I. Ulusal Kırraataş Sempozyumu'96, İstanbul - 1996, ISBN 975-395-196-5
ENDÜSTRİYEL KULLANIM AÇISINDAN
KARBONAT KAYAÇLARI
KARBONAT GESTEINE IM HINBLICK AUF
IHRE INDUSTRIELLE VERWENDUNG
Doç. Dr. M. Sezai KIRIKOĞLU
İ.T.Ü. Maden Fakültesi
Maden Yatakları - Jeokimya Anabüim Dalı
80626 - Maslak İstanbul
ÖZET
Yeryüzü tarihi boyunca, zaman aralıklarının pek çoğunda oluşumları izlenen karbonat
kayaçları kırılarak agrega, kesilerek ve şekillendirilerek yapı taşı, öğütülerek dolgu
malzemesi ve pigment, kalsine edilerek veya yüzeyi kaplanarak kağıt ve plastik
üretiminde kullanılmaktadır. Endüstriyel önlemleri çok yüksek olan karbonat kayaçları
ayrıca, kireç ve çeşitli kimyasalların elde edilmesinde, çimento ve refrakter
malzemelerin üretiminde, metalürjide, eczacılık, cam, gübre endüstrilerinde, kömür
tozu alevlerinin söndürülmesinde, asitli yağmur sularının nötrleştirilmesi yoluyla çevre
problemlerinin çözülmesinde, şeker rafinasyonunda yaygın bir biçimde
tüketilmektedir. Aşağıda çeşitli karbonat kayaçları, endüstriyel kullanımları için sahip
olmaları gereken özelliklerine de değinilerek kısaca ele alınmıştır.
ZUSAMMENFASSUNG
In allen geologischen Zeitalter wird die Bildung der Kalkgesteine beobachtet, welche
durch Zerbrechungsarbiten als Schotter, durch Schneiden als Bausteine, durch Mahlen
als Füllstoffe oder Farbenpigment, durch Kalzinierung oder Furnieren in den Bau-,
Papier- und Plastikindustrien verwendet werden. Da
1
'sie sehr wichtig für verschiedenste
Industriegebiete sind, werden Karbonatgesteine für die Herstellungen von Kalk,
verschiedener Chemikalien, feuerfesten Materialen, Zement, pharmazeutischen Mitteln,
Glas, Düngemittel und Zucker eingesetzt. Metallurgische Industrie bzw.
Umweltschutzarbeiten benötigen sich Karbonatgesteine. Unten werden sie mit
Berücksichtigung ihrer Qualitaetsmerkmalen für die Verwendung in der
verschiedensten Industriegebieten diskutiert.
19
1". GİRİŞ
Türkiye'de Paleozoik'ten Kuvarterner'e kadar oldukça geniş bir zaman aralığında
oluşmuş birimler içinde karbonatlı kayaçlar yaygın olarak yer almaktadır. Bu
nedenledir ki ülkemizin her bir köşesinde, karbonatlı kayaçlan hammadde olarak
kullanan endüstri dallan önemli gelişme göstermiştir. Bunlar çimento, inşaat, mermer,
kireç, cam, kimya, kağıt, plastik, kauçuk, şeker, endüstrileri ile metalürji, refrakter
malzeme ve agrega üretimi olarak verilebilir.
Karbonatlı kayaçlar denilince kireçtaşı, tebeşir, mermer, karbonatit, damar kalsiti,
traverten, organizma kavkıları, aragonit kumu ve dolomit akla gelmektedir. Esas olarak
sedimanter ve metamorfik, daha az olarak magmatik kayaçlara bağlıdırlar. Manyezit ve
demir karbonatlar bunların dışında kalmaktadır. Ana karbonat kayaçlan ve çeşitli
özellikleri aşağıda verilmiştir:
Mineraller Formül Renk % CstO % CQ2 % MgO Yoğunluk Sertlik
Kalsit CaC03 Beyaz-Gri 56 44 - 2,7 3,0
Dolomit |CaMg(C03) Beyaz - Gri 30,4 47,7 21,9 2,8-2,9 3,5-4,0
Karbonatlı kayaçlann önemli bir bölümü, diğer endüstriyel hammaddelerle
karşılaştırıldığında, oldukça ucuza temin edilebilen mazemelerdir. Kırılarak agrega
(kırmataş) olarak kullanılan kireçtaşı ve dolomit ile doğal agrega olarak üretilen kum
ve çakıl yataklarının ana jeolojik özelliklerine burada kısaca değinilecektir.
Kireçtaşmın ana mineralojik bileşeni kalsittir. Değişik oranlarda demir ve magnezyum
karbonat, kil mineralleri ve kuvars içeriği olağandır. Resifal kireçtaşlan genellikle saf ve
klastik elemanlan hiç içermemelerine rağmen yüksek dolomit içerikli olabilmektedir.
Bandh kireçtaşlan genellikle kil arakatkılıdır. Killi seviyeler çoğu kez marn ve silisli
kireçtaşlan ile geçişlidir. Kireçtaşı içerisinde arzu edilmeyen bileşiklerin belirlenmesinde
en hızlı yöntem, bir miktar numuneyi seyrettik klorik asitte çözmektir. Dolomit ve
silikatlar daha yavaş çözünürken, kalsit hemen çözünecektir. Kalsitin dolomitten
aynlmasında daha yavaş, ancak daha sağlıklı yöntem boyamadır.
CaC03 içerikleri % 75 ile % 90 arasmda kalan karbonatlı marnlar ve % 40 ile % 75
arasında olan marnlar en önemli çimento hammaddeleridir. Çimentolar kullanım
alanlarına göre farklı bileşime sahip, bağlayıcı malzemelerdir. Sİ02, Â1203 ve Fe203
içeren kireçtaşlan ile yüksek firm curuflan, volkanik küller ve diyatomitin belirli
oranlarda karıştırılıp, işlenmesiyle üretilirler. Tüm bu bileşenleri bünyesinde içeren
kireçtaşı ve marnlara çimento kayası da denilmektedir.
Dolomitler 1.7 den daha küçük CaO:MgO oranına sahip kayaçlardır. CaO içeriğinin
artması durumunda karbonatlı dolomit ve dolomitli kireçtaşlarına geçilir (Şekil 1). % 5
oranına kadar MgO içeren dolomitler kireçtaşlanmn biyolojik katkılanyla oluşmuştur.
Kaliteli dolomitler hidrotermal-metasomatik oluşumlardır. Bu tür dolomitleşmenin
erken diyajenetik olduğu düşünülmektedir. Çok saf dolomitler (CaO:MgO oram 1.39
ile 1.45 arasmda olanlar) metalik magnezyum üretimi ile cam endüstrisinde ve suların
yumuşatdmasında kullanılır. CaO:MgO oram 1.45 ile 1.70 arasmda olan saf dolomitler
sinterlenerek refrakter malzeme olarak değerlendirilir. Türkiye kireçtaşı, dolomit ve
mermer rezervleri son derece büyüktür.
20
DÎĞER MİNERALLER
(Genellikle çözünmeyen)
OOLOMIT
KALSİT
Şekil i: Dolomit ve kalsit içeriğine bağfı olarak karbonatlı kayaçiann
sırafiandmiması (Harben, 1995).
Kireçtaşı ve dolomit ile bunlann metamorfizması sonucu oluşmuş mermerlerin ana
kullanım alanlarından biri olan inşaat sektöründe, özellikle beton, sıva ve yol yapımı
için kırmataş üretimi önemlidir. Söz konusu bu malzeme bazı jeolojik ortamlarda doğal
olarak oluşmuştur ve aynı amaçlarla kullanılmak üzere işletilmektedir. Aşağıda söz
konusu bu doğal hammaddelerin (agregalarm) kısa tanımlamalarına yer verilecektir.
Doğal agregalarm bileşimini, boyutlar açısından ele alındığında kum ve çakıl
oluşturmaktadır. 0.0062 ile 2 mm arası tane boyuna sahip sedimanlar kum, 2 ile 63 mm
arası büyüklüğe sahip olanlar ise çakıl olarak isimlendirilmektedir. 0.0062 mm den
daha küçük tane boylu malzeme süt, 64 mm den daha büyük tane boylu malzeme ise
blok adım almaktadır. Kum ve çakıl sadece tane boyu yönünden değil, bileşimleri
açısından da farklıdır. Kumda ana mineral kuvarstır. Bazılarında feldispat, çoğunda %
1-2 oranında mika, çört ve granat gibi ağır mineraller bulunmaktadır. Çakıllar
bileşenleri açısından heterojendir. Hakim bileşenleri minerallerden ziyade kayaç
parçalarıdır. Şeyi ve mikaşist gibi yumuşak parçalardan, granit ve kuvarsit gibi çok sert
olanlara kadar değişik kayaç parçalan içerirler. Kum ve çakıl çimento ile kanştınlarak
kullanılır. Bu tür kullammlannda inşaat ve yol yapımı ilk sırayı alır. Kullanılan betonun
% 80 i kum ve çakıldan oluşmaktadır. Çakıl ve kum, çimento ile kanştınlmadan, dolgu
maddesi olarak yol ve hava alanlarının taban inşaatlarında kullanılmaktadır.
21
Kum ve çakıl (doğal agregalar) kayaçlardan çimentolanmamış olmalan ve çok çeşitli
bileşenlerden oluşmaları ile ayrılırlar. Yatakları toz ve organik malzemeden arınmış
olmalıdır. Kil oranının yüksek olması kullanımı kısıtlayabilir. Mercek veya tabaka
halinde olduğunda temizlenebilir. Yatakların silt içeriği en çok % 5 olmalıdır. Kil,
karbonat ve demir oksit gibi bileşenler çimento yapımında kimyasal bağı zayıflatıp,
dayanımı azalttıklarından, kum ve çakılın bünyesinde istenmezler.
Sürtünmeye karşı direnç aranılan önemli bir özelliktir. Yol yapımında kullanılacak
malzemelerin aşınma direnci olabildiğince yüksek olmalıdır. Yataklar kuvars, kuvarsit,
taze granitik kayaçlar, kireçtaşı ve dolomit gibi kilsiz, sert kayaçlardan itibaren
oluştuklarında ekonomik öneme sahip olmaktadırlar. Sert olmasına rağmen çört,
çimentoda kimyasal reaksiyon oluşturma eğilimi nedeniyle istenmez. Malzemenin
dayanımı da çok önemlidir. Donma, çözünme, ıslanma ve kurumaya karşı yüksek
direnç arzu edilir. Parçalanmış ve poröz malzeme betonda çatlamaya yol açacağından
kullanılmamalıdır. Tane boyu dağılımı ve tanelerin şekli yol ve inşaat malzemelerinde
aranılan özelliklerdir. Eşit boyutlu ve yuvarlak taneler sert beton yapımına daha
uygundur.
Yüksek hacim ve hıza sahip akarsular ticari çakıl yataklarının oluşumunda önemli rol
oynarlar. Ekonomik öneme sahip büyük yataklar Pleyistosen buzullarının erimesi
sonucu ortaya çıkmış akarsular tarafından oluşturulmuştur.
Kum ve çakılın günlük kullanımı göz önüne alındığında ekonomik yatakların
bulunmasmın kolay olduğu düşünülebilir. Ancak inşaat sektörünün hızlı gelişimi
karşısında gerçek talebi karşılayacak büyüklükte yatakların bulunması, sistemli
aramaları gerektirir. Bunun için uygun topografya, hidrojeoloji ve jeoloji haritaları
gereklidir. Akarsu rejimleri ve buzul hareketleri de dikkatle incelenmelidir. Açık
işletmelerde kazanılırlar. Üretilen malzeme yıkama, eleme ve iri boyutluların kırılması
ile istenmeyen maddelerin uzaklaştırılması işlemlerine tabi tutulur.
2. FİZİKSEL ÖZELLİKLER
Kireçtaşı, dolomit ve daha ender olarak ta mermer, agrega, çimento katkı malzemesi,
dolgu v.b. gibi ürünlerin elde edilmesi amacıyla kırılır. Mukavemet, serdik, yoğunluk,
porozite ve homojenlik ile tane şekli kullanımda belirleyici özelliklerdir. Özellikle
kırılma sonrasında tane şeklinin olabildiğince kübik ve çatlaksız olması ve yapraklanma
göstermemesi gereklidir. Sülfat gibi çözünebilir mineral içeriği minimum, dolayısı ile
kimyasal bakımdan duraylı, tozsuz, kil, silt ve kum içeriği çok az olmalıdır. Genelde
fazla aşınmanın söz konusu olduğu yerlerde veya karayolu inşaatlarında kireçtaşının
düşük olan sertliği nedeniyle kullanılması arzu edilmez (çizelge 1).
Yapı taşları renk ve desen bakımından albenisi olan, sıkıştırma ve bükme dayanımı
yüksek, aşındırma etkilerine karşı dirençli, paslanmayan ve atmosferik etkiler alanda
bozulmayan, mermer ve kireçtaşı gibi kayaçlardır. Ticari bakımdan çeşitli oniksler,
traverten, rekristalize kireçtaşı ve dolomitler de mermer sözcüğü kapsamında
değerlendirilmektedir.
22
Çizelge 1: Kayaç tipine bağlı olarak agregalann fiziksel özellikleri.
Kaynak: Woolf, 1953 (Harben, 1995 ten).
Bazalt
Çört
Diyabaz
Dolomit
Gnays
Granit
Kireçtaşı
Mermer
Kuvarsit
Kumtaşı
Şist
Dökme
Yoğunluk
2,86
2,50
2,96
2,70
2,74
2,65
2,66
2,63
2,69
2,54
2,85
Âbsorpsiyon
%
0,50
1,60
0,30
1,10
0,30
0,30
0,90
0,20
0,30
1,80
0,40
Aşınma
Deval Testi
(%)
3,10
8,50
2,60
5,50
5,90
4,30
5,70
6,30
3,30
7,00
5,50
Kaybı
LA Testi
(%)
14
26
18
25
45
38
26
47
28
38
38
Sertlik*
19
12
20
9
9
9
8
6
16
11
12
*2,5 cm çapında ve 2,5 cm yüksekliğinde kayaç karotunun, 2 kg ağırlığındaki çelik bir
silindirin düşme etkisine karşı koyabileceği yükseklik.
Çizelge 2: Dolgu olarak kullanılacak kalsiyum karbonatların tipik fiziksel
özellikleri. Kaynak: Trivedî and Hagemeyer, 1994 (Harben, 1995 ten).
Kırılma oranı
Özgül ağırlık
TAPPI beyazlık (%)
Yüzey alanı (m2/g)
Einlehner aşınma
(mg)
Tane boyu,
SediGraph
+ 5 pm (%)
- 2 pm (%)
Ortalama, pm
Romboedrik Skalenoedrik
Kalsit
PCC
1,58
2,71
99
6-8
3
-
99
0,70
Kalsit
PCC
1,58
2,71
99
9-15
3-5
2
45
1,0-3,0
Ortorombik
Aragonit
PCC
1,63
2,92
99
9-13
4-8
3
75
0,5-1,0
ince
Amorf
Kireçtaşı
1,58
2,71
95
5-7
8
20
70
0,5-1,0
Çok ince
Amorf
Kireçtaşı
1,58
2,71
95
10-12
4
3
90
0,80
Tüm karbonatlar amorf yapıda (topraksı) olabilir ve inert pigment veya dolgu olarak
(GCC : Ground Calcium Carbonate veya Whiting) çok sayıda ürünün elde edilmesinde
kullanılabilir. Doğal kalsiyum karbonatm (CaC03) karakteristik özellikleri çizelge 2 ve
3 te verilmiştir. Kullanım alanım, doğrudan doğruya hammaddenin özellikleri
belirlemektedir (Harben, 1995). Ucuz olanlar asfalt, dolgu ve çimento, beyazlık ve
parlaklığı % 80 nin üzerinde ve orta büyüklükte tane boyuna sahip ara kalitedekiler
macun ve mum üretiminde kullanılırlar. Saflık, % 90 in üzerindeki beyazlık derecesi,
örtücülük (opacity), tane şekli, APS & PAD (average partide size Sc partide size
distribution), yüzey alanı, çözeltideki davranışları (rheology) ve viskozite, su ve yağ
absorpsiyonu, dökme yoğunluğuna da bağlı olarak ince ve çok ince tane boylu
karbonatlar kağıt, boya, plastik ve kauçuk endüstrileri için gerçek anlamda işe yarar
dolgu malzemesidir. Kalsiyum karbonat boya endüstrisinde kullanılan pigment
23
gereksinimini önemli ölçüde azaltmakta, plastik ve kauçuk endüstrilerinde de polimer
ve elastomer kullanımını önemli ölçüde düşürüp, tasarruf sağlamaktadır. Kağıt ve
plastik endüstrilerinde kullanılan en ince boyutlu ve saf ürünler kalsine kireç taşının
yeniden karbonizasyonu sonucu elde edilmektedir. Bu ürüne presipite kalsiyum
karbonat (PPC: precipitated calcium carbonate) denilmektedir. Yüzeyi kaplanmış
(coated) kalsiyum karbonat baza endüstri dallarında kullanılmaktadır. Örneğin plastik
endüstrisinde polimerlerin homojen dağılımını artırmakta, boya endüstrisinde
çözülmeyi azaltmakta, renk pigmentlerinin yüzmesini engellemekte ve boyanın örtme
gücünü artırmaktadır. ^
Çizelge 3 : Boya endüstrisinde kullanılan kalsiyum karbonatların fiziksel
özellikleri. Kaynak: Trivedi and Hagemeyer
s
1994 (Harben,1995 ten).
Özgül ağırlık
Kırılma oranı, ortalama
Sertlik (Mobs)
Kalsinasyon ısısı ° C)
Valley aşınma (mg)
Beyazlık (% GE)
Yağ emme (cc/100g)
Yüzey alam (m2/g)
D o ğ a !
İnce
Amorf
Kireçtaşı
2,71
1,58
3
800-900
25
95
13
3,20
Çok İnce
Amorf
Kireçtaşı
2,71
1,58
3
800-900
10
96
23
9,60
P r e s i p
Kalsit
2,71
1,58
3
800-900
5
98
30
6,80
i t e
Aragonit
2,93
1,63
3,50
800-900
8
99
55
8,50
3. KİMYASAL ÖZELLİKLEM
Karbonatlı kayaçlar kimyasal kireç (CaO) ve magnezya (MgO) kaynağı olarak
nötralizasyon, pıhtılaştırma, kostikleştirme, dehidrasyon ve/veya absorpsiyon amacıyla
çeşitli kimya kimya endüstrileri tarafindan kullanılmaktadır. Karbonatlı kayaçlar 1000
ile 1100°C arasmda kalsine edilerek sönmemiş kireç (CaO), sulu veya sönmüş kireç
[Ca (OH)2], dolomitik sönmemiş kkeç_ XC.aQ.MgO), N tipi dolomitik hidrat
[Ca(OH)2.MgO], S tipi dolomitik hidrat [Ca(OH)2.Mg(OH)2] ile kalsine (dead-
burned) dolomit veya ateşe dayanıklı (refrakter) kireç elde edilmektedir. Bu aynı
zamanda presipite kalsiyum karbonat (PCC)elde etmek için uygulanan temel kimyasal
süreçtir.
CaCQ3 +
Kireçtaşı
isi
CaO + H20
Sönmemiş kireç
Ca(PH>2 + C02
Sönmüş'kjreç
-> Ç_aQ_ + C02
Sönmemiş kireç
-> Ca(QH>2
Sönmüş kireç
-> CaCQ3
Presipite kalsiyum karbonat (PCC)
Karbonatlı kayaçlar veya kireç pek çok endüstri dalında CaO (ve MgO) kaynağı olarak
kullanılmaktadır. Kireç veya kireçtaşı demir cevherlerinin indirgenmesi sırasında (BOF
teknolojisi ile 1 ton çelik üretiminde 60-65 kg elektrikli finolarda 30 kg kireç)
akışkanlık verici (flux yapıcı) ve P, Si, Al ile S oranlarını düşürücü olarak
24
kullanılmaktadır. Flotasyonda pH kontrolünü sağlamaktadır. Demir dışı metalürjide
siyanür kaybım engellemektedir. Sodyum karbonat çözeltilerinden NaOH elde
edilmesini, alüminyum rafinasyonunda uygulanan Bayer yönteminde silisyum
uzaklaştırılmasını, deniz ve kaynak sularından magnezyanın üretilmesini, sülfit kağıt
hamuru (Kraft) yönteminde S02 ile reaksiyona girerek kalsiyum bisülfat oluşumunu,
sır ve emaye üretiminde flaks ve dolgu, Solvay yönteminde amonyak ve tuzlu su
kullanılarak soda külü üretimini (1 ton soda külü üretimi için 635 kg sönmemiş kireç),
düz ve şişe camı üretiminde duraylılık, mukavemet ve akışkanlığın artırılmasını, gaz-
baca temizleme sistemlerinde (akışkan gaz desülfürizasyonu = flue-gas desulfurization
or FGD tesisleri) kükürdün uzaklaştırılmasını, asit nötralizasyonunu ve alkalileşmeyi
sağlayıcı, su sistemlerindeki çeşitli artık ürünlerin uzaklaştırılmasını (çevre
uygulamaları, ziraat, şehir ve endüstriyel suların tecridini, lağım sularının arıtılmasını),
kolloidal kirleticilerin toplanması ve çöktürülmesini (şeker rafinasyonu) sağlamaktadır.
Sönmüş kireç, kireçtaşı ve dolomit ziraatte komposto hazırlanması, toprağın
kireçlenmesi, kümes ve hayvan yemlerinin üretilmesinde CaO (ve MgO) kaynağıdırlar.
İnşaat sektöründe toprak duraylılığının sağlanmasında, inşaat harcının elde edilmesinde,
sıvalarda, tuğla yapımında, bitümlü kaplamalarda ve badanada kullanılmaktadır.
Sönmemiş kireçten elde edilen kalsiyum barbid asetilen, kalsiyum metali ve grafit
üretimi ile demir ve çelik temizlenmesinde kullanılmaktadır. Kalsiyum sifrat sitrik asit
üretiminde, kalsiyum klorat dezenfektanların yapımı ile fotoğrafçılık ve piroteknikte
kullanılan klor dioksitin elde edilmesinde, kalsiyum siktomat / kalsiyum sakarin
tatlandırıcıların ve nihayet kalsiyum siyanimid azotlu gübrelerin üretiminde
kullanılmaktadır.
Kireçtaşı ile silis, alumina ve demirin uygun oranlarda karıştırılıp, 1480'C ye kadar
ısıtılması sonucu kalsiyum aluminasilikat klinkeri elde edilmektedir. Buna % 3-5 alçıtaşı
ilavesi (sülfat katılaşmayı geciktirmektedir) ve öğütme sonucu tüm inşaat sektörü ve
betonda kullanılan portland çimentosu elde edilmektedir. Terrazo gibi dekoratif beton,
asfalt yol çizgi boyalan, mimari beton üretiminde kullanılan yüksek ve düşük demirli
beyaz çimentonun elde edilmesi yanısıra, sönmüş kireç, kireçtaşı ve tebeşir kullanılarak
üretilen harç çimentosunun yapımında da kireçtaşı ana hammaddedir. Petrol kuyu
çimentosu 4 saatten daha uzun bir süre ile akıcılığını korumaktadır (petrol ve doğal gaz
kuyularının tıkanması). Kireçtaşı ayrıca alüminyum veya kalsiyum alüminyum
çimentosunun (CAS), bir başka ifade ile refrakterlerin üretiminde Icullanılmaktadır.
MgO dolomit, manyezit veya doğrudan doğruya MgO şeklinde refrakter niteliktedir
(magnezya refrakterleri). Dolomit kimyasal MgO in zengin bir kaynağıdır. MgO
metalik magnezyum elde edilmesinde kullanılır. Metalik magnezyum önemli bir alaşım
metalidir. Kaplama ve dövme ürünlerde, demir ve çeliğin kimyasal
desülfürizasyonunda, Be, Ti, Hf ve U üretiminde indirgen unsur olarak
kullanılmaktadır. Magnezyum oksit ayrıca refrakterlerin, eczacılık ürünleri ve camların,
magnezyum içeren kimyasalların ve gübrelerin üretiminde kullanılmaktadır.
4. KALİTE BELİRLEYİCİ ÖZELLİKLER
Karbonat kayaçlannm farkh kullanım alanlannda, farklı kalite talepleri vardır. Pek çok
endüstri dalı için fiyat, kolay elde edilebilirlik ve süreklilik aranılan en önemli
özelliklerdir.
25
Çizelge 4: Endüstriyel dolomit ve dolomit ürünlerinin kimyasal bileşimi
f%). Kaynak: Harben, 1995.
CaO
MgO
Fe203
A1203
Sİ02
K.K.
Yoğunluk
ispanya
Kayaç
Cam
31,10
21,70
0,10
0,02
0,05
47,00
-
ABD
Sönmemiş
Kireç
Cam
56,61
40,29
0,13
0,29
0,57
-
-
ABD
Normal
Sönmüş
Cam
47,95
34,13
0,11
0,25
0,47
-
-
İngiltere
Kalsine
Refrakter
56,90
40,70
0,90
0,50
1,00
-
3,25
Norveç İngiltere
Kayaç Kayaç
Kaldırım
Dolgu Taşı
30,60 32,50
22,00 18,00
0,03 0,80
0,05 0,60
0,60 2,00
47,00 45,10
2,68
Almanya
Kayaç
Dolime
31,50
20,20
0,40
0,40
0,50
47,00
2,70
Çizelge 5: Çeşitiî kalsiyum karbonat kayaçlannın kimyasal bileşimi.
Kaynak: Harben, 1995.,
CaC03
MgC03
Sİ02
A1203
Fe203
H 2 0
Beyazlık
ABD
Kireç
Dolgu
96
1,50
1,20
0,30
0,08
0,25
96
ABD
Mermer,
Dolgu
95 min.
3,0 max.
-
92-95
İtalya
Mermer
Dolgu
98,05
2,34
0,11
0,05
0,02
ABD
PCC
Dolgu
98,40
0,70
0,05
-
0,10
0,30
98
ABD
ABD İngiltere
Kireçtaşı Kireçtaşı Kalsit
Cam
98,00
1,30
0,15
0,08
0,12
0
-
Ziraat Terrazzo
97,10 98,64
2,00 0,44
0,69
0,01
0,03
1-2,5 -
.
Çizelge 6: Endüstriyel aragonitin bileşimi {%). Kaynak: Harben, 1995.
CaC03
Sİ02
Fe203
A1203
MgO
Mn
Sr
S (organik)
S (inorganik)
NaCl halinde tuz
Diğer organikler
K.K.
Kimyasal
analiz
97
0,04
0,02
0,02
0,23
0,0005-0,005
0,1-1,0
0,13
0,01
0,25
0,41
44,30
Elek açıklığı
(Mesh)
20
30
40
50
70
100
140
200
-200
Elek Analizi
Elek üstü
(%)
3
3
23
25
22
12
10
2
Eser
Eklenik elek
üstü (%)
3
6 I
29
54
76
88
98
100
26
Çizelge 7: Kireçlerin karakteristik özellikleri. Kaynak: RMC Industrial
Minerals Ltd. (UK), (Harben, 1995 ten).
Kuru Baz
CaO
CaC03
Sİ02
MgO
A1203
Fe203
Eser Elementler
Nem (serbest)
Ca(OH)2
K.K.
Nötrleşme değeri
Dökme Yoğunluğu (kg/m3)
Parça/Taneli
Sönmemiş
Kireç
CaO
94,57
4,18
0,83
0,25
0,20
0,05
0,10
-
5,14
2,84
95,50
1,040-1,200
Sönmüş
Kireç
Ca(OH)2
96,60
0,86
0,67
0,20
0,14
0,05
0,08
0,60
-
-
-
-.
Çizelge 8: Dolgu olarak kullanılacak karbonatların çeşitli endüstri kolları
için tane boyu dağılımı (mm). Kaynak: Harben, 1995.
•'
Dökme
Kaba
Orta
ince
İnce
Çok ince
Ortalama
22-40
12-22
3-10
0,7-2
Tavan
420
100
44
10
Kalanım Alanı
Çimento, asfalt kaplama
Tebeşir, macun, mum, kauçuk
Kağıt, boya, plastik, kauçuk
Kağıt, boya, plastik
4. İ. Kireçtaşı ve Dolomit
Bu karbonatlı kayaçlafın kullanıldığı çeşitli alanlar için tane boyu talepleri farklıdır.
Ebatlandırılmış taşlar için >lm, yapı, dekorasyon ve kaplama taşlan için >30 cm, beton
agregası, asfalt, demiryolu çakılları ve sıva için 1-20 cm, kimyasallar ve cam için 0,2-5
cm, filtre ve kümes hayvanlan kuntu için 3-8 cm, zirai kireç için <4 cm, döküm ve
akışkanlık vericiler için <3 cm, dolgu, orta sertlikteki aşındıncılar, sırlar ve emayeler,
ocak gazlan ile mantar ve böcek öldürücü ilaç taşıyıcılar için <0,2 mm, FGD reaktifleri
için <0,1 mm tane boyu koşullan aranmaktadır.
Beton agregalan kil, mika, kavkı gibi levha şekilli veya laminah bileşenler ile organik
maddeler içermemelidir. Düşük amorf silis içeriği ile % 0,04-0,06 klor bileşenleri oranı
tercih sebebidir.
Çimento üretimi için % 65 CaC03 ve düşük alkali oranı gereklidir. MgO içeriği % 4
ten düşük olmalıdır. Asitte çözünmeyen kalıntı miktan % 1,5 tan, F oranı % 0,1den,
fosfat, çinko ve kurşun oranı % 0,5 ten küçük olmalıdır.
27
Kömür tozu alevlerinin bastırılması için Sİ02 içeriği % 4 ten düşük, tane boyutu %
100 oranında -840 mm ve % 70 oranında da -75 mm olmalıdır.
Kırmataşlar (agregalar) için kullanım alanları ve bölgelere göre kalite talepleri
farklılıklar göstermektedir. Kırmataşlar için genellikle aşınma (aggregate abrasion value
= AAV), kırılma (aggregate crushing value = ACV), ince taneli malzeme için % 10
sınırı, sıkıştırma (aggregate impact value = AIV), düzgünlük (polished stone value =
PSV) oranları ile yassıuk indeksi ve özgül ağırlık testlerini (dökme ve görünür
yoğunluk) yapmak zorunludur.
Ebatlandırıimış kayaçlar için önemli karakteristik özellikler ASTM standartlarında yer
almaktadır. Su emme, dökme özgül ağırlık (ASTM C 97), kopma modülü (ASTM C
99), sıkıştırma direnci (ASTM C 170), aşınma direnci (ASTM C 241), bükülme direnci
(ASTM C 880) standartmda yer almaktadır.
Çevresel kullanım için hammaddenin CaC03 içeriği %85 ile % 95 arasında, MgO ve
çözünmeyen madde miktarı en çok % 5, % 100 ü 2 mm den küçük tane boylu olmalı
asidik yağmur nötralizasyonu için ise tamamı 200 mikrondan daha küçük tane boylu
elekten geçmelidir.
Dolgu olarak kullanımda, kuru beyazlık macun üretiminde en az % 80, kağıt
kaplanması için en az % 96, yağ emme katsayısı 18-21, yüzey alanı 1,5-4 m2/g dökme
yoğunluk 0,6-0,8 g/cm3, pH 9-9,5 olmalıdır. Plastik endüstrisi olağan kimyasal
parametrelerin yanısıra düşük Cu, Pb, ve Mn içeriğini talep etmektedir. Zira bu
elementler dayanımı ve olgunlaşmayı azaltmaktadır. Çocuk oyuncakları üretimi için
CuO oranı % 0,005 ten, MnO oranı ise % 0,02 den az olmalıdır. Dolgu olarak
kullanılacak malzemelerin tane boyut özellikleri çizelge 8 de verilmiştir.
Akışkan gaz desülfiirizasyonunda kullanılacak kireçtaşı % 95 in üzerinde CaC03
içermeli, Sİ02 içeriği en çok % 2, Fe203 % 1, Aİ203 % 1, MgO % 1, Mn02 % 0,02
ve Cl en çok 1.000 ppm olmalıdır. % 50 si en çok 30, % 90 ı da en çok 90 dakikada
tepkimeye girmelidir. Aşınması (L.A) en çok 45, 200 mesh tane boyutlu malzemenin
Bond Work katsayısı en az 9,5 ve en çok 12 olmahdır. İnce boyut arzu edilir ve
malzemenin % 84 ü 45 mikrondan küçük olmalıdır. Kireçtaşı ağaç parçalan,
çakmaktaşı, kil, plastik, metal parçaları, organik malzeme veya diğer istenmeyen
karışımları içermemelidir.
Düz cam üretiminde kullanılacak kireçtaşı en az % 54,85 CaO, en çok % 0,8 MgO, %
0,6 asitte çözünmeyen madde, % 0,075 Fe203, % 0,35 Aİ203, % 0,05 sülfat, %0,1
serbest karbon ve % 0,05 nem içermelidir. Dolomit ise en az % 29,50 CaO ve % 21,4
MgO, en çok % 0,6 asitte çözünmeyen madde, % 0,25 Fe203, % 0,4 Aİ203, % 0,2
sülfat, % 0,4 serbest karbon ve % 0,10 nem içermelidir. Şişe camı üretimi için en çok
% 0,1 Fe203, %0,001 Cr203, ve % 0,1 nem içeriği aranır. Kritik olan kirleticiler
daha ziyade Cr, Co ve Mn gibi renk verici elementler, bronz ve Al folyeler gibi metaller
ve zirkon, kromit, korund gibi refrakter parçacıklardır.
Kireç eldesi için kireçtaşı % 98 CaC03 içerikli ve Sİ02 oranı % î den düşük olmalıdır.
PCC % 98 in üzerinde CaC03, % 0.5-1.5 arasında MgC03, % 0.1 Fe203 ve % 0.3-
0.8 oranında nem içermektedir. Kuru halde beyazlık derecesi % 98, yağ emme
kapasitesi 30^50, yüzey alam 8 m2/g, dökme yoğunluğu 0.6-0.8 g/cm3 tür. Tane
boyutu 0.5 ile 1.5 pm arasındadır. Eczacılık kalitesinde PCC % 98 den fazla CaC03
28
içermeli, asitte çözünmeyen bileşen miktarı % 0.2 den küçük olmalı, 3 ppm den az As,
% 0.005 ten az F, % 0.003 ten az ağır metaller, % 0.001 den az Pb, % 1 den az Mg ve
alkali tuzlar içermelidir. Kurutma kaybı % 2 den az olmalıdır.
Çizelge 9: Cam endüstrisinde kullanılan kireçtaşı ve dolomitte aranılan
özellikler. Kaynak: Harten, 1995.
KİMYASAL
CaO en az
MgO
Asitte çözünmeyen
madde miktarı en çok
Fe203 en çok
A1203 en çok
Sİ02
Sülfat en çok
Serbest karbon en çok
Nem en çok
Cr203 en çok
FİZİKSEL
Eklenik elek üstü
8 mesh
12 mesh
16 mesh
20 mesh
100 mesh
140 mesh
170 mesh
200 mesh
Düz Cam
Kireçtaşı
54,85
0,80 en çok
0,60
0,08
0,35
0,05
0,10
0,05
0
2 en çok
88 en az
95 en az
Düz Cam
Dolomit
29,50
21,40 en az
0,60
0,25
0,40
0,20
0,40
0,10
0
0.5 en çok
20 en çok
88 en az
95 en az
Şişe Camı
Kireçtaşı
-
(+/-) 0,30
0,10
(+/-) 0,50
(+/-) 0,50
0.001
0
20 en çok
5 en çok
Şişe Camı
Dolomit
-
(+/-) 0,30
0,10
(+/-) 0,50
(+/-)0,50
0.001
0
20 en çok
10 en çok
Soda külü üretimi için hammadde (kireçtaşı) % 98.6 dan fazla CaC03 içermeli, bunun
yanısıra Sİ02 içeriği % 1 den düşük olmalıdır. Çelik metalürjisi için olabildiğince
yüksek CaC03 oram, % 1 den düşük Sİ02 ile ihmal edüebilir oranda S ve P içeriği
arzu edilir.
Şeker rafinasyonu için CaC03 oranının % 96 dan büyük, Sİ02 ve MgO oranlarının %
1 den az olması gereklidir. Toplam kil, sülfat mineralleri ve organik bileşen oranı da %
1 den az olmalıdır.
Amerikan farmakoloji standartlarına (XXII) göre hammadde en az % 98.8 oranında
CaC03 içermelidir. Kurutma kaybı en çok % 2 olmalıdır. Asitte çözünmeyen madde
miktarı % 0.2, fluor bileşikleri oranı % 0.0005, As miktarı 3 ppm, Pb miktarı 3 ppm,
demir miktarı % 0.05, Hg oram 0.5 ppm, ağır metaller oranı % 0.002, magnezyum ve
alkali^uzlar oram % 1 olmalıdır. Hammadde baryumdan kaynaklanan yeşil renklenme
göstermemelidir.
29
Çizelge 10: Çeşitli cam ürünlerinin ortalama CaO ve MgO içerikleri (%
ağırlık). Kaynak: Harben, 1995.
Şişe camı, beyaz
Şişe camı, yeşil
Düz cam
Sıkıştırılmış ürünler
Borosilikat camlan
Kurşunlu kristal camlan
CRT kaplama plakaları
Fiber optik
Cam seramikler
Tekstil elyaflan
A - Elyaflan
C - Elyaflan
D - Elyaflan
E - Elyaflan
R-Elyaflan
S - Elyaflan
AR - Elyaflan
CaO
11,30
11,40
8,20
6,20
0,10
0,20
3,50
-
2,70
9,00
14,00
0,50
17,00
9,00
-
-
MgO
0,10
0,10
4,00
4,40
-
-
3,50
-
-
3,50
3,00
0,20
4,50
6,00
10,00
-
Çizelge 11: Cam endüstrisinde kullanılan karbonatlı kayaçların kimyasal
bileşimi. Kaynak: Harben, 1995.
CaC03
CaO
MgC03
MgO
Fe203
A1203
Sİ02
Kireçtaşı
98,00
1,30
0,12
0,08
Aragonit
97
0,23
0,02
0,02
0,04
Botamît
31,10
21,70
0,10
0,02
0,05
Sönmemiş kireç
56,61
40,29
0,13
0,29
0,57
Çizelge 12: Kalsiyum karbonat pigmentlerinin kimyasal özellikleri.
Kaynak: Trîvedî ve Hagemeyer, 1994 (Harben, 1995 ten).
CaC03
CaS04
MgC03
A1203
Fe203
Sİ02
NaCl
110° C de H20 kaybı
pH
Amorf
Kireçtaşı
96,63
-
2,43
0,28
0,09
0,37
-
0,20
9,10
Preslpîte
Kalsiyum
Karbonat -1
98,36
0,08
0,70
0,09
0,07
0,10
-
0,60
9,40
Presipite
Kalsiyum
Karbonat -
98,43
0,78
0,37
0,07
0,06
0,04
-
0,25
10,30
Presipite
Kalsiyum
2 Karbonat - 3
98,62
0,63
0,21
0,01
0,01
0,02
0,10
0,30
8,50
30
4.2. Kireç
Ticari sönmemiş kireç, parça (tane boyutu 2.5 inch ten büyük), kırılmış veya çakıl
(0.25-2.25 inch boyutlu), ince (yaklaşık % 100 ü 8 mesh lik elekten geçen), öğütülmüş
(yaklaşık % 100 ü 20 mesh lik elekten geçen) veya peletlenmiş (pelet çapı 1 inch) kireç
olarak temin edilebilmektedir. Kireç yüksek kalsiyumlu, magnezyumlu veya dolomitik
olabilir. ASTM C 110 standartında sönmemiş ve sönmüş kirecin tortulan, kıvamı,
plastisitesi, durayhlığı, su tutması, söndürme ve tortulaşma katsayıları yer almaktadır.
Diğer özel testler sönmemiş kirecin yapısal nitelikleri (C 5), sönmüş kirecin sıvadaki
özellikleri (C 207), sönmemiş ve sönmüş kireçlerin su tecriti ile ilgili parametreleri (C
53), sönmemiş ve sönmüş kireçlerin çöp asitlerinin nötrleşürilmesmdeki davranışları (C
400), sönmemiş kirecin sülfit hamuru üretimi için karakteristikleri (C 46) ile kireç ve
kireçtaşı ürünlerinin endüstriyel atıkların arıtılmasında kullanılabilmesi için sahip
olmaları gereken özellikleri (C 826) üzerinde durmaktadır.
5. DIGER ÖZELLİKLER
Dünya yıllık kireçtaşı üretimi son derece büyük rakamlara ulaşmaktadır. Kireç üretimi
150 milyon, çimento üretimi ise 1 milyar 97 milyon ton düzeyindedir. Kırmataş
üretiminde kireçtaşı, dolomit ve mermer başlıca kaynak kayaçlardır. Söz konusu bu
kayaçlardan elde edilen kırmataşlann Amerika Birleşik Devletleri'ndeki kullanım alan
ve miktarları aşağıda verilmiştir (Kaynak: Amerikan Madenler Bürosu, 1991; Harben,
1995 ten).
Kireçtaşı
Agrega üretimi 374.196.000 ton
Zirai faaliyetler 18.861.000 ton
Çimento üretimi 79.182.000 ton
Kireç üretimi 17.974.000 ton
Diğer kimya (cam, v.s.) 97.156.000 ton
Özel kullanımlar (dolgu) 5.944.000 ton
Diğer 219.616.000 ton
Dolomit
Agrega üretimi 46.334.000 ton
Zirai faaliyetler 2.618.000 ton
Diğer kimya (cam, v.s.) 2.991.000 ton
Özel kullanımlar (dolgu) 1.079.000 ton
Diğer 7.974.000 ton
Kırılmış mermer
Agrega üretimi 195.000 ton
Çimento üretimi 570.000 ton
Diğer kimya (cam, v.s.) 570.000 ton
Özel kullanımlar (dolgu) 700.000 ton
Diğer 1.874.000 ton
31
Kalsiyum karbonattan (kireçtaşından) elde edilen ve önemli bir ürün olan kirecin 1993
yılı verilerine göre Amerika Birleşik Devletleri'ndeki tüketim alanları ve miktarları da
şu şekilde verilebilir (Kaynak: Amerikan Madenler Bürosu, 1993; Harben, 1995).
Şeker rafinasyonu 701.000 ton
Çelik 5.139.000 ton
PCC 481.000 ton
Kağıt ve kağıt hamuru 1.185.000 ton
Cevher zenginleştirme v.b. gibi 293.000 ton
Alkaliler, ziraat, alüminyum, cam 414.000 ton
Refrakter kireç (kalsine dolomit) 315.000 ton
Çevre uygulamaları 4.191.000 ton
İnşaat 1.631.000 ton
Diğer kimyasal ve endüstriyel kullanımlar 2.607.000 ton
6. SONUÇLAR
Kireçtaşı, dolomit ve aragonit ile bunların metamorfik ürünleri doğada ve özellikle
ülkemizde çok yaygın olarak bulunan karbonatlı kayaçlan oluşturmaktadır. Karbonatlı
kayaçiar kullanım alanları ve miktarları göz önüne alındığında modern günlük yasanım
vazgeçilemez hammadde kaynakları olarak tanımlanabilir. Doğadan çıkarıldıkları gibi,
ham olarak kullanımlarının yanısıra, kırılarak, öğütülüp elenerek ve kalsine edilerek
kullanımları da yaygındır. Her bir kullanım alam için sahip olmaları gereken özellikler
ulusal ve uluslararası standartlarda tanımlanmıştır.
Türkiye tüm karbonatlı kayaçlann zengin ve kaliteli rezervlerine sahiptir. Bu nedenle
çimento, kireç, agrega üretimlerinde kalite ve miktar bakımlarından basan grafiği her
geçen yıl yükselmektedir. Kağıt, demir-çelik, kimya endüstrileri ile zirai faaliyetlerde de
ülkemiz karbonatlı kayaçlanndan elde edilen ürünler yaygın bir biçimde
kullanılmaktadır. Çevre ile ilgili uygulamalarda, çok gerekli ve kullanımın kaçınılmaz
olduğu alanlarda bile henüz arzu edilen kullanım şekli ve düzeyine ulaştığımız
söylenemez. Bir hatırlatma da hammadde kaynaklanınız için olacak. Biz önemini
yeterince kavrayamadığımız karbonat kayaçlan potansiyelimize yeterli ilgiyi
göstermekte yavaş davranırken, özellikle Fransızlar'm başı çektiği AB ülkelerinden
çeşitli firmalar bunlara yoğun yatırım yapmaktadır. Bunun okuyucular tarafindan
dikkate alınması beklenmektedir.
YARARLANILAN KAYNAKLAR
1. Harben
s
P., 1995, Industrial Minerals Handybook, 2nd Edition, Industrial Minerals
Information Ltd., London, pp. 36-43.
2. Kmkoğlu, M.S., 1990, Endüstriyel Hammaddeler, İ.T.Ü. Gümüşsüyü Matbaası,
No: 1418, Sayfa: 169-172.
32
3>4>
Dostları ilə paylaş: |