kalkınma ve İnşaat Genel Şirketi tarafından inşa edilen ve yatırımı yapılan, yıllık 100.000 m³ üretim kapasiteli gazbeton blok üretim hattı, Haziran 2004’te deneme işletimine alınmış ve altın atık kumundan gazbeton üretimi başarıyla gerçekleştirilmiştir. Blok ürünleri, şirketin üstlendiği geliştirme projelerinde kullanılmaktadır.

5.7.3 Kurşun-Çinko Atıklarından Gazbeton Üretimi

Bazı kurşun-çinko atık maddeleri, yüksek silikon içeriğine sahip silisli bir malzeme olarak kullanılabilir ve gazbeton üretiminde uçucu kül ile kumun yerine geçebilir. Li Fangxian ve arkadaşları, gazlı beton hazırlığında nehir kumunun yerine yüksek silisli kurşun-çinko atıklarının (Zhejiang Suichang Gold Mine Co., Ltd. tarafından sağlanmıştır) kullanılması üzerine bir araştırma yürütmüştür. Çalışma, kurşun-çinko atık maddeleri (SiO₂ kütle fraksiyonu >62%) kullanılarak gazbeton üretimi için en uygun şemanın, 40–45°C döküm sıcaklığı ve aşağıdaki kütle oranlarını içerdiğini göstermiştir: çimento : karışık kireç : kurşun-çinko atıkları : alüminyum tozu : katkı maddesi : soda külü = 1,0 : 1,5 : 3,06 : 0,005 : 0,005 : 0,0047 veya 1,0 : 1,0 : 2,0 : 0,0036 : 0,0036 : 0,0034 ve 2% bentonit içeriği ile gerçekleştirilir. Hazırlanan gazbetonun basınç mukavemeti ve donma direnci, B06 sınıfı onaylı ürünler için gereklilikleri karşılamaktadır; ısı iletkenliği ve kuruma büzülmesi değerleri ise ulusal standartlara uygundur. Zhao Junping ve arkadaşları, endüstriyel kükürtten arındırılmış yüksek silika içerikli kurşun-çinko atıklarını kullanarak gazbeton üretmişlerdir; bu gazbetonun mukavemeti, donma direnci ve kararlılığı ulusal standartlara uymaktadır ve içinde doğal olarak oluşan radyonüklidler bulunmamaktadır.

Yaklaşık bir yıllık araştırma ve geliştirme çalışmasının ardından, Fujian Eyaleti Doğu Çin Demirsiz Metaller Jeolojik Arama Bürosu’na bağlı Atık Madde Şirketi, Mart 2013’te kurşun-çinko atıklarını hammadde olarak kullanarak üç tür otoklavlanmış ürünün üretimini başarıyla gerçekleştirdi: çimento kiremitleri, otoklavlanmış silikat tuğlalar ve gazbeton. Ürünlerin performans göstergeleri ulusal standartlara uygun bulunmuş ve bir patent başvurusu yapılmıştır.

5.7.4 Düşük Silikonlu Bakır Atıklarından Gazbeton Üretimi

Qian Jiawei ve arkadaşları, düşük silikonlu bakır atıklarının kullanılmasıyla gazlı beton üretimi üzerine deneysel bir araştırma yürütmüştür. Kullanılan bakır atıkları, Hebei Eyaleti, Chengde Şehrindeki Shouwangfen Bakır Madeni'nden temin edilmiştir. Orijinal atıklar, 0,074 mm'den geçen 98,9% inceliğine kadar öğütülmüştür. Bakır atık madenleri yaklaşık % SiO₂ (kütle fraksiyonu, aşağıda da aynı şekilde) içeriyordu ve kuvars formundaki SiO₂ çok az olduğundan, gazlı beton hammaddelerindeki SiO₂ içeriğine ilişkin genel gerekliliği karşılayamıyordu (gazbeton için kullanılan kumda genellikle SiO₂ >70% ve kuvars >40% gereklidir), silisli malzemenin bir kısmını karşılamak üzere SiO₂ içeriği 80%'nin üzerinde olan silis kumu seçilmiştir. Kireç ve çimento (P·O 42,5 çimento) kireçli malzemeler olarak kullanılmıştır; köpük oluşturucu madde hidrofilik alüminyum tozu, düzenleyici madde ise doğal alçıtaşıdır. Bakır atıklarından gazlı beton hazırlama proses akışı Şekil 5-13’te gösterilmiştir. Proses koşulları şunlardır: 55°C sıcak su ile karıştırma (çamur döküm sıcaklığı yaklaşık 44°C) ve 45°C’de sabit sıcaklıkta kürleme.

Deneysel araştırmalar sonucunda, gazbeton hazırlamak için en uygun karışım oranı şu şekilde belirlenmiştir: bakır atıkları 32%, silika kumu 34%, kireç 20%, çimento 8%, doğal alçıtaşı 6%, alüminyum tozu 0,057% ve su-katı oranı 0,53 olarak belirlenmiştir. Test sonuçları, yukarıdaki optimal karışım oranına göre hazırlanan gazbeton numunelerinin (100 mm × 100 mm × 100 mm) ortalama yoğunluğunun 619,1 kg/m³ ve ortalama basınç dayanımının 4,5 MPa olduğunu göstermiştir; bu da Otoklavlanmış Gazbeton Bloklar (GB 11968—2006).