1-Tronanın Tanımı
TRONA: Bilindiği
üzere ülkemiz jeolojik yapının bir sonucu olarak önemli sayıda maden
çeşitliliğine sahip ve maden kaynakları yönünden
zengin bir ülkedir. Bu kaynaklardan
bir tanesi de önemi ve gerekliliği son yıllarda
anlaşılan “Trona” cevheridir.
Adını “natrun”
sözcüğünden türeyen ve Arapça’da yerli tuz anlamına gelen “tron”
sözcüğünden almıştır. Kimyasal literatürde “sesque
carbonat”, “urao” veya “trona”
2-Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
Sodyum
karbonat minerallerinin doğal olarak bilinen bir şeklidir. Kimyasal formülü;
Na3(CO3)
(HCO3)2(H2O)’dur, yani trona sodyum karbonat, sodyum bikarbonat ve iki
molekül su
içeren bir mineraldir. Ampirik formülü ise Na3(HCO3) (CO3)2(H2O) dur.
Trona, monoklinal ve prizmatik sistemde
kristalleşen, doğal olarak oluşmuş sodyum
seskikarbonatın
(Na2CO3.NaHCO3.2H2O) saf olmayan şeklidir. Suda çözünür, asitte
köpürür,
ısının etkisi ile Na2CO3 ’e dönüşür.
Trona cevherin ismidir. Cevherin fiziksel
özellikleri ise şöyledir;
- Moleküler ağırlığı 226.03gr.dır.
- Rengi
içerdiği organik madde itibariyle kahverengiden koyu sarıya kadar
değişir. Saf
numunelerinde ise rengi beyazdan şeffafa kadar değişmektedir.
(Gri,
grimtrak, beyaz, açık kahverengi, sarımtrak, sarımtrak beyaz, renksiz.)
- Yoğunluğu
2.11- 2.17 arasıdır. Ortalama 2.13 dür.
- Cam kadar
parlaktır.
-
Yarısaydamlığa gelecek kadar transparandır.
- Kristal
sistemi monoklinic;2/m
- Sertlik
derecesi *Mohs skalasına göre 2,5-3 arasıdır.
- Alkalin
tadı mevcuttur.
- Bölünme
bir tarafta kusursuz diğer iki tarafta çok zayıftır: [100] Mükemmel,
[111] Belli
belirsiz, [111] Belli belirsiz
- Çizgisi
beyazdır.
(Mohs
Skalası: Her mineral aynı sertlikte değildir. Çok sert olanları bulunduğu gibi
(elmas),
yumuşak olanları (talk, grafit) da vardır. Minerallerin sertliği “sclerometre”
denilen alet
vasıtasıyla tayin edilir. Pratikte mineraller sertlik derecelerine göre 10'a
ayrılmışlardır.
1822 yılında Alman mineral bilimcisi Friedrich Mohs tarafından yapılan
bu ayırım
“Mohs Skalası” olarak bilinir. Burada sertlik derecesi 1'den 10'a doğru artar.
Sertliği 1
olan mineraller en yumuşak, 10 olan mineraller ise, en sert olan minerallerdir.
Bu durumda
tablodaki her mineral kendinden önce gelenlerden daha serttir ve onları
çizer.)
3-Trona Madeninin
Oluşumu
Yapılan araştırmalar sonucunda
trona yataklarının oluşumuna neden olan etkenler şu
şekilde sıralanmıştır:
- Kapalı göl havzalarında,
volkanik faaliyetlerden direkt olarak gelen sodyumca
zengin küller ve göl civarında
volkanik faaliyetler esnasında oluşan sıcak su
kaynaklarının göle boşalması ve
bol sodyum iyonu taşıması,
- Göl toplanma havzasına yayılan
volkanizma ürünlerinden gelen yerüstü
sularının sodyumca zengin
birimlerden geçerken iyon alışverişi türünden
meydana getirdikleri kimyasal
tepkimeler,
- Bütün bu olaylar esnasında
ortamdaki iklimin yarı kurak olması,
- Gölün içinde trona
yataklanmasını sağlayacak fay ve kıvrımla oluşan, setlerin
sağladığı paleocoğrafik
çukurluğun olması,
- Tronanın çökelmesi ve
kristallenebilmesi için gerekli jeokimyasal şartların
oluşması, bunlarda suyun pH’ının
12’den büyük olması, su derinliğinin az
olması, su sıcaklığının ılık
olması
4-Trona'nin Dünya
Üzerinde Çıktığı Yerler
Dünya Trona yataklarının dağılışına göz
atıldığında , az sayıda ülkenin işletilebilir rezevlere sahip oldukları
görülmektedir. Trona yataklarının dünya üzerindeki dağılışına bakılacak olursa,
özellikle Amerika ve Afrika kıtalarında önemli yer tuttuğu
görülmektedir.Dünya'da günümüze kadar bulunan fosil özelikteki Trona yatakları,
ABD'nde Wyoming'de yer alan Eosen yaşlı Green River formasyonu ; Tüürkiye'de
Ankara'nın Beypazarı ilçesi yakınlarıdaki Orta-Üst Miosen Hırka formasyonları
ile Kazan ilçesinde bulunan yataklar ve Çin'de Wucheng'teki Wulidui Formasyonu
içinde tespit edilmiştir. Dünyada tersiyer yaşlı Trona yatakları dışında daha
sonraki jeolojik dönemlerde oluşmuş veya oluşum hakinde olan Trona yataklarına
da rastlanmaktadır. Soda içeren güncel alkalin göl ve playalar ise ABD'nin
California eyaletinde bulunan Searles Gölü ve Owens Gölü, Kenya 'da Magadi Gölü
,Meksika'da San Critobal Ecatepec Playası ve potansiyel olarak Türkiye'de Van
Gölüdür.Ayrıca Mısır'da Aşağı Nil Deltası'nda Memphis yakınlarında ve Büyük
Sahra'da Çad'da Çad Gölü etrafında ve İtalya 'da Vezüv yanardağı çevresinde
önemli yataklar bulunmaktadır
Tablo 1. Dünya Trona
üretimi, işletilebilir ve baz alınan
rezervler ( 1000 metrik ton )
|
ÜLKELER
|
İŞLETİLEBİLİR
|
BAZ
ALINAN
|
|
ABD
|
23,000,000
|
39,000,000
|
|
Botswana
|
400,000
|
KD
|
|
Kenya
|
7,000
|
KD
|
|
Meksika
|
200,000
|
450,000
|
|
Türkiye
|
200,000
|
240,000*
|
|
Uganda
|
20,000
|
KD
|
|
Diger Ülkeler
|
260,000
|
220,000
|
|
Dünya
Toplam
|
24,000,000
|
40,000,000
|
Kaynak:USGS,
2008:155.
KD:
Kullanışlı Degil * Beypazarı Trona
Yatakları
Wyoming eyaletindeki Green River
Formasyonu'nda yer alan Trona yatakları dünyanın en fazla rezerve sahip olan
yataklarıdır. Ülkede bulunan diğer yataklarla birlikte, ABD, Dünya Trona
rezervlerinin %97,5'ine sahiptir. ABD'nde sonra en önemli Trona rezevlerine
sahip olan ülke ise Türkiye'dir. Ankara'nın Beypazarı ve Kazan ilçelerinde
bulunan Trona yatakları, rezerv bakımından dünyanın önemli yatakları arasında
yer almaktadır. Beypazarı'nda bulunan Trona yatakları %87 tenörlüdür ve
dünyanın tenör oranı en fazla olan yatakları özelliğine sahiptir.
Tenör : bir cevherin içerisinde bulunan
metal miktarını belirtmek amacıyla kullanılan bir terimdir. Bakır, Demir ve
benzeri, mineral yapısında yüksek değerlere sahip cevherler, ağırlık yüzdesi
(wt%) ile ifade edilir
5-Türkiye'de Trona
Yatakları
Türkiye'nin
başlıca Trona yatakları iki alanda toplanmaktadır. Van gölü ve civarının Trona
mineralleri potonsiyeli olmasına rağmen, henüz bu alanda Trona madeni tespit
edilememiştir. Türkiye'nin Trona yatakları Ankara'nın Beypazarı ve Kazan
ilçeleri sınırları içinde yer almaktadır. İlkbulunan yatak ise son yıllara
kadar dünyanın 2. büyük Trona yatağı olarak bilinen Beypazarı Trona
yataklarıdır.
Beypazarı Trona yatakları 1979
yılının başlarında ilçe merkezinin kuzeybatısında bulunan Neojen havzasında MTA
Genel Müdürlüğü tarafından yürütülen linyit kömürü arama çalışmaları esnasında
bulunmuştur.
Beypazarı Trona yatakları, Ankara'nın
100, Beypazarı ilçe merkezine 20 km kuzeybatısındaki Neojen yaşlı havzada yer
almaktadır. Sahada Beypazarı Grubu olarak adlandırılan 7 formasyon
bulunmaktadır. trona mineralleri çoğunlukla kil, jips, killi şist ve ardalanmış
haldeki evaporitik kayaçların içinde bulunmakta ve kalınlıkları 0,2-11 m.
arasında değişmektedir. Ayrıca bu alanda volkanil sedimenter seriler de yer
almaktadır.
Tahmin edilen 240 milyon tonluk rezervi
olan Beypazarı Trona yatakları % 87‘lik
tenör oranıyla dünyanın en fazla tenör
oranına sahip olan yatakları arasında yer almaktadır. Beypazarı Trona
yataklarının teknik ekonomik ve çevreye olan etkileri yönünden
kullanılabilirliği çözünebilirlik erime oranı ve gözeneklilik yönlerinden
incelendiğinde oldukça elverişli şartlara sahip olduğu görülmüştür Üretimde
daha az enerji ve su kullanımı seyreltme işlemine tabi tutarak yeniden kazanım
sağlanması ve daha fazla üretim sağlanması yönünde elverişli özelliklere
sahiptir. Özellikle Beypazarı Trona’larının sıcaklığa tabi tutularak erime
oranının elverişli oluğu akış oranının yüksek oluşuna bu da üretimdeki verimin
yüksek olmasına ve üretim giderlerinin azalmasına neden olmaktadır.
Beypazarı Trona yatakları 1979
yılında bulunmasına rağmen Türkiye bu önemli zenginlik kaynağından henüz yararlanamamaktadır.
Trona yataklarının MTA tarafından bulunmasından sonra saha 1983 yılında
Etibank’a devredilmiş ve 2840 sayılı kanun ile “Devletçe İşlenecek Madenler”
kapsamına alınmıştır.
Türkiye'de Trona yataklarının
bulunduğu diğer bir alan da Ankara'nın Kazan İlçesidir. Ankara'nın 35 km
kuzeybatısın da yer alan Kazan Trona yatağı dünyada Trona aramaya yönelik
araştırmalar sonucunda bulunan ilk yataktır Yabancı bir kuruluş tarafından
yapılan araştırmalar sonucunda 1998 yılında bulunmuştur Açılan 117 sondaj
kuyusunda % 31 tenörlü 600 milyon tonun üzerinde Trona rezervi tespit edilmiştir
15 Trona deposundan oluşan Trona zonutespit edilmiþ olup, Trona
zonu 420 ile 850
m derinlikte, güneydoğu
istikametinde 5°-16° ile dalış
göstermektedir Trona tabakalarının kalınlıkları 109 m ye ulaşmakta olup
ortalama kalınlık 54 m civarındadır Tespit edilen Trona yatakları yaklaşık 20
km² lik bir alana yayılmıştır. Kazan Trona yatakları kapladığı alan ve sahip
olduğu rezerv miktarı ile Türkiye’nin en büyük yatağı olma özelliğine sahiptir ayrıca
dünyada , Wyoming eyaletinde bulunan Green River formasyonu Trona yataklarından
sonra 2. sırada yer almaktadır.
Yapılan araştırmalara göre; Kazan trona
yataklarının Eosen playa göl ortamında oluştuğu ve yaşkarının 45-46 milyon yıl
olduğunu göstermektedir. Sahada bulunan Trona yatakaları, kalınlığı yaklaşık
700m. olan Mülk formasyonu içinde yer almaktadır.
Türkiye'de ilk Trona yatakları 1979 yılında
bulunmasına rağmen 2009 yılı itibariyle
henüz üretime geçilmiştir. Türkiye'de
trona madenini işleyerek doğal soda külüne dönüştürecek olan ve özel bir şirket
tarafından yürütülen proje 17.03.2009 tarihinde tamamlanmış ve Ankara'nın
Beypazarı ilçesinde işletmeye açılmıştır. Yaklaşık 375 milyon dolarlık bir
yatırım ile gerçekleştirilen bu tesislerde yıllık ortalama 2 milyon ton trona
işlenerek 1 milyon ton doğal soda külü, 100 bin ton sodyum bikarbonat ve 30 bin
ton kostik soda elde edilecektir. İşletmeye geçen bu proje ile 1.500 kişiye
doğrudan, yaklaşık 4.500 kişiye de dolaylı istihdam imkanı sağlanmıştır.
6-Trona Üretimi
a)
Üretim Yöntemleri-Teknoloji
Trona cevheri, dünyada göllerden yapılan üretim
dışında ABDde Wyoming Eyaletinin Green River havzasında üretilmektedir. Wyoming
tronasının yeraltı madenciliği, kömür madenciliğinin aynısıdır. Ancak trona
kömürden daha sert bir mineraldir. Wyomingde esas olarak kullanılan üretim
yöntemleri oda-topuk, uzun ayak, kısa ayak ve çözelti madenciliğidir. Bu
yöntemler tek başına ya da beraberce kullanılabilmektedir. Oda-topuk yönteminin
cevher kazı randımanı % 30- 60, uzun ayak ve kısa ayak yöntemlerinin kazı
randımanı % 70-90, çözelti madenciliği randımanı ise yaklaşık % 30dur. Ancak
son zamanlarda randımanın % 70’lere kadar yükseldiği konusunda bilgiler
mevcuttur.
1) Mekanize Uzun Ayak Metodu
Bu sistem Wyoming/Green River’da General
Chemical Corp.ve FMCye ait madende uygulanmaktadır. Cevherin tam mekanize
üretimi için uygulanan bir metoddur. Asıl uygulama eğimleri oldukça düşük (0o-20o),
kalınlıkları devamlılık gösteren ve tektonizma ile ondulasyonun engel teşkil
etmediği kömür, tuz ve potas damarlarında uygulanmaktadır. Bu yöntem ilk olarak
Avrupa’da kullanılmaya başlamış ve buradan diğer kıtalara yayılmıştır. Tronanın
basınç dayanım derecesi kömürden yüksek olup uygun kazıcı-kesici uç dizaynı
zaman almıştır. Bu sistem hidrolik yürüyen tahkimatla birlikte kullanılmakta,
eğer yüzey veya damar- taban/tavan fay durumları müsaitse göçertmeli, değilse
rambleli uygulanmaktadır. Kazıcı-kesici özel uç dizaynı kafa ve şase ilerleme
tahriki elektrikli olup ince ayak/kalın ayak, tek kesici/çift kesicili
sistemleri damar kalınlığına bağlı olarak değişmektedir. Uç dizaynı ve
kesme-kazma uçları trona damar yapısına (çatlak yönleri-boşluklar v.s.) bağlı
olarak özellik göstermektedir.
Kazılan-kesilen trona şaseye monte zincirli
konveyorün üzerine düşmekte, konveyör bunu, ana giriş konveyörüne aktarmakta ve
ana nakliyat bantlı konveyörleri ile dışarı veya skip kuyusu dibi silolarına
gönderilmektedir. Kesim tek yönde, ana girişten kuyruk girişine doğru ve
genelde eğim istikametinde yapılmaktadır. Kesme dilimleri ortalama 1.0 m.
kalınlıktadır. Aynaya iki erişim olup biri ana diğeri kuyruk girişidir.
Genel olarak üretim panosu boyutları; derinliğe
ve damar yapısına bağlı olarak ayna boyları 180- 250 m. arasında, uzunluğu ise
1000-1500 m. arasında değişmektedir. Kesme hızı ortalama 60 m/s, boş hız 300
m/s olup; yaklaşık 3.0 m ayna yüksekliği, çift kesicili sistemle 6.000 t/gün
üretim, uygun madencilik ortamında, alınabilir. Bu yöntem çalışan başına
randımanın en yüksek olduğu bir üretim şeklidir. Dikkat edilmesi gereken en
önemli husus; madenin yataklanma şartlarının ve cevher özelliklerinin çok iyi
bir şekilde bilinmesi ve irdelenmesi sonucu uygulanabilirliği belirlenmelidir.
Bu yöntemin ilk yatırımı yüksek olup, ancak işletme birim maliyetleri diğer
yöntemlerden oldukça düşüktür. En az işçi ile en yüksek üretimi ve emniyeti
elde etme yöntemin ana avantajıdır.
2) Oda-topuk yöntemi
Bu yöntem; yeraltı tam mekanize üretim
yöntemlerinden birisidir. ABD Wyoming’te bu yöntem bütün firmalarca
kullanılmaktadır. Havzada üretim önceleri konvansiyonel tekniklerle
(delmepatlatma- yükleme/çıkarma) ve ardından sürekli kesiciler (continuous
miners) sistemiyle çalışılmaya başlanılmıştır. Kömür zadenciliğinde kullanılan
sürekli kesicilerin daha sert ve sağlam olan tronaya adepte etme çalışmaları
zaman almıştır. Bu makinaların geliştirilmesi, trona üretim verimini
artırmıştır.
Trona madeninin üretiminde iki tip ana üretim
makinalarından biri kullanılır. Delici maden makinası (Borer Miners) ve
tamburlu tip sürekli madencilik makinasıdır. Delici maden makinası; 2,6 m.
yüksekliğinde ve 4.4 m. genişliğinde oval biçimde keser ve ana bant sistemine
sürekli olarak transfer eden hareketli konveyör treni kullanılır. Tamburlu tip
sürekli madencilik makinası ise damarın yüksekliğine uygun dikdörtgen şeklinde
keser ve ana bant sistemine transferlerin yapıldığı panel boşaltma noktasına
taşımak için mekik arabalar kullanılır. Yöntemin esası tektonizma ve damar
yapısının uzun ayak yöntemine uygun olmadığı yataklarda uygulanabilmesidir.
Selektif madencilik için en randımanlı yöntemdir. Madenin tahkimatında yine
cevher topuklarının da kullanılmasıdır. Uniform damar yapısına sahip olmayan
yataklanmalar için uygun bir yöntemdir. Genellikle yüzeye yakın yataklanmalar
ve tavan şartlarının iyi olduğu cevherleşmelerde kullanılır. Oda ve topuk
boyutları cevherin dayanımı ve tavan şartlarına uygun olarak hesaplanır ve
bırakılacak optimum topuk boyutları tespit edilir.
İlk yatırım maliyeti uzun ayağa kıyasla daha
azdır. Hazırlık işleri üretimle birlikte olduğu için yatırım süresi oldukça
azdır. Fakat cevher kazanımı % 30-60 arasında olup, uzun ayağa kıyasla (%
70-90) dezavantajlıdır. Genelde eğimi 25-30 dereceyi geçmeyen sedimanter
yataklarda uygulanabilir.
3) Çözelti Madenciliği
80lerin başlarında önemli trona üreticisi
firmalarından biri olan FMCnin geliştirmiş olduğu çözelti madenciliği yöntemi
gündeme gelmiştir. Yöntem; trona yatakları boyunca bir sondaj kuyusundan
diğerine sirküle olan bir çözücünün enjekte edilerek yeniden kazanılması
esasına dayanmaktadır.
FMC Wyoming Corp. tronanın çözelti madenciliği
ile üretimi konusunda öncü durumdadır. Sistem kısaca; üretim kuyularının
açılması, kuyuların arasında kalan cevherin çatlatılması, daha sonra çözücünün
(seyreltik sodyum hidroksit) basınçla kuyudan verilmesi ve cevherin eritilerek
yeryüzüne alınması esasına dayanır. Bu teknik, 1985 yılında ilk defa ticari
olarak uygulanmaya başlanılmıştır. 1990 yılının başlarında FMC, kostik soda
üreticileri için çözelti madenciliği yöntemi ile ürettikleri bu ürünü
kullanmaya başlamıştır. Günümüzde sondaj tekniğindeki gelişmelerle birlikte,
mafsallı tijler kullanılmaya başlanılmış ve dik sondajlarla cevhere
ulaşıldıktan sonra monitörle de kontrol edilerek damarda istediğiniz yönde ve
damara paralel olarak saptırmak mümkün olmaktadır. Ayrıca tijlerdeki yivler ile
daha geniş ve uzak mesafelere kadar çözücüleri gönderme ve sismik tekniklerle
de oluşan kaviteleri mönitörde görme imkanı doğmuştur. Bu gelişmelerden sonra
çözelti madenciliğinde verimin önemli oranda arttığı belirtilmektedir.
Çözelti madenciliğinin yapılma nedenleri; klasik
madencilik yöntemleriyle değerlendirilemeyen düşük tenörlü ve düşük tonajlı
rezervlerin değerlendirilmesi, yüksek tenörlü olup da bulunduğu yer nedeniyle
ulaşılması zor cevherlerin işletilmesi, konvansiyonel madenciliğe göre daha az
maliyete sahip olması, klasik madenciliğin uygulandığı yerlerde daha sonra
çözelti madenciliğinin yapılabilmesidir. Bu nedenlerle bir çok yatak da klasik
madenciliğe karşı çözelti madenciliğinin düşünülmesine neden olmaktadır.
Çözelti madenciliği, yeraltına belirli bir
oranda çözücü göndererek, trona cevherinin bulunduğu yerde liç edilip yer
üstüne çıkartılmasıdır. Trona cevheri sodyum karbonat ve sodyum bikarbonat
olmak üzere iki çeşit tuz içermektedir. Na2CO3’ın NaHCO3’a göre çözünme hızı
daha fazladır. Bu nedenle çözünen yüzeyde Na2CO3 çözündükten sonra geriye
NaHCO3 kalmakta ve yüzey tamamen NaHCO3 ile kaplanmaktadır. Bu durumda çözünme
işleminin durmasına veya yavaşlamasına yol açmaktadır. Problemi azaltmak için
uygulanan birkaç metot bulunmakta olup önerilen metot NaOH çözeltisi ile liç
edilmesidir. Bu metodun dezavantajı ise NaOH üretiminin pahalı olmasıdır.
Trona direkt olarak bir meta olmayıp tabii soda
külü üretiminde kullanılır. Bu nedenle trona madenini değerlendirebilmek için
gerek dünyada gerekse ülkemizde soda külü sektörünü incelemek ve değerlendirmek
daha sağlıklı olacaktır.
Günümüzde soda külü üretiminin yaklaşık % 66,6si
sentetik yoldan % 33,4u ise doğal yoldan elde edilmektedir. Doğal sodanın çok
büyük kısmı ABD’de olmak üzere az oranda da Kenya, Bostwana ve Çin’de
üretilmektedir.
7-Trona Minerallerinin Kullanım Alanları
Trona
madenler içinde “endüstriyel hammadde” olarak geçmektedir. Cevherin farklı
birçok
kullanım alanı mevcuttur. Asıl önemli tarafı ise; %52’si cam sektörü, ki soda
külü
tüketiminde en önemli kullanım payına sahiptir, %22‘si kimya sektörü, %11’i
deterjan
sektörü ve geri kalanı da tekstil ve diğer sanayi kollarında olmak üzere
neredeyse
%100’ünün kullanılabilir olmasıdır.
Konuya biraz daha açıklık getirirsek:
-
Kimya sanayinde çeşitli maddelerin üretiminde: sodyum tripolyphosphate,
sodyum
silikat, sodyum kromit ve sodyum dikromat, sodyum bikarbonat,
sodyum
karbonat peroxhdydrate, sodyum seskikarbonat, sodyum
hexacyanoferrate,
chlorine monoxide,
-
Deterjan sanayinde,
-
Su tasfiyesinde,
-
Baca gazı desülfürizasyonunda,
-
Selülöz ve kağıt sanayinde,
-
Alümina üretiminde,
-
Sondaj çamurlarında,
-
Galvaniz kaplama banyolarında,
-
Kurşun rafinasyonunda,
-
Bakır flotasyon konsantrelerinden telleryumun geri kazanılmasında
-
Rafine edilmiş diatomitin üretiminde
-
Fotoğrafçılıkta, Brominin üretiminde
-
Tarın distilasyonunda
-
Hidrojen sülfitin geri kazanılmasında,
-
Döküm kumlarında,
-
Tekstil sanayinde,
-
Su arıtma
-
Asit nötralizasyonu
-
Parfümeri
-
Eczacılık
-
Reçine
-
Tutkal
-
Gıda imalatı,
