Ergene formasyonu kumlarından (Çorlu - Tekirdağ bölgesi) bentonitik malzeme kazanımı

Kibited 1(4) (2010) 227 238 Ergene formasyonu kumlarından (Çorlu - Tekirdağ bölgesi) bentonitik malzeme kazanımı Fahri ESENLİ, Ali Haydar GÜLTEKİN, Bala Ekinci ŞANS İstanbul Teknik Üniversitesi, Maden Fakültesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Maslak, 34469, İstanbul esenlif@itu.edu.tr ÖZET Güney ve doğu Trakya bölgesinde Ergene formasyonu olarak bilinen Miyosen yaşlı, başlıca kumtaşı ve çakıltaşı içerikli çökeller, Trakya genelinde olduğu gibi Çorlu yakın kesiminde de kum üretim amaçlı olarak değerlendirilmektedir. Bölgedeki kum ocaklarından üretilen kumun içerisindeki istenmeyen ince malzeme (elek altı), yıkama sonrası genelde mil havuzlarında toplanmaktadır. Bu malzeme mineralojik açıdan bentonit karakterindedir ve mineral bileşimi simektit (>%50) + kuvars + feldispat + klorit şeklindedir. Söz konusu ince malzemenin tüm tüvanan stok rezervindeki oranı %5 10 arasındadır. Dolayısıyla hem jeolojik rezerv olarak, hem de ocaklar bazında görünür rezerv olarak milyon tonlarla ifade edilebilecek bir kil malzeme rezervi söz konusudur. Bu durumda üretim maliyeti olmaksızın elde edilen önemli rezervde bentonitik malzeme atıl duruma düşmektedir. Bölgedeki simektit mineralleri Ca türünde olup, bazal mesafesi 14.5 15Å dolayındadır. Yeşilimsi-sarımsı bej renkli bu malzemenin katyon değişim kapasitesi 0.3 meq/g dır. Anahtar kelimeler: Bentonit, Çorlu, Ergene formasyonu, Trakya Recovery of bentonitic material from Ergene formation (Çorlu Tekirdağ region) sands ABSTRACT Miocene aged deposits, known as Ergene formation, composed of mainly sandstone and pebblestone in south and east Thrace region, particularly in Çorlu area are used for sand production. The under screen, fine-grained unwanted fraction of raw material is generally stocked in pools. This fine-grained mineralogically bentonitic material exhibits smectite (>50% in weight) + quartz + feldspar + chlorite. The content of this fine-grained material was found approximately 5-10% and their reserve up to million tons in the base of individual quarry. In that case, the high reserve of bentonitic material is presently treated as waste material in the region. The basal peak of smectite minerals of the region has a spacing of 14.5-15 Å (Ca-smectite). Cation-exchange capacity of the greenish-yellowish beige colored material is 0.3 meq/g. Keywords: Bentonite, Çorlu, Ergene formation, Thrace Sorumlu yazar

F. Esenli, A.H. Gültekin ve B.E. Şans Giriş Trakya bölgesinde, Ergene grubu (veya formasyonu) olarak adlandırılmış Miyosen çökel grubu, geneli içerisinde ve özel olarak Çorlu kesiminde başlıca kum ve çakıl seviyelerinden ve yanı sıra daha az ölçekte kil, marn türü seviyelerden oluşur. Bu formasyon içerisindeki tutturulmamış veya az tutturulmuş özellikteki kum litolojileri çeşitli özelikte kum üretimine olanak veren hammadde içerir. Bu kumun üretimi sırasında, gerek doğrudan kum litolojilerinden gerekse bunlar ile yanal veya düşey geçişli kil seviyelerinden hemen her zaman belli bir miktarda kil karışımı olmaktadır. Kil (+silt) boyutlu oluşumlar/seviyeler, ocak üretimi esnasında genelde ayıklanamayacak ölçekte olduğundan, ana ürün kumla birlikte stok alanına gelmektedir. Bundan daha önemli olarak, kum (+çakıl) düzeylerinde de zaten belli bir miktar kil (+silt) boyutlu malzeme bulunmaktadır. Ürün hazırlama sürecinde, istenilen elek aralıklarında çakıl ve kum alınırken genelde üretim amaçlı olmayan bu ince boyutlu malzeme (kil, silt) üreticiler tarafından oluşturulmuş mil havuzlarında toplanmaktadır. Önemli bir rezerv oluşturan bu malzeme, deyim yerindeyse atıl olarak kalmaktadır. Bu çalışmanın amacı, bölgedeki hemen tüm ocaklarda, kum üretimi sürecinde ortaya çıkan bu malzemenin niceliğini ve niteliğini ortaya koymak ve değerlendirilebilirliğini araştırmaktır. Bu malzeme mineralojik olarak önemli oranda simektit tür kil minerali içermektedir ve mineralojik bileşim olarak bentonitik karakterdedir. Bu malzeme, zaten ana ürün olan kumun atık malzemesi durumundadır ve dolayısıyla üretim maliyeti yok gibidir ve de önemli rezerv oluşturmaktadır. Trakya bölgesi genelinde önemli yayılıma sahip Ergene grubu ve özellikle de bu istif içindeki Çorlu formasyonu çökelleri, sadece işletmede olan kum ocakları hacminde düşünüldüğünde bile önemli bir bentonitik malzeme rezervi ortaya çıkmaktadır. Bu durum, ülkemizin bilinen bentonit rezervlerine ek bir rezerv olması açısından önem arz etmektedir. Volkanik kül, tüf ve lavların dönüşümü ile oluşmuş ve mineral türü olarak başlıca simektit (çoğunlukla montmorillonit) içeren malzemeler bentonit olarak tanımlanır (Grimm ve Güven, 1978; Velde, 1985 ve 1992). Burada bentonit terimi hem bir kayaç ifade etmekte hem de ticari anlamda bir malzemeyi ve özellikle de su ile temasta şişme gösteren, adsorban özellikte, yüksek katyon değişim kapasiteli bir hammaddeyi ifade etmektedir. Bu nedenlerle de; temel ve baraj yapılarında su ve sıvı sızdırmazlığı, bitkisel yağların rafine edilmesinde filtre malzemesi, şarap ve meyve sularının berraklaştırılması, hayvan yem katkısı, gübre katkısı, ilaç, kağıt, lastik, boya üretimlerinde dolgu malzemesi, çimento ve seramik üretimlerinde katkı malzemesi, demir tozlarının peletlenmesi, petrol rafinasyonunda katalizör, atık suların temizlenmesi gibi uygulamalarda çeşitli kullanıma sahiptir (Akbulut, 1996). Bentonitin ana minerali olan simektit, kimyasal açıdan (Na, Ca) (Al, Mg) 6(Si 4 O 10 ) 3(OH) 6 nh 2 O genel formülünde bir kil mineral grubudur. Burada Na ve Ca, yapıya gevşek bağlı, değişebilen katyonlardır. Bu katyonların ağırlıklı türlerine göre Na-bentonit, Ca-bentonit veya ara tip olan Na/Ca-bentonit türleri vardır. Bu farklılık kullanım alanlarına doğrudan yansımaktadır. Yüksek şişme kapasitesine sahip Na-bentonit su ile temasta kendi hacminin 8 10 katı şişerken, Cabentonitlerde şişme oranı 2 3 kat kadar olmaktadır. Ülkemizde volkanikler, volkanik ara katkılı çökeller içerisinde yaygın bentonit oluşumları bulunmaktadır. Ülkemiz yaklaşık-toplam bentonit rezervi 165 milyon ton mertebesindedir ve bentonit genelde; sondaj, peletleme, döküm, ilaç, dolgu ve yağ ağartma alanlarında kullanılmakta olup, ham, öğütülmüş yığın, öğütülmüş torbalanmış ve aktifleştirilmiş halde piyasaya arz edilmektedir (Akbulut, 1996). Ülkemizdeki önemli bentonit bölgeleri şunlardır: Ankara (Kalecik, Ayaş), Balıkesir (Merkez, Sındırgı, Kepsut, Bigadiç), Bilecik (Merkez), Bursa (İznik), Çanakkale 228

Kum üretiminde yan ürün olarak bentonitik malzeme kazanımı: Çorlu (Tekirdağ) örneği (Ayvacık), Çankırı (Yapraklı, Kurşunlu, Çerkeş, Eldivan, Şabanözü), Edirne (Enez, Keşan, Lalapaşa), Eskişehir (Merkez, Seyitgazi), Hatay (İskenderun, Erzin), İstanbul (Sarıyer, Çatalca, Silivri), İzmir (Bornova, Menemen), Kırklareli (Vize), Konya (Hadım), Kütahya (Merkez), Manisa (Demirci), Ordu (Merkez, Ünye, Fatsa, Cevdetiye), Giresun (Tirebolu), Tekirdağ (Malkara), Tokat (Merkez, Reşadiye, Niksar, Turhal), Yozgat (Akdağmadeni) (Yeniyol, 1987; Türkmenoğlu ve diğ., 1987; Akbulut, 1995 ve 1996; Çoban, 1997; İpekoğlu ve diğ., 1997; Çelik ve diğ., 1999; Erdoğan, 2006; Arslan ve diğ., 2010). Bu çalışmada, Çorlu (Tekirdağ) - Çerkezköy (Tekirdağ) - Silivri (İstanbul) üçgeninde yer alan kum ocaklarında örnekleme yapılmış ve bunlardan Çorlu doğusundaki Esetçe-Ağırmeşe mevkisinde yer alan kum ocakları pilot amaçlı incelenmiştir. Bölgedeki üretim genelde inşaat kumu ağırlıktadır. Litolojide silis kumu üretimine olanak veren geçişler de bulunmaktadır. İşletme çukurluğu/derinliği genelde 35 40 m gibidir. Ocaklardan çıkan kum elek sistemlerine beslenmektedir ve eleklerden geçirilen kumlar genellikle 7mm üstü, 3 7mm ve 3mm altı boyutlarında olmak üzere 3 farklı ürün olarak elde edilmekte ve satışa sunulmaktadır. Üretici bilgilerine göre, stoktaki ham kum yaklaşık %7 oranında kil içerir ve sulu elek sisteminde yıkama ile bu oran %1 e kadar düşmektedir. Jeoloji Trakya da (kuzeybatı Türkiye) Tersiyer öncesi birimler büyük çoğunlukla temeli oluşturan metamorfik kayaçlar ile magmatik kayaçlardan oluşur. Tersiyer yaşlı litolojiler ise orta Eosen den Miyosen-Pliyosen e kadar olan zaman aralığında çökelmiş olup kalınlıkları havza ortasında 8-9 km ye ulaşır (Turgut ve diğ., 1983; Çağlayan ve Yurtsever, 1998). Güney ve doğu Trakya da, Eosen-Miyosen çökeller alttan üste doğru; Gaziköy formasyonu (şeyl, kumtaşı, silttaşı, silisifiye tüf), Keşan formasyonu (kumtaşı, şeyl, tüfit), Yenimuhacir Grubu nun Mezaredere (şeyl, marn, tüfit, kumtaşı), Osmancık (kumtaşı, şeyl, çakıltaşı, tüfit, kireçtaşı) ve Danişment (linyitli kumtaşı, kumtaşı, çakıltaşı, şeyl, kiltaşı, kireçtaşı, tüf, tüfit, kömür) formasyonları, Çantaköy formasyonu (blok-çakıl-kum boyutlu tüf parçaları ve kiltaşı) ve Ergene formasyonu (çapraz tabakalı kumtaşı-çakıltaşı, miltaşı, kiltaşı) şeklinde temsil edilir (Siyako, 2006a). Bazı çalışmacılar (Turgut ve diğ, 1983; Sümengen ve diğ, 1987) tarafından grup olarak rapor edilen Ergene formasyonu (grubu), Miyosen yaşlı, akarsu ve göl ortam ürünü başlıca kum ve çakıl ve az oranda silt, kil içerikli bir istiftir ve kalınlığı 40-400 m dir (belli kesimlerde 1000 m ye yaklaştığı düşünülmektedir) (Umut ve diğ., 1983; Çağlayan ve Yurtsever, 1998; Siyako, 2006a ve 2006b). Ergene grubunun içerisinde, Trakya merkezi kesiminde (Çorlu bölgesi) Çorlu formasyonu (Yurtsever, 1996; Çağlayan ve Yurtsever, 1998) ayrıca tanımlanmıştır ve bu formasyon Trakya doğu kesimindeki Çukurçeşme formasyonu (Arıç, 1955) ile deneştirilebilir. Çorlu ve Çukurçeşme formasyonları başlıca gri ve grimsi beyaz renkli ve fosil içerikli kum ve çakıldan ve daha az orandaki bloktan oluşur. Öte yandan, bej, yeşil ve kahve renkli kil ve marn seviyeleri de bu formasyonlar içinde izlenir. Kum ve çakıl litolojileri çoğunlukla merceksel ve düzlemsel ya da tekne tipi çapraz tabakalıdır. Karasal örgülü akarsu ortamında çökelmişlerdir ve ortalama kalınlığı genelde 40 m civarında olup, bölgesel farklılıklar gösterir. Örneğin, batıda Çukurçeşme formasyonu nun 2-3 m ye kadar inceldiği rapor edilmiştir (Arıç, 1955). Tekrarlanmalı devrelerde alttan üste doğru tane boyutu küçülür ve hatta mikro çapraz laminalı ince kum ve çamura geçilir. Formasyonun en üst kesiminde mikro çapraz ve paralel laminalı silt ve killer egemendir. Ergene grubu/formasyonu Çorlu nun doğu ve kuzeyinde (Çorlu formasyonu) geniş alanlara yayılır (Siyako, 2006a ve 2006b; Arkoç ve Erdoğan, 2006) (Şekil 1). 229

F. Esenli, A.H. Gültekin ve B.E. Şans Şekil 1. Güney ve doğu Trakya da Ergene grubu nun yayılımı (Siyako, 2006b den derlenmiştir) ve çalışma alanı lokasyonu. Başlıca kum, çakıl ve az oranda silt-kil boyutlu çökeller çalışılan (örnekleme yapılan) alanın tamamını kaplar. Bazı seviyelerde ince bantlar halinde demir oksit toplanmaları izlenir. Kil seviyelerinin kalınlığı 1 m ye kadar çıkar. Bölgede işletmeciler tarafından çeşitli zamanlarda yapılan arama amaçlı sondajlar 50 m derinliğe kadar kum seviyeleri içinde devam etmiştir. Çakıl seviyeleri çoğunlukla kuvars ve kuvarsit daha az oranlarda diğer kayaç kökenlidir. Kum seviyeleri sahada beyaz, bej, sarımsı beyaz renklerde izlenir. Yer yer düşük miktarlarda izlenen koyu sarı renk ise kum tanelerini sıvamış olan demir oksit ürünleridir. Kumlar tutturulmamış veya az tutturulmuş, genelde tabakasız, yer yer çapraz tabakalı, ince-orta taneli orta ve iyi boylanmalı kısmen çakıllı, yerel kil, silt ve marn bantlı ve kil topaklıdır. Ayrıca silisleşmiş ağaç içerirler. Ocaklarda mil havuzunda toplanan malzeme ise açık yeşilimsi bej renkli kil-silt karışımıdır. Deneysel çalışmalar Malzeme ve yöntem Çalışma alanından üç farklı kum ocağından (işletmesinden) 24 numune derlenmiştir. Ön çalışmalar sonucunda bu numunelerden seçilmiş olan ve Esetçe (Çorlu) ocaklarına ait 7 adet örnek detay çalışılmıştır. Bunlar; ocak içerisinde farklı yanal ve düşey noktalardan derlenen 4 örnek ile tesis girişi (stok) örneği, tesis çıkışı (yıkanmış-elenmiş) örnek ve mil havuzu (ince boyut) örneğidir. Bu örneklerin lokasyonları ve tanımlamaları Tablo 1 de verilmiştir. Çalışmalar, hem ana malzeme kum (+çakıl) hem de artık malzeme kil (+silt) üzerinde gerçekleştirilmiştir. 230

Kum üretiminde yan ürün olarak bentonitik malzeme kazanımı: Çorlu (Tekirdağ) örneği Tablo 1. Numunelerin koordinatları, lokasyonları ve makro tanımlamaları. Örnek no 1 2 3 4 5 6 Koordinat Lokalite Tanımlama Y: 79164 X: 55605 H: 110 Y: 79050 X: 55670 H: 124 Y: 79218 X: 55487 H: 95 Y: 79335 X: 55482 H: 97 Batı ocak, batı aynada zeminden 15m yükseklikte alınmış örnektir. Batı ocak, batı aynada en üst zondan alınmış örnektir. Doğu ocak, güneybatı aynadan alınmış örnektir. Doğu ocak, güneydoğu aynada, 3 no lu örnek seviyesinden alınmış örnektir. Tesis girişi. Besleme tüvanan üründen alınmış örnektir. Tesis çıkışı. Ürün stokundan alınmış örnektir. 7 Mil havuzundan alınmış örnektir. Bej renkli, genelde ince boyutlu kumdur. Nadir çakıl boyutlu parçalar bulunur. Koyu bej renkli, genelde ince ve orta boyutlu kumdur. Nadir çakıl boyutlu parçalar bulunur. Gri-bej renkli, ince boyutlu kumdur. Çakıl mercekleri, demir oksit izleri vardır. Gri-bej renkli, farklı boyutlu kumdur. Nadir çakıl boyutlu parçalar bulunur. Genel bej renkli ince ve iri kum ve çakıl boyutlu malzemedir. Açık gri-bej renkli, yıkanmış, elenmiş, <3mm boyutlu üründür. Çok ince boyutlu, açık yeşilimsi bej renkli, kil-silt boyutlu malzemedir. Numunelerin fiziksel özelliklerini belirlemek için yapılan özgül ağırlık deneyi TS EN 1097 6 standardı, ince madde oran deneyi TS 3527 standardı ve kum eşdeğerliliği deneyi ise TS EN 933 8 standardı esaslarına göre yapılmıştır. İki adet kum numunesi için major oksitler, klorür (Cl), sülfat (SO 4 ), çözünen silis ve alkali azalması analizleri yapılmıştır. 200 mesh (0.074 mm) boyutuna kadar inceltilmiş ve etüvde nemi alınmış örneklerin analizlerinde; Si için gravimetrik, Al ve Fe için spektro-kolorimetrik, Mn ve Mg için atomik absorpsiyon spektrometre, Ca, Na ve K için ise alev fotometre yöntemleri kullanılmıştır. Klorür ve sülfat analizleri TS EN 1744 1 standardına, çözünen silis ve alkali azalması analizleri ise TS 2517 standardına göre yapılmıştır. Bir adet numune için (mil havuzu örneği) katyon değişim kapasitesi (KDK) tayin edilmiştir. KDK metilen mavisi testi ile elde edilmiştir. Kum numunelerinin bileşenlerini ortaya koymak ve bunların modal oranlarını belirlemek için Leica marka binoküler mikroskop altında inceleme gerçekleştirilmiştir. Çalışmalar hem doğal hem de yıkanmış numuneler için yapılmıştır. Tüvanan kum numunelerinden, elek aralıkları olarak; +100, +325 ve -325 fraksiyonları elde edilmiş ve bu fraksiyonların örneklerinde ve de mil havuzundan alınan örnekte X-ışınları difraksiyonu (XRD) analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, toz boyutuna getirilmiş olan örneklerin toz XRD çekimleri Bruker D8 Advance marka X- ışını difraktometresinde CuK α radyasyon, Ni filtre kullanılarak 2θ=2 60 aralığında ve çekim hızı 2 /dakika/cm olarak alınmıştır. Mil havuzu örneğinden kil fraksiyonu (<2 µm) elde edilmiştir. Kil fraksiyonu örneği için; kuru, etilen glikollü ve ısıtılmış (350 o C da 1 saat) XRD çekimleri yapılmıştır. Kil minerallerinin yarı kantitatif oranlarına Chung (1974 ve 1975) ve Davis (1982) tarafından verilen ve uygulanan XRD-modal analiz metodunun bir uygulaması olarak yaklaşım getirilmiştir. Burada kullanılan yanıt oranları Bulut ve diğ. (2009) da verilen değerlerdir. Kil fraksiyonu örneğinde simektit morfolojisini anlamak için Taramalı elektron mikroskop (Scanning electron microscope, SEM) incelemesi yapılmıştır. Bu amaçla, JSM 7000F Field Emission Gun- SEM kullanılarak örneklerden görüntü elde edilmiş ve mineral morfolojisi belirlenmiştir. Bu elektron mikroskoba ekli olan EDX (Energy dispersive X-ray spectrometer) cihazı ile de kimyasal bileşimler alınmıştır. 231

F. Esenli, A.H. Gültekin ve B.E. Şans Sonuçlar Fiziksel ve kimyasal veriler Sahada beyaz, bej, sarımsı beyaz renklerde izlenen pekişmemiş ya da çok zayıf pekişmiş kumlar genelde ince ve orta boyutludur. Bu kumlar bazı lokasyonlarda nadir olarak çakıl boyutunda kuvarsit parçaları ve yine yaklaşık-ortalama olarak da %7 oranında kil içerirler. Bu kil oranı, bazı işletmelerde gerçekleştirilen sulu elek sistemindeki yıkama sonucu %0.8 1 oranına kadar düşmektedir. Stoktaki üründen alınmış no.6 kodlu örnek de yapılan elek analizleri sonucu 3mm nin üstünde kalan malzeme miktarı %1.10 gibi düşük değerlerde kalırken, 1mm nin üstünde kalan kum miktarı %16.42 olarak bulunmuştur. Aynı örnekte 1mm nin altına geçen kum miktarı ise %83.58 oranında tespit edilmiştir. Bu sonuçlara göre 0 3mm aralığını temsil eden malzeme %98.90 oranındadır. Ürün numunesinde (<3mm) fiziksel deneyler olarak; özgül ağırlık, ince madde oranı ve kum eşdeğerliliği deneyleri yapılmıştır. Özgül ağırlık deneyi sonucunda ürün numunesinin (kum) özgül ağırlığı 2564 kg/m 3 olarak tespit edilmiştir. Üründen alınan örneğin agregalarda yıkama metodu na göre (TS3530-EN933-1, 1999 / TS12620 bağlantılı) yapılan ince madde oran deneyi sonucu f3 kategorisinde ağırlıkça %2.9 olarak bulunmuştur. Kum agregasının kum eşdeğerliliği deneyinin sonucu ise SE = %79 olarak belirlenmiştir. Kimyasal analiz çalışmalarında yıkamaeleme tesisine giren tüvanan malzemeden alınan 5 no lu örnek ile üründen (<3mm) alınmış 6 no lu örnek kullanılmıştır. Kum örneklerinin major element analizlerine ilave olarak, klorür (Cl), sülfat (SO 4 ), çözünen silis ve alkali azalması analizleri de yapılmıştır (Tablo 2). Yaklaşık değerler olarak; SiO 2 : %90 üzerinde, Na 2 O+K 2 O: %1.5-2 ve CaO+MgO: %1.5 civarındadır. Numune Cl ve SO 4 açısından problemsiz olup, alkali-agrega reaksiyonu açısından zararsız agrega alanında bulunmuştur (TS2517, 1977). Tablo 2. 5 ve 6 no lu kum numunelerinin kimyasal analiz sonuçları. Kimyasal içerik Örnek no 5 6 SiO 2 91.23 94.13 Al 2 O 3 4.01 2.19 Fe 2 O 3 0.43 0.32 MnO 0.01 0.01 CaO 1.30 1.03 (%) MgO 0.27 0.25 Na 2 O 0.84 0.72 K 2 O 1.07 0.77 A.Z. 0.85 0.58 Cl 0.0040 0.0035 SO 4 0.0073 0.0061 (mmol/lt) Çözünen silis 54 58 Alkali azalması 118 120 Diğer taraftan, mil havuzu örneğinde belirlenen katyon değişim kapasitesi 0.3 meq/g bulunmuştur. Bu örnek bentonitik özelliktedir ve bulunan KDK değeri, bentonit malzemeler için genelde rapor edilenlere kısmen benzer, biraz daha düşük bir değerdir. Binoküler mikroskop verileri Binoküler mikroskop altında yapılan çalışmalarda tüm örnekler genelinde tespit edilen bileşenler ve bunların yaklaşık oran aralıkları Tablo 3 de verilmiştir. Numunelerin (1, 2, 3, 4, 5 ve 6 no lu numuneler) ana mineral olarak kuvars içerdiği ve bu kuvarsın, kuvars mineral parçaları ve kuvarsit kayaç parçaları şeklinde olduğu belirlenmiştir. Genellikle kuvarsit kayaç parçaları şeklinde olanlar iri kum veya çakıl boyutlu elemanlardır. Ayrışım göstermezler. Nadir kuvars tanelerinde rutil kapanımları bulunur. Feldispat, mika mineralleri, amfibol/piroksen, gröna, turmalin, olivin/epidot ise diğer minerallerdir ve bunların oranları düşük olup, bazıları eser miktardadır. 4 no lu numune tüm numuneler içerisinde en yüksek feldispat oranlıdır ve bu feldispatların önemli bir kısmı killeşmiş özelliktedir. 232

Kum üretiminde yan ürün olarak bentonitik malzeme kazanımı: Çorlu (Tekirdağ) örneği Tablo 3. Tüvanan kum örneklerinin mineral bileşimi ve özellikleri. Mineral / Bileşen Modal oran (%) Tanımlama Kuvars 75 90 Genelde renksiz-saydam, daha az oranlarda gri, sarı, beyaz ve dumanlı renklerde taneler. Feldispat 5 20 Çoğunlukla saf beyaz renkli, sertliği göreli düşük taneler. Bazı taneler killeşmiş özelliktedir. Biotit + Klorit 1 3 Pul ve levha biçimli, siyah, kahve ve yeşilimsi renklerde taneler. Çoğunlukla kloritleşmiş biotit karakterindedirler. Muskovit 0.5 2 Pul ve levha biçimli, beyaz renkli veya saydam taneler. Amfibol/Piroksen 0.5 2 Genelde amfibol türünde siyah renkli taneler. Gröna <0.5 Turuncu-kırmızımsı, kahve renkli taneler. Turmalin <0.5 Parlak, siyah renkli, prizma şekilli taneler. Olivin/Epidot <0.5 Yeşilimsi renklerde taneler. 3 no lu numune ise tüm numuneler içerisinde en yüksek kuvars içeriklidir. Yıkanmış ürün numunesinde feldispat azdır. Bunun nedeni feldispatların önemli bir bölümünün killeşmiş olması ve su ile temasta dağılarak uzaklaşmasından ve ince boyutlu malzemede toplanmasındandır. Numunelerde manyetik eleman (manyetit, ilmenit) yok denecek düzeyde nadirdir ve Tablo 3 de verilen genel bileşime dahil edilmemiştir. Yıkanmış ürün numunesinde ise manyetik elemana rastlanmamıştır. Bunun nedeni bu elemanların çok ince boyutlarda olması ve muhtemelen yıkama sonucu uzaklaşmış olmalarındandır. Numunelerde opal, flint, kalsedon eser orandadır ve Tablo 3 de kuvars oranı içinde değerlendirilmiş, ayrıca belirtilmemiştir. En yüksek olacak şekilde, 3 no lu numunede %0.5 civarında opal vardır. Dolayısıyla amorf madde yok denilebilir veya ihmal edilir düzeydedir. Numunelerde denizel kavkı parçaları yoktur ve asit (%10 HCl) ile muamelede reaksiyon göstermemişlerdir. Mikroskop altında da karbonat mineralleri belirlenmemiştir. Diğer taraftan, eleme tesisinden geçen, yıkanmış (<3mm) kum numunesinin (6 no lu numune) kuvars içeriği %90 seviyesine ulaşmıştır. Kuvars ve kısmen feldispat tanelerindeki biçimsellik fazla değişim göstermez. Genelde; yuvarlaklık: yarı yuvarlak-yarı köşeli ve küresellik: orta-iyi düzeydedir. Küresellik bazı örneklerde düşük karakterde tanelerce de zengindir. Mika minerallerinde (biyotit, klorit, muskovit) ise tanelerde ince düzlemsel-levha ve pul yapıları söz konusudur. Amfibol, granat ve turmalinler küresele yakın, yarı köşeli-yarı yuvarlak biçimlerdedir. XRD ve SEM verileri Sahadan derlenen tüvanan örneklerin (örnek no: 1, 2, 3, 4) ve bunların 3 farklı fraksiyonları (+100, 100-325, -325 mesh fraksiyonları) için elde edilen örneklerinin ve silis kumu üretim alanı mil havuzundan alınan örneğin XRD çıktıları litolojinin genel mineral bileşimi ve yanal ve düşey değişimler hakkında ve özellikle numunelerdeki kil minerallerinin türü ve çokluğu hakkında fikir vermiştir. -325 mesh fraksiyonları örnekler bazında ağırlıkça %4 17 arasında değişim göstermiştir. Genelde çakıl boyutlu elemanlar içeren bir örnek için ise bu fraksiyon oranı %2 bulunmuştur. Buradan hareketle, % 5 10 oran aralığını -325 mesh fraksiyonu için yaklaşık genel oran olarak düşünebiliriz. Bu oran yaklaşık doğru bir orandır. Çalışılan ocak ve yakın çevresindeki ocaklarda sözlü görüşmelerden elde edilen veri de yaklaşık %5 10 arası bir orandır. 4 no lu tüvanan örnek ve mil havuzu örneği için XRD difraktogramları Şekil 2 de verilmiştir. Örneklerdeki XRD genel mineral bileşimi kuvars + feldispat + muskovit + simektit + klorit şeklindedir. Burada, muskovit ve klorit için olan XRD tanımlaması binoküler mikroskop ve XRD çalışmalarından anlaşılan veriler neticesinde yapılmıştır. 233

F. Esenli, A.H. Gültekin ve B.E. Şans Şekil 2. Çorlu-Esetçe mevkii kumlarında; 4 no lu tüvanan örnek (üstte) ve mil havuzu örneği (altta) için XRD difraktogramları. Binoküler mikroskop çalışmalarından varlığı anlaşılan bazı minerallerin XRD genel mineral bileşiminde bulunmaması bu minerallerin XRD saptanabilme limitlerinin altındaki oranlarındandır. Litolojinin ana minerali kuvarstır (başlıca 4.23, 3.32, 2.44, 1.99Å çizgileri) (Şekil 2). Feldispat (başlıca 4.00, 3.75, 3.22, 3.17Å çizgileri), örnek bazında değişiklik gösterse de ikinci önemli mineral konumundadır. Diğer mineraller ise az veya çok az olarak nitelenebilecek oranlarda olup, XRD çıktılarında simektit bazal piki (14.5-15Å) her zaman, mika (9.7-9.9Å ana piki ve ayrıca 4.96, 3.31, 1.99Å çizgileri) ve klorit (7.2Å) ise örnek bazında ve örneklerin bazı fraksiyonlarında ve ancak yüksek şiddetli pikleri ile belirgindirler (Şekil 2). XRD paternleri incelendiğinde ve çizgi şiddetleri dikkate alındığında, tüvanan örnekler 234

Kum üretiminde yan ürün olarak bentonitik malzeme kazanımı: Çorlu (Tekirdağ) örneği bazında; 2, 3, 4 no lu örneklerde kuvars belirgin ana mineraldir, 1 no lu örnekte ise feldispat kuvarsla beraber ana mineral durumundadır. Kaolinit/klorit hemen hemen tanımlanamaz azlıktadır veya yok kabul edilebilir. Oysaki kil fraksiyonu ve mil havuzu örneğinin XRD paternlerinde tespit edilebilir belirginlikte 7Å (7.2Å) minerali (kaolinit/klorit) vardır. Simektit, tüvanan örnekler bazında 4>3>2>1 no lu örnekler şeklinde çokluk sırasındadır. Beklenen bir sonuç olarak, simektit, tüvanan örneklerin ince taneli fraksiyonlarda çoğalır. Mil havuzu örneğinde ise oldukça yüksek orandadır (Şekil 2). -325 mesh fraksiyonunun simektit 14Å çizgisi baz alınırsa +325 mesh fraksiyonunda yaklaşık %30, +100 fraksiyonunda yaklaşık %50 şiddet kaybı vardır. Mil havuzu örneğinde ise -325 mesh fraksiyonuna benzer oranda simektit vardır ve adı geçen çizgi şiddetinde -325 mesh örneğine göre yaklaşık %20 artış gözlenmiştir. Diğer taraftan, boyut azalması ile feldispat mineralinde de çoğalma izlenmiştir. Kil fraksiyonu örneğinde de (Şekil 3) belirgin feldispat bulunması kısmen altere feldispatın daha kolay parçalanabilir, ufalanabilir olmasındandır. Simektitin d(001) bazal mesafesi değeri tüm örneklerin XRD çıktıları genelinde 14.57 15.03Å aralığındadır. Buna göre simektit grup minerali Ca-simektit olarak ve d(060) mesafesine göre de dioktaedral simektit olarak adlanmıştır. Mil havuzu örneği için gerçekleştirilen kil fraksiyonunda bu numunenin doğal (air-dried) XRD çekiminde d(001) mesafesi için 14.62Å değeri elde edilmiştir (Şekil 3). Şekil 3. Mil havuzu örneğinin kil fraksiyonuna ait XRD paterni. AD: Normal / Air dried çekim; EG: Etilen glikol muameleli çekim; H: Fırınlanmış / Heated -350 o C de çekim. 235

F. Esenli, A.H. Gültekin ve B.E. Şans Yine bu örnek üzerinden gerçekleştirilen etilen glikol ve ısıtılmış (350oC) XRD çekimlerinden ise simektit hakkında fikir edinilmiştir (Şekil 3). Buna göre, simektit d(001) mesafesi etilen glikollü çekim sonrası 16.09Å olmuştur. Öte yandan, 350oC fırınlama sonucu XRD paterninde simektit d(001) mesafesi 9.68Å olmuş ve kaolinit/klorit 7.2Å mesafesine ait çizgi ise 6.99Å mesafeli daha yüksek ve keskin bir pik haline gelmiştir. XRD sonuçları, özellikle de - net ayırtlanmamış olmasına rağmen - d(060) mesafesine ait çizgi değeri ve binoküler mikroskop çalışmalarından elde edilen sonuçlar numunedeki 7.2Å pikinin klorite ait olduğunu işaret eden bulgular olmuştur. Mil havuzu örneğinin SEM incelemelerinde, simektitlerin kısmen devamlılık/yönlenme gösteren yapraksal levhalar, film şeritler ve kısmen özgün gül rozetleri şeklinde morfoloji gösterdikleri anlaşılmıştır (Şekil 4). Yaprak/levha kalınlıkları yaklaşık 0.1 µm mertebesinde ve gül içi boşlukları ise genelde 0.5 2 µm mertebesindedir. Şekil 4 de görülen alanın ortasında, simektit oluşumu üzerinden alınan yarı kantitatif nokta kimyasal analiz sonucuna göre; %59.55 SiO2, %20.24 Al2O3, %0.70 TiO2, %8.97 Fe2O3, %4.48 MgO, %2.27 CaO, %1.32 Na2O, %1.72 K2O ve SO3: 0.75 değerleri bulunmuştur. Rezerv verileri Ergene grubu (formasyonu) Trakya bölgesi genelinde oldukça geniş alan kaplar. Bu formasyonun kum-çakıl (ve kil) çökelleri pek çok yerde işletilmektedir Çorlu (Tekirdağ) doğusu, Çerkezköy (Tekirdağ) batısı ve Silivri (İstanbul) kuzeybatısı bölgesi de Ergene formasyonu nun geniş yüzlekler verdiği bölgedir. Şekil 4. Çorlu-Esetçe mevkii kum ocaklarının mil havuzu örneğinde SEM görünümü. 236

Kum üretiminde yan ürün olarak bentonitik malzeme kazanımı: Çorlu (Tekirdağ) örneği Sadece bu bölgede bile önemli bir kum rezervi mevcuttur. Kum kalınlığı 25 m olarak alınsa bile 100 milyar ton üzerinde bir değer ortaya çıkmaktadır. Bölgede, kum işletmesinin yapıldığı ocaklarda kil içeriğinin genel bir ortalama aralık olarak %5 10 arasında değiştiği belirlenmiştir. Çorlu-Esetçe kum işletme alanında, yaklaşık 200.000 m 2 lik bir alanda, 50 m görünür kum kalınlığı mevcuttur. Bu durumda, yaklaşık 30 milyon ton görünür kum bulunmaktadır. Jeolojik rezerv ise bu değerin çok üstünde boyutlardadır. Sadece, bu çalışmada verilen ocak bazında, görünür kum rezervinin işletilmesi sırasında yaklaşık 1.5 3 milyon ton mertebesinde ince boyut malzeme atıl duruma düşecektir ve düşmektedir. Bölgedeki diğer işletme alanları da düşünüldüğünde, ocak bazında, yaklaşık bu değere yakın malzeme atıl olacaktır Tartışma Trakya geneline, Ergene formasyonunun kum-çakıl birimleri birçok bölgede kum üretimi için değerlendirilmektedir. Bu çalışmada, Çorlu-Esetçe ocakları pilot seçilerek, kum üretimi sırasında atıl duruma düşen ince boyut malzemenin (kil-silt) karakteristiği ve değerlendirilebilirliği ortaya konmuştur. Bölgede, ocak üretim alanlarında, Erdoğan ve diğ. (1999) tarafından yaklaşık %80 kum, %20 çakıl varlığı rapor edilmiştir. Gerek ocaklar bazında ve dolayısıyla bölge genelinde çok önemli-büyük bir kum rezervi söz konusudur. Bu rezervin üretiminde ince boyut malzeme üreticiler tarafından genelde değerlendirilmemekte ve havuzlarda toplanmaktadır. Bu çalışmada konu edilen, yıkama sonucu kum üründen uzaklaşan ince boyut malzemenin %50 nin üzerinde simektit türü kil minerali içerdiği saptanmıştır. Simektite eşlik eden diğer mineraller kuvars, feldispat, mika ve klorittir. Bu malzemenin katyon değişim kapasitesi 0.3 meq/g dır. Simektit Ca türdedir, bazal mesafesi 14.5-15Å dolayındadır. Tüvanan örneklerin tane boyutu büyükten küçüğe doğru elde edilen fraksiyonlarında kil mineral oranındaki artış açıkça görülmüştür. -325 mesh fraksiyonunda en yüksek simektit varlığı bulunmuştur. Örnekler bazında düşünüldüğünde ise 4 no lu örnekte diğerlerinden biraz daha fazla simektit olduğu söylenebilir. Dolayısıyla birimin kil içeriği nitelik açısından homojen, nicelik açısından kısmen heterojendir. Mil havuzu örneğinde ise doğal örneklerin -325 fraksiyonuna benzer, hatta onlardan da bir miktar daha zengin simektit varlığı tespit edilmiştir. Çorlu doğusunda, Ergene formasyonu (veya Ergene grubu-çorlu formasyonu) kum litolojilerinden yan olarak çıkan bu malzeme, mineralojik açıdan bentonit özelliğindedir. Renk genelde yeşilimsisarımsı bejdir. Bu malzeme kum üretimi sürecinde ayrıca hiçbir maliyet olmaksızın ortaya çıkmaktadır ve hatta stoklanmaktadır. Bölgedeki kum ocakları, dolayısıyla kum rezervleri düşünüldüğünde ocak bazında milyon tonlar mertebesinde bu tür bir malzeme söz konusudur. Bu malzemenin endüstride kullanımına yönelik araştırmaların yapılmasında fayda bulunmaktadır. Böylece, Trakya bölgesinde doğrudan endüstride kullanılabilir birkaç yüz milyon ton, simektit içeriği yüksek kil rezervinden bahsetmek mümkün olabilir. Bölge genelinde bu malzemenin değerlendirilmesi ekonomiye büyük katkı sağlayabilir. Kaynaklar Akbulut, A. (1995) Yazıcık (Niksar- Tokat/Türkiye) bentonitleri: İlk veriler. Türkiye Jeoloji Bülteni, 38/1, 53-61. Akbulut, A. (1996) Bentonit. MTA yayını, No.32, Ankara, 78 sayfa. Arıç, C., (1955) Haliç-Küçükçekmece Bölgesinin Jeolojisi, Doktora tezi, İTÜ, Maden Fakültesi Yayını, 48 sayfa. Arkoç, O., Erdoğan, M. (2006) Ergene Havzası, Çorlu-Çerkezköy arasındaki kesiminin hidrojeokimyası. İTÜ Dergisi, Mühendislik, 5/2-1, 125-134. Arslan, M., Abdioğlu, E., Kadir, S. (2010) Mineralogy, geochemistry and origin of 237

F. Esenli, A.H. Gültekin ve B.E. Şans bentonite in Upper Cretaceous pyroclastic units of the Tirebolu area, Giresun, Northeast Turkey. Clays and Clay Minerals, 58/1, 120-141. Bulut, G. Chimeddorj, M., Esenli, F., Çelik, M.S. (2009) Production of desiccants from Turkish bentonites. Applied Clay Science, 46, 141-147. Chung, F.H. (1974) Quantitative interpretation of X-ray diffraction patterns of mixtures I: matrix-flushing method for quantitative multi-component analysis. Journal of Applied Crystallography, 7, 519-525. Chung, F.H. (1975) Quantitative interpretation of X-ray diffraction patterns of mixtures III: simultaneous determination of a set of reference intensities. Journal of Applied Crystallography, 8, 17-19. Çağlayan, M.A., Yurtsever, A. (1998) Burgaz- A3, Edirne-B2 ve B3; Burgaz-A4 ve Kırklareli-B4; Kırklareli-B5 ve B6; Kırklareli-C6 Paftaları, 1:100.000 Ölçekli Açınsama Nitelikli Türkiye Jeoloji Haritaları, 20,21,22,23, MTA Genel Müdürlüğü, Jeoloji Etüdleri Dairesi, Ankara. Çelik, M., Karakaya, N., Temel, A. (1999) Clay minerals in hydrothermally altered volcanic rocks, eastern Pontides, Turkey. Clays and Clay Minerals, 47, 708-717. Çoban, F. (1997) Ayvacık (Çanakkale) bentonitinin jeolojisi, mineralojisi ve oluşumu, Osmangazi Üniversitesi Müh. Mim. Fakültesi Dergisi, 10/1, 22-37. Davis, B.L. (1982) Quantitative mineralogical analysis of granitoid rocks: a comparison of X-ray and optical techniques. American Mineralogist, 67, 1135-1143. Erdoğan, M. (2006) Türkiye döküm bentoniti potansiyeline genel bir bakış: Güncel durum, öngörüler ve sorunlar. Kibited, 1/1, 1-5. Erdoğan, M., Eren, R.H., Oktay, F.Y. (1999) Silivri çevresindeki Ergene formasyonunun agrega potansiyeli ve özellikleri. 2.Ulusal Kırmataş Sempozyumu Bildiriler Kitabı, İstanbul, 118-120. Grimm, R.E., Güven, N. (1978) Bentonites. Geology, Mineralogy, Properties and Uses. Elsevier, 216p. İpekoğlu, B., Kurşun İ., Bilge, Y., Barut, A. (1997) Türkiye bentonit potansiyeline genel bir bakış. 2. Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu Bildiriler Kitabı, İzmir, 51-61. Siyako, M. (2006a) Trakya Havzası Tersiyer Kaya Birimleri. MTA Yayını-Trakya Bölgesi Litostratigrafi Birimleri, Stratigrafi Komitesi, Litostratigrafi Birimleri Serisi-2, 43-83. Siyako, M. (2006b) Trakya Havzasının linyitli kumtaşları. MTA Dergisi, 132, 63-73. Sümengen, M., Terlemez, İ., Şentürk, K., Karaköse, C., Erkan, E.N., Ünay, E., Gürbüz, M., Atalay, Z. (1987) Gelibolu Yarımadası ve Güneybatı Trakya Tersiyer Havzasının Stratigrafisi, Sedimantolojisi ve Tektoniği. Yayınlanmamış, Ankara, MTA Rapor No: 8218. TS350-EN933-1 (1999) Agregaların Geometrik Özellikleri İçin Deneyler (TS12620 bağlantılı). TS2517 (1977) Alkali Agrega Reaktivitesinin Kimyasal Yolla Tayini Turgut, S, Siyako M, Dilki A. (1983) Trakya havzasının jeolojisi ve hidrokarbon olnakları (The geology and the petroleum prospects of the Thrace basin). Türkiye Jeoloji Kurultayı Bülteni (Proc Geol Congr Turkey), 4, 35-46. Türkmenoğlu, A., Aker, S., Göğüş, G., Turan, C. (1987) Ankara-Çankırı bölgesi bentonitinin mineraloji-petrografisi ve oluşumu. 3. Ulusal Kil Sempozyumu Bildiriler Kitabı, Ed: A. Türkmenoğlu ve O. Akıman, Ankara, 101-112. Umut, M., Kurt, Z., İmik, M., Özcan, İ., Sarıkaya, H., Saraç, G. (1983) Tekirdağ İli- Silivri (İstanbul ili)-pınarhisar (Kırklareli ili) Alanının Jeolojisi. Yayınlanmamış, Ankara, MTA Rapor No. 7349. Velde, B. (1985) Clay Minerals. A physicochemical explanation of their occurrence. Developments in Sedimentology, Volume:40, Elsevier, Amsterdam, 427pp. Velde, B. (1992) Introduction to Clay Minerals. Chemistry, Origins, Uses and Environmental Significance. London University Press, 198p. Yeniyol, M. (1987) Enez (Edirne) bentonitinin jeolojisi, mineralojisi ve oluşumu. 3. Ulusal Kil sempozyumu Bildiriler Kitabı. Ed: A. Türkmenoğlu ve O. Akıman, Ankara, 123-137. Yurtsever, A. (1996) İstanbul Yarımadasının (1/50.000 ölçekli haritasının) Jeolojisi. Yayınlanmamış, Ankara, MTA Rapor No: 9989. 238