Ekonomik Metalurji. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU 2012

Transkript

1 Ekonomik Metalurji Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU 2012

2 Metallerin Reaktiflik Serisi Metallerin büyük çoğunluğu elektropozitiftir ve doğada elektron kaybederek diğer elementlerle bileşik oluşturma eğilimindedirler. Metallerin bileşik oluşturma hızı farklılık gösterir. Yandaki çizelgede en aktif metal potasyum, en az aktif ise platindir.

3 Metallerin Reaktiflik Serisi Metallerin hemen hemen hepsi doğada bileşik halde bulunur.

4 Yerkürede elementlerin bulunuş miktarları

5 Maden Yatağı Bir yatağın maden yatağı olarak tanımlanabilmesi için koşullar onlar (Fe, Al, Ti v.b), yüzler (Cu, Ni, Co, Zr, Mn, W, V, U v.b.) binler (Au, Ag, Yt, Sn, Pb, Cr v.b.) on binler (Hg, Bi, As, Sb v.b.) Bir veya birkaç yararlı mineralin sadece ekonomik olarak üretim yapılabilecek niteliklerdeki zenginleşmeleri maden rezervi olarak nitelenir.

6 Maden Yataklarının Aranması ve Etüdü Herhangi bir madenin aranması, o bölgede gerçekleşmiş jeolojik olayların, etkili oldukları alanların, kayaç türlerinin ve geometrisinin çözümlenmesini gerektirir. Arama süreci, önceden üretilmiş verilerin yorumlanması ile başlar. Madenin üretilmesi sırasında devam eder.

7 Maden Yataklarının Aranması ve Etüdü Bir maden yatağının aranması 3 aşamalıdır 1. Çeşitli yöntemler ile ümitli bölgelerin saptanması 2. Maden yatağının yerinin saptanması 3. Maden yatağının ayrıntılı etüdü Şayet bu ön çalışmalar ile saptanan bölge ekonomik faydalanılabilirlik gösteriyorsa ikinci aşama olan maden yatağının yerinin saptanmasına geçilir. Üçüncü aşama maden yatağının ayrıntılı etüdü olup bu değerlendirme tüm teknoekonomik yapılabilirlik faktörlerini kapsamak zorundadır.

8 Ümitli Bölgelerin Saptanması ÖN ARAMA Havadan Jeofizik Hava Fotoğrafları Saha Çalışmaları Manyetik Elektromanyetik Radyometrik Kızılötesi Fotojeodezi Jeoloji Jeokimya Değerlendirme Küçük Ölçekli Haritalar (1:25.000) Su Numuneleri ÜMİTLİ SAHALARIN SAPTANMASI Son zamanlara kadar sadece yüzeyden yapılagelen bu aramalar günümüz teknik olanaklarının gelişmesine paralel olarak büyük bir ilerleme göstererek aynı zamanda havadan ve uzaydan yapılan aramalarla daha yaygın ve etkin duruma gelmiş bulunmaktadır. Jeolojik saha çalışmaları, havadan fotoğrafla desteklenerek (fotojeolojik etüdler) küçük ölçekli jeolojik haritaların çizimini sağlarlar. Jeokimyasal çalışmalar ümitli bölgelerin saptanmasında önemli rol oynamaktadırlar. Bu safhada özellikle su numuneleri incelerek anormallik yoluyla bölgelerin saptanması mümkün olmaktadır.

9 Ümitli Bölgelerin Saptanması ÖN ARAMA Havadan Jeofizik Hava Fotoğrafları Saha Çalışmaları Manyetik Elektromanyetik Radyometrik Kızılötesi Fotojeodezi Jeoloji Jeokimya Değerlendirme Küçük Ölçekli Haritalar (1:25.000) Su Numuneleri ÜMİTLİ SAHALARIN SAPTANMASI Bu aşamada öncelikle paleocoğrafya (jeolojik geçmişte belli bir zamanda yeniden tasarlanmış fiziksel coğrafyayı sergileyen haritalardır. Karaların ve denizlerin dağılımı, karaların jeomorfolojisi, denizin derinliği, hava ve deniz akıntılarının yönü ve iklim kuşakları bilgilerini içerir), jeoloji, uzaktan algılama, jeokimya, jeofizik, maden ve mineralizasyon bilgileri değerlendirilir. Daha araziye çıkmadan yapılacak bu ön çalışmalar ile madenler mevcut haritalar (jeoloji haritaları) üzerinde belirlenir. Haritalar üzerinde büyük oluşumlar haritaya işlenir, küçüklerde özel harf veya sembollerle yine harita üzerinde belirtilir. Mineralojik etütler için yataklar hakkında daha detaylı bilgi edinmek için numunelerde alınabilir.

10 Ümitli Bölgelerin Saptanması ÖN ARAMA Havadan Jeofizik Hava Fotoğrafları Saha Çalışmaları Manyetik Elektromanyetik Radyometrik Kızılötesi Fotojeodezi Jeoloji Jeokimya Değerlendirme Küçük Ölçekli Haritalar (1:25.000) Su Numuneleri ÜMİTLİ SAHALARIN SAPTANMASI Bu çalışma aşamasında maden yatağının konsantre-cevher veren bölgeleri, buralardan alınan numuneler yardımıyla cevherleşmenin cinsi, minerallerin tipleri, beklenebilecek rezerv ve yapılabilecek işlemler ana hatlarıyla açıklığa kavuşturulmuş olur. Ümitli görünüm devam ediyorsa ikinci aşamaya geçilir, yoksa aramalar durdurulur, fakat herhalde tüm bilgiler arşivlenerek gelecek için bilgi birikimi olarak saklanır.

11 Yatağı ğın Yerinin-Sınırlarının Belirlenmesi ARAMA Döviz Havadan Fotojeoloji Saha Jeolojisi Jeokimya Saha Refleksiyon Sismik Ekolot Magnetometre Numune alma Uçak veya helikopter ile ayrıntılı araştırmalar Jeolojik ayrıntılı haritalar (1:5000-1:1000) Ayrıntılı yüzey araştırmaları Manyetik Elektromanyetik İndüktif Radyometrik Sismik Gravimetrik Direnç Öz potansiyel YATAĞIN YERİNİN SAPTANMASI Bu çalışmalarla yatağın yeri ve sınırları ile yersel konumu genel olarak belirlenir. Madencilik tekniği açısından işletilebilme olanak ve şartları ortaya çıkarılır. Sistematik numuneler yardımıyla cevher, gang, yan kayaç; minerolojik, petrografik ve kimyasal olarak incelenir. Bu aşamadan elde edilen veriler tekno-ekonomik bir ön etüdle değerlendirilirler. Sonuçlar müsbet ise üçüncü aşamaya geçilir; aksi takdirde tüm veriler arşivlenir ve ileriki yılların değişecek teknik olanakları ile ekonomik şartlarında tekrar ele alınmak üzere saklanır. Bu aşamada yatağın yeri, cevherleşmenin sınırları belirlenerek saptanır. Gerekiyorsa deniz jeolojisi, yansıma sismolojisi, ekolot, magnetometrik ölçmeler yapılabilirse de temel çalışmalar karadan ve havadan geliştirilir. Havadan jeofizik uçak ve helikopterlerle detaylı duruma getirilebilir; fotojeolijiden faydalanılabilinir, fakat temel çalışmalar arazide bilfiil yapılan prospeksiyon şeklindedir. Bu çalışmaların sonucunda detay jeolojik haritalar çizilir.

12 Yatağı ğın Ayrıntılı Etüdü AYRINTILI ARAMA Yüzey harita çalışmaları Numune alma Analizler Sondaj programı 1. Yüzeysel saptama 2. Derinlik saptama 3. Genişlik saptama Büyük ölçekli haritalar ve profiller Sondaj programı YATAĞIN DEĞERLENDİRİLMESİ (FİZİBİLİTE) Toplanan tüm veriler yardımıyla maden yatağının ekonomik yapılabilirliği bir fizibilite etüdü çerçevesinde incelenir. Bu fizibilite etüdü yatırım kararının verilmesinde temel değerlendirme niteliğindedir. Yatırıma karar verilirse daha ayrıntılı ve kesin şekle sokulur. Bu aşamada bir yatırıma esas olacak tüm bilgilerin yeterli hassasiyet ve kesinlikte derlenmesini ve belirlenmesini gerçekleştirecek ayrıntılı çalışmalar yapılır. Sistematik numune alma ve numunelerin etüdü yatağın değerlendirme parametrelerini sağlayacak şekilde uygulanır. Bu çalışmaların sonuçları büyük ölçekli haritalar ve profiller üzerine ayrıntılı olarak işlenir. Arama çalışmalarına göre yatağın sınırları saptanmış, uygulanacak madencilik yöntemi (açık işletme, kapalı işletme v.b.) ile yöntemin teknik ve ekonomik şartları belirlenmiş olur. Gerekiyorsa yarı endüstriyel çapta denemeler yardımıyla teknolojik veriler toplanır.

13 Maden Yataklarının Değerlendirilmesi Etkenlik derecesi Bir maden yatağının değerlendirilmesinde karara etken kriterlerin tanınması ve etkenlik derecelerinin bilinmesi şarttır. Kriterlerin etkenlik dereceleri güncel koşullarla değişmektedir. Her zaman ve her durumda geçerli mutlak değerler mevcut değildir. Gelişen teknoloji, değişen ekonomik şartlara göre kriterlerin etkenlik derecelerinin az veya çok salınımlar göstereceğini doğal olarak kabul etmek gerekir. Bu nedenle daha önceki bölümlerde arama ve etüd çalışmalarında da belirtildiği gibi tüm verilerin saklanması ve ileride yeniden değerlendirilecek biçimde arşivlenmesi çok önemlidir.

14 Maden Yataklarının Değerlendirilmesi Tenör Bir cevherin içerisinde mevcut metal miktarının kütleye oranına tenör denilir. Tenör genellikle ağırlık yüzdesi cinsinden ifade edilir. Bunun yanında özellikle asal metallerde konsantrasyonlar çok düşük olduğundan tenörlerin tonda gram (g/t veya ppm past per million-=milyonda kısım) şeklinde verilmesi uygulanması yaygındır. Bu arada İngiliz- Amerikan ölçü birimleriyle, örneğin Ounce (1 0z = 28 g) miktarı olarak tonda konsantrasyonlarla tenör belirlenmesine de rastlanır.

15 Ekonomik Metalurji Birimler Ölçü Sistemleri 1. Metrik ölçü sistemi (Ülkemiz dahil birçok Avrupa ülkesinde kullanılan sistem) Uzunluk birimi metre. 1 metre, ışığın boşlukta 1/ saniyede aldığı yol olarak tanımlanmıştır. UBS (SI:Système international d'unités) 2. İngiliz ölçü sistemi (Parmak ve Pus da denir) (İngiltere, ABD, Kanada, Japonya ve diğer bazı ülkelerde kullanılan sistem) Uzunluk birimi yarda (yd) dır. 1 yarda = 3 fit (ft) 1 fit = 12 inç (inch) Not: İngiltere 1995 yılında metrik sisteme geçmesine rağmen hala kullanmaktadır. 1 metre = 39,37 inç = 3,28 ft 1 inç = 2,54 cm

16 Ekonomik Metalurji T tera = G giga = M mega = k kilo = h hekto = D (da) deka = birim = 1 d desi = ,1 c senti = ,01 m mili = ,001 µ mikro = , n nano = 10-9 p piko = f femto = a atto = 10-18

17 Ekonomik Metalurji Uzunluk:Metrik sistemde uzunluk birimi metredir. İngiliz ölçü biriminde parmak (inç) birimidir. Kütle :Metrik sistemde kütle birimi gramdır. İngiliz ölçü biriminde ons dur. Hacim :Metrik sistemde hacim birimi litredir. İngiliz ölçü biriminde galondur. Kuvvet :Metrik sistemde kuvvet birimi Newton'dur. İngiliz ölçü biriminde paund'tur. Sıcaklık :Metrik sitemde sıcaklık birimi santigrat ( C)dır. İngiliz ölçü biriminde Fahrenheit ( F )dır

18 Ekonomik Metalurji Birimler 1 Metrik ton (t) = 10 3 kg = 10 6 g 1 Long ton (t, İngiltere ve sömürgeleri) = 2240 Pound (lbs) = 1016,047 kg 1 pound = 453,59237 gram 1 Short ton (sh.t) USA = 2000 Pound (lbs) = 907,185 kg 1. Pound (lb) = 16 Ounce (oz) = 453,592 g 1 Ounce (oz) = 28,3495 g Değerli taş ve mücevherler için Troy adı verilen ikinci bir birimler sisteminde pound ve ounce değişiktir. 1 Pound (lb ing.tr) = 12 oz tr = 373,242 g 1 Ounce (oz tr) = 31,1035 g Mücevherler için, ölçü birimi karat ile ifade edilir. 1 Karat = 0,2 g = 200 mg Soy metallerde karat terimi kullanılır. 24 karat % 100 (veya 1000/1000) saf metal için verilmiştir. Buna göre: 24 Karat 1000/ Karat 917/ Karat 750/ Karat 583/ Karat 333/1000 konsantrasyonlarındaki metale karşıt gelmektedir. Milyem, Fransıca kökenli olup, gramın binde biri. Altın yada gümüş alaşımında bulunan saf, değerli maden miktarını ölçmekte kullanılır. % 99.5 saf altın 995 milyem.

19 Ekonomik Metalurji Konsantrasyonlar Kütle yüzdesi cinsinden (%) belirtilir. Küçük olduklarında tonda gram (g/t) veya milyonda miktar (ppm) kullanılır. 1 g/t = 1 ppm = % 0,0001, 1 kg/t = % 0,1 Ticari hayatta ünite kullanılır. 1 ünite = % 1 = 10 kg/t pph-(parts per hundred)-yüzde bir ppt-(parts per thousand)-binde bir (mili) ppm-(parts per million)-milyonda bir (Mikro) ppb-(parts per billion)-milyarda bir (Nano) ppt-(parts per trillion)-trilyonda bir (Piko) ppq-(parts per quadrillion)-katrilyonda bir (Femto)

20 Maden Yataklarının Değerlendirilmesi Rezerv Rezerv, doğal zenginleşme miktarının saptanmasına yarayan ve maden yatağını kütle açısından belirleyen terimdir. 1. Potansiyel Rezerv: Ancak gelecekte ekonomik olarak yararlanılabilecek rezervlerdir. 2. İşletilebilir Rezerv: Halen mevcut ekonomik şartlara göre istifade edilebilir rezervlerdir. İşletilebilir rezervlerin tam olarak bulunması, işletme projelerinin yapılmasından sonra mümkün olacağından, bu safhadan önce hesaplanan rezervlerin de sınıflandırılması gerekir. Yani aramaları tamamlanmış ve henüz işletme projesi yapılmamış bir maden yatağının tanımlanması gerekir. Çünkü işletme projesi yapıldıktan sonra bir cevherin bir kısmı ekonomik nedenlerle (derinlik, kalınlık ve tenör düşüklüğü) nedeniyle kullanılamayacaktır.

21 Maden Yataklarının Değerlendirilmesi Rezerv Bu belirsizliği ortadan kaldırmak için, Jeolojik rezerv ve faydalı rezerv olarak tanımlar da kullanılır. Jeolojik rezerv: Bir maden yatağının ihtiva ettiği faydalı komponentlerin tümü. Ekonomik ve teknolojik şartlar söz konusu olmaksızın maden yatağının toplam cevher potansiyelidir. Faydalı rezerv: Mevcut ekonomik ve teknolojik şartlara göre jeolojik rezervlerden işletme esnasındaki kayıplar ve işletilemeyecek kısımlar çıkarıldıktan sonra kalan rezervdir.

22 Maden Yataklarının Değerlendirilmesi Diğer yandan rezervler yapılan arama çalışmalarında elde edilen verilerin kesinliğine göre çeşitli kategorilere ayrılırlar. Genellikle rezervler için; Görünür Görünür Muhtemel Muhtemel Mümkün sınıfları şeklinde dört grup cinsinden belirlenmelere rastlanmaktadır.

23 Maden Yataklarının Değerlendirilmesi 1. Görünür Rezerv Kazılar, kuyular ve sondajlı aramalar ile cevher tonajının ve detaylı numuneler yardımıyla da faydalanılabilir elementlerin konsantrasyonlarının en az % 85 lik bir doğrulukla saptandığı rezervlerdir. Maden yatağındaki cevher gövdesinin en az üç yanının kesin olarak bilinmesi, dördüncü yan için hiç olmazsa yaklaşık kesinlikte yeterli verilerin mevcudiyetiyle hesaplanan kütledir. 2. Görünür Muhtemel Rezerv Miktar ve konsantrasyonların en az % 65 bir doğrulukta bilindiği rezervlerdir. Maden yatağındaki cevher gövdesinin en az iki yanının (çoğunlukla üç yanının) kesin olarak bilinmesi ve diğer yanlar için hipotetik verilerin yaklaşık yeterli olmasıyla hesaplanan kütledir. 3. Muhtemel Rezerv En az yanları açılmış veya kontrol aralıkları çok büyük yataklarda haritalar, ölçmeler ve diğer verilerle kuvvetlendirilerek hesaplanan tahmini kütledir. Bu rezervler % 60 a kadar hataların kabul edildiği rezervlerdir. 4. Mümkün Rezerv Maden yatağının sınırlarını sadece jeolojik ve metalojonik haritalar yardımıyla saptandığı durumlarda bölgenin maden potansiyelini belirtmek amacıyla hesaplanan kütledir.

24 Tenör ve Rezerv Saptanması Bir maden yatağındaki rezervin saptanması için : Yatağın hacminin: V (m 3 ), Kütlenin ortalama özgül ağırlığının: ρ (t/m 3 ), kıymetli element veya elementlerin rezervleri için ayrıca, yatakta mevcut değerli elementin tenörünün: (t metal / t cevher) sağlıklı olarak bilinmesi gerekir.

25 Tenör ve Rezerv Saptanması Yatağın hacmi ile ortalama özgül ağırlığının çarpımı toplam kütleyi, yani toplam rezervi belirler: Toplam kütle ile yataktaki element, elementler (veya minerallerin) ortalama tenörlerinin çarpımı bu maddelerin yataktaki toplam miktarını verir:

26 Numune Alma Sondajlı bir arama için geçerli arama ve numune alma kriterleri. Yatağı ğın cinsi Çok homojen Homojen Az homojen Çok az homojen (heterojen) Sapma katsayısı,υ (%) < Standart kütle için ortalama numune sayısı Sondajların aralıkları > 100 m m m < 10 mm Çok Homojen Yataklar : Sedimenter tipte oluşumlar, örneğin tuz yatakları, kömür ve fosfat yatakları, demir ve mangan yatakları gibi Homojen Yataklar : Volkano-sedimenter tipte oluşumlar, örneğin pirit yatakları, porfir bakır yatakları Az Homojen Yataklar : Pb, Zn, Cu, U-cevherleri, Cr, Ni, Cu-cevherleri yatakları Çok Az Homojen Yataklar : Altın yatakları, kalay yatakları gibi oluşumlar Yatağın homojen olma derecesine, diğer bir deyimle az veya çok dağılım göstermesine göre yapılacak arama ve değerlendirme çalışmalarının kesinlik sınırları, istatiksel sapma katsayısı (variation coefficient) göz önünde tutularak yapılmalıdır.

27 Numune Alma Verilerin analitik açıdan yeterli kesinlikte olması için de yataktan çıkarılan numunelerin parça büyüklüklerine göre alınması gereken en az numune miktarı yeterli seviyede olmalıdır. Genel kural olarak parça boyutu 100 mm üzerindeki kısımlar önce kırılarak daha küçük boyutlara indirilir. Tabloda karışımdaki en büyük parça boyutuna göre ve cevherleşmenin yataklanmanın tipine göre alınması gereken en az numune miktarı gösterilmektedir. Cevher Tipi a b c d e f En Büyük Parça boyutu Minimum Numune Miktarı Yaklaşık (kg) mm 0,1 mm 1 mm 10 mm 0,005 0,5 50 0, , , , Bu tablodaki harflerin anlamları aşağıdadır. a. Çok düşük tenörlü cevherler veya tenör dağılımı çok tekdüze olanlar b. Düşük tenörlü cevherler veya tenör dağılımı tekdüze olanlar c. Orta tenörlü cevherler tenör dağılımı normal olanlar d. Zengin cevherler ve tenör dağılımı normal olanlar e. Çok zengin cevherler veya tenör dağılımı çok az tekdüze olanlar.

28 Ekonomik Metalurjisi Maden Yataklarının Değerlendirilmesi Numune Alma Homojenlik-tenör-tane boyu / numune miktarı ilişkisi Parça boyutu yükseldikçe alınacak numune miktarı artmaktadır. Cevherin tenörü yükseldikçe veya tenör dağılımı yersel büyük farklılıklar gösteriyorsa alınması gereken numune miktarı artar. Örnek: Fe cevherlerinden etüd edilmesi gereken miktar mm için 12 kg mm için 4 kg mm için 0.8 kg 10 dan küçük için 0.3 kg olmalıdır.

29 Numuneler Üzerinde Yapılan Çalış ışmalar Numune Alma Ana Numune 1. Bölüm Numune Maden Arşivi Mineral Tarifleri Geometrik ve Jeolojik Veriler Jeolojik ve Topografik Etüdler Mekanik Hazırlama Bölme Minerolojik ve Teknolojik Etüdler Cevher Hazırlama Kaya Mekaniği 2. Bölüm Numune (Analiz Numunesi) Kimya Laboratuvarı 3. Bölüm Numune Laboratuvar Arşivi Analiz Listeleri Jeolojik Profiller Analiz Planları Jeolojik Değerlendirme İstatistiksel Değerlendirme Ortlama Değerler Sapmalar Maden İşletme Planları Rezerv Hesabı Ana Numuneler in 1. Bölümü arşivlenir; bir bölümü jeoloji şubesince değerlendirilir; diğer bir bölümü minerolojik ve teknolojik etüdlere gider. Numune hazırlama ve bölünüp kütleyi temsil eden homojen bir karışımdan yeterli miktarda 2. Bölümü Analiz Numunesi olarak ayrılır. Bunun bir kısmı 3. Bölüm olarak laboratuvar arşivinde saklanır. Kimya laboratuarlarından alınan bilgiler jeolojik verilerle birleştirilerek yataktaki cevher cinslerinin dağılımı, tenörlerin dağılımı profiller şeklinde belirlenir; paralel bir istatistik çalışması otalama değerler, hata sınırları, sapmalar v.b. konuları belirler. Jeolojik değerlendirme ve istatistik değerlendirme çalışması yardımıyla rezerv hesaplamaları, işletme yöntem ve şartları ortaya çıkarılır.