Trona Yatakları

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,