Tufal atığındaki hematit kullanılarak stronsiyum hekzaferrit bazlı ferritik mıknatıs tozunun üretilmesi

Abstract

Mıknatıslar günümüz elektrikli araçların elektrik motorlarında, manyetik rezonans görüntüleme (MR) cihazlarında, hoparlör ve kulaklıklar gibi bir çok sistemlerin en önemli bileşenleridir. Ülkemizde yerli olarak mıknatıs üretiminin olmaması ve yukarıda bahsedilen sektörlerde mıknatıs kullanımının yaygınlaşması nedeniyle hem ülkemizde hem de küresel pazarda mıknatıs ihtiyacı önemli derecede artmıştır. Dolayısıyla, yerli hammaddelerimizi kullanarak mıknatıs tozunun üretimi konusunda çalışma ihtiyacı doğmuştur. Bu çalışma kapsamında tufal olarak adlandırılan yerli demir oksit malzemesi Türkiye’de demir çelik endüstrisinde faaliyet gösteren firmalardan alınıp, stronsiyum karbonat ile sentezlenerek stronsiyum hekzaferrit bazlı mıknatıs tozunun üretilmesi üzerinde çalışılmıştır. Tufal numuneleri ısıl işlem ve mekanik öğütme işlemlerine tabi tutularak, hematit fazına dönüştürülmeye çalışılmıştır. 10 farklı tufal numunesinin kristal fazları ve elemental muhtevası XRD cihazı vasıtasıyla yarı kantitatif olarak analiz edilmiştir ve en yüksek hematit oranına sahip numuneler belirlenmiştir. Bu numuneler ve Çin’den hazır olarak alınan ticari demir oksit numuneleri stronsiyum karbonat malzemesi ile 1,5 – 1,6 stokiyometrik oranları aralığında 12 farklı şekilde sentezlenmiştir. Sentezleme işlemlerinde yüksek enerjili bilyeli değirmen kullanılmıştır ve mekanik olarak alaşımlandırılan sentezler sinterleme kül fırınında ısıl işleme tabi tutulmuştur. Nihai sentezlerin ısıl işlem sırasında aglomere olmasından dolayı yaş öğütme prosesi gerçekleştirilmiştir ve mikron mertebesinde stronsiyum hekzaferrit çamuru elde edilmeye çalışılmıştır. Bu sentez çamurları çeker ocak içerisinde ısıtıcı vasıtasıyla kurutularak kristal yapı analizine uygun hale getirilmiştir. Elde edilen kuru sentezlerin kristal yapıları XRD cihazı vasıtasıyla gözlemlenerek en yüksek orana sahip stronsiyum hekzaferrit sentezi K21 olarak belirlenmiştir. K21 numunesinin manyetik performansı, Çin’den hazır olarak alınan ticari Y30 derecesindeki mıknatıs tozunun manyetik performansı ile VSM - Titreşimli Numune Manyetometre cihazı vasıtasıyla kıyaslanmıştır. Analiz sonucuna istinaden yerli demir oksit ile elde edilen stronsiyum hekzaferrit tozunun ticari mıknatıs tozuna göre 15 kat daha düşük Hc (koersivite) değerine ulaştığı gözlemlenmiştir.

Magnets are the most important components of many systems such as electric motors of today's electric vehicles, magnetic resonance imaging (MR) devices, speakers and headphones. Due to the lack of magnet production in our country and the widespread use of magnets in the above-mentioned sectors, the need for magnets has increased significantly both in our country and in the global market. Therefore, there was a need to work on the production of magnet powder using our domestic raw materials. Within the scope of this study, domestic iron oxide material, called scale, was purchased from companies operating in the iron and steel industry in Turkey and synthesized with strontium carbonate to produce strontium hexaferrite-based magnet powder. The scale samples were tried to be converted into hematite phase by subjecting them to heat treatment and mechanical grinding processes. The crystal phases and elemental content of 10 different scale samples were analyzed semi-quantitatively by the XRD device and the samples with the highest hematite content were determined. These samples and readymade commercial iron oxide samples from China were synthesized with strontium carbonate material in 12 different ways in the range of 1.5 – 1.6 stoichiometric ratios. A high-energy ball mill was used in the synthesis processes, and the mechanically alloyed synths were heat treated in a sintering kiln furnace. Due to the agglomeration of the final syntheses during the heat treatment, wet grinding process was carried out and strontium hexaferrite slurry was tried to be obtained at the micron level. These synthesis slurries were dried in a fume hood by means of a heater and made suitable for crystal structure analysis. The crystal structures of the obtained dry syntheses were observed by the XRD device and the strontium hexaferrite synthesis with the highest ratio was determined as K21. The magnetic performance of the K21 sample was compared with the magnetic performance of commercial magnet powder of grade Y30, ready-made from China, by means of the VSM - Vibrating Sample Magnetometer device. Based on the results of the analysis, it was observed that the strontium hexaferrite powder obtained with domestic iron oxide reached 15 times lower Hc (coercivity) value than commercial magnet powder.