Disten Sillimanit Andaluzit

Disten Sillimanit  Andaluzit 

Tanım ve Sınıflandırma

Sillimanit, disten ve andaluzit yaygın olarak susuz alüminyum silikat polimorflarını oluştururlar. Bu  tip  mineraller  yüksek  sıcaklıklarda  ısıya  dayanıklı  yüksek  performanslı  mullit  fazını    (3 Al2O3.2 SiO2) oluşturabildiklerinden refrakter endüstrisinde kullanılırlar.

Bu mineraller her ne kadar aynı kimyasal bileşime sahipse de (Al2O3.SiO2) farklı mineralojik özellikler göstermektedirler. Bu tip mineraller genellikle metamorfik süreçlere maruz kalmış killi kaynak kayaçlardan veya birincil çökellerin ayrışmasından türemiş alüvyal birikimlerde oluşabilmektedir. Metamorfizma sırasında geçerli sıcaklık ve basınç dereceleri kaynak kayaç içerisinde hangi minerallerin kristalleşeceğini belirtmektedir.

Andaluzit, oldukça yüksek sıcaklıklar ve düşük basınç koşullarında oluşur. Sillimanit daha yüksek sıcaklık ve basınç koşullarında oluşur ve termal metamorfizmanın en iç zonlarının karakteristik kayaçları olan gnays ve hornfels'lerde yaygın olarak kristalleşirler. Yüksek-orta sıcaklık ve maksimum 6 kb basınç koşullarında bölgesel metamorfizma geçirmiş aleminyumca zengin pelitik kayaçlardan itibaren oluşan tipik bir mineraldir. Bu mineraller mercek veya çakıllar şeklinde veya şist ve gnayslar içinde saçılmış taneler şeklinde görülürler. Plaj kumu ve aluvyon çökelleri şeklinde de oluşur ve mineral kumu işletmelerinde yan ürün olarak elde edilebilir.

Kimyasal bileşimi Al2SiO5 veya Al2O3.SiO2 olarak gösterilen disten, sillimanit ve andaluzit mineralleri saf halde % 62,98 Al2O3 ve % 37,02 SiO2 ihtiva eder.

Bu grubun kimyasal bileşimi aynı olan üç minerali vardır.

1. Sillimanit (Fibrolit olarak da bilinmektedir)
2. Disten (Kiyanit olarak da bilinmektedir)
3. Andaluzit (Kiyastolit ve Viridin olarak isimlendirilen türleri vardır)

 Sillimanit, andaluzit ve disten ortosilikatlardır. Yani içinde serbest halde (SiO4)  iyonları  bulunur. Kimyasal formüllerinde bu durum görünmez fakat bu oksijen atomlarının da silisyum atomuyla bağlanması zorunlu değildir. Üç mineralde de Al atomlarının yarısının koordinasyon sayısı 6, diğer yarısının 4, 5 ve 6'dır. (Sillimanitte 4, Andaluzitte 5, Distende 6) bunun sonucunda disten kompakt bir kristal sistemine sahiptir. Üç mineralin kristal sistem yapılarındaki değişiklik ısıl işlemlerde de farklılıklar yaratır.

Distenin tuğla terkibine girmeden önce genelde1350oC'de ısıl işleme tabi tutulması gerekir. Bu hammaddenin yüksek sıcaklıkta (1350oC) geri dönüşümsüz bir hacimsel genleşmesi vardır. Bu yüzden küçülme engelleyici durumların dışında ham olarak kullanılması avantajlı değildir.

TABLO 1. Disten-Andaluzit-Sillimanit grubu minerallerin özellikleri

Sillimanit grubu minerallerin hepsi mullit teşekkülü yapar. Yani ısıl işlemde mullit ve SiO2'e dönüşürler. Distende bu işlem daha çabuk olur. Parçalanma 1310oC'de başlar ve hızlı bir şekilde 1350-1380oC'de %17 hacimsel genleşme ile son bulur.

Andaluzitte parçalanma 1380-1400oC'de ve % 5-6 hacimsel genleşme, Sillimanitte parçalanma 1545oC'de ve % 5-6 hacimsel genleşme maydana gelir.

Bu reaksiyonlardan oluşan mullit kristalleri (keçeleşmiş ve büyümüş kristaller) sintere büyük mukavemet kazandırır. Kalsine edilmiş disten çeşitli seramik reçetelere ilave edilir ve onlara mukavemet kazandırır.

Dünyanın en önemli rezervlerine sahip ülkeler Güney Afrika (Sillimanit-Disten-Andaluzit), Hindistan (Sillimanit-Disten) ve Amerika Birleşik Devletleri'dir

Distenin bir miktar B2O3 ihtiva eden cinsine dumortierit adı verilmektedir. Mevcut B2O3 erken mullit oluşumunu sağlar. Literatürde Nevada dumortieritlerininrefrakter malzeme imalinde kullanıldığı belirtilmektedir.Kırmızı renkli Bitlis dumortierit cevherine Koltik mezrasında rastlanmıştır; tenörü %30'dur.

TABLO 2. Sillimanit-Disten-Andaluzit grubu minerallerin kimyasal bileşimi

• Tüketim

• Alanları

Sillimanit, andaluzit ve disten susuz aluminyum silikat polimorflarını içerirler ve genel olarak sillimanit grubu mineralleri olarak bilinirler. Bu mineraller, yüksek sıcaklıkta oluşan yüksek refrakter performanslı mullit fazlarını oluşturdukları için çoğunlukla refrakter endüstrisinde tüketilirler. Bu faz yüksek sıcaklık dayanımı ile kimyasal ve fiziksel aşınma direnci gösterir. Bu özellikler yüksek sıcaklık ve kimyasal aşınma direnci refrakter sanayiinde istenen özelliklerdir. Refrakter tuğla, monolitik uygulamaları, çelik ve cam endüstrisinde uygulamaları yaygındır. Çimento fırınlarında, demir çelik fırınlarında, petrokimya endüstrisinde ve seramik endüstrisinde kullanımı genişlemektedir.

Disten ısıtıldığında önemli derecede genleşir. Bu özelliği hem avantaj hem de dezavantaj olabilir. Bağlama kili kullanılan refrakterlerde yüksek sıcaklıklarda küçülme olur, bu küçülmeyi dengelemek üzere ham disten katkısı ile stabilite sağlanabilir.

3 Al2O3.SiO2 ------------ 3 Al2O3.2 SiO2 + SiO2

(Sillimanit   Grubu)                     (Mullit)            (Kuvars)

Mullit üretiminin yarısı demir-çelik endüstrisinde, yüksek fırınlarda, büyük kapasiteli potalarda, brülör gövdeleri, çimento fırınlarında, bakır tavlama fırınlarında, cam fırınlarda, seramik üreten fırınlarda kullanılmaktadır. Distenin monolitik malzeme üretiminde yaygın olarak kullanımı bulunmaktadır. Andaluzit mükemmel mekanik dayanımı ve sürtünme dayanımı yanısıra refrakter tuğla imalinde daha az enerji maliyeti, hacimsel kararlılık, curufa ve ısıl şoka karşı iyi direnç gösteren özelliklere sahiptir.

Andaluzitin en belli başlı zenginleştirme işlemleri;

• Madenden çıkarma,
• Kaba kırma,
• Öğütme,
• Eleme - Yıkama
• Ağır-Ortam ayrıştırması,
• Magnetik ayırma.

3. TÜRKİYE'DE DURUM

Türkiye'de Manisa-Gördes-Demirci-Köprübaşı, Aydın-Koçarlı ve Bitlis Masifinde disten yataklarına rastlanmaktadır.

Manisa-Gördes ve Aydın-Koçarlı'da bulunan disten yatakları Menderes Masifi  metamorfiklerinde yer almaktadır. İleri derecede metamorfizma geçirmiş olan bu masif Paleozoyik yaşlıdır. Bölgesel metamorfizmanın yüksek mertebeli Almandin-Amfibolit fasiyesinde disten oluşmuştur. Menderes Masifinin disten zuhurları;

-Biyotitli gnayslar içinde: Biyotitli gnayslar içinde kayaç oluşturan mineral şeklinde,

-Biyotitli gnayslar içinde bulunan küçük pegmatitik merceklerde yüksek tenörde kristal toplulukları halinde,

-Biyotitli gnayslar ve mikaşistler içinde, şistoziteye uyumlu olarak bulunan kuvars damarlarında ve özellikle çeperlerinde bol miktarda biyotitle çevrili olarak iri kristalli topluluk halinde,

-Sekonder olarak ise, dere kumlarında ağır mineraller olarak detritik kristaller halinde bulunmaktadır,

-Manisa-Gördes-Demirci-Köprübaşı yöresinde, metamorfizma koşullarının ve kayaç kimyasının uygun olduğu çeşitli gnays ve şist türlerinde önemli miktarda kayaç oluşturan mineral olarak disten mineraline rastlanmaktadır. Ancak, disten içeren bu tür metamorfik kayaçlar ekonomik olmamaktadır. Bu metamorfik birimleri kesen pegmatit damarları içerisinde yüksek  tenörlü disten oluşumlarına rastlanılmaktadır.

Türkiye'de önemli disten yataklarımız Bitlis Masifinde yer almaktadır. Bitlis masifi metamorfikleri genellikle çalışmacılar tarafından metamorfik fasiyes ve litolojik fasiyeslere göre alt ve üst birlik halinde incelenmiştir. Distenli kuvarsitler metamorfik şistler içinde kalın bantlı tabakalar halinde üst birlik tabanında yer alır. Üst Birliği oluşturan kayaç topluluklarından özellikle metakarbonatlar dışında kalan kuvarsit ve kuvarsşist gibi kayaç toplulukları disten için potansiyel litolojilerdir.

Bitlis  masifindeki  disten  cevherleri  Bingöl-Genç-Halveliyan  ve  Bitlis-Bayramalan,  Hürmüz-

Şetek köylerinde yer almaktadır.

Bingöl-Genç-Halveliyan köyü disten yatakları tabandaki apatit-manyetit ihtiva eden amfibolit ve albit gnayslarla tavandaki metavolkanitler arasında yar alır. Cevherin yan kayacı metakuvarsporfirdir. Bölgede apatit-manyetit etüdü yapan araştırıcılar tarafından bu yatağın, devrik bir antiklinalin altında sıkışmış bir senklinal kanadında oluştuğu tahmin edilmektedir. Bu yatak düşük kaliteli olup 165 000 ton görünür disten rezervine sahiptir. M.T.A. Enstitüsünce 1989 yılında yayınlanan raporda, Bingöl ili, Genç ilçesi Halveliyan yataklarında teşekkül eden disten damarlarının düşük alüminalı ve yüksek demir içerikli olduklarından ekonomik olarak değerlendirilmesinin mümkün olmadığı belirtilmektedir. M.T.A Enstitüsü bu sahada 57 330 ton (%26,75 Al2O3, %4,57 Fe2O3+TiO2) disten rezervi tespit edilmiştir. Detay etüt ve aramalarla rezerv ve kalite yönünden çok önemli rezervlerin ortaya çıkarılması mümkündür.

Bitlis-Bayramalan köyündeki disten yatakları da tabanda apatit-manyetit içeren amfibolit ve kuvars albitofir denilebilecek açık renkli seviyelerin ardalanmasından oluşan bantlı gnayslar ile tavandaki kuvarsitlerin arasında yer almaktadır. Bitlis ili Hürmüz ve Şetek disten yatakları, apatit-manyetit cevherini taşıyan amfibolit ve bantlı gnayslar mikaşistlerin arasında bulunmaktadır.

Bitlis masifi disten yatakları A.B.D'deki yataklara oldukça benzemektedir. A.B.D'deki distenli kuvarsitler , Prekrambien yaşlı granit kökenli metamorfitler içinde yer almaktadır.

Halveliyan ve Bayramalan distenlerinin dikkati çeken özelliği, ateş zayiatının yüksek olmasıdır. Bunun da sebebi distenin kısmen kaolinleşmiş olmasıdır.

Bitlis masifi disten cevherini, %40'dan az Al2O3 ihtiva eden düşük kaliteli ve %40'dan fazla Al2O3 ihtiva eden yüksek kaliteli olmak üzere iki gruba ayırmak mümkündür. Beyaz, pembe ve mavi distenler içinde, beyaz disten genellikle daha yüksek kalitelidir.

M.T.A. Enstitüsünce Bitlis ili, Merkez ilçe, Bölükyazı bucağı Bayramalan köyü ve Arzivik mezrasında bulunan sahada 1989 yılında 326 m derinlikte 5 adet sondaj ile toplam 700 000 ton disten cevheri tespit edilmiştir.

Bayramalan ve Arzivik sahalarında kayaçtaki Al2O3 oranı % 32,80 ve Fe2O3 %0,40 olarak belirlenmiştir.

Bitlis ili, Merkez ilçe, Bölükyazı bucağı Bayramalan köyü Arzivik mezrasında M.T.A Enstitüsünce tesbit edilen 700 000 tonluk rezerv, kayaç içindeki disten dağılımı ve Al2O3 oranlarında değişimler göstermesi ve yüksek kuvars içeriği nedeniyle, refrakter sanayiinde doğrudan kullanılabilecek nitelikte değildir.

M.T.A Genel Müdürlüğü-Maden Analizleri ve Teknolojisi Dairesi Başkanlığı-Cevher Zenginleştirme Bölümü'nde Bitlis ili Bayramalan köyünden temin edilen disten numunesi üzerinde teknolojik etüd yapılmıştır. %32,80 Al2O3 tenörlü cevher üzerinde yapılan ağır sıvı testlerinde toplam %82,34 verimle %48,52 Al2O3  tenörlü bir konsantre elde edilmiştir.   Yapılan ağır sıvı testlerinde %62,23 verimle bir konsantre elde edilmiş ve numunenin %37,77'si ise şlam olarak atılmıştır.

Disten cevherinin zenginleştirilmesinde uygulanan akım şeması :

• Ham Cevher (max 250 mm)
• Çeneli Kırıcı (- 25 mm)
• Konik Kırıcı ( - 1 mm)
• Elek ( - 1 mm)
• Ağır Sıvı

Ürün (%63)    Artık (%37)

Mineralojik analizlerine göre disten ve ana bileşen kuvars'ın serbestleşme tane boyunun 1 mm'nin altına indirilmesi gerekmektedir. Fe2O3 % oranın yükselmesi halinde manyetik ayırıcıların kullanılması gerekmektedir.

Türkiye'de sillimanit yatağı yoktur. Pötürge masifinde bazı sillimanit zuhurlarına rastlanmış, fakat rezervin önemsiz olduğu görülmüştür. Bu nedenle üretim-tüketim ve ihracatından bahsedilemez. Menderes masifindeki bazı gnaysların da %10-15 oranında sillimanit ihtiva ettiği bilinmektedir. Akdağmadeni metamorfitlerindeki %10 sillimanit ihtiva eden gnayslar ve Istranca masifindeki %25-30 andaluzit ihtiva eden Demirköy batolitinin kontakt felslerindeki etüdlere

M.T.A tarafından devam edilmektedir. Inebolu civarındaki sillimanit ve grafit ihtiva eden  kontakt metamorfizma geçirmiş kayaçlar da incelenmektedir.

Türkiye'nin Andaluzit, Sillimanit ve Disten İthalatı :

 Yapılan araştırmalar neticesinde, Türkiye'deki andaluzit tüketiminin 3 000-4 000 ton civarında olduğu, kalitelerinin %55-60 Al2O3 ve Fe2O3 oranlarının da max %1 seviyesinde olduğu tespit edilmiştir. Kalitelere bağlı olarak da FOB fiyatların 270-370 Alman markı arasında olduğu belirlenmiştir. Andaluzit Güney Afrika ve Fransa'dan temin edilmektedir (Kaynak : Transmar Tic. A.Ş.).

1986 yılına kadar pota tuğlalarında tartışmasız favori olan şamot, bu yıldan sonra önemini büyük ölçüde kaybetmiştir. Zira bu yllardan sonra yüksek alüminalı boxit, vs. refrakter malzemelerin kolay ithalinden sonra yüksek alüminalı refraktere geçilmiştir. Gelişen teknolojiye uygun olarak 1990 lı yılların başında karbon bağlı tuğlalar yapılmaya başlandı. MgO ya karşılık Al2O3 grubunda da andaluzit kullanılmaya başlanıldı. Buna paralel olarak 1995 li yıllara kadar  andaluzit ithalatı artarak devam etti. 1995 yılından sonra andaluzite alternatif olarak Japonlar profillit kullanmaya, ayrıca daha yüksek performans elde etmeye başladılar. Fiyatı da andaluzite nazaran daha ucuza malolduğundan andaluzitin yerini almaya başlamıştır. Türkiye’deki üretici firmalarla yapılan görüşmelerde andaluzitin Türkiye’de de yavaş yavaş önemini kaybettiği ve  son yıllardaki ithalatının da önemli ölçüde azaldığı tesbit edilmiştir.

Kaynak:Madencilik Politikaları ÖzeI İhtisas Komisyonu Raporu