ENDÜSTRİYEL HAMMADDELER 2. HAFTA

Transkript

1 ENDÜSTRİYEL HAMMADDELER 2. HAFTA

2 Pnömatolitik Oluşum Yüksek basınçlı ve kısmen kritik üstü durumlardaki gazlar ve buharlar bu oluşumda egemendirler. Çok hareketli ve reaksiyon yeteneği olan bu gazların bir damar boyunca kristallenmeleri beklenemez. Bu nedenle, pnömatolitik oluşumda oluşan mineral toplulukları, tanımlanması olanaksız biçimler alırlar. Kristallenme, ya bozunmaya başlayan gaz karmaşıklarının çökelme ürünü ya da, en sık rastlanan, gazların yantaş ile reaksiyonlarının ürünüdür. Söz konusu gaz-yantaş reaksiyonundan oluşan mineraller, önceden yantaşta bulunan minerallerin yerlerini hacimce aldıklarından bu olaya yeralma (metazomatoz) olayı denir.

3 Pnömatolitik oluşumun en tipik örneği kassiterit (SnO2) oluşumudur. Bu reaksiyonda ortaya çıkan HF, karbonatlı yan kayaçlardaki kalsit ile reaksiyona girerek önemli bir endüstriyel hammadde olan fluorit (CaF2) mineralini oluşturabilir.

4 SnF4 + 2H2O Sn02+4HF kassiterit 4HF + 2CaC03 2 CaF2 + 2H2C03 kalsit fluorit

5 kassiterit

6 kassiterit kuvars

7 Fluorit

8 Pnömatolitik oluşumda bütün uçucu maddeler kolay (H20, H2S, S02, C0, C02, HF, HCL, H3B03 vs.) ürünler verirler. Örneğin içerimler halinde kassiteritleşme, fluoritleşme, topazlaşma, turmalinleşme gibi.

9 Bu yatakların en önemlilerini üç grupta toplamak mümkündür. 1-Fluoritli kassiterit yatakları (volframit ve molibdenitli) 2-Turmalinli kuvars damarları (Au, Cu, Pb, Ag, Bi, Co, lı) 3-Feldspat ve mikaların kaybolmasıyla oluşan Nadir Topraklı, spodumenli, berilli, topazlı, grafitli kuvars damarları.

10 Bu evrede yukarıda anlatılan yolla meydana gelen maden yataklarına skarn yataklar denir. Skarnlar endüstriyel hammadde yataklarının oluşumlarında çok önemli yere sahiptirler.

11 Bu tip yataklarda; beril, bor mineralleri, vollastonit, apatit, grafit, asbest, talk, kristal kuvars, kriyolit, pirop, mika, sillimanit, fluorit vb. pek çok mineral ile bazı süs taşları bulunmaktadır.

12 İşlenmemiş Beril İşlenmiş Kolemanit (bor minerali) vollastonit grafit Müskovit (beyaz mika)

13 2.1.4.Hidrotermal Oluşum Cevher damarları Mağmanın kristallenmesi ve gazların yoğunlaşmasından sonar geriye sıcak sulu çözeltiler kalır. Suyun kritik sıcaklığı olan 374 C altında ortaya çıkan bu çözeltiler içerisinde Fe,Co,Ni,Mn,Ag,Au,Cu,Pb,Zn gibi siderofil ve kalkofil elementler zenginleşmektedirler.yarık ve kırık sistemleri ve derinlere kadar inen tektonik kayaçlar,bu çözüntülerin yukarıya doğru çıkmalarına yardımcı olurlar.metallerin bu tektonik sistemler içinde çökelmeleriyle hidrotermal evrenin en karakteristik ürünleri olan damar biçimli hidrotermal maden yatakları meydana gelir.

14 Hidrotermal oluşumun ürünü cevherleşmeler, egemen sıcaklıklara göre cevher türü, yapısı ve dokusu açısından farklılıklar gösterirler. Buna göre hidrotermal oluşum üç altkola ayrılır.400 (374) C C arasında oluşmuş cevherlere katatermal cevherler, 300 C C arasında oluşmuş cevherlere mezotermal cevherler ve 200 C ile günlük sıcaklıklara kadar oluşmuş cevherlere epitermal cevherler denmektedir.

15 Damar biçimli hidrotermal maden yatakları kendi içerisinde 8 gruba ayrılır. (Schneiderhöhn e göre ÖZTUNALI 1973) 1. Au, Ag 2. Cu ve sulfur 3. Pb, Ag, Zn 4. Co, Ni, Bi, Ag, U formasyonları

16 5. Sn, Ag, Bi, W formasyonları 6. Sb,Hg,As, Se 7. Fe, Mn, Mg oksitleri 8. Cevhersiz formasyonlar

17 Hidrotermal çatlak kristallenmeleri ve otometamorfîzma Şimdiye kadar adı geçen oluşumlar ve alt oluşumlardaki çözüntüler içindeki metaller, diğer iyonlarla karşılıklı etkilerle çökelerek geriye çok seyrelmiş sulu çözüntüler kalmışlardır. Bu çözeltiler kristallenmenin çoktan tamamlandığı kayaç ve cevherlerin çatlaklarından geçerken, bünyelerindeki son içeriği de bırakırlar.

18 En genç çatlak kristallenmeleri olan bu kristallenmeler, örneğin granitlerde, kuvars ve feldspatları izleyen klorit, mika, epidot, titanit, çeşitli zoisitler ve kalsit gibi mineralleri verirler. Bazik kayaçlarda ise, hornblend, epidot, titanit ve klorit gibi mineraller, çatlak kristallenmesinin egemen mineralleridir.

19 Son içeriklerini de çatlaklarda bırakmış olan magmasal sulu çözeltilerden geriye pratikman sıcak su kalmıştır.

20 Hidrotermal oluşum ile apatit, flogopit, grafit, barit, fluorit, manyezit, dolomite, talk, kaolin, kuvars, sölestin, sepiyolit (lületaşı), bentonit, zeolit vb. Mineral yatakları oluşmaktadır.

21 Ham ve işlenmiş sepiyolit (lületaşı)

22 Pirit- kalkopirit damarları

23 2.1.5.Volkanik Oluşum Magmanın, yüzeyde veya yüzeye çok yakın yerlerde akan kısımları olan lavların soğuyup katılaşmasıyla yüzey kayaçları, bu katılaşmayla aynı zamanda veya hemen biraz sonra kolay uçucu maddelerin ayrışmasıyla volkanik maden yatakları oluşurlar.

24 Yüzeydeki magmasal olaylar, maden yatakları açısından oldukça monotondurlar. Volkanik olaylar sırasında maden yatakları, yalnız gaz ve buharların püskürmeleri ile meydana gelmektedirler. Fümerol ve salfator ismi verilen bu püskürmelerin yer kürenin en dış katmanlarına getirdikleri en önemli maddeler, boratlar ve kükürttür.

25 kükürt

26 Kolemanit (bor minerali)

27 Deniz altında gerçekleşen volkanik olaylar, maden yatakları açısından çok daha verimlidirler. Ekzalatif Sedimanter Yataklar adı verilen oluşumlar, deniz altında faaliyette bulunan volkanların püskürttükleri metallerin(fe,cu,zn,pb,ag, vs.)kısmen deniz suyundaki bakterilerin ürünü H2S ve kısmen volkanik faaliyetin ürünü olan H2S tarafından metal sülfürlere çevrilmeleri ve çökelmeleriyle oluşan yataklardır.

28 Bu tip bir yatakta volkanik olaylarla tortullaşma olaylarının karakterleri, birbirinin içine girmiş olduklarından ekzalatif sedimanter yataklar, doğadaki olayların elele birlikte etkilerinin tipik örneklerinden biridir.

29 Deniazaltı volkanizması ile gelişen yastık yapısı

30 Volkanik oluşumda kükürt ile bor mineralleri ortaya çıkmaktadır. Ayrıca volkanik faaliyet ile meydana gelen bazalt, andezit, trakit, diyabaz, süngertaşı,pomza ve perlit gibi kayaçlar yapıtaşı, çimento hammaddesi, dolgu malzemesi ve izolasyon malzemesi olarak kullanılmaktadırlar.

31 2.2. Metamorfik Oluşum Isısal metamorfik oluşum Metamorfizma izleri gösteren maden yatakları, metamorf maden yatakları olarak isimlendirilir ve sınıflandırılırlar. Bu, yatakların doğrudan doğruya metamorfizma ürünü olarak oluştukları anlamına gelmemektedir. İlk oluşumlarında bunlardan bazıları tortul, bazıları magmasal kökenlidirler. Ancak metamorfizmaya uğramış bütün yatakların ortak bir özellileri vardır: Metamorfizma sırasında kükürt kaybetmişlerdir. Söz konusu kükürt kaybı, metamorfizma olaylarının gelişmesi süreci içinde piritin bozunması sonucu olarak açıklanabilir.

32 Bu bozunmada açığa çıkan pirit kükürdü kaybolmaz, silikat ve oksitler ile reaksiyona girerek, egemen koşullarda piritten daha duraylı olan sülfürler yapar. Bu nedenle, metamorfizma kükürt kaybolmasından ziyade metal miktarını çoğaltmaktadır. Ayrıca bu aşamada serbest kalan kükürt kendi yatağını da oluşturabilir.

33 Organik madde içeren sedimentlerin ısısal (kontakt) metamorfizması ile grafit yatakları oluşabilir. Alüminyumca zengin kayaçların metamorfizması sonucu korund, andalusit, sillimanit ve disten oluşumları gerçekleşebilir.

34 Yeralma metamorfizması oluşumları Bir mineralin veya bir kayaç karmaşığının maddeciklerinin bir başka yeni maddecik tarafından yerinin alınması (metazomatoz) olaylarıdır. Tanımlamadan da anlaşılacağı gibi, bu olaylar sonucunda brüt kimyasal bileşim değişmektedir. Olaylar, özellikle genç bir magmasal kayacın daha eski bir tortulun kontağında ve yüksek sıcaklıkta çok etkilidirler.

35 Bölüm te belirtildiği gibi, derinlik kayacı ile örtü kayacı kontaklarında oluşan cevherlere skarn denilmektedir. Postmagmasal çözüntülerin, kalker veya marnlarla yaptıkları yeralma reaksiyonları sonucu oluşan skarnlar, cevher ve silikat mineralleri karışımıdırlar. Mineral bileşimlerindeki en önemli silikat mineralleri, granatlar, vezüvian, skapolit, piroksenler, vollastonit, epidot ve amfibollerdir.

36 Cevher mineralleri ise, Fe, Cu, Pb, Zn, Mo, Au, Ag metallerinin sülfürleri, arsenidleri ve sülfoarsenidleri ile Mn ve Ti ile beraber demir oksitleridir. Aşağıda bu yolla gelişmiş mineral oluşumlarından vollastonit örneği verilmiştir.

37 500 C den daha düşük sıcaklıklarda kalsit ve kuvars yan yana birlikte bulunabilirler. Fakat daha yüksek sıcaklılarda bu iki mineral birleşerek vollastonit isimli yeni bir minerali ortaya çıkarırlar.

38 Mağmadan gelen kuvars ( SiO2) ve yan taşta bulunan kalsit (CaCO3 ) skarn türü oluşumda birleşerek vollastonit (2CaSiO3 ) mineralini meydana getirirler. 2CaCO3 + SiO2 2CaSiO3 + 2CO2 kalsit kuvars vollastonit

39 vollastonit

40 Yönlü basınç metamorfîzması oluşumları Bu olaylar, her yönden etki eden hidrostatik basınç etkisinden ziyade, yönlenmiş dış basınçların (stres) katılaşmış kayaç ve cevherlere yaptıkları etki ve değişimleri kapsar. Bilindiği gibi, kristallerin şebeke yapıları bu tür etkilere karşı plastik duruma gelme özelliğine sahiptirler. Bu nedenle belirli sınırlara kadar yönlü basınçlara karşı koyabilirler.

41 Basınç şiddeti plastiklik sınırını aşarsa, kristaller tamamen kırılıp öğütülmüş duruma gelmektedirler ki bu olaya milonitleşme, kayaçlara da milonit denmektedir. Kayaç öğütülüp, birey parçacıklar kolloidal tane sınırına yaklaşmışlarsa,«psödotakilit»lerden söz edilmektedir. Milonitler ve psödotakilitler küçük hacimler kaplayan kayaçlardır.

42 milonit

43 Ancak orojenez sürecinde kayaç minerallerinin bu derece küçük taneli oluşları, reaksiyon yüzeylerinin büyümesi, kristal içi ve çevresi reaksiyonların kolay başlayabilmelerine uygun ortam hazırlamış olmaktadır. Bu durumun doğal sonucu olarak, tekrar kristallenmeler ve modifikasyon değişiklikleri çok kolay ve yaygın hale gelmiş olurlar. Söz konusu tekrar kristallenmeler ve modifikasyon değişiklikleri süreci içinde, kayaç karmaşığı içinde gaz veya sıvı haldeki çözeltiler, gayet az miktarlarda dahi olsalar, büyük madde dönüşümlerinin meydana gelmelerini sağlayabilmekte ve bu suretle yönlü basınç metamorfizmasından bölgesel metamorfizmaya geçilmektedir

44 Daha önceden farklı yollarla oluşmuş endüstriyel hammadde yatakları da sonradan metamorfizmaya uğrayabilir. Bu durumda kaliteleri artar (talkta olduğu gibi) veya yeni hammadde yatakları ortaya çıkar. Killerin metamorfizması ile şiferton, kiraçtaşı ve dolomitlerin metamorfizması ile mermerler gelişir.

45 Kil Şiferton Metamorfizma Kireçtaşı Mermer

46 2.3. Sedimanter Oluşum Yüzey ayrışması süreçleri ile ortaya çıkan çeşitli boyutlardaki değişme ürünlerinin (kil, silt, kum, çakıl ve blok) su, rüzgâr ve ağırlıkla tane büyüklüğü ve özgül ağırlığa göre ayrılmaları, bir doğal zenginleşme olayıdır. Bu olay sonucu, Si, Ti, Fe, Zr, Au, Pt, P gibi elementler ya başlangıçtaki bileşikleri veya doğrudan nabit (element) olarak tortul gruplaşmalar göstermektedirler.

47 Moloz ve döküntü yatakları Birincil yatakların yüzeyde dağılmaları ve gravitasyonla tekrar derişiklenmeleri ile oluşurlar. Bu yatak tipinde, birincil yatağın muhakkak işletme değeri olan bir yatak, yani bir cevher yatağı olmasına gerek yoktur. Örneğin: Denizel moloz yatakları uygun deniz kıyılarında, dalgaların etkisiyle kara parçasını yapan kayaç içindeki dağınık demir minerallerinin konsantrasyonu ile teşekkül edebilmektedir.

48 Maden yatağı Yamaç molozu

49 Plaserler Ekonomik değeri olan mineral veya mineraller içeren kumlara plaser, bu tür maden ya da endüstriyel hammadde yataklarına da plaser yatak ismi verilmektedir.

50 Plaserlerde, moloz yataklarından nehir, deniz plaserlerine kadar bütün geçiş halleri vardır. Farklı türdeki birincil kaynağın ayrışması sonucu serbest kalan mineraller çeşitli etmenlerle taşınarak sedimantsyon havzalarında birikir ve zenginleşirler.

51 Plaser

52 Kütle madenciliğindeki, cevher minerallerini gang minerallerinden ayırmak için yapılan kırma, eleme, öğütme ve mineral ayırma büyük maddi gidere sebep olan zenginleştirme işlemleri, plaser madenciliğinde doğada kendiliğinden oluşmaktadır. Bunun sonucu olarak tenörü düşük olduğu için işletilemeyen bir çok birincil yatak minerali, plaserlerde doğal olarak zenginleştiğinden işletilebilmektedir.

53 Örnek olarak, birincil titanyum yatakları % 10 TiO2 (rutil) ve üzerinde ekonomik olarak işletilebilirken, plaserlerde bu değer % 0,5 dir. Benzer şekilde birincil kaynaklarda 3-4 ppm (tonda gram) altın işletilebilirken plaserlerde 1 ppm altın işletilebilmektedir. Plaser mineralleri zirkon, elmas, kassiterit, rutil, ilmenit, altın, platinyum vb. gibi kimyasal ve fiziksel olarak dayanımlı minerallerdir.

54 ksidasyon ve Sedimantasyon Oluşumları Bu yatak tipi henüz tamamen değişip dağılmamış birincil sülfürlü cevherlere bağlı olduğundan tortullar arasına katılır. Bu tipin esasını üç kısıma ayırmak mümkündür: 1-Oksidasyon zonu (demir şapka ile beraber) 2-Sementasyon zonu 3-Henüz değişmeye başlamamış birincil, sülfürlü cevherler.

55

56 Oksidasyon zonu, demir şapka ile beraber cevherin atmosfer etkisi altında kaldığı bir kuşaktır. Yüzeyden süzülen suların içindeki yüksek oranlı oksijen tarafından oksitlenmiş olduğundan bu isim verilmiştir. Oksidasyon ve demir şapka kuşaklarında oksitler, hidroksitler, sülfatlar, karbonatlar, fosfatlar ile element halde Cu, Au ve Ag bulunabilmektedir. Oksidasyon zonundan daha derine sızan sular içindeki çözünmüş maddeler, henüz değişmemiş birincil sülfürlü cevherler tarafından çökeltilirler. Bu kuşağa sementasyon zonu denir.

57 Oksidasyon ve sementasyon kuşaklarının meydana gelmeleri ve kalınlıkları; birincil cevherlerin bileşim ve dokularına, yantaşların cinsine, topoğrafyaya ve mevsimlik yer altı suyu değişimlerine bağlıdır. Özellikle mevsimlik yer altı suyu seviyesi farklarının yüksek olduğu coğrafyalarda bu iki kuşağın kalınlıkları yüzlerce metreyi bulmaktadır. Bu iki kuşağın önemi, fakir cevherlerin doğal yollarla zenginleşerek işletilebilir hale gelmeleridir.

58 ksitlenme ve Hidroliz Oluşumları Bu grupta toplanan oluşumların bir önceki gruba nazaran farkı, orijinal bileşimdeki minerallerin değilde, doğrudan doğruya birincil minerallerin kimyasal ayrışımı ürünü maddelerin ekonomik önemde mineraller oluşlarıdır. Dış madde deveranının başlangıcında da işaret edildiği gibi, değişmeye başlayan kayaçlarda, zor taşınabilen elmentler olmaları nedeniyle, arta kalan Al, Si, Fe, Mn, Mg ve Ni bu grubun konusu olmaktadırlar.

59 Bu elementler değişme sırasında yaptıkları koloidal çözüntülerden, ya boksitler veya lateritler olarak çökelmekte (alüminyum hidratları, kısmen demir hidratları ile beraber) veya Fe,Mn oksitlerine dönüşmekte ya da ayrışmaların kısa bir süre sonra tekrar yeni alüminyum silikatları (kaolin ve kil mineralleri) veya Ni ve Mg hidrosilikatları olarak birleşmektedirler.

60 Evaporitik Oluşum (Buharlaşma Oluşumları) Bu grupta karasal ve denizsel çözüntülerin buharlaşması suretiyle meydana gelen ve kalsiyum karbonata nazaran çok daha kolay çözünebilen tuz sınıfından endüstriyel hammadde yatakları bulunmaktadır.

61 Buharlaşma ürünü tuz yatakları gayet karakteristik olarak kendilerine özgü madde bölgesi yaparlar. Bu bölgede iyon yarıçapı büyük olan bütün elementler zenginleşmektedir. Jips, anhidrit, kaya tuzu, silvin, soda, trona, bor tuzları, barit, sölestin, manyezit vb. mineraller ile bir kısım kireçtaşı ve dolomitler bu yolla oluşan önemli zenginliklerden bazılarıdır.

62 Tuz üretimi

63 a. Denizel Tuzlar Normal deniz suyunun yapay buharlaştırılması suretiyle vuku bulan kristallenme sırası, karakteristik olmakla beraber doğadakinden biraz farklıdır. Yapay buharlaşmada; NaCl (kaya tuzu, halit) ve CaSO4 sürekli olarak her aşamada kristallenmekte, diğerlerinin kristallenme sırası ise kalsit, jips, jips-kaya tuzu ikilisi, anhidrit, polihalit ve diğer tuzlar olarak devam etmektedir.doğal kristallenmede ise kalsitten sonra jips yerine anhidrit gelmektedir.

64 Bu tip çökelmeler sığ ve sıcak denizlerde gerçekleşmektedir. 100 m derinliğindeki deniz suyu 1,6 m evaporitik çökel vermektedir. Bu yüzden, kalın istiflerin tamamen açık deniz ile ilişkisi kopmuş iç denizlerde olamayacağı, bunların açık deniz ile bağlantılı kanallara sahip oldukları anlaşılmaktadır. Örneğin, Hazar Denizinden Karabuca Boğazı ve eşiği ile ayrılmış Acı Derya gibi.

65 Tuz yataklarında, K tuzlarına nazaran daima çok yüksek oranda mevcut bir Ca sülfat miktarına rastlanmaktadır. Bu gözlem, bol tuzlu bir derinlik akıntısı dolayısı ile Na ve K'un tekrar çözünüp aktığı şekilde yorumlanmaktadır. NaCl, CaSO4 a nazaran deniz suyunda 20 defa daha fazla, KC1 de aynı ağırlık oranında mevcuttur.

66 Buna rağmen sodyum ve potasyum klorürün çökelmeleri için, çökelme ortamında özel koşulların varlığı gerekmektedir. Aynı zamanda, çökelmiş olan tuzların karasal ve denizsel hareketler ile tekrar çözünmemeleri veya erozyona karşı koyabilmeleri için koruyucu killi bir katman ile örtülü olmaları zorunludur.

67 b. Karasal Tuzlar Karasal tuzlar geniş anlamda Al, Fe, Mn, elementlerini de içine alarak fevkalade çeşitli oluşumlar göstermektedir. Zira burada denizsel tuzlarda olduğu gibi oldukça homojen bir başlangıç çözüntüsü söz konusu değildir. Dar anlamda karasal tuzları, bataklık ve göllerde gelişen tortullaşma olarak sıralayabiliriz. Bu tuzlar esas itibari ile sodyum karbonatlı bileşikleri ile karakterize edilebilirler. Bunların sodyum sülfatlar ile (Tenardit),(Glaubersalz) sıkı bağları vardır ve kısmen de kayatuzu zenginleşmeleri göstermektedirler.

68 Kalsiyum borat bileşikleri (Kolemanit, Pandermit, Uleksit gibi bor mineralleri) ve alkali nitratları (Şili güherçilesi) bu teşekkül bölgesinin en önemli temsilcilerindendir. Güherçile oluşumu oksitlenme potansiyeli yüksek bir ortam istemektedir. Bu ortam Kordilleri sahillerinin Şili ve Arjantin yüksek Pampa'larında olağan üstü şekilde meydana gelmiş ve bu bölgelerde dünyanın en büyük güherçile yatakları oluşmuşlardır.

69 Ekzalatif Sedimanter Yataklar Hem volkanik hem de sedimanter oluşum özellikleri gösteren ( volkanotortul oluşum ) bu yataklar hakkında Bölüm ayrıntılı bilgi verilmiştir.

70 Biyojen Tortullar Bu grupta canlı faaliyetleri ile meydana gelen biyokimyasal kökenli mineral ve kayaçlar bulunmaktadır. Deniz ve göllerde yaşayan algler, mercanlar, süngerler, radiolarya gibi tek hücreli canlılar sudan aldıkları kimyasallarla iskelet ve kabuklarını oluşturular. Bu canlıların ölmeleri ile bu katı kısımları deniz ve göl tabanlarında çökelerek bir kısım karbonatları ve diatomit yataklarını oluşturmaktadırlar.

71 diatome diatomite Diatomit yatağı

72 Bu grubun önemli endüstriyel hammadde oluşumlarından bir tanesi fosfat yataklarıdır. Fosfor, biofil elementlerin en önemlilerindendir. Tortullaşma olayları sırasında, kimyasal bileşimi apatit mineraline çok yakın olan fosforit (Ca-F fosfat) halinde biokimyasal çökelmeler gösterir. Deniz suyunda çözünmüş fosfat, bakteri faaliyetleri sonucunda, deniz dibinde yoğunlaşmaktadır. Özellikle bol organizmalı çökellerde genellikle önemli oranlarda fosfata rastlanmaktadır.

73 Bu tür fosfat yatakları, omurgalıların kemik kalıntılarının kayaç yapıcı parça olarak bulundukları kemik breşleri halinde oluştukları gibi, yüzey değişmelerinin yoğun olduğu bölgelerde, transgresyon ve regresyon olayları nedeniyle daha kolay oluşma olanağı bulan fosforit konkresyonları olarak da meydana gelmektedirler.

74 Bu gruptaki zenginleşmelerin biri de sudaki kükürt döngüsü ile ortaya çıkmış metalik maden yataklarıdır.