Characterization and expansion behaviour of perlite

Abstract

Perlite is a silica-based organic glass. When it is instantaneously heated, it shows expansion by releasing a certain amount of water. Approximately 70% of perlite reserves in the world are found in Turkey. The porous structure of expanded perlite leads to use this material in many industrial areas; therefore, this is highly advantageous from the economic standpoint. In this study, the expansion behaviours of perlite samples, which were taken from İzmir (Bergama Mine), Kütahya (Avdan Mine), and Erzincan (Mollatepe Mine) were both characterized and investigated in the laboratory. The instrumentation techniques, X-ray Diffraction (XRD), X-ray Fluorescence (XRF), Scanning Electron Microscopy (SEM), Thermogravimetric Analysis (TGA), and Optic Microscope were used to characterize the perlite. The determination of the amorphous and crystal structure of perlite, the chemical composition of perlite, the measurement of loss of mass, the morphological characterization of perlite, and the form of raw and expanded perlite samples were obtained by XRD, XRF, TGA, SEM and Optic Microscopy, respectively. Four different heat treatments as 600 ˚C, 800 ˚C , 900 ˚C and 1000 ˚C and four different sizes 400-500 μm, 315-400 μm, 200-315 μm and 160-200 μm were conducted in the laboratory and the their bulk volumes and densities were compared before and after heat treatment. The perlite sample from Bergama 01 showed the largest expansion in all samples. As results of the analyses, the amount of crystal and water release in the perlite which had an influence on expansion process were consistent with the literature. The analyses were conducted until 1000 ˚C due to forming sinter above softening temperature. Additionally, the expanded perlite samples in the industrial furnace were compared with the expanded perlite samples in the laboratory more porous structure was observed. As a conclusion, the perlite samples from the different regions of Turkey were characterized and analyzed in terms of expansion behaviour in this study.

Perlit silica bazlı volkanik bir camdır. Ani olarak ısıtıldığında içindeki bir miktar suyun açığa çıkmasıyla genleşme özelliği gösterir. Dünya üzerindeki perlit rezervinin yaklaşık %70 den fazlası Türkiye'de bulunmaktadır. Genleşmiş perltin gözenekli yapısı sayesinde birçok endüstriyel alanda kullanımı mevcuttur. Bu da ekonomik açıdan oldukça avantajlıdır. Bu çalışmada İzmir (Bergama Madeni), Kütahya (Avdan Madeni) ve Erzincan (Mollatepe Madeni)’den alınan perlit örnekleri karakterize edilip labratuvar ortamında genleşme davranışları izlendi. Karakterizasyon özelliklerini belirlemek için XRD, XRF, TGA, SEM ve Optik Mikroskobu kullanıldı. Perlitin amorf ve kristal yapısını belirlemek için XRD cihazı, perlitin kimyasal bileşiklerinin belirlenmesinde XRF cihazı, sıcaklıkla ağırlık kaybının ölçülmesinde TGA cihazı, morfolojik yapı hakkında bilgi alınması için SEM cihazı ve ham ve genleşmiş perlit örneklerinin görüntüleri için ise Optik Mikroskop kullanılmıştır. Labrotuvar ortamında genleştirilen 600˚C, 800˚C, 900˚C ve 1000˚C sıcaklıklarda ve 400-500 μm, 315-400 μm, 200-315 μm ve 160-200 μm boyutlardaki perlit örnekleri sıcaklık öncesi ve sonrasındaki saf hacimleri ve yoğunlukları dereceli silindir ile ölçülüp genleşme oranları karşılaştırılmıştır. Tüm analizler sonucunda ise Bergama bölgesinden alınan Bergama 01 örneği en çok genleşmeyi sağladığı görülmüştür. Literatürle bağlantılı olarak genleşmeyi etkileyen perlitin içindeki Kristal miktarı ve su çıkışı yapılan analizler sonucu bu çalışmada tutarlı bulunmuştur. Softening pointin üzerindeki sıcaklıklarda sinterleme meydana geldiğinden analizler 1000 derece sıcaklığına kadar uygulanmıştır. Ayrıca Endüstriyel fırında genleştirilen perlit örneklerinin labratuvar ortamındakinden daha fazla gözenek oluşumu olduğu görülmüştür. Bu çalışmada sonuç olarak Türkiye'nin farklı bölgelerinden alınan perlit örneklerinin karakterizasyonları analiz edilerek genleşme davranışları izlenmiştir.