Fosfat kayaçlari

1. Ticari Mineralleri: Potasyum ve sodyumla beraber organizmaların ihtiyacı duyduğu başlıca besin kaynağı olan ve enerjiyi besin ve elyaf için kullanılabilecek bir hale çevirebilme özelliğine sahip olan fosfatın ana minerali olarak sayılan apatit, yapısında klor, flor, hidroksit ve karbonat bulundurmasına bağlı olarak farklı mineralleşmeler göstermektedir 1. Başlıca ticari mineralleri Klorapatit-Ca₅(PO₄)₃Cl, Karbonlu apatit-Ca₁₀(PO₄)₆CO₃.H₂O, hidroksi-florapatit-Ca₅(PO₄)₃(OH,F) ve vavelittir. Hidroksi-florapatit, özgül ağırlığı 3.17-3.23, sertliği 5, rengi yeşil veya mavimsi yeşil olan bir mineraldir. Florapatit; kimyasal formülü Ca₅(PO₄,CO₃,OH)₃(F,OH), özgül ağırlığı 3.1-3.2, sertliği 5 olan ve açık veya koyu nodüller halinde bulunan bir mineraldir. Vavelit ise kimyasal formülü Al₃(PO₄)₂(OH₃)₅H₂O, özgül ağırlığı 2.81, sertliği 5, rengi beyazla yeşilimsi beyaz arasında olan bir mineraldir. Diğer potansiyel fosfat kaynakları arasında konverter curufu, krendalit (CaAl₃(PO₄)₂(OH₅)H₂O) ve millisit (Na,K)CaAl₆(PO₄)₄(OH)₉.3H₂O sayılabilmektedir.



2. Özellikleri:

Apatit’i meydana getiren fosfor(P) elementi yer kabuğunda %0,081 oranında mevcuttur. Canlıların bünyesinde karbon, hidrojen, oksijen ve azot ölçüsünde bir değer taşıyarak %1’in üstünde bulunmakta; böylece organik alanda da önemli bir yer teşkil etmektedir 2.

Yukarıda bahsedilen fosfor mineralleri veya apatit türleri değişik renklerde görülmekte ise de, genellikle yeşildir. Doğada bağımsız kütleler, yumrular veya donuk renkli kristal yığınları halindedir. Sertlikleri 5 olduğu halde, 7-9 sertlikteki kıymetli taşların diğer bütün özelliklerini taşırlar. Apatit türlerinin yoğunlukları, içerdikleri farklı elemanlara göre az çok değişmektedir. Ama hepsi aynı hegzegonal sistemde kristallenmektedir. Mineralleri mağmatik, metamorfik ve sedimanter kayaçaların bünyesinde ayrı ayrı yer aldığından teşekkülleri de değişik olmaktadır.

Apatit mineralinin oluşumu ise; sıcaklığın 1400⁰C’nin altına düşmesini takiben demir oksitlerle birlikte mağmanın, daha aşağıya doğru itilmesiyle başlar. Bu şekilde çevre kayaçlarının içine zorlanarak itilen fosfor veya zengin fosforlu mağma, orada ana veya ikincil mineral olarak apatiti meydana getirir. Genellikle hematit ve manyetitle birarada bulunan flor-apatit bu türde bir oluşumdur. Komşu kayaçlar ise, siyenit, kuvars diyorit veya bunların porfirleridir.

Dünyadaki fosfat yatakları; denizel sedimanter fosfat yatakları, ikincil fosfat yatakları, magmatik fosfat yatakları ve guano tipi fosfat yatakları şeklinde sınıflandırılmaktadırlar. Fosfat kayaçlarının %80'i denizel sedimanter, %20'si magmatik oluşumlardır. Dünyada işletilen en büyük fosfat yatakları denizel sedimanter yataklar olduğundan, bunlara birincil fosfat yatakları denilmektedir.

Fosfat içeren kayaçlar genellikle kahverengi, bunun yanısıra gri veya yeşilimsi gri renkli kayaçlardır. Özgül ağırlıkları 2-3 g/cm ³ olup, dış görünüşleri genellikle yumruludur. Ancak, parlak dış yüzeyli ve çok daha küçük taneli olanları da bulunmaktadır. Her türlü büyüklükte olabilen yumrular koyu renkli bir dış yüzeye sahiptir. Bunlar radyal-ışınsal yapılı olabilmektedirler.

Fosfatın önemli bir özelliği, daha önce de belirtildiği gibi enerjiyi besin ve elyaf için kullanılabilecek hale dönüştürebilmesidir. Ancak çözünürlük özelliği düşük olan fosfatın bu işlevini yerine getirebilmesi için bitkilerin kullanabileceği bir forma (ortofosfat H₂PO₄) dönüştürülmesi gerekmektedir.

3. Kullanım Alanları:

Fosfat cevherlerinin kullanım alanlarının başında % 90’lık bir oranla gübre sanayi ve gübre sanayinde kullanımına yönelik olarak fosforik asit üretimi gelmektedir. Fosfatlı gübre üretim sürecinde bir ton gübre için iki ton tüvenan fosfat cevheri, bir ton fosforik asit için üç ton tüvenan fosfat cevheri işleme sokulmaktadır. Bunların dışında fosfat kayaçları; boya sanayinde, fotoğrafçılıkta, tekstil sanayinde, endüstriyel temizlik malzemeleri sanayinde, deterjan sanayinde, sondaj çamurunda kullanılmaktadır. Fosfat kayaçları çeşitli yapılara dönüştürülerek sanayide kullanılmaktadır.

• 
  Fosforik asit + soda külü: sodyum fosfat monobazik veya monosodyum fosfat (NaH₂PO₄): kazan suyu yumuşatma, boya sanayi, fotoğrafçılık, tekstil sanayi, endüstriyel temizleyicilerde kukllanılır. Sodyum asit pirofosfat (Na₂H₂P₂O₇): deterjan sanayi, sondaj çamurunda topaklaşmayı önleyici madde olarak kullanılır. Sodyum tripolifosfat (STPP) (Na₅P₃O₁₀): deterjan yapımında, sondaj çamurunda topaklaşmayı önleyici madde olarak, elektrik plakası havuzunda, alkalin temizliğinde kullanılmaktadır. Sodyum metafosfat (NaPO₃): Diş temizliği malzemelerinde, su yumuşatıcı olarak kullanılır. Sodyum fosfat dibazik veya disodyum fosfat (Na₂HPO₄): seramik kaplamalarda, boya sanayinda, gübre sanayinde, ilaç sanayinde, ateşten korunmada, deri sanayinde, kabartma tozunda kullanılmaktadır. Alüminyum fosfat: seramik sanayinde, kozmetik sanayinde, diş kalıplarında, refrakter sanayinde kullanılmaktadır. Sodyum fosfat tribazik veya trisodyum fosfat (Na₃HPO₄): kazan suyu yumuşatma, boya sanayinde, fotoğrafçılıkta, şeker sanayinde, su yumuşatıcı olarak kullanılmaktadır. Tetrasodyum pirofosfat (Na₄P₂O₇): kazan suyu yumuşatma, sabun ve deterjan yapımında, sondaj çamurunda topaklaşmayı önleyici madde olarak, alkali temizlenmesinde, boya sanayinde, elektrik plakası havuzunda, sentetik lastik üretiminde kullanılmaktadır.
  

• 
  Fosforik asit + potasyum karbonat: Monobazik potasyum fosfat: kabartma tozunda, gübre sanayinde, ilaç sanayinde kullanılmaktadır. Dibazik Potasyum fosfat: Antifrizlerde, gübre sanayinde kullanılmaktadır. Tribazik potasyum fosfat: sıvı sabun yapımında, gübre sanayinde ve su yumuşatıcısı olarak kullanılmaktadır. Potasyum tripolipfosfat (KTPP): deterjan yapımında, topaklaşmayı önleyici eleman olarak ve su yumuşatıcı olarak kullanılmaktadır.
  
• 
  Fosfat kayacı + fosforik asit: triple süperfosfat (TSP), fosforik asit veya TSP + amonyum, monoamonyum fosfat (MAP) ve diamonyum fosfat (DAP) gübre sanayinde kullanılmaktadır.
  
• 
  Fosfat kayacı ve nitrik asit: nitrofosfat: gübre sanayinde kullanılmaktadır. bu bölümde bahsi geçen tüm ürünler suda eriyebilen P içerirler ve dolayısıyla tek başlarına ya da karışım oluşturularak gübre sanayinde kullanılırlar.
  
• 
  Kok ve silikayla eritilmiş fosfat kayacı: elementer P (P₄): koku bombalarında ve yangın çıkarıcı bombaların yapımında kullanılmaktadır.
  
• 
  Elementer fosfat: kırmızı fosforlu: kibrit, havai fişek.Saf fosforik asit: gıda sanayinde, dişmacunlarında. Sodyum tripolifosfat: deterjan sanayinde, gıda sanayinde. Kobalt fosfat: pigmentlerede, hayvan yemlerinde kullanılmaktadır. [3]
  

Çizelge 1’de fosfat gübrelerinin içindeki P₂O₅ oranı ve alanları verilmektedir.

Çizelge 1. Fosfat Gübreleri [3]

	% P2O5
Fosfat Kayacı	26-31
Nitrofosfat (NP)	15-30
Single Superfosfat (SSP)	16-21
Triple Superfosfat (TSP)	43-48
Diamonyum Fosfat(DAP) Monoamonyum Fosfat(MAP)	56-53 56-61

4. Nitelikleri Sınırlamalar:

Fosfat kayaçlarında sınıflama içindeki P₂O₅ yüzdesinin değerine göre yapılır. Bu değer %4-%42 arasında değişmektedir. Ancak %20 ve üzerinde P₂O₅ içeren kayaçlara fosfat kayaçları denilmektedir. Bunun yanında belirleyici başka yöntemler vardır. Bunlar; trikalsiyum fosfat veya kirecli kemik fosfatı (bone phosphate of lime-BPL) terimleridir. Bu terimlerin birbirleri arasındaki ilişki aşağıda verilmiştir:[3]

% P2O5 x 2.1853 = %BPL

% P2O5 x 0.4364 = %P

%BPL x 0.4576 = % P2O5

%BPL x0.1997 = %P

%P x 5.0073 = %BPL

%P x 2.2914 = % P2O5

Çözeltiye alma işlemi sırasında gereksiz asit kullanımını önlemek amacıyla fosfatın %5’den fazla karbonat içermemesi istenmektedir. Ancak bu miktar gübreye porozite kazandırdığından arzu edilir. Demir oksitler ve killer istenmeyen empüriteler olup, %3’ü aşmaları istenmemektedir. Ayrıca nem arzu edilmeyen bir unsurdur.

5. Ülkemizde ve Dünyada Rezerv, Üretim, Tüketim ve Ticareti:

Ülkemizde fosfat kayasına ilgi 1960’lı yıllarda başlamıştır. Bu yıllardan itibaren Türkiye Ticaret ve Sanayi Odaları Birliğine bağlı olarak 1961 yılında kurulan Maden Yardım Komisyonu, daha sonraları ise, MTA ve Etibank tarafından bir çok fosfat yatağı bulunmuştur. Bu yataklar aşağıda verildiği gibi 3 ana bölgede toplanmaktadır; Türkiye fosfat rezervleri ise Çizelge 2' de verilmiştir.

• 
  1-Mardin-Mazıdağı Bölümü
  
• 
  2-Bingöl-Bitlis Bölümü
  
• 
  3-Aşağı Fırat Bölümü
  

Çizelge 2. Türkiye’deki Fosfat Rezervleri (x10⁶ ton)

Bulunduğu yerler		Görünür Rezerv	Potansiyel Rezerv	Toplam Rezev	Tenör (%)
Mardin/Mazıdağı	Akras Seviyesi	-	2-10	2-10	8-14
	Kasrık Seviyesi	75	24-33	99-108	10-24
	Taşıt Seviyesi	-	200-300	200-300	8-15
Bitlis Masifi	Bingöl/Genç	-	43-50	43-50	1-3
	Bitlis/Ünaldı	-	17-18	17-18	5-13
Aşağı Fırat Havzası	Hatay/Yayladağı	-	3-5	3-5	10-15
	Kilis	-	3-5	3-5	9-13
	Adıyaman/Basni	-	2-3	2-3	8-10
TOPLAM		75	294-424	294-424

Dünya’daki en büyük fosfat rezervlerine sahip ülke Fas’tır. Bu ülkeyi sırasıyla Güney Afrika, ABD, Brezilya, Çin ve diğerleri izlemektedir. Çizelge 3’te dünya fosfat rezervleri verilmektedir.[4]
Çizelge.3. Dünya Fosfat Rezervleri (x1000 ton)

Ülkeler	Rezerv	Baz Rezerv
Fas	5.900.000	21.000.000
Güney Afrika	2.500.000	2.500.000
ABD	1.200.000	4.400.000
Brezilya	330.000	370.000
Çin	210.000	210.000
Diğerleri	860.000	5.520.000
TOPLAM	11.000.000	34.000.000

Türkiye’de sadece Etibank fosfat üretimine başlamıştır. Mazıdağı’nda kurulan Karataş tesisi 125 bin ton/yıl kapasiteyle 1977 yılında pilot üretime başlamıştır. Daha sonra 1989 yılında 750 bin ton/yıl kapasiteyle üretim gerçekleştirilmiştir. Etibank' ın 1988-1992 yılları arasında yaptığı fosfat kayası üretimi Çizelge 4' de verilmiştir.

Çizelge 4. Etibank Fosfat Kayası Üretimi (ton/yıl)

	1988	1989	1990	1991	1992
Kapasite	588.000	588.000	588.000	588.000	588.000
Fosfat Kayası Üretimi	74.230	84.810	86.278	3.630	64.803

Dünyadaki en büyük fosfat kayası üreticileri ABD,Tunus, Çin, Ürdün ve Fas’dır. Dünya fosfat kayası üretiminin belli başlı üretici ülkelere göre dağılımı Çizelge 5' de verilmiştir.

Çizelge 5. Dünya’daki Fosfat Üretimi (x10³ ton)

Ülkeler	1992	1993	1994	1995	1996	1997
ABD	46.965	35.494	41.047	43.500	45.400	43.300
Çin	25.870	21.159	26.890	31.201	31.040	30.365
Fas	19.146	18.307	20.335	20.314	20.855	23.084
Rusya	13.974	10.381	8.021	9.068	8.680	9.919
Tunus	6.335	5.476	5.565	6.302	7.100	6.914
Diğerleri	30.710	27.183	27.142	28.615	28.925	28.391
TOPLAM	143.000	118.000	129.000	139.000	142.000	142.000

Türkiye’de fosfat tüketimi yıllara göre giderek artan bir seyir izlemektedir. Ancak Türkiye’de üretilen fosfat hem mevcut talebin karşılanmasında yetersiz, hem de düşük kaliteli olduğundan Türkiye, fosfat kayası ve fosfat ürünleri ithal etmektedir. Bununla birlikte 90’lı yılların ortalarından itibaren fosfat kayası ithalatında da hızlı bir düşüş görülmüş ve ithalat fosforik asit ürün ve türevlerine kaymıştır. Çizelge 6'da Türkiye’nin yaptığı ithalat verilmektedir [2].

Çizelge 6. Türkiye’nin Yaptığı İthalat Miktarları (ton)

İthal Ürün	1990	1991	1992	1993	1994	1995
Fosfat Kayası (doğal kalsiyum fosfat)	730.319	743.785	705.706	736.428	615.571	620.661
Fosforik Asit	461.074	288.275	231.532	392.853	238.421	271.755
Triple Süper Fosfat	-	4.754	-	15.036	4	1.539
Diamonyum Sülfat	344.675	394.535	280.587	614.918	170.479	390.266
20-20-0 (2’li kompoze gübre içindeki)	43.849	29.100	13.749	25.975	25.567	27.450
15-15-15(3’lü kompoze gübre içindeki)	5.324	5.250	-	8.693	4.667	308
Kompoze (karışık)	-	-	-	295	-	5.589
Hazır Fosfat Gübresi	60.197	62.337	56.423	71.141	65.269	78.573
TOPLAM	1.645.438	1.528.036	1.287.997	1.865.339	1.119.978	1.396.141

Tüketici ülkeler büyük oranda gelişmekte olan ülkelerin fosfat kayası kaynaklarına tabidirler (gelişmiş ülkelerden sadece ABD, BDT ve İsrail ihracatçı ülke konumundadır). AT ülkeleri Dünya pazarı içerisinde tamamen ithalatçı durumundadırlar. Gelecekte bu niteliklerinin değişmeyeceği öngörülmektedir. Zira bu ülkelerin ekonomik nitelikte ihtiyaçlarına cevap verecek fosfat rezervi bulunmamaktadır. Dünya fosfat pazarında ithalatın genellikle büyük bir kısmının coğrafi olarak yakın ülkelerden yapılması doğaldır. Bu nedenle Afrika ve Orta Doğu' daki üretici ülkeler için pazar Avrupa, Batı Asya' daki üretici ülkeler için pazar Asya ve Doğu Avrupa, A.B.D. için ise, Batı Avrupa, Kuzey ve Latin Amerika ve Doğu Asya ülkeleridir. Gelişmekte olan ülkeler 1997 yılında ihraç edilen fosfatın % 63’lük bölümünü ihraç etmişlerdir. Üretimleri pazarlamaya bağlı olarak dalgalanmaktadır.

6. Pazarlama Koşulları, Başlıca Alıcı ve Satıcı firmalar:

Fosfat pazarı Latin Amerika, Avusturalya ve Afrika’da artmaktadır. Dünya nüfusu arttıkça, yiyeceğe olan ihtiyaç artmakta, dolayısıyla ziraat sektörü gelişmektedir. Bununla doğru orantılı olarak da gübre üretimi artmaktadır. Ülkemizde fosfat ile ilgili olan kuruluş tek üretici konumundaki Etibank’tır. Dünyada ise bu konuda faaliyet gösteren firmalar aşağıda sıralanmıştır 5.

A.B.D:

Cargill Fertilizer Inc.

CF Industries Inc.

Conda Partnership

Farmland Industries/Norsk Hydro

FMC Corp.

FMC/ Simplot

FS Industries

IMC-Agrico Co.

Mobil Mining and Minerals Co.

Monsanto Co.

Nu-Gulf Industries

Oxychem

Texasgulf

Meksika:

Roca Fosforica

Mexicana SA de CV

Rusya:

P/A Apatit

Fas:

Groupe Office

Cherifien des Phospotes

Tunus:

Cie des Phospores de Gafsa

Mısır:

Abu Zaabal Fertilizer & Chemical Co.

El Nasır Phosphate

Red Sea Phosphate Co.

Ürdün:

Ürdün Phosphate Mines Co. Ltd.

İsrail:

Rotem Amfert-Negev Group

7. Satış Fiyatları:

Fosfat kayası fiyatları 1990 ve 1999 yılları arasında; Fas % 75-77 BPL için 48.5 $/ton, Fas % 70-72 BPL için 46 $/ton ve Tunus %65-68 BPL için 32-38 $/ton değerlerinde sabit kalmıştır.[4]

8.Yerine Geçebilecek Mineraller, Geri Kazanma Olanakları:

Deterjan sanayinde yerine geçebilecek olan mineraller: zeolit, silikat ve sitrat (kimyasal reaktif). Gübre sanayinde yerine geçebilecek mineral yoktur.

9. Özel Özet Bilgiler ve Yorumlar:

Dünya’da ABD ve Eski Rusya en büyük fosfat üreticisi konumunda olan ülkelerdir. Kuzey Afrikada lider ülke ise Fas’tır. Ülkemizde fosfat ve fosfat ürünlerinin en yoğun kullanım alanı gübre sanayidir. Ancak ülkemizdeki gübre sanayi, ihtiyacı olan kaliteli fosfat ürünlerini ithal yoluyla karşılamaktadır. Diğer yandan ülkemizde mevcut fosfat rezervlerinin %95'inden fazlası Mardin-Bitlis yöresinde bulunmakta ancak bu yataklar çeşitli nedenlerle işletilememektedir. Türkiye fosfat yataklarının değerlendirilmesine yönelik çalışma ve yatırımların bir an önce başlatılması, yerli cevher ve nihai ürünler üretiminin gerçekleştirilmesi ve ayrıca gübre sanayinin ihtiyacı olan ürünler için yerli kaynakların kullanım olanakları mutlaka gerçekleştirilmelidir. Günümüzde bilim adamları gübre üretiminde kullanılan fosfat kayaçlarının yerine yeni alternatifler aramaktadır. Fakat şu an gözüken o ki, gübre sanayinde fosfat rakipsiz bir endüstriyel hammaddedir.

Kaynakça

[1] Industrial Handybook,1995,New York

[2] ÖNEM, Y., “Sanayi Madenleri”, Mart 1997, s:143-147

[3] HARBEN, P. W., “The Industrial Minerals HandyBook II”, pp:129-131

[4] Industrial Minerals Prices & Data 1999”, pp: 120-121.

[5] Industrial Minerals and Rocks. 1. ve 2. Sayı. New York.1983, 1446 s

Yazarlar: Prof. Dr. M. Zeki DOĞAN; Prof. Dr. Bektaş UZ; Mad. Müh. Cihat FIRAT

İTÜ Maden Fakültesi 80626 Maslak/İSTANBUL