8. BÖLÜM 8. KROM YATAKLARI 8.1. CEVHER MİNERALLERİ Krom cevherinin tek minerali kromittir. Ayrıca fuksit kemererit ve uvarovit te Cr içeren silikatlarda vardır. Mineral Kimyasal Formül Tenör (%) Yoğunluk 52-48 Cr 2 O 3 Kromit (Fe,Mg)(Cr, Al, Fe) 2 O 4 46 Cr 4,8 (%1 Cr 2 O 3 =%0,694 Cr) Fuksit Krom Mikası Kemererit Krom Klorit Uvarovit Krom Granat Kromit spinel grubuna dahil bir mineral olup, Cr +3 (0,64 A ), Al +3 (0,59 A ), Fe +3 (0,67 A ), elementleri benzer iyon yarıçaplarında olduklarından birbirleriyle yer değiştirebilirler. Örneğin Cr ile Al arasındaki yer değiştirmelerden dolayı, Al lu silikatların bünyelerine bir miktar Cr girebilir. Fuksit, kemererit ve uvarovit bu şekilde oluşan minerallerdir. Krom yataklarında ana mineral olan kromite, gang mineralleri olarak her zaman enstatit, bronzit ve olivin bazen ojit, labrador ve bitovnit, ikincil mineral olarak talk aktinolit, antigorit, kemererit, uvarovit, magnetit ve klorit eşlik edebilir. Kromit genellikle olivin dışındaki silikatlardan daha erken oluşur. Bu sebeple kromitlerde olivin kapanımlarına rastlanır. Fakat diğer silikatlar kromitleri keser veya ornatır şekilde bulunurlar. 8.2. GENEL BİLGİLER 8.2.1. Kullanım Alanları: Krom cevherinin kullanım alanlarını daha çok tenörlerindeki Cr 2 O 3 ve demiroksit miktarları etkilemektedir. Ferrokrom üretiminde kullanılan cevherin Cr 2 O 3 /FeO oranı 2,5-3,0 olması arzu edilir. Al 2 O 3 kapsamı yüksek (%15 in üzerinde) nispeten fakir cevher ateşe dayanıklı mamul endüstrisinde ve ayrıca kimya endüstrisinde kullanılır. Ateşe dayanıklı mamül üretiminde kullanılacak cevherde Cr/Fe oranı önemli değildir. Böyle cevherlerde Al 2 O 3 tenörü yanında bazı fiziksel özellikler aranır. Örneğin tane büyüklüğü 2-3 mm altında olmamalı, cevher parçaları 5-30 cm boyutlarında ve sert olmalı, cevher kataklazma geçirmemiş olmalıdır. Kimyasal bileşiminde ise SiO 2 (en fazla %4-6), kükürt (en 67
fazla %0,05) ve fosfor (en fazla % 0,07) zararlı bileşenlerdir. Genel olarak % 20-35 Cr tenörlü cevherler işletilebilmektedir. Krom cevheri Cr 2 O 3 tenörüne göre üç sınıfa ayrılır. Sınıflar Cr 2 O 3 Tenörü 1. Sınıf 48 den fazla 2. Sınıf 42-48 3. Sınıf 42 den az Metal rezervine göre krom yatakları; Küçük Yataklar 10.000-50.000 ton metal Orta Büyüklükte Yataklar 50.000-200.000 ton metal Büyük Yataklar 200.000-500.000 ton metal 8.3.KROM YATAKLARININ OLUŞUMU VE TİPLERİ 8.3.1. Krom Yatakları Oluşumu ve Dokusal Özellileri Bütün krom yatakları bazik ve ultrabazik kayaçlar içinde bulunur. Serpantinleşmiş olarak görülen peridotitler en çok rastlanan kayaçlardır. Çok seyrek olarak piroksenolitler içinde yer alırlar. Bazik kayaçlardan norit, gabro ve anortozitler içinde ikinci derecede bulunabilirler. Peridotitlerden en çok harzburjit görülür. Dunit daha çok cevheri saran bir kuşak biçimindedir. Serpantinleşmenin ileri olduğu hallerde esas kayacı tanımakta güçlük çekilebilir. Eğer dunit serpantinleşmişse kırmızı-turuncu bir renk verir. Krom cevheri yatakları hem deniz tabanına yayılan ultrabaziklerin oluşturduğu ofiyolitlerde, hem de büyük çaplı intrüzyonlara (Güney Afrika daki Büyük dayk ve Bushveld masifi) bağlı olarak oluşabilmektedir (Şekil 8.1ve Şekil 8.2 ). 68
Şekil 8.1: Bushveld (Güney Afrika) Masifi sütun Kesiti (Routhier e göre) Şekil 8.2: Levhalara göre Cr yataklarının bulunduğu yerler (1 ve 2 oluşum yerleri). Kromit yatakları sadece erken magmatik (ortomagmatik) evrede fraksiyonel kristalleşmeyle oluşurlar. Kromitler içinde bulundukları kayaçlarla birlikte oluşurlar. Özşekilli kristaller yerine daha çok damla şekilli veya yuvarlağımsı taneler halindedirler. Magmanın üst kısımlarında oluşan kristaller ağırlıklarından dolayı dibe doğru çökerlerken magmatik eriyikler tarafından aşındırılırlar (koroziyona uğratılırlar). Bu çökme esnasında magmanın daha sıcak alt kısımlarında aşındırılan ve kısmen yeniden erimeye (resorbe olma) uğrayan taneler kenar ve köşelerini kaybederek yuvarlağımsı şekil alırlar. Kromitin magma eriyiğinden ilk ayrılması (Auscheidung=segregasyon) 900-1200 C arasında gerçekleşmektedir. Kristalleşerek ayrılan kromitin aşağıya doğru aldığı yol birkaç 10 m den birkaç 100 m ye kadar olabilmektedir. Alınan bu yol mesafesinde sıcaklıkta fazla bir değişiklik olmadığından 69
(ancak birkaç 10 C olabilir) büyük çapta yeniden erime (resorbsiyon) olayı olmamaktadır. Bu magmada az miktarda bulunan uçucu maddeler sıvı fazın korunmasını sağlamaktadır. Kromitler nadiren Mg ca zengin olivinler içinde özşekilli kristaller (oktaedrik) halinde bulunurlar. Olivinlerin oluşumu kromitlerden önce başlamaktadır. Bazı araştırmalara göre olivin oluşumu ile eriyiklerden kromit ayrılması arasında belirgin bir ilişki vardır. Olivin çok miktarda kristalleştiği safha aynı zamanda kromit ayrılmasının da en çok olduğu safha olmaktadır. Masiflerin taban kısımlarında büyük masif cevher birikimleri büyük çapta kromit ayrılımları olduğunu gösterir. Sıvı magmadan ayrılımla (differansiyasyonla) oluşan yataklardan başka bir de likit enjeksiyon yatakları vardır. Bu cevherleşme kromitçe zenginleşen magmanın yan kayaç içine (yarık, çatlak, kırık vb. boşluklara) enjekte olmasıyla meydana gelir. Likit enjeksiyon tipteki krom yataklarının tenörleri yüksek, fakat rezervleri azdır. Eskişehir Kavak cevherleşmesi bu tip bir yataktır. Damla şeklindeki ayrılım neticesinde, küre şeklinde leopar cevherleri ve daha az olarak da bilezik ve kokard (rozet, düğme) cevherleri oluşur. Leopar cevheri nodüllü, benekli ve serpintili cevherlere geçişler gösterebilirler (Şekil 8.3). Şekil 8.3: Krom cevheri doku çeşitleri *Serpintili Cevherler: Fe ce fakir serpantinitlerde görülür. Genel olarak uzun mercekler halinde karışık ya da sıra şekilli 1-2 mm çapında az-çok idiomorf olan krom cevherleridir. Serpintili kristalleşmeler in situ (yerinde) cereyan etmiştir. Yani cevherler herhangi bir yol kat etmezler. Serpintili oluşumlar şiliren ve şerit (band) halinde bir doku gösterebilir. Şilirenler sınırları kesin olmayan bulut şeklinde düzensiz mineral konsantrasyonlarıdır. Şiliren ve şerit şeklindeki oluşumlar cevhersiz dunit ve peridodit katları ile mm ile cm kalınlığında ardalanmalar yapabilirler. Bu cins cevherlerin istikametleri boyunca genişlikleri genellikle kalınlıkla birlikte büyür. Kalınlık dm den m ye kadar olabilir. Serpintili cevherlerin tenörü ortalama %10-20 Cr 2 O 3, şiliren ce şerit tiplerinin ki ise %20-35 Cr 2 O 3 tür. 70
*Benekli ve Nodüllü Cevherler: Oluşum yeri daha ziyade taban bölgesi ve bunun biraz üst kısımlarıdır. Nodüllü cevherler esas itibariyle sıvı halde kromit ayrılmalarını gösteren karakteristik teşekküllerdir. Yuvarlağımsı tanelerin çapı genellikle 5-15 mm arasındadır. 30-40 mm çapında olanlarına leopar cevherler denir. Nodüllü oluşumda daha önce belirtildiği gibi kristallerin metallerce yol alması sözkonusudur. Alınan yolun uzunluğuna uygun olarak küreler büyümektedir. Bu tür cevherin tenörü %35-40 Cr 2 O 3 tür. *Blezik ve Rozet (Kokard) Cevherleri: Başlangıçta nöbetleşen kromit ve olivin kabuklarından oluşmaktadır. *Masif Cevherler: Masif cevherleşmeler büyük cevher kütleleri ve bantlar halinde meydana gelebilmektedir. Oldukça iri kristalli olup taneler birbirine dişli kenetlenmeler gösterirler. Bu durum sıvı bir fazdan ağır ağır gelişmiş bir kristalleşmeyi işaret eder. Masif cevherler genel olarak 1 cm veya birkaç cm tane boyunda olurlar. Tenörleri %45-54 Cr 2 O 3 tür. NOT: Kayma yüzeylerindeki sıvamadan dolayı kromit cevheriyle siyah benekli serpantinitleri birbirinden ayırmakta zorluk çekilebilir. Ancak bunu ayırd etmek için kolay bir yöntem vardır. Çekicin sivri ucu ile tozlaştırılma yapıldığında örnek eğer kromitse kahverengi bir toz, eğer siyah serpantinit ise beyaz bir toz meydana gelir. Ayni yöntemi sondajlardan çıkan tozlar üzerinde de yapabiliriz. 8.3.2. Kromit Yatak Tipleri: Kromit yatakları oluştukları jeotektonik ortamlara göre iki sınıfa ayrılır. 8.3.2.1. Tabaka Şekli (Stratiform) Yataklar: Yerli (otijenik) masiflerde levha içine derin kırıklar boyunca yükselen manto malzemesinin ayrımlaşması ile oluşur. manto malzemesi en altta ultramafik kayaçlardan oluşur ve üstte granitoidlere kadar değişen kayaçlar bulunabilir (Bushveld Masifi). Dünya Kromit yataklarının % 90 ı bu tiptedir. Tabakamsı cevherleşmenin kalınlıkları genelde birkaç cm ile birkaç m arasında değişir. Stratiform tip krom yataklarının bazı özellikleri; *Kromit kristalleri çok küçük. *Demir içerikleri yüksek (%10-24). *Alüminyum ve magnezyumca fakir. 71
8.3.2.2. Alpin Tipi (Podiform tip) Yataklar: Genellikle Alp kuşağı içinde yer aldıklarından Alp tipi, mercek, torba, bezelye veya kese (torba) şeklinde bulunduklarından podiform tip yataklar denir. Taşınmış (allojenik) masiflerde bulunurlar. Bu tip krom yataklarını içeren ofiyolitler okyanusal levhaların kıtasal kabuk üzerine sürüklenmesi ile bu günkü konumlarını alırlar. Bu sürüklenme sırasında önemli ölçüde deformasyon geçirirler. Ofiyolitlerin yerleşimi sırasında etkin olan tektonik hareketler sözü edilen mercek ve torba şekilli cevherleşmeleri şekillendirirler. Alpin tip yataklarda görülen bu dokusal özellikler yanında magmatik akıntı ve plastikdeformasyon izleri olarak tanımlanabilecek yapraklanma (foliasyon), çizgisel yapılar (lineasyon) ve kopma yapıları gözlenir. Alpin tipi yatakların bazı özellikleri; *Kromit kristalleri iridir, *Demir ve titanca fakirdir, *Krom, Aliminyum ve magnezyumca zengindir. 8.4. TÜRKİYE KROMİT YATAKLARI Türkiye krom üretiminde önemli bir ülkedir. Ülkemiz krom yatakları itibariyle 5 bölgeye ayrılabilir (Gümüş, 1977). 1) Eskişehir Bursa Bölgesi 2) Çankırı Bölgesi 3) Erzincan Bölgesi 4) Guleman-Hatay Bölgesi 5) Burdur-Fethiye Bölgesi 8.4.1.Elazığ Yöresi Kromit Yatakları: En iyi incelenmiş kromit yatakları Elazığ çevresindeki yataklardır. Türkiye nin en büyük yatağı olan bu yataklar; a) Guleman Kesimi b) Kefdağ Kesimi c) Soridağ Kesimi olmak üzere üç kesimde incelenmiştir. Bunlar Alpin tipi cevherleşmelerdir. *Guleman yatakları bugün hiç kalmamıştır. Buradaki cevherin rezervi 2,5 milyon ton idi. Tenörü ise %50-52 Cr 2 O 3 tür. Cevher iri taneli olup taneler 2,5-3 cm ye kadar ulaşmaktadır. Ayrıca kemererit, uvarovit ve kromlu tremolit gibi silikatlara rastlanır. Bu yataklar tektonikten etkilenmişlerdir. 72
*Kefdağ kesimindeki yataklar % 38-40 Cr 2 O 3 tenörlü refrakter niteliktedir. En kalın seviyesi; ortalama kalınlığı 20 m, yayılımı 7 km ve 300 m derine inen bir yataktır. Rezervi 5 milyon ton görünür 3 milyon ton mümkün olmak üzere yaklaşık 8 milyon tondur. Yatağın tabanını dunit, tavanını ise peridodit oluşturur. Cevher başlıca serpantinit içinde saçınımlı ve yer yerde torba veya kese şeklindedir. Torba şeklindeki masif cevherde tenör %56 ya kadar yükselmektedir. *Soridağ kesimindeki yataklar 1200-1780 m yükseklikler arasında çeşitli cevher seviyeleri şeklindedir. (Şekil 8.4). Taban ve tavan kayaçlar Kefdağ yataklarındaki gibidir. Cevher seviyeleri 7-14 m kalınlık gösterirler. Tenörleri %44-48 Cr 2 O 3 tür. Tespit edilmişrezervi 1 milyon tondur. Şekil 8.4: Soridağ (Elazığ) Kesimi (Gümüş, 1979). 8.4.2. Burdur Yöresi Kromit Yatakları Yeşilova çevresinde yüzeyleyen ofiyolitik kayaçlar içindeki cevherleşmelerdir. Burada normal bir ofiyolitik diziye ait kayaçlar görülebilmektedir. Cevher kütleleri kuzey-güney uzanımlı ve batıya dalımlıdır. Kromit kütleleri dunitlerin üst bölümünde, harzburjitlerin içinde ve genellikle dunitik bir kılıfla kuşatılmış haldedir. Podiform tipte olan bu yataklarda saçınımlı, mercek şeklinde (nodüler) ve bantlı cevherleşmeler gelişmiştir. Yataklarda %38-58 Cr 2 O 3 tenörlü, 550.000 ton kromit rezervi bulunmaktadır. 73
BÖLÜM 9 9. PLATİN VE PLATİN METALLERİ 9.1. CEVHER MİNERALLERİ Mineral Tenör % Yoğunluk Ferroplatin (Eisenplatin) (Pt, Fe) 75-84 14-20 Sperrilit (Pt,As 2 ) 52-56 Pt 9 Stibiyopalladinit (Pd 3 Sb) 70 Pd 9,5 Koperit (PtAs) 80 Pt 9,5 Niggliit Pt-Sn 35 Pt Laurit RuS 2 60-67 Ru 6-7 Braggit (Pt,Pd,M)S 60 Pt, 20 Pd 10 9.1. GENEL BİLGİLER: Platin grubu elementlerin başlıcaları platin (Pt), paladyum (Pd), iridyum (Ir), osmiyum (Os), rodyum (Rh ve Rutentum (Ru) olup genellikle birlikte bulunurlar. Bu metaller nabit halde bulundukları gibi sülfür ve sülfürarsenüyürler halinde bulunurlar. Platin kimya endüstrüsünde, elektronikte, otomobil endüstrüsünde ve mücevhercilikte kullanılır. Gruptaki diğer elementlerin, teknik önemi platin, altın ve gümüş gibi asilmetallerle yaptıkları alaşımlardan ileri gelmektedir. Platin grubu cevherleşmeler genelde pirotin ve pendlandit ile birlikte bulunurlar. Ultrabazik kayalarda daha çok Pt, Ir, Os üçlüsü, bazik kayaçlarda ise Pt ve Pd yer alır. Ancak Pd, Pt ne göre daha fazla miktardadır. Nabit platin ultrabazik kayaçlarda, sülfür halinde ise bazik kayaçlarda nikel ve bakırla birlikte bulunur. 9.1.1. Cevher Kalitesi ve Rezerv Platin, dunit ve piroksenitler içinde çok ince inklüzyonlar halinde bulunur. Kayaçlarda eser miktarda yer alan platinin ekonomik olabilmesi onun sekonder olarak zenginleşebilmesiyle mümkün olmaktadır. Platin yan ürün olarak işletilebildiği yataklarda ton da 5-10 gr Pt olan ortalama asgari işletme tenörü platinin yan ürün olarak işletildiği yataklarda (Surdbury) ton da 2,5 gr a (Pt+Pd+Ir+Os) düşebilmektedir. Hatta Witwatersrand yatağında 0,025-0,003 gr/ton Os tenörü ekonomik olmaktadır. 74
Plaser yataklarda endüstriyel tenörler çok daha küçük değerlerde (0,1 gr/ton, 0,05 gr/ton) kalabilmektedir. Bu yüzden primer yataklar uygun tenörlü ve büyük rezervli oldukları zaman işletilebilirken, plaser yataklar daha küçük tenör ve rezervlerde işletilebilir. Platin yataklarında rezerv büyüklükleri aşağıdaki gibidir. Çok Küçük Yataklar Küçük Yataklar Orta Büyüklükteki Yataklar Büyük Yataklar Çok Büyük Yataklar 2500 kg Pt Metal e kadar 2500-15000 kg Pt Metal 15000-50000 kg Pt Metal 50000-250000 kg Pt Metal 250000 kg Pt Metal den fazla 9.2. PLATİN YATAKLARININ OLUŞUMLARI Platin özellikle dunit ve proksenitler içinde ince inklüzyonlar halinde bulunduğu için eski teorilerde erken kristalizasyon ürünü olduğu kabul edilmiştir. Ancak yeni araştırmalarda bu fikirlerin doğruluğu tartışılmış; platin ve platin metallerinin çok fazla miktarda pegmatitik hortonolitler (hortonolit=demirce zengin peridotit) içinde hidrotermal sülfid cevherleşmeleriyle birlikte bulundukları ortaya konmuştur. Hidrotermal oluşuma ek olarak platinin kolay uçucu bileşenler içinde zenginleşebildikleri de bilinmektedir. 9.2.1. Likit Magmatik Yataklar: Likit magmatik Pt yataklarının oluşum mekanizması krom yataklarının oluşumundan farklı değildir. Gerek yantaş özellikleri ve gerekse mineral bileşimleri açısından krom yataklarıyla büyük benzerlik gösterir. Bu tipin en meşhur ve en önemli örneği Orta Urallardaki platin yataklarıdır. Burada işletmeye elverişli olmamakla birlikte dunitler ortalama 0,05-0,5 gr/ton platin metali içermektedirler. Bu dunitler kromitli olup etrafları proksenitler tarafından çevrilmiştir. Bunun etrafında gabro ve gabro-diyorit halkası ve en dışta olivinin olmadığı kısımlarda diyoritler ve kuvarslı diyoritler yer alır. Platin dunit ve piroksenitlerde aynı oluşumda yer almaz. Piroksenolitlerin çekirdek kısmında bir dunit oluşumu varsa platin dunitler içinde yer almaktadır. Böyle piroksenolitlerde Pt ne rastlanmaz. Dunitler içinde platin oluşumları kromit oluşumlarına bağlı olarak da gelişebilmektedir. Dunit içinde olivin kristalleri arasında otomorf platin kristalleri gelişir. Kromite bağlı olanlar ise şiliren, damar veya baca şeklinde olmaktadırlar. Urallardaki bu tip platin yataklarından önemli ölçüde platin elde edilmektedir. Platin daha çok bu yataklardan gelişerek zenginleşmiş plaserlerden elde edilmektedir. 75
Likit magmatik tipe, Sudbury (Kanada) ve Bushveld (G. Afrika) platin zenginleşmeleri de örnek verilebilir. Özellikle Bushveld masifi birincil oluşumlu yataklarında platin işletilebilmektedir. Bushveld masifi bazik kayaçlardan (norit) oluşur ve bu norit masifi kırmızımsı granitlerle örtülür. Bushveld lapoliti doğu batı doğrultusunda 450 km uzanır. Şekilde görülen kolon kesitin kalınlığı yaklaşık 12 km dir. En kalın birim noritlerdir. Diğer birimler, üstteki granit örtüyle bu iki birim arasındaki volkano sedimanter seridir. Magmatik katmanlanmaya çok iyi bir örnek teşkil eden Bushveld masifi bir çok cevherli seviye içermektedir. Noritler içinde cevher ayrılımları krom ve demir ayrılımları şeklinde başlamıştır. Kromlu demirli seviyenin üst kesimin platinli sülfürlü bir seviye gelmiştir (Merensky Seviyesi). Platinli Merensky Seviyesi 0,80-1,50 m kalınlıkta daha çok sülfürlü minerallerin bulunduğu bir zondur. Parajenezde Ni ve Cu ın varlığı karakteristiktir. Pt ve Pt-grubu metallerin hepsi parajenezin en yaşlı mineralleri olan Ni ve Fe-sülfürler içinde bulunur. Platin tenörü tonda 10-20 gr dır. 9.2.2. Hidrotermal Yataklar: Hidrotermal evrede platin oluşumlarına pek çok örnek verilebilir (Bushveld masifinde Waterberg yatağı, Amerika daki Boss Mine, Rambler Mine). Merensky seviyesinde hidrotermal kuvarslı damarların yer aldığı bilinmektedir. Bu damarlardaki cevherleşemeler birincil cevherleşemelerin tektonik etkilerle pinöymatolitik ve hidrotermal şartlarda yeniden mobil hale gelmelerinin ürünleridir. Bu damarlarda platin sperrilit, koperit, braggit ve nigglit gibi mineraller bulunabildiği gibi diğer sülfürlü antimonit ve arsenidli minerallerin atomik yapılarında da bulunur. Katatermal oluşumlu pek çok bakır damarlarında (Amerika da) yan ürün olarak platin kazanılabilmektedir. 9.2.3. Plaser Yataklar: Plaser platin yatakları Urallar, Kolombiya ve Etiyopya önemli miktarda metal üretilen yatakları oluşturmuşlardır. Platin yüzey etkilerine karşı dayanıklı bir mineral olmasına rağmen elüvyal ve alüvyal yataklar oluşturabilmiştir. Ayrıca oksidasyon zonunda zenginleşebilmektedir. Elüvyal plaserlerin taşınmalarıyla akarsu plaserleri oluşmaktadır. Elüvyal plaserler rezervi küçük tenörü yüksek yataklar verirken, alüvyal yataklar tenörü düşük rezervi büyük yataklar verebilmektedir (Örnek: Urallar daki plaser Pt yatakları). Ural platin üretiminin hemen hemen tamamı bu tip yataklardan üretilmektedir. Bu üretim genelde dünya platin ihtiyacının % 90 nını oluşturmaktadır. Kolombiya (Choco bölgesi) plaserlerinden altın üretilmesi sırasında platin de elde edilmektedir. Plaserlerde ve özellikle altınlı plaserlerde asgari işletme tenörleri 0,05 gr/ton Pt e kadar düşebilmektedir. 76
BÖLÜM 10 10.1. CEVHER MİNERALLERİ 10. BAKIR YATAKLARI Mineral adı Formülü Tenörü (% Cu) Yoğunluk (gr/cm3) Nabit bakır Cu 100 9 Kalkosin (Kupferglanz) Cu 2 S 80 5,5 Kovellin (Kupferinding) CuS 66 4,5 Bornit (Buntkupfererz) Cu 5 FeS 4 60 5 Kalkopirit (Kupferkies) CuFeS 2 34 4 Kuprit (Rotkupfererz) Cu 2 O 89 6 Malahit CuCO 3.Cu(OH) 2 57 4 (Karışık) Enarjit Cu 3 AsS 4 48 4,4 Azurit (Kupferlazur) 2CuCO 3.Cu(OH) 2 55 4 Kübanit CuFe 2 S 3 32 4,5 Neodigenit Cu 9 S 5 (Kalkosinin yüksek ısıda oluşmuş modifikasyonu) (Karışık) Tennantit Cu 3 AsS 3. 25 (Karışık) Tetraedrit Cu 3 SbS 3.25 30-35 4,4-5,4 Krizokol CuSiO 3 +xh 2 O 45 2 Dioptaz Cu 6 (Si 6 O 18 )6H 2 O 45 3,3 10.2. GENEL BİLGİLER 10.2.1. Cevher Kalitesi Tabiatta 100 den fazla bakır minerali bilinmesine rağmen ekonomik değeri olan cevher mineralleri daha azdır. Bunların başlıcaları kalkopirit, kalkosin, enarjit, bornit ve eksojen ortamda ise malahit ve azurittir. Bakır cevherinin kullanım alanlarına göre işletilebilirlik sınırı çok çeşitlidir. Ayrıca yatağın büyüklüğü de bu sınırı belirleyici bir faktördür. Avrupa da en alt işletme sınırı % 1,5 olup çok büyük yataklar için bu sınır %0,5 olabilir. %0,3 Cu olan yataklar ise potansiyel yataklar olarak düşünülmektedir. Günümüzde dünya Cu üretiminin ¾ ü yerüstü işletmelerinden kazanılmaktadır. Bunlarda işletme tenörü %1-0,3 Cu dır. Oksitli cevherlerde ise %2-3 Cu tenörlü olup asitlerde çözünen bu tip cevherler işletilmeye elverişli silikatik-cu cevherleri ise elverişsizdir. Cu cevheri yataklarında Pb, Zn, Au, Ag, Cd, Ge, Se, In, Pt, Co, Ni, Bi, As, Sb gibi elementler yer alabilir. Bunlardan As, Sb, Zn, Bi zararlı bileşendir. Zn yan ürün olarak işletilmiyorsa %10 nun altında olmalıdır. Bizmut %0,5, As %2, 77
Sb %1 in altında olmalıdır. Pirit ve bakırın bir arada bulunduğu piritli bakır cevherlerinde cevherden bakır eldesi karışık cevherlerden daha kolaydır. Piritli bakır cevherlerinde ayrıca çinko, oksidasyon zonunda altın, kadmiyum ve selen hatta az miktarda germanyum ve indiyum faydalı bileşen olarak bulunabilir. Bu yüzden mineral parajenezi cevher zenginleştirmeyi etkilediğinden önemlidir. Minerallerin sülfürlü ya da oksitli oluşu işletilebilme tenörünü değiştirmektedir. Sülfürlü cevherlerde işletme tenörü düşük fakat silikatik cevherlerde yüksektir. 10.2.2. Bakır Jeokimyası Bakır yerkabuğunun az bulunan elementlerinden biridir. Yerkabuğunda az bulunan elementlerden Zr 160 ppm, Rb 120 ppm, Cr 70 ppm, V 95 ppm, Ni 44 ppm bakır ise 30 ppm lik bir clark değerine sahiptir. Buna rağmen bakırın yerkabuğunda maden yatağı oluşturma kabiliyeti çok üstündür. Bakırın maden yatağı oluşturmadaki bu üstünlüğünün başlıca iki sebebi vardır. 1) İyon çapının büyüklüğü (0,96 A ): Bakırın iyon çapının büyük oluşu silikatların kafes yapısına girmesini önler. Silikatlar bilindiği gibi yerkabuğunun %90 nından fazlasını oluşturmaktadır. Böylece bakır ortamdan silikatların ayrılmasıyla gittikçe çoğalır. 2) Kalkofil bir element oluşu: Bakır kalkofil bir element olduğu için silikatik eriyiklerden hem sülfid olarak hem de eksolüsyon yoluyla kolaylıkla ayrılarak cevherleşebilir. Eksolüsyon (Etmisung) = Sıcaklığın ağır ağır düşmesiyle katı eriyikleri (eksolüsyon) oluşturan kristal şebekelerinin kristalografik doğrultularda iki ayrı faz teşkil edecek şekilde ayrılması olayıdır. 10.3. BAKIR YATAKLARININ OLUŞUM TİPLERİ 10.3.1. Likit Magmatik Cu Yatakları: Magmatik ayrılımın erken kristalizasyon safhasında Cu-Ni ile birlikte ortamda çoğalır. Mafik kayaç oluşumu ile de ortamda kükürt konsantrasyonu artar. Kükürt artışı, silikatların bünyesinde bulunan bakırın Ni ve Fe ile birlikte ayrılmasına ve yoğunlukları sebebiyle birikmelerine yol açar. Ortamdaki kükürt konsantrasyonunu oksijen miktarı da etkiler. Bilindiği gibi oksijen konsantrasyonu magmada bulunan Fe +2 tarafından kontrol edilmektedir. Böylece Cu cevherleşemesi demir oksit oluşumları ile de bağımlı olmaktadır. Bu oluşum biçimine örnek olarak Kanada daki Sudbury yatakları gösterilebilir. Burada norit oluşum safhasında oksijen Fe +2 ile Fe-oksit meydana getirmiş ve ortamda oksijen azalmıştır. Diğer taraftan kükürt devamlı artmış ve sıvı fazda Cu-Ni-Fe sülfid ayrılımlarına sebep olmuştur. Oluşan damlacıklar da çökelerek cevherleşmeyi meydana getirmiştir. Sudbury cevherleşmeleri mafik magmalara bağlı katmansal yapı gösteren masif ve nadiren içirmeli (impregnasyon) cevher kütleleri halindedir. Yatağın önemli cevher mineralleri pirotin, kalkopirit ve pentlandit tir. Yan kayaç norittir. Nikel kapsamı yönünden dünyanın en büyük endojen Ni- 78
yatakları olarak da bilinir. Sadbury tipi yataklar dünya bakır rezervinin %3 ünü teşkil eder. Oysa dünya nikel rezervlerinin %50 si bu tip yataklara aittir. Ayrıca bu yataklarda platin ve Pt metalleri de elde edilmektedir (Şekil 10.1). Şekil 10.1: Sudbury (Kanada) Küveti jeolojisi. (1.Pleistosen ve daha genç örtü; 2. Arjilik,arkoz, grovak, sığ göl fasiyesi, 3. Riyolitik ve andezitik lav, tüf, breş, 4. Granofir, 5. Melez kuşak, 6. Norit ve kuvarslı diyorit, 7. Stobie volkano-sedimanter oluşuğu, 8. Copper Cliff riyoliti, 9. Grovak,kuvarsit, konglomera, 10. Gabro, Sudbury amfiboliti, 11. Eki granitik karmaşık, 12. Genç granit, 13. İşleyen yataklar, 14. Eskiden işletilmiş yataklar, 15. cevher belirtileri). 10.3.2. Pegmatitik ve Pnöymatolitik Yataklar: Bu tip oluşumların bakır yönünden bir önemi yoktur. Bazı pegmatitik veya pnöymatolitik damarlar (turmalinli, altın, kuvars damarları) eğer biraz kalkopirit ihtiva ederlerse Cu yatağı olarak işletilebilir. 10.3.3. Kontakt Pnöymatolitik (Kontak Metasomatik) Cu Yatakları (Skarn Tipi): Ana kristalizasyon safhasında ortamda Cu onsantrasyonu artmaktadır. Yerleşimine bağlı olarak bakırca zenginleşen magmanın yan kayaçlarla teması neticesinde kontak bölgelerinde kontak metasomatik yataklar oluşurlar. Oluşumu demir yataklarında sözü geçen Magnitkaya tipi ne benzetebiliriz. Bu tür bakır cevcevherleşmeleri de genellikle granit, granodiyorit, kuvars diyorit ve monzonit gibi intrüzif kayaçların karbonatlarla olan kontağında meydana gelmektedir. Cevherleşme bu kontakta düzensiz ve masif kütleler halindedir. Nadiren bantlaşma ve seviyeler (tabakamsı) halinde görülebilirler. Kontak pnöymatolitik bakır yataklarının ana minerali kalkopirit olup ayrıca pirit, bornit, sfalerit, manyetit ve hematit mineralleri bulunur. Gang mineralleri olarak skarn mineralleri olarak da adlandırılan kalksilikatlar, grossulaar, epidot, andradit, hornblend, tremolit, aktinolit, diyopsit ve kalsit 79
mineralleri yer alır. Bu oluşumları takiben ortama gelen solüsyonlar yeni mineral oluşumları (granat, fahlerz, enarjit ve galenit gibi) meydana getirirler. Ayrıca bu bol sulu eriyikler silikat minerallerin de değişimlere (döyteritik safha mineralleri oluşur) sebep olur. Magmatik safha minerallerinin postmagmatik eriyiklerle reaksiyonu sonucu olarak değişimi döyterik değişim olarak adlandırılır. Döyterik alterasyonla silikat minerallerinde, kloritleşme, serisitleşme, epidotlaşma meydana gelir. Kontak pnöymatolitik bakır yatakları dünya rezervlerinin %1,6 sını üretimin ise % 3,8 ini meydana getirir. 10.3.4. Porfiri Bakır Yatakları: Porfiri bakır yataklarını genel manada kısaca derinlik veya subvolkanik intrüziflerin impregnasyon cevherleşmeleri olarak kabul etmek mümkündür. Burada cevherleşme cevher taşıyan hidrotermal çözeltilere bağlı olduğundan hidrotermal yataklar olarak da nitelendirilebilmektedir. Porfiri bakır yataklarının birkaç müşterek özelliği vardır ki, bu özellikler bakır yatağının prokspeksiyonunu kolaylaştırır. Bu cevherleşmeler daha çok granodiyoritik, monzonitik, bazen de andezitik intrüziflerle ilgilidir. Burada porfirik kayaç dokusu ve intrüzif breşler oluşması da karakteristiktir. Cevherleşme impregnasyon veya damar ağı şeklinde oluşur. Hâkim olarak intrüzif kayaçlar içinde fakat bazen de yan kayaçlar içinde bulunurlar. Hidrotermal eriyiklerin tesiriyle, intrüzif kayacın çevresinde en dışta kloritli ve epidotlu bir propillit zonu yer alır. İçeriye doğru arasıra kaolenli de olabilen bir serizit pirit zonu bulunur. ve çekirdekte K-feldspat (ortoklaz) ve biyotit oluşumlarının görüldüğü bir kalimetasomatik zon bulunur (Şekil 10.2). Şekil 10.2: Porfiri bakır yataklarında hidrotermal alterasyon zonları (Lowell& Guilbert 1970) Bu kalimetasomatik zon genel olarak ince taneli bir kayaç dokusu oluşturur. Serizit zonunda pirit impregnasyonları hâkimdir. Kali zonda ise bakır sülfidler ve az miktarda molibden bulunur. bakır kapsamı ekseriya düşük olup % 1-% 0,4 arasındadır. Ancak zengin cevherleşmelere de rastlanılabilir. 80
Cevherleşme yüzlerce metre derinlikte çekirdek bölgesi yakınlarında molibden zenginlşemesiyle karakteristiktir. Porfiri yataklarındaki bakırın orijini tartışmalıdır. Genellikle jeotektonik konum olarak yaklaşan plaka sınırlarında bindirme yapan plaka üzerinde bulunur. Bu yüzden buradaki bakırın kaynağı dalan plakanın ergimesiyle oluşan magma ile ilgili görülmektedir (Şekil 10.3). Şekil 10.3: Porfiri bakır yataklarının levha tektoniğindeki yeri. Fakat çeşitli porfiri yataklardan alınan örneklerin duraylı izotop analizleri (S34/S32, Rb-Sr) sonucunda bakırın kaynağının jüvenil olduğu ortaya çıkmaktadır. Yani porfiri yatakları oluşturan bakırın üst manto kaynaklı magma ile alakalı olduğu açıklanmıştır. Burada cevher taşıyıcı hidrotermal eriyikler ve magmanın kaynağı aynı olup aynı zamanda oluşmuşlar ve yerleşme bölgesine birlikte yükselmişlerdir. Magmanın kristalleşmesiyle suyun magmadan ayrılması yaklaşık 2-3 km derinlikte ve 700-800 C de meydana gelmektedir. Bu derinlik ve sıcaklıkta porfirik doku ve intrüzif breşleşmenin oluşması için uygun şartlardır. Felsik magmadan ilk hidrotermal eriyiklerin ayrılması 2000 barlık basınç altında olur. Bu hidrotermal eriyiklerin bünyesinde H 2 O, CI metaller ve indirgenmiş S bulunur. Granitik magmanın sulu fazında genellikle NaCI, KCI, HCI ve CaCI 2 bulunur. Metallerin taşınması ya klorür karmaşıkları sistemiyle ya da S-su karmaşığı sistemiyle olabilmektedir. Metaller S le birleşerek metal sülfidler halinde kolaylıkla taşınabilir. Cu, Fe, S ve su bulunan ortamda eğer Fe(+2) değerli ise kalkopirit, eğer (+3) değerli ise o zan nabit bakır çökelmesi görülür. Felsik Magma: Tipik felsik kayaçlar, granit, siyenit, granodiyorit, monzonit ve diyorittir. Zaten porfiri bakır yataklarında pirit minerallerinin çok bulunuşu, ortamda Fe +2 ve S -2 iyonlarının çok bulunduğunu gösterir. Çözeltide Fe +2 yoksa S oksitlenerek SO4-2 iyonlarını oluşturur (S -2 S +6 haline gelir). Felsik ergimiş magma yükselirken suyla doymaya başlar. Aşırı doyma sonucu su buharı basıncı da artar. Ve bu basınç kayaçların yükünden dolayı var olan basınçtan büyük bir değere ulaşır. Bunun 81
sonucu olarak veya intrüzyonun tektonik hadiselere maruz kalmasıyla hidrotermal eriyikler ayrılır. Ayrıca artan su buharı basıncı intrüzyonla meydana gelen magmatik kayaç ile çevre kayalarda kırılmalara sebep olur. Faylanma ve kırıklanmalar muhtemelen patlamalı su ayrılmasıyla oluşur. Plütonun yerleşimi sona ermeden önce gerçekleşmeden ortamda iri kristalli feldispatlar, kuvars, biyotit, hornblendler meydana gelir. Yerleşimin bitimine doğru ise basınç azalması ile magmanın geri kalan kısmı kristallşemeye başlar ve porfirik dokulu kayalar oluşur. Su klor metaller S-F-B-P-H ve CO 2 li sular daha sonra intrüzyonun dış kenarlarındaki breş boşluklarına çatlaklara nüfuz eder. Ağ şeklindeki çatlakların dolmasıyla stokvörk tipi cevherleşmeler meydana gelir. Ayrıca çeşitli sıcaklık basınç şartlarında yan kayaçla olan reaksiyonlara göre alterasyon zonları meydana gelir. Buradaki alterasyonlar intrüzyonla döyteritik metasomatizma ile oluşur. Daha sonra yanlara ve yukarılara doğru diğer zonlara ve hidrotermal alterasyon zonlarına geçiş gösterirler. Bütün bunlardan anlaşıldığı gibi porfiri bakır yatakları düşük sıcaklıkta magmatik şartlardan hidrotermal şartlara kadar uzanan fizikokimyasal şartlarda meydana gelmektedir. 10.3.4. 1. Porfiri Cu Yataklarının Oluşum Tipleri Bu yatakların iki alt tipi vardır. Lowell ve Gilbert Modeli (Ant tipi porfiri bakır yatakları): Porfiri bakır yatakları olarak ilk bilinen tip olup cevherleşme granodiyoritik ve kuvars monzonitik intrüzyonlara bağlıdır. Cevherleşmiş intrüzyon içinde potasik, serizitik (=fillik), arjilik ve propillitik olmak üzere alterasyon zonları vardır. Bakır cevherleşmesi genellikle potasik-fillik zon geçişinde yer almıştır. Ayrıca fillik zon içinde çatlakları doldurmuş olarak cevherleşmelere rastlanır. Bu tipin en önemli özelliği bazen ana ürün seviyesine erişen Mo zenginleşmesi kapsamasıdır (Örnek: Climax). *Arjilik zon: Bir veya birkaç kil mineralinin (kaolinit, nakrit, dikit vs) oluştuğu alterasyon. Diyorit Modeli (Hollister, 1978): Bazı porfiri bakır yatakları düşük SiO 2 /Na 2 O+K 2 O oranlı intrüziflerle ilişkilidir. Bu tipte hidrotermal eriyiklerde S az olmakta ve silikatik yan kayaçlardaki demiri piritleştirememektedir. Böylece pirit haline gelemeyen demir, biyotit, klorit ve manyetiti oluşturur. Bu tipte molibden oranı yok denecek kadar azdır. Buna karşılık yan mineral olarak manyetit bulunur. Diyorit modelinde cevherleşme potasik ve onun çevresindeki profillitik kuşaklardan oluşur. Buradaki bakır sülfidler özellikle (Au) ca zengin olup potasik zonda dissemine halde yada damarcıklar halinde bulunurlar. Porfiri tip bakır yatakları oluşumunu sağlayan intrüzif kayaçların özellikleri: 1.İntrüzif kayaç en az %10 biyotit veya hornblend ihtiva eder (Holland 1972). 2.İntrüzif kayaç breş bacaları ile kesilmiş ve düzenli biçimde kırıklanmıştır (Norton ve Cathles, 1973). 82
3.Pasif biçimde yerleşen intrüzif kayalarda cevherleşme imkânı daha fazladır. 10.3.4. 2. Türkiye Porfiri Bakır Yatakları Ulutaş Porfiri Bakır Yatağı: İspir (Erzurum) ilçesinin 30 km kuzeyinde Ulutaş köyü çevresinde yer alır. Ulutaş yatağı 2x5 km büyüklüğünde bir kuvars monzonit kütlesinin üzerindeki çok evreli kuvars porfiri breş karmaşığı ile ilişkilidir. Güney kesimde breş zonları vardır. Burada 3 km uzunluğunda 1,5 km eninde bir alterasyon alanı vardır. Cevherleşme kuvarsmonzonit ve kuvars porfirin makaslama zonlarında stokvörk şeklindedir. Mineralleşme bol pirit ve az kalkopirit ile molibdenitten ibarettir. Cevher tenöründe derinlere doğru bir artış yoktur ve ekonomik bir yatak değildir. Bundan başka Bakırçay (Çorum), Tunceli, Rize de bu tip yataklar vardır. Fakat hiçbiri ekonomik değildir. 10.3.5. Hidrotermal Damar Şeklindeki Yataklar: Mineral parajenezlerine göre çeşitli damar şeklinde yataklar vardır. Mesela büyük ekonomik önemi olan Montana daki Anaconda damarları bu tiptir. Cevher minerali enarjittir. Başka bir örnek ise kuvars-kalkopirit damarları halinde olup granitik bir plütonun çevresinde yer alırlarlar. Bu damarların hiç ekonomik bir önemi yoktur. Aynı şekilde karbonatlı bakır cevheri damarları vardır ki bunların mineralleri pirit, kalkopirit ve fahlerz, gang mineralleri ise siderit ankerit ve dolomittir. Günümüzde bu son tipler işletilmemektedir. 10.3.6. Volkano-Sedimanter Sülfid Yatakları: Volkanik masif sülfid yataklarının büyük çoğunluğu % 90 nın üzerinde demir sülfid ve özelliklede pirit içerirler. Bazı yataklarda pirotinin hâkim duruma geçtiği bilinmektedir..bu yataklar merceksiden levhamsıya değişen stratiform kütleler halindedirler. Volkanik veya volkano-sedimanter kayaçlarla dokanak ilişkisi gösterirler. Manyetit veya hematit şeklinde masif oksitli yataklara geçiş gösterebilirler. En önemli yan kayaç riyolit olup özellikle kurşun içeren cevherler bu kayaç tipiyle ilgilidirler. Bakır grubu her zaman olmamakla birlikte genellikle mafik volkaniklerle ilişkilidir. Volkanoklastik kayaçlarla sıkı bir ilişki mevcuttur ve birçok cevher kütleleri riyolit domlarının püskürük ürünleri üzerende yer alırlar. Yatakların tabanından genellikle bir stokvörk mevcut olup, bu stokvörk beslenme kanalı olarak görev yaptığı gibi kendisinden de çoğu zaman cevher olarak yararlanılabilir. Bu kanal boyunca cevherli çözeltiler üsteki masif sülfid yataklarını oluşturacak şekilde yükselirler. Masif sülfid yataklarının büyük çoğunluğu zonludur. Cevher kütlelerinin üst yarısında galenit ve sfalerit en boldur. Buna karşılık tabana doğru kalkopirit artar ve tabanda kalkopirit stokvörk cevhere geçer. Bu zonlu yapı en iyi polimetalik yataklarda gelişmiştir (Şekil 10.4). 83
Şekil 10.4: Şekil Volkanik masif sülfid yataklarının ideal kesiti (Evans, 1988). Masif sülfid yataklarının mineralojisi nispeten sadedir. Bolluk sırasına göre başlıca mineraller pirit, pirotin, sfalerit, galenit, kalkopirit, bornit, kalkosin tali olarak arsenopirit ile manyetit olup ptrajeneze tetraedrit ve tennantit mineralleri eşlik edebilir. Başlıca gang minerali olarak kuvars vardır. Zaman zaman karbonat oluşabilir. Bu yataklarda pirit önemli miktarlarda bakır eşliği olmadan oluşabilmekte, fakat bakır kendi başına asla bulunmamaktadır. Kurşunun hâkim olduğu yataklarda çinko ve bakır parajenezde yer alır. Hutchinson (1975) bu farklılıkların kabuk evrimine bağlı olabileceğini belirtmiştir. En yaygın yan kayaç alterasyonu kloritleşme ve serizitleşme şeklindedir. Alteresyon zonu baca şekilli olup, içinde ve merkezine doğru kalkopirit içeren stokvörkler taşır. Alteresyon bacasının çapı yukarıya artar ve zaman zaman masif cevher ile aynı hale gelir. Metamorfizmaya uğramış yataklar olağan olarak tavan kayaçta alterasyon etkisi gösterirler. Volkanik oluşuklara bağlı olarak çeşitli tipte bakır yatakları bulunmaktadır. Bu yatakların metal kapsamları oluşumları ve jeotektonik konumları farklıdır. Yine bu tip yatakların ilişkili oldukları magma da çeşitlidir. Mesela Kıbrıs tipi bakır yatakları bazik magma, Kuruko tipi yataklar kalk-alkali magma ve Cerro des Pasco tipi de granitik magmanın aktivitesi ile ilişkilidir. Farklı özellikleri olmasına rağmen bu yatakların oluşum mekanizması aynıdır. Volkanik orijinli hidrotermal eriyikler diğer volkanik materyallerle birlikte tektonik kırık ve çatlaklardan deniz seviyesine ulaşarak tabana yayılır. Bu ortamda hızlı soğuma ve ph ile Eh ın ani değişimi ve deniz suyunun etkisiyle metal sülfidler çökelmektedir. Kırık ve çatlak hatlarından cevherli eriyiklerin deniz tabanına 84
yayılması, silikatik bileşimli magma geliminin en aza indiği dönemlere rastlar. Bu tip cevher oluşumlarında, deniz dibi volkanik aktivitesi sonuna doğru çıkmakta olan fümerollerde cevherleşmeye sebep olabilirler. Japonya da bazı araştırmalar fümerollerin tekrarlanan faaliyetleri sonucu masif sülfid yataklarını oluşturduğunu ortaya koymuştur (Tatsumi, 1970; Sato, 1974). Volkanosedimanter bakır yataklarının konsantrasyonları aynı tip demir yataklarından daha fazladır. Mineral parajenezi kalkopirit, pirit şeklinde olup bazı yataklarda enarjit bu parajeneze eşlik eder. Daha az miktarda sfalerit ve fahlerz minerallerine rastlanır. Volkanosedimanter yataklara en tanınmış örnek Rio Tinto ve Michigan bakır yataklarıdır. Burada stratiform volkanojen bakır yatakları bazik lavlar içinde yer alan zeolit ve nabit bakır cevherleşmeleri şeklindedir. En geniş ve yaygın volkanojen bakır yatağı tiplerinden biri de Japonya daki Kuruko Tipidir. Bu tipte cevherleşme açık denizden bir eşikle ayrılan sığ bir deniz ortamında breşleşmiş riyolitik lav domları üzerinde veya piroklastik akıntılar halinde oluşmuştur (Sato 1968). Cevherleşme Miyosen yaşlı olup yeşil renkli bir tüf kuşağı içinde ve asidik volkanik katmanlara bağlı Zn-Pb-Cu oluşumları şeklindedir. Cevherleşme içinde ve üstünde yaklaşık 200 m kalınlıkta olmak üzere cevherleşmeyi örten bir kil örtüsü (montmorillonit) bulunmaktadır. Cevherleşme içinde yer yer barit ve jips katmanları yer alır. Bu durum ortamın oksidasyon potansiyelinin zaman zaman yükseldiğine işaret eder. Bazı araştırıcılara göre (Mitchell, Garson 1976) Kuroko tipi cevherleşmeler, dalma-batma zonlarında oluşan ada yaylarının tipik bir cevher oluşumudur (Şekil10.5). Şekil 10.5: Bir Kuroko yatağında geçen şematik kesit (Sato 1977). 85
Kıbrıs tipi bakır yatakları: Kıbrıs ta Troodos masifinde yer alan bu cevherleşme bazaltik yastık lavlar üzerine gelen masif cevher katmanı şeklindedir. Cevher taban kısımlarda kristalin özellik gösterir. Tabana doğru önce şekilsiz cevherleşmeye en üst kısımda da ince katmanlı silisli, piritik bir demir oksit- Mn seviyesine geçer (Şekil 10.6). Şekil 10.6: Bir yayılım ekseni boyunca kabuk gelişimin şematik görünümü. Kabuk tabakalanması ve Kıbrıs Tipi Masif Sülfit yataklarının tahmin edilen konumları şekilde belirtilmiştir (Cann 1970 ve Sillitoe 1972 ). Asidik ve bazik magmalara bağlı volkanosedimanter bakır yatakları olduğu gibi bazik-nötr bileşimli volkanik kayaçlarla ilişkili yataklar da vardır. Bu yataklarda, volkanik katmanlar içinde derin deniz karbonat ara katkıları bulunmaktadır. Bu tip cevherleşmeler "Besshi tipi"olarak adlandırılmıştır- (Mitchell ve Bell 1973). 'Plaka tektonikçilere göre bu cevherleşmeler Benioff zonu üzerindeki cevherleşmelerdir. Türkiye'de Ergani-bakır yatakları volkana-sedimanter bir yatak olarak kabul edilmektedir (Şekil 10.7). Şekil 10.7: Ergani bakır madeni anayatak şematik kesiti (A.Helk e göre). 86
Burada cevherleşme ofiolitik volkanizma ile ilgilidir. Bir bindirme hattı boyunca serpantinler diyabazlar üzerine bindirmiştir. Bindirme hattını enine kesen faylar mineral sonrası olarak cevherleşmeyi de etkilemiştir. Diyabazların yoğun biçimde kloritleşmesi ayrıca, serpantinlerin yapraklı bir yapıya dönüşmesi post-volkanik olaylar olarak kabul edilmektedir. Şekilde de görüldüğü gibi iki tür cevherleşme söz konusudur. Zengin bakır kapsamlı (%15 'e varan bakır) masif cevher ve düşük tenörlü içirimli veya saçınımlı olduğu kabul edilen cevherleşme. Fakir cevherleşmenin tenörü %l- %0,5 (%0,231 kobalt var) arasında olup, masif cevherin etrafını çevirmektedir. Cevherleşmenin 4 dönemde yerleştiği bilinmektedir: 1.Dönesi: Pirotin, magnetit, pirit (çok kataklastik) 2.Dönem: Pirotin, lineit, kalkopirit, kubanit, valeriit, sfalerit 3. Dönem: Kalkopirit, pirit, markazit, sfalerit, bornit, galen 4. Dönem: Kalsit, ankerit, siderit. Ana mineral olan kalkopirit ınagnetit ve piritten sonra gelmiş ve onları keserek metasomatoza uğratmış, böylece ince damarcıklardan ibaret stokvörk görünümü kazanmıştır. Bu görünümü yani damarcık ağı sekilindeki yapısı yüzünden bu yatakların hidrotermal oluşumlu olabileceği de tartışılmaktadır. Günümüzde som cevher ortada yoktur. Şimdi içirmeli cevher kuşağı işletilmekledir. 10.3.7. Volkanosedimanter Yatakların Levha Tektoniğine göre oluşum Yerleri Birlikte bulundukları kayaçlara ve tektonik ortamlarına göre iki esas grupta toplanırlar (Şekil 10.8). 1.Ekzalatif volkanojenik grup 2.Ekzalatif sedimanter grup Bunlarda kendi alt gruplarına ayrılırlar. 10.3.7.l. Eksalatif Volkanojenik Grup a) Primitif Tip ( Zn- Cu hâkim, Ag ve Au içerikli): Volkanik kayaçlar mafikten felsiğe kadar değişir. İlgili sedimanter kayaçlar olgunlaşmamış greyvak ve volkanoklastiklerdir. b) Kuroko Tipi (Polimetalik, Pb-Zn-Cu'ca zengin, Ag ve Au içerikli): Gittikçe kıtasallaşan O 2 nin bol olduğu ortaklarda çökelmiştir. İlgili sedimanter kayaçlar, gittikçe artan epiklastikler, kıtasal oluşuklar ve karbonat-sülfidce zengin kayaçlardır. Volkanik kayaçlar bazaltik, riyodasidik kayaçlardır. Cevherleşme pirimitif tipten daha fazla patlamalı silisik alkali volkanizma ile ilgilidir. c)kıbrıs Tipi (Cu'lu pirit tipi, Au içerikli):okyanus kabuğunda riftleşme ve tansiyon kontrollü yataklardır. İlgili kayaçlar ultramafik-toleyitik arasında ve cevherleşmeler bazaltik yastık lavlarda oluşur. Sedimanter kayaç çok azdır. Hepsi pelajiktir. Okyanus kabuğu kökenli ofiyolitik kayaç birliği söz konusudur. 87
d) Kieslager (Besshi) Tipi (Cu-Zn hâkim Au içerikli): Kıbrıs tipi ile pirimitif tip arasında bir jeolojik özellik gösterir. Daha fazla metamorfizmaya ugramıştır. Bu tip pirimitif tipte olduğu gibi greyvak ve volkanoklastik kayaçların oluşturduğu kalın sedimanter kayaç dizili kararsız çökme havzalarında oluşmuşlardır. Kıbrıs tipinde olduğu gibi toleyitik volkanik yahut plütonik kayaçlarla ilgilidir. Belirgin sedimanter eğilim gösterdiklerinden ekzalatif sedimanter gruba benzerlik gösterirler. 10.3.7. 2. Ekzalatif Sedimanter Grup a) Klastik kayaçlar içindeki yataklar: Bunlar çökme ve belli kratonik rift kontrollü ortamlarda ( avlokojenik) olabilir. İlişkili oldukları kayaçlar kalın türbiditik, arjilik-şeyl dizileridir. Toleyitik ve mafik karakterli diyabaz, amfibolit ve bazalt gibi kayaçlarla çok az ilişkilidir. b) Karbonat kayaçlar içindeki yataklar: Sığ kıta kenarlarında şelf fasiyesinde karbonatlar ve klastik sedimanter kayaçları içeren horst-graben ortamlarda şekillenmişlerdir. Çok ince tüf tabakaları volkanizma yahut plütonik aktivite ile çok az ilgili olduğunu gösterir. Bu yataklar tamamen sialik karakterli magmatik aktivitelerle ilgilidir. Şekil 10.8: Levha tektoniğine göre volkano sedimanter sülfid yataklarının oluşum yerleri (Hutchinson, 1980). 10.3.8. Bozunma Yatakları: İçinde bulundukları alterasyon şartları yüzünden bakır tipik bir davranış gösterir. Bakır çok kolaylıkla H 2 SO 4 ile çözünerek çözeltiye geçebilir. Diğer taraftan da kolaylıkla sülfid halinde tekrar çökelebilir. Bu durumu çok sık olarak yıkanmış oksidasyon zonlarında ve buna bağlı olarak zengin bakır kapsamlı sementasyon zonlarında görüyoruz. Eğer oksidasyon zonu kireçtaşları ya da dolomitik kayaçlar olarak primer karbonat kapsıyorsa CuSO4 lı alterasyon çözeltileri hemen bu karbontalarla reaksiyona girerek Cu minerallerine dönüşür. Bu mineraller malahit ve azurittir. Bakır böyle durumlarda oksidasyon zonunda kalarak yatak oluşturur. Bu durum bakır yatakları hakkında yorum yapabilmek için 88
önemli bir konudur. Limonitli silikatik yan kayaçlar ile yıkama yüzünden hücreli yapı kazanmış kuvars ve iz element halindeki çok fakir bakır seviyeleri derine doğru büyük bir ihtimalle işletilebilir nitelikte sementasyon zonu cevherleşmelerine geçiş gösterir. Karbonatlı veya dolomitik yan taşlarla reaksiyon sonucu malahit oluşumunda metal taşıması söz konusu değildir. Oksidasyon zonunda bu şekilde görülen Cu kapsamı derinlerde sülfidik zon şeklinde görülür. Oksidasyon zonunda meydana gelen limonit oluşumlarının şekil ve renkleri cevherleşme hakkında bazı ipuçları verebilir. Limonitteki kiremit kırmızısı ve sarı renkler pirit varlığına, kestane kahve veya koyu kahve renkleri ise zengin bakır cevheri oluşumlarını işaret eder. Turuncu renkler tipik olarak bornitten gelmektedir. Hücre şeklinde boşluklarla dolu bir limonit tekstürü kalkopirit varlığına, hücreli tesktürdeki hücreler üç köşe ile sınırlanmışlarsa bornit varlığına delalet eder. Sementasyon zonu cevherlerinin en önemli minerali kalkosindir. Kalkosinin assendent-hidrotermal oluşumu da önemli ve bilinen bir oluşum şeklidir. Assendent kalkosinin büyük derinliklerde zengin cevherleşmeler olarak devam ettiği durumlarda sementasyon zonunda oluşan kalkosinin dağılımı sınırlı olabilir. Bu iki farklı kalkosin oluşumu maden mikroskobik incelemeyle birbirinden ayırd edilebilir. Düşük sıcaklıkta oluşmuş kalkosin rombik sistemde kristallenir. Bu sementasyon zonu mineralidir. Öyle ise bu mineral assendent olarak 103 C nin altındaki soğukça eriyiklerden oluşmuş da olabilir. Yüksek sıcaklıklarda ise kübik kalkosin oluşmakta ve eğer ortamda CuS fazlalığı var ise o zaman izotrop mavi renkli kovellin oluşur. Kübik sistemde oluşan neodigenitten (assendent) yavaş yavaş soğuma ile tipik kovellin lamelleri ayrılır. Nispeten zengin oksidasyon zonu cevherleşmelerinin altında metal ce fakir bir zon yer alır. Bunun altında ise esas cevherleşme zonu olan sementasyon zonu bulunur. Sementasyon zonları tropik iklimlerde çok kalın olabilmektedir. 10.3.9. Sedimanter Cu Yatakları: Sedimanter kayaçlar içindeki çok geniş yayılımlı bakır yatakları iktisaden önemli ve magramatizmayla ilişkili olmayan sedimanter yatakalardır. Bu sedimanter kayaçlar ya çöküntü havzalarında yer alan siyah şistler ve marnlar ya da arid iklimlerde oluşmuş kumtaşı kompleksleridir. Doğu bloğu hariç tutulursa dünya rezervlerinin ortalama %21'i bu tip yataklardadır (Cissarz ve diğerleri,1972). Bu tip için Zambiya'daki Katanga Almanyadaki Mansfeld yatakları örnek olarak verilebilir. Mansfeld yatakları Permiyen yaşlı Cu-şistleridir. Bakır şistler 30-40 cm kalınlığında olup, cevherleşmenin tenörü % 2,5 Cu dır. Ayrıca tonunda 142 gr Ag bulunmaktadır. Mansfeld yatakları günümüzde işletilerek tüketilmiş durumdadır. Katanga yatakalarında ise bakırın yanında yan ürün olarak Kobalt (Co) elde edilmesi tipik bir özelliktir. 89
10.3.9.1. Sedimanter Cu Oluşumu: Sedimanter bakır yatakları volkanojen (yani magmatik) kaynak ile ilgisi olmayan., lagün veya göl ortamlarında oluşan sedimanter kayaçlara bağlı yataklar olmaktadır. Sülfidik halde bulunan bakır genellikle kumtaşlarına bağlı olarak gelişmiştir. 10.3.9.2. Sedimanter Cu Oluşumunun Jeokimyası: Eksojen ortamda bakırın maden yatağı oluşturabilmesi, herşeyden önce onun jeokimyasal hareketlilik kazanmasına bağlıdır. Bunun için sülfit ve katı halde bulunan bakır, oksitlenerek Cu +2 halinde ortama taşınır. Eksojen ortamda yegane kükürt kaynağı deniz suyunda bulunan SO -2-2 4 anyonudur. SO 4 anyonunun bakırı fikse edebilecek (tutabilecek) S -2 haline gelebilmesi, ortamdaki aneorob (havasız yaşayabilen) canlılarla mümkün olmaktadır. Anaerob canlıların hayatlarını sürdürebilecekleri en iyi ortam ise, açık denizle taze deniz suyu alışverişinin az olduğu lagünler, karalarda ise göllerdir. -2 Sedimanter bakır yatağının oluşabilmesi için başka bir faktör de iklimdir. Ortamdaki SO 4 anyonu konsantrasyonunun yükselebilmesi için suyun buharlaşmasını sağlayacak bir kurak iklim gereklidir. Bütün bunların yanında tabidir ki, bakrın kaynağı da önemlidir. Bilindiği gibi deniz suyunda büyük miktarda bakır çökelmesini sağlayacak oranda (Cu) yoktur. Öyle ise ortama Cu gelmesi için çevrede bir bakır kaynağının olması gerekir. Bazı araşatırıcılara göre, sedimanter bakır yataklarının oluşumu volkanojen yataklarla ilişkilidir. Vokanojen sülfit yatağı oluşum dönemlerinde oluşan bakır yatakları karasallaşma dönemini takiben karada çözünerek ortama taşınır. Ve daha önce anlatılan faktörlerin de gerçekleşmesiyle sedimanter bakır yatakları oluşur. Türkiyede bu tip oluşumlar bol fakat küçük yataklanmalar halindedir. Çorum, Tokat, Sivas çevresinde bulunurlar. 10.3.10. Metamorfik Cu Yatakları: Metamorf yataklar, tekrar kristallenme ve yeni minerallerin oluşumu şeklinde açık belirtiler gösteren yataklardır. Bu yataklarda çoğu zaman primer ilişkilerin izleri kaybolmaktadır. 10.3.10. 1. Dinamometamorfik yataklar: Bölgesel metamorfizma ile değişikliğe uğramış yataklardır. Bu yataklar aslında pirit yataklarıdır. Piritten başka kalkopirit, sfalerit ve pirotin (pirit yüksek basınçta pirotine dönüşür) mineralleri de yer alır. Cevherleşmede eğer bakır tenörü % 1 den fazla olursa o zaman yatağa bakır yatağı gözü ile bakılabilir. 90
Cevherleşme şiddetli tektoniğe uğramış ve yan taşlar da değişikliğe uğramıştır. Umumiyetle düzensiz ya da mercek şeklinde olurlar. Bu tip yatak olarak Alamanya da ve Karpat dağlarında işletilen Cu'lu pirit yatakları vardır. Fakat en tipik örnekleri Nocveç'deki bakırlı pirit yataklarıdır. 10.3.10. 2 Polimetamorfik Yataklar: Gelişen birçok ınetamorfik olaylar sonucu oluşmuş karmaşık yapıda eski kalkanlarda görülen yataklardır. En önemli örneği, Avrupa'nın en büyük bakır yataklarından biri olan Outukumpu (Finlandiya) yatağıdır. Outukumpu yatağı birkaç yüz metre kalınlığı olan kuvarsitler içinde yer alır. Kuvarsit içine ınetamorfizma ile tamamen değişmiş ultrabazik kayaçlar enjekte olmuştur. Bu değişim ile kayaçlar serpantinleşmiş kloritleşmiş talk ve magnezitleşmiştir. Serpantinlerle kuvars kontaklarında Crdiyopsit, Cr-mika, Cr-granat minerallerinin de yer aldığı bir zon bulunur. Cevherleşmede mineral olarak ortalama %30 pirit, %12 kalkopirit, %15 pirotin ve % 1 sfalerit bulunur. Tenör ise şöyledir. % 3,5 Cu, % 1,2 Zn, % 45 SİO 2, % 23,8 ayrıca Co, Ni, Se yanında 4,8 gr/ton Au, 12g/ton Ag bulunmaktadır. Bu tip yataklara Norveç, İsveç- Kanada ve ABD'de de rastlanmaktadır. 91