Grafit

GRAFİT

Grafit, dünyada, teknolojinin gelişmesiyle birlikte, hızla kullanılan ve günümüz teknolojisinin vazgeçilemeyen bir endüstri hammaddesi olmuştur. II. Dünya savaşından  önce 200 - 250 bin ton olan dünya üretiminin son senelerde 500 bin tona ulaşması, ülkemizin grafit ihtiyacının gittikçe bariz bir şekilde artması grafit ihtiyacının teknoloji gelişimiyle paralel olduğunu ortaya koymaktadır.

Grafit, karbonun üç ana allotropik şekillerinden biri olup, yatay tabakalar şeklinde oluşmuştur ve kullanım alanı hayli fazlacadır. Ülkemizde tenörü düşük bir kaç grafit yatağı mevcut olup, her geçen gün bu yataklara değişik özelliklerde, farklı yatakların da eklendiği izlenmektedir. Son yıllarda bazı demir çelik üretimi yapan fabrikalarımızın  da  önemli ihtiyaçlarından biri olan grafit elektrodlarının ithal edilmesi durumu, grafitin önemini daha da arttırmıştır. Bu potaların yerli hammaddeye dayandırılarak, üretimlerinin Türkiye'de de yapılabilmesi, gerek döviz kaybımızı önleme, gerekse demir ve çeliğin üretiminin zamana göre çok önemli olabileceği özelliğinden dolayı, bu üretim organlarını dışa bağımlı kalmaktan kurtarmamız açısından önemlidir. . www.madenpark.com Türkiye'nin Maden Portalı .

Ülkemizdeki grafit ihtiyacının karşılanabilmesi ve  ilave potansiyelin ortaya  çıkarılabilmesi için mevcut potansiyelin vakit geçirilmeksizin uygun bir teknoloji geliştirilmek suretiyle işletilmeye açılması  zorunludur.

Sektörün Tanımı ve Sınıflandırma  :

Grafit, gayet yumuşak, dokunumu yağsı ve ince levhalar halinde bükülme özelliğine sahip, bir karbon mineralidir. Sertliği 1, yoğunluğu 2'dir. Rengi siyah ve gri, çizgi rengi kül renginde ve yağlıcadır. Doğada; kristal, pul ve "amorf" diye tanımlanan şekilleri mevcut olup, en iyi formu kristal grafittir ve tenörü en yüksek  olanıdır.

Doğada daha ziyade metamorfik zonlarda şistler ve mermerlerle birlikte ve magmatik kayaçların yakınlarında bulunmakta ve daha ziyade rejiyonal  metamorfizma  alanlarında daha geniş rezervlere ve yüksek tenörlere sahip olabilmektedirler. Grafitin doğadaki yatak şekilleri; fillon, damar, adese, bazen de dissemine şekildedir. Sadece Rusya'da  cevherleşme, dayk şeklinde magmatik olarak teşekkül  etmiştir.

Üretim yapılan cevherlerin grafitleşme durumları daha ziyade X ışınları, reflektans ölçen fotomultiplierli mikroskoplar ve H/C oranlarının tesbitiyle saptanabilmekte, tenörleri de, bunlardan olumlu rapor alınması durumunda, "sabit karbon" yüzdelerinin tesbit edilmesi    ile ortaya konabilmektedir. Numunenin grafit olup olmadığını saptamadan, sabit karbon yüzdesinin tesbiti ve böylece yorumlara gitmek hatalıdır. Bu gün işletilmekte olan gerçek grafitin yüzde reflektans değerleri % 6,5 'tan büyük olup, H/C oranları da  0,15  'ten küçüktür ve bu özellikte olan grafit yataklarının sabit karbon oranları da % 1,5 ile % 30 arasında değişmektedir. Tabii ki bunlardan daha yüksek  tenöre sahip yataklar  da mevcuttur.

Özellikleri nedeni ile, grafitin kullanım alanları çok geniştir. Yumuşaklığı nedeniyle, kurşun kalem yapımı ve hareketli metal aksamlarının yağlanması işlemlerinde, ateşe ve asitlere karşı dayanıklığı nedeniyle de döküm ve refrakter sanayiinde, pota ve laboratuvar malzemeleri imalinde kullanılır. Siyah renkli ateşe dayanıklı  boyalar  da  genellikle  grafitten yapılır. İyi elektrik iletkenliği dolayısı ile elektrod, motor fırçaları, pil çubukları   ve elektronik aletlerin imalinde kullanılmaktadır. Grafit ayrıca lastik,  araba  balataları,  kibrit ve motor yağlarında katkı malzemesi olarak ta  kullanılmaktadır.

Türkiye'de grafiti ham olarak tüketen sanayi dalları kurşun kalem ve döküm sanayiidir. Boya yapımcıları ve demir çelik fabrikaları ithal grafit ve ürünlerini kullanmaktadırlar. Döküm sanayiinde kullanılan grafitte % 60 - 70 oranında sabit karbon istenilmektedir. Kurşun kalem sanayiinde ise bu oran % 95 in  üzerindedir.

Grafit, sentetik olarak ta yapılabilmektedir. Petrol kok’u veya antrasit  agglomeraları elektrik fırınlarında 4000 oC de ısıtılarak yapay grafit elde edilir. Kalsine petrol kokunun karbon içeriğinin çok yüksek olması yüzünden döküm fabrikalarında kullanımı çok sık olmakta bu da ucuz olduğu için yerli grafit üretimini  etkilemektedir.

Bazen grafit yerine, öğütülmüş kok ta, döküm yüzeyleri için kullanılmaktadır. Molibden disülfidler de katı yağlayıcı vazifesi görebilmekte ama oksitleyici şartlara daha fazla duyarlılık göstermektedir.

Tüketim

Doğal grafit, tek başına veya diğer bazı malzemelerle, belirli oranlarda karıştırılıp, şekillendirmek suretiyle, çok geniş bir alanda kullanılmaktadır. Grafitin kullanılmasında "sabit karbon" veya "kül içeriği yüzdesi", grafit'in saflığını belirleyen ve buna bağlı olarak kullanım alanlarının saptanmasına yardımcı olan parametrelerdir. En saf grafitin daha  ziyade elektrik bataryalarında, kuru pillerde, çelik sanayii ve elektrometalurji sanayiinde, elektrik cihazlarındaki elektrodlarda, kalem yapımında ve atomik grafit olarak reaktörlerde kullanılmasına karşın, daha az saflıkta olan grafitler dökümcülükte (demir-çelik), boyacılıkta, refrakter kaplamalarda ve fırınlarda refrakter  macunları  yapımında,  grafitli gres yağlarında   ve daha bir çok alanda  kullanılabilmektedir.

Genellikle grafitin kullanım alanına göre, şekli belirtilmez. Ancak pota gibi  şekillendirilmiş refrakterlerin yapımında, daha üstün özellikleri nedeni ile, pul şeklindeki grafit türü; diğer tüketim alanlarında ise, ekonomik  nedenlerinden  ötürü,  amorf  yani  küçük kristaller halinde, oluştuğu kayaç içerisinde dissemine halde bulunan grafit tercih edilmektedir.. www.madenpark.com Türkiye'nin Maden Portalı .

Bugün, bir çok alanda doğal grafit, yapay grafitle yer değiştirebilmektedir. Bunun  en  önemli nedeni, yüksek sıcaklığa dayanıklılığı ve doğal grafite göre, 2 500  oC  sıcaklıkta daha az sünme  özelliğine sahip oluşudur.

Yapay grafit en çok elektrod yapımında kullanılmakta, elektrodlar ise elektrik ve ergitme yapılan, hurda demiri de kullanabilen bazı demir çelik fabrikalarında kullanılmaktadır. Elektrod artıklarından ise çeliğe karbon verici olarak faydalanılmaktadır. Bu nedenle, elektrodlarda fiziksel özellikler yanında kimyasal olarak ta, belli sınırların üzerinde empürite istenmemektedir. Yapay grafit üretimi sırasında empürite kontrolü kolaydır. Bu nedenle yüksek derecede saf yapay grafit, demirin, karbon oranını arttırmak gayesiyle de üretilmektedir.

Tüketim Alanları

Doğal grafit tek başına veya diğer bazı malzemelerle karıştırılıp, şekillendirilerek, sayılamayacak kadar çok geniş alanlarda kullanılmaktadır. Yağlayıcı olarak, elektrik sanayiinde, dökümcülükte, boyacılıkta, elektronik malzeme yapımında, izole tesislerinde, motorlarda, kurşun kalem yapımında ve daha birçok alanda grafitten yararlanır. En önemli kullanım alanı ise, çelik sanayii ve elektrometalurji  sanayi'dir.

Grafitin kullanım alanına göre, genellikle şekli belirtilmez. Ancak, pota gibi  şekillendirilmiş refrakterlerin yapımında, daha üstün özellikleri nedeniyle, pul şeklindeki grafit türü, diğer metalurji uygulamalarında ise daha ucuz olmasından dolayı, amorf grafit tercih edilmektedir.

1. Makina Parçalarında Yağlayıcı Olarak

Kayganlığı, yumuşaklığı ve makina parçaları üzerinde uzun müddet yapışabilmesi özelliği nedeni ile, makina yataklarında yağlama maddesi olarak kullanılabilir. Bu alan için kullanılabilecek grafitin çok saf olması (en az %  95 grafitleşmiş karbon) ve  kuvars gibi sert mineralleri içermemesi gerekir. Bu alan için en uygun grafit  türü,  şüphesiz  pul  şeklinde olanıdır. Grafit 0,1 - 1 mikron boyutuna öğütüldükten sonra, yağ, su, alkol veya bunlara benzer taşıyıcı bir sıvı içerisinde kolloid hale getirildikten  sonra, makina  parçasının istenen yerine iletilir. Taşıyıcı sıvının türüne bağlı olarak, grafit burada kuru   veya yaş bir tabaka oluşturur. Kuru tip, fırın zincir ve arabalarında, motor silindirlerinde, deniz araçlarında ve kimyasal tesislerde; yaş tabaka türü ise, yüksek basınç altında, bilyalı yataklarda kullanılır.

2. Ergitme - Pota Endüstrisinde

Grafitin, dünya üretiminin hemen hemen yarısına yakın miktarı, bu  alanda  kullanılmaktadır. Grafitin ergime derecesi çok yüksek olduğundan (yaklaşık 4 000  oC), ısıya dayanıklıdır. Genleşme sabitesi çok düşük; mekanik yüklenmeye, kimyasal etkilenmeye ve sıcaklık değişimlerine karşı dayanıklılığı çok iyidir. Isıyı çok  iyi  iletmesi  ve dış yüzeylerinin bir sıvının metali kavrayıp - tutmayacağı şekilde kaygan olması gibi nedenler de, özellikle döküm potaları için tercih edilen özellikler arasındadır. Bağlayıcı özellik kazandırmak için, ağırlığının yarısı kadar ateş kili veya kömür katranı; istenen özellikleri kazandırmak ve maliyeti düşürmek amacıyla da kum, ateş tuğlası ve asbest gibi ilaveler yapılır. Karışıma giren maddelerin oranı, kullanılış amacına göre  değişir.

Pota için elverişli grafit türü, ince taneli (ortalama tane boyu 0,3 mm.), yoğunluğu fazla,   kül ve kükürt içermeyen, yüksek tenörlü (% 85 veya daha fazla) grafitleşmiş karbon içerendir. Kül içerdiği takdirde, külün ergime derecesinin yüksek olması (çoğunlukla Sri - Lanka tipi) istenir.

3. Döküm Sanayinde

% 40 - 60 grafitleşmiş karbon içeren grafit tozlarının, asıl kullanıldığı yerler dökümhanelerdir. Kil ve kumla karıştırmak suretiyle döküm kalıpları yapımında kullanılır. Bentonit veya olivin ile karıştırılıp, öğütülmüş kok kömürü tozu ve petrol koku, bu sanayii dalında grafiti ikame edebilmektedir.

4. Kurşun Kalem Ucu Yapımında

Kurşun kalem ucu, işlenmiş kaolen, bentonit ve  grafit karışımından yapılır. Bu  kullanıma  en uygun grafit türü, ince taneli ve  kompakt olanıdır. Yumuşaklığı nedeniyle, daha çok  doğal grafit tercih edilir. Saflığının yüksekliği oranında, bu alandaki kıymeti artar. Düşük kaliteli kalem uçları için amorf grafit kullanılır. Her iki durumda da arzu edilen grafit türü, aşındırıcı madde (kuvars gibi) içermeyen ve % 96 oranında grafitleşmiş karbona sahip olandır. . www.madenpark.com Türkiye'nin Maden Portalı .

5. Motor ve Jeneratör Fırçaları İmalinde

Bu malzemeler, yüksek  sıcaklıktaki amorf veya  damar türündeki doğal  grafitten yapılır. Bu amaçla uygun grafitin grafitleşmiş karbon miktarı % 85'ten fazla olmalıdır. Grafit fırça yapımında, zift, katran veya reçine ile bağlanmış grafit ve metal  tozları  (bakır  veya  gümüş) kullanılır.

6. Grafitin Diğer Kullanım Alanları

Son senelerde kuru pil sanayiinde, bol miktarda grafit kullanılmaya başlanmıştır. Bunun  için pul türü (levhamsı) ve grafit tozu en uygunu olup, en  az  %  85  grafitik  karbon  içermesi gereklidir.

Grafit ayrıca uçak sanayiinde, belirli jet motoru parçaları ve uçak parçalarında, büyük ölçüde ağırlık azaltılması için grafit flamanla kuvvetlendirilmiş kompozit malzemeler kullanılır. Bu  tür malzemeler aynı zamanda, spor malzemelerinde de kullanılmakta olup, otomobillerde kullanılabilirliği konusunda da araştırmalar yapılmaktadır.

Grafit, atom reaktörlerinde, ilaç   üretiminde,   metalurji   sanayiinin   çeşitli  dallarında çok yönlü olarak kullanılmaktadır.  Toz metalurjisinde,  grafit, yatak  malzemesi yapımında ve  çelik imalinde, çeliğe, karbon sağlayıcı  olarak   iki  ayrı  amaçla  kullanılır. Grafit, toz harman malzemenin sıkıştırılmak  suretiyle şekillendirilmesi sırasında   yağlayıcı   olarak;   bu   materyalin   sinterlenmesi   sırasında   ise,   metal oksitleri  indirgeyici  olarak  görev  yapar.  Demir -  çelik üretiminde kullanılan grafit çok saf olmalıdır. Diğer bazı  metallerin  üretimindeki  gerekli  grafitin  aynı  derecede  saf olması o  kadar önemli olmayabilir.   Grafitin  saflığı,  tane  boyutu,  boyut  dağılımı ve nem durumu gibi faktörlerin değişimine bağlı olarak; aşınma ve sürtünmesi istenilen düzeyde,     kendinden         yağlı     yataklar     imal     edilebilir.     Bu     sahada   kullanılan grafitin türü ve saflığı konusında bir sınırlama yoktur. Aşağıdaki Tablo’da grafitin türlerine ve amaçlarına uygun olarak başlıca kullanım alanları belirtilmiştir.

 Grafitin Kullanım Alanları

 Üretim

Dünyanın en önemli grafit üreticileri; Çin, Meksika, Hindistan, Brezilya, Avustralya, Avusturya, Çekoslavakya, BDT (Ukrayna, Sibirya, Orta Urallar ve  Çakarosky bölgelerinde), Kanada, Norveç, Madagaskar, Almanya, ABD, G.Afrika, Zimbabwe, Sri Lanka, Burma, Romanya  ve  Kore'dir.

Dünya grafit üretiminin üçte ikisi amorf grafittir.

Üretim Yöntemi ve Teknoloji

Dünyada, grafit, kristal damar tipi, levhamsı veya "amorf" (taş içerisinde  mikro kristalcikler halinde, dissemine durumda bulunmakta olan grafit) şekilde teşekkül etmekte  ve bunlar genellikle yeraltı madenciliği, yalnız levhamsı grafitler bazen açık işletme metodları ile üretilmektedir.

Grafit, ham cevher içerisinde %20 - 30 oranına kadar çıkabilmektedir. % 5'ten aşağı grafit içeren yatakların işletilmesi genellikle ekonomik değildir.

İşletme yöntemi, genellikle cevherin bulunduğu yere ve grafit türüne göre değişmektedir. Grafit cevherinin zenginleştirilmesi ise, yatakların çok büyük değişiklikler göstermesi  nedeni ile farklı metodlarla yapılır. El ile temizlemeden, boyutlandırmaya, ağır sıvı ayırımında yüzdürmeye ve hatta çok fazla saflığının gerektiği durumlarda, kimyasal saflaştırmaya kadar değişen çeşitli zenginleştirme yöntemleri uygulanabilmektedir. Ufalama yolu ile zenginleştirmede en büyük sorun, özellikle pulsu grafitin bu ufalanma sırasında boyutlarının küçülmesidir. Küçük boyutlu grafitin de fiyatı düşüktür. Amorf grafitte en büyük sorun kilden ayrılma veya grafit, kuvars ile beraber ise, öğütülme maliyetlerinin yüksek oluşudur.

Ürün Standartları

Aşağıdaki Tablo’da grafitlerin uygulama alanları, grafitin tipi, tüketim alanının talep ettiği grafitte olması gerekli % karbon içeriği, tane boyutu ve diğer bazı kullanılma özellikleri gösterilmektedir. Bu tabloda uygulama alanlarına göre, grafitte olması gereken özellikler belirtilmektedir.

Farklı uygulamalardaki grafitlerin istenen  özellikleri

Kaynak : Industrial Minerals Handy Book (1993)'tan adapte edilmiştir.

TÜRKİYE'DE DURUM

Türkiye'de grafit çalışmalarının, Maden Dairesi ve MTA Genel  Müdürlüğü  kayıtlarına göre, 1941 yılında başlamış ve 22'yi aşkın bölgede ekonomik değere sahip,  az  sayıda  yatağın varlığı saptanmıştır. Bunlar, özellikle İnebolu - Abana, Yozgat - Akdağmadeni, Çığmış - Bandırma, Kütahya - Altıntaş - Oysu, Muğla - Milas, Adıyaman - Sincik, İzmir - Tire, İstanbul - Çatalca, Aydın - Germencik ve Artvin yörelerinde bulunmaktadır. Son yıllarda ülkemizde teknolojinin (MTA şartlarının) gelişmesiyle birlikte, yapılan grafit aramalarında kaliteli Balıkesir Susurluk iri kristalen grafiti,  ayrıca  Konya  Derbent  civarları ve Kastamonu civarları umutlu grafit sahaları izlenimi  vermişlerdir. . www.madenpark.com Türkiye'nin Maden Portalı .

Ürünün Türkiye'de Bulunuş Şekilleri

Türkiye'deki hemen hemen bütün grafitler, dünyadaki  "amorf" grafit sınıflamasına girmekte ve çoğu kayaç içerisinde dissemine halde dağılımı mikrokristalen özellikte oluşumlardır. Balıkesir Susurluk, İnebolu, Yozgat ve Adıyaman grafit oluşumlarının, Türkiye’nin en iyi grafitleşmiş karbonunu içeren bölgeler olduğu, Kütahya, Bandırma, Konya, Kastamonu ve Muğla'daki oluşumların da yer yer grafite varan özellikler gösteren fakat daha ziyade, "semigrafit" - "metaantrasit" özellikleri arasında geçişler gösteren  olumlar olduğu, MTA Laboratuvarlarında değişik zamanlarda yapılan analizler  sonucu  tesbit edilmiştir. Türkiye’nin hemen hemen her bölgesinde görülen grafite benzer diğer oluşumlar ise, daha ziyade "metaantrasit" kömürleşme derecesindeki, organik maddenin nispeten daha az metamorfizme geçirmiş olduğu oluşumlardır.

Rezervler

Türkiye'deki mevcut grafit oluşumlarının ancak 3 - 5 tanesi ekonomik olarak önemli olup, bunların da   mevcut ülke teknolojisi ile zenginleşme problemleri vardır. Bu yüzden,   ancak tenörünün yüksek olması gerekmiyen alanlarda, mevcut zenginleştirme olanaklarıyla cevherin zenginleşebildiği kadarıyla veya orijinal cevherin kullanılabilmesinin mümkün olabildiği durumlarda tüketilebilmektedir. Bilinen grafit zuhurlarının çoğunun rezerv etüdleri tamamiyle yapılmadığından, bütün yataklar için görünür rezervlerin verilebilmesi mümkün olamamaktadır. Ancak bunlardan ümit vadeden grafit yataklarının yeri,  rezervi    ve tenörü (% C içeriği) hakkındaki bilgiler ve  yaklaşık  değerler Tablo'da gösterilmektedir. Balıkesir Susurluk grafiti doğal haliyle yüksek sabit karbon (% 70 ler civarında) içermesi ve iri kristalen yapısı ile bir anda dikkatleri üstüne çekmiş ama Bursa yolu  kenarında kalması yüzünden bir türlü işletilmeye  alınamamıştır.

 Türkiyenin başlıca grafit zuhurları

* İşletilme yapılan sahaların verilerinden

Kaynak : MTA Etüd Raporları ve Laboratuvar Kayıtları.

Bu yataklardan Muğla – Milas (Ören - Yoğunolukdere) yöresindeki meta antrasit-semi grafit oluşumunun görünen rezervinin 510 000 ton civarında olduğu da (sahipleri tarafından) iddia edilmektedir. Balıkesir – Susurluk yöresi, Konya ve Kastamonu civarlarındaki oluşumların henüz rezervleri hesaplanmamıştır.

Bunların dışında yurt içi piyasasına grafit adı altında verilen sabit karbon oranı yüksek    bazı meta antrasit oluşumları mevcut olup, bunların rezervi hakkında, ekonomik önemi olmadığı düşüncesiyle, bir çalışma yapılmamıştır. Gerek bu oluşumların grafitleşme değerlerinin düşük olması, gerekse diğer oluşumların çoğunlukla  killerle  birlikte  bulunması yüzünden çok iyi zenginleştirilemedikleri ve iç piyasanın tüm ihtiyacına bu yüzden cevap veremedikleri tesbit edilmiştir. Şüphesiz, bu grafit ve metaantrasit  zuhurlarının tüm rezervlerinin iyi tesbit edilerek zenginleştirme problemlerinin halledilmesi ve iç piyasaya en kısa zamanda arz edilebilir duruma gelmesi, en arzulanan durumdur.

Tüketim

Türkiyede grafiti ham olarak tüketen sanayii dalları kurşun kalem ve döküm sanayii'dir. Ayrıca boya yapımcıları da ithal grafit kullanmaktadırlar. Bunların dışında, demir ve çelik fabrikalarının kullandıkları büyük çaptaki hazır grafit elektrodları da dışarıdan satın alınmaktadır.. www.madenpark.com Türkiye'nin Maden Portalı .

Döküm sanayiinde kullanılan grafitte, % 60 - 70 oranında  sabit  karbon  aranmaktadır.  Gerek döküm, gerekse kalem sanayiinin istediği grafit türü, iç üretimle karşılanamadığı  için, ithal edilmektedir. Ancak bazı pik dökümü yapan imalathaneler, Milas ve Kütahya yörelerindeki sabit karbonu hayli yüksekçe olan semigrafit - metaantrasit oluşumlarından taleplerini karşılayabilmektedirler. Bazı boya imalatçıları da aynı malzemeyi kullanmakta  ise de, ürettikleri boya, yüksek ısılarda bozulabilmektedir. Ülkemizde  önemli  ölçüde  kömür tozu da, bu oluşumlara karıştırılarak, bu alanlarda tüketilmekte, bunun da 10  000 tonu bulduğu iddia edilmektedir. Alimünyum sanayiinin petrol koku artıkları da, bir ara grafit yerine kullanılmıştır.

Kaynak: ÖİK Raporu