Diatomit Kizelgur

1.1. Tanım ve Sınıflandırma

Aktif diatomit üretiminde kullanılan hammadde Almanca "Kieselgur", veya İngilizce "Diatomite" olarak adlandırılan endüstriyel bir mineraldir. Diatomit, algler sınıfından su canlıları olan diatomelerin silisli kabuklarının birikimiyle oluşmuş fesil karakterli bir sedimanter kayadır. Diatome içinde yaşadığı çevre suyundan temin ettiği silisten yapılmış kabuk veya kavkı içinde yerleşmiş çok küçük bir protoplazmadır. Geniş ve sığ havzalar, çok miktarda suda erimiş silis ve temiz sular, gelişmesini sağlayan ve hızlandıran faktörlerdir. Sayıları 16.000 e ulaşan farklı diatome çeşitleri tatlı sularda, denizlerde veya hafif tuzlu sularda gelişmektedirler. Ölen diatomelerin dibe çöken kabukları birikerek diatomit yataklarını oluşturmaktadır. Çok aktif diatome kolonileri yılda birkaç milimetre kalınlık yaratacak bir çökelme hızına ulaşabilmektedirler. Diatomeler ilk defa 65-135 milyon yıl önce Kretase çağında çok büyük miktarlara ulaşmışlar ve bugün ticari değeri olan yatakların çoğunu ise Miyosen çağında (7-27 milyon yıl önce) meydana getirmişlerdir. Diatomeler bugün de denizlerde ve göllerde yaşamlarını sürdürmektedirler.

Diatome kavkısı amorf silis (SiO2 x nH2O) yapısındadır. Rezervler, oluşma ortamının yapısı ve şartlarına bağlı olarak, genellikle kil, volkanik kül, kum ve organik kalıntılar ihtiva ederler. Ticari değere haiz kayaçların % 86-94 ünü silis, geri kalan kısmını ise aluminyum, demir ve muhtevadaki kilden gelen alkaliler tamamlar. Bazı örneklerin kimyasal kompozisyonları aşağıdaki tabloda verilmektedir :

TABLO 1. Bazı diatomit örneklerinin kimyasal bileşimleri

Diatome kavkısının opal sertliği 4,5-6,0 arasında olmakla birlikte kayacın sertliği 1,5 ten fazla değildir. Genellikle gevşek yapılı ve hafif olup rengi beyazdan açık bej, gri ve koyu kahverengiye kadar değişebilir. Absorpsiyon kabiliyeti yüksek olup ağırlığının üç katı su emebilir. En önemli özelliklerinden birisi de % 85-90 lık bir porozite sağlayan yüksek gözenekli yapısıdır. Isı iletkenliği 100-300 C de 0,08 KCal/m2.C.h., 800 C ve yukarısında ise 0,11 Kcal/m2.C.h  mertebesindedir. Ergime noktası ihtiva ettiği safsızlıklara bağlı olarak 1000-1590 C arasında değişir. Diatomit birçok kimyasal maddeye karşı inert olup yalnız yüksek sıcaklıkta kuvvetli bazlardan ve asit olarak ta sadece HF (hidroflorik asit) ten etkilenir.

Ham diatomitin çeşitli şekillerde işlenmesiyle elde edilen aktif diatomit ürünleri tabii (naturel), kalsine, flaks-kalsine olmak üzere başlıca üç gruba ayrılır. Bunlarda kendi aralarında tane iriliği dağılımları, fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre yeniden sınıflandırılırlar. Ham diatomitin sadece kurutulması ve içindeki yabancı maddelerin kaba olarak ayrılmasıyla tabii (naturel) ürün elde edilir. Bu ara ürünün döner fırında 600-1000 C de kalsinasyona tabi tutulmasıyla kalsine ve kalsinasyon esnasında flaks maddesi olarak eriyebilen alkali bir tuz ilavesi ile de flaks-kalsine ürünler elde edilir.

Türkiye Şeker Fabrikaları A.Ş. Diatomit Fabrikasın'da üretilen muhtelif ürünlere ait spesifikasyonlar aşağıda verilmiştir :

 TABLO 2. Türkiye Şeker Fabrikaları A.Ş. Diatomit Fabrikası

ürünlerinin özellikleri

2.1.Tüketim Alanları

Diatomit ürünleri sanayide birçok işlemlerde ara ve yardımcı malzeme olarak kullanılmaktadır. Başlıca tüketim alanları önem sırasına göre şöyle sıralanabilir :

- Filtre-Yardımcı malzemesi (süzme),

- Dolgu malzemesi,

- İzolasyon malzemesi (ısı, ses, elektrik),

- Absorbent,

- Aşındırıcı ve yüzey temizleyici,

- Katalizör taşıyıcı,

- Hafif yapı malzemesi, refrakter imalatı,

- Birçok kimyasal maddelerin üretiminde silis kaynağı olarak,

- Gübrelerde taşıyıcı ve topraklanmayı önleyici olarak.

Diatomitin % 85-90 gözeneklilik derecesine sahip bir doku meydana getirebilecek özel yapısı, kimyasal inörtlüğü ve steril özelliği nedeniyle en çok tüketildiği ve ikame ürünlere göre hemen hemen rakipsiz olduğu kullanım alanı, süspansiyon halindeki katı tanecikleri sıvılardan ayırmak amacıyla uygulanan filtrasyon işlemleridir. Bu uygulamada filtre yardımcı malzemesi bez, elek gözenekli taş veya metalden yapılan destek yüzeyleri üzerine biriktirilerek filtrasyon keki oluşturmak suretiyle veya doğrudan doğruya süzülecek sıvıya ilave edilerek kullanılır. Filtrasyon işlemi sırasında süzülmekte olan sıvıya kontrollü olarak dozajlama şeklinde ilave edilmek suretiyle kekin gözenekliliği korunur. Böylece istenilen süzme hızı ve berraklık derecesini elde etmek mümkündür.

Yardımcı malzeme kullanılması süzme periyodunu uzatmakta, istenilen hız ve berraklıkta süzme yapılabilme imkanını sağlamakta ve işlemi kolaylaştırmaktadır. Bu sebeplerden dolayı işletme giderleri ve işçilikte önemli tasarruflar sağlanmaktadır. Diatomit filtre yardımcı malzemeleri ham şeker şerbeti, bira, viski, şarap, yüzme havuzu suları, kuru temizleme solventleri, eczacılık mamülleri, meyve ve sebze suları, endüstriyel atıklar, kimyasal maddeler, vernik ve lakeler, madeni ve nebati yağların filtrasyon işlemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Diatomit ürünlerinin ikinci büyük kullanım alanı fonksiyonel dolgu işlemleridir. Burada kullanılan dolgu malzemesi nihai mamülün özelliklerini geliştirerek performansını artırmaktadır. Bu amaç için diatomitin hafiflik, dayanıklılık, kimyasal inörtlük, ısı-ses-elektrik izolasyon kabiliyeti, yüksek gözeneklilik ve emicilik özelliklerinden yararlanılmaktadır.

Diatomitin fonksiyonel dolgu işlemi için kullanıldığı en önemli uygulamalar boya, plastik,  lastik, kağıt, ilaç, kozmetik, cila, kibrit, diş macunu ve kimya sanayileridir.

Bazı diatomit çeşitleri % 94'e ulaşan yüksek silis muhtevalarına sahiptirler. Bu sebeple kimyasal reaksiyonların büyük çoğunluğuna karşı ilgisizdirler. 1430 C civarındaki yüksek ergime sıcaklığı ise aşırı sıcaklıklara karşı dayanıklılık sağlar. Bu sebeple diatomit ürünleri hem katalizör taşıyıcısı, hem de izolasyon elemanı olarak kullanılırlar. Katalizör taşıyıcı uygulamasının en önemli örnekleri hidrojenasyon prosesindeki nikel katalizörler ve sülfürik asit üretimindeki vanadyum katalizörlerdir. Ayrıca çimentoda su mutevası fazlalığını giderme ve homojeniteyi ıslah etmek amacıyla kullanılabilir. Betona % 3 oranında diatomit ilavesinin betonun basınç direncini % 20, çekme direncini ise % 10 oranında  artırdığı gözlenmiştir.

2.2. Tüketim Miktar ve Değerleri

Dünya piyasalarında diatomitin tüketim ve talep hareketleri genellikle düzenli ve kararlı kalmaktadır. Dünyada en büyük tüketim A.B.D.'de olmaktadır. Avrupa ülkelerinde ise onu Federal Almanya, Hollanda ve İngiltere izlemektedir. Kanada ve Avustralya da önemli tüketim miktarları olan ülkeler arasındadır. Orta Doğu ve Arap ülkelerinde son yıllarda artan taleplerden tüketimin artmakta olduğu anlaşılmaktadır. Özellikle Suriye, Mısır, Ürdün ve İran'da talebin artmakta olduğu gözlenmektedir.

Diatomit ürünlerinin en büyük kullanımı yardımcı madde olarak filtrasyon sahasındadır. Bunu dolgu ve izolasyon uygulamaları izlemektedir. İşlenmiş diatomitin % 50 den fazlası filtrasyon endüstrisinde kullanılmaktadır. Tüketimin endüstrilere göre dağılımı yaklaşık olarak şöyledir :

                        - Filtrasyon       % 66

                        - Dolgu                        % 21

                        - İzolasyon        % 1

                        - Diğerleri*        % 12

(*) : Aşındırıcılar, absorbentler, katkı ve katalizörler,

Özellikle gelişmiş ülkelerde diatomit ürünleri, sanayideki yerini almış durumdadır. Şimdiki haliyle en önemli uygulamanın filtrasyon sahasında olduğu görülmektedir. Avrupa'nın en önemli tüketicilerinden F.Almanya diatomit tüketiminin hemen hemen % 50 sini bira filtrasyonunda kullanılmakta, geri kalanını ise dolgu maddesi, aşındırıcı ve katalizör taşıyıcı olarak tüketmektedir.

İkame ürün olarak düşünülebilecek olan perlit, selüloz ve asbest plakaların, gelecekte özellikle filtrasyon alanında diatomiti önemli derecede etkilemesi beklenmemektedir. Çünkü bunların sağlığa zararlı etkileri olabileceği düşünülerek, özellikle gıda sanayinde kullanılmalarından kaçınılmaktadır. Ayrıca hiçbirisinde, diatomitin meydana getirdiği mükemmel kek dokusunu oluşturulabilecek tanecik yapısı bulunmadığından filtrasyon alanında, özellikle berraklık derecesi açısından arzu edilen performansı göstermemektedirler. Sadece perlitin inşaat sektöründe önemli uygulamaları bulmaktadır. Mamafih diatomitin bu alanda kullanımı çok önemli olmadığı için onun da yakın gelecekte diatomit tüketimini etkilemesi umulmamaktadır.

2.3. Üretim

2.3.1. Üretim Yöntemi ve Teknolojisi

Dünyada diatomit yatakları genel olarak üç şekilde işletilmektedir. Bunlar galeri, açık işletme ve suatlı metotlarıdır. Galeri ve sualtı metotları, çok derinde ve oluşum yeri henüz kurumamış nisbeten genç damarlara ulaşmak için kullanılmaktadır. Fakat dünyada ve yurdumuzda en yaygın olarak uygulanan şekil açık işletmecilik metodudur. Açık işletmecilikte önce damarın üst örtü tabakası açılmakta sonra madenin yumuşak karakterli olması sebebiyle, herhangi bir patlatma işlemine gerek kalmaksızın direkt olarak buldozer ve ekskavatörlerle kazma işi yapılmaktadır. Kazılan maden istif sahasına taşınmakta, burada eğer damarlar arasında renk, yoğunluk, rutubet, saflık ve filtrasyon özellikleri bakımından farklılıklar var ise tercihen bu farklılıklarda gözeltilerek gruplandırmak suretiyle istiflenmektedirler. Kurak ve güneşli geçen mevsimler, çıkarılan maddenin % 60 a kadar çıkabilen rutubetinin güneşte kurutularak düşürülmesi için büyük fırsatlardır. Bu suretle madenin rutubeti % 20'ye kadar düşebilir. Bundan sonra sıra madenin işlenmesine gelmektedir.

 Diatomit üretim teknolojisi şematik olarak şöyledir :  

Öğütme ve işleme prosesi boyunca diatome şekil ve yapılarının bozulmadan korunması için büyük dikkat gösterilmelidir. Çünkü diatomiti silisin diğer şekillerinden ayıran ve özel bir yer sağlayan yegane özellik budur. Agrega boyutlarındaki ilk ufalama işleminden sonra parçalanmış diatomittin hem kolonlarda sıcak havayla pnömatik olarak taşınarak kurutulduğu, hem de bu taşıma süresince gerek parçacıkların çarpışmaları, gerekse ard arda içinden geçtikleri kanatlı-paletli fan ve fırlatıcıların darbeleri ile birbirlerine yapışmış diatome kavkılarının ayrılmalarının sağlandığı, genellikle iki veya üç kademeden meydana gelen kurutma işlemi uygulanır. Bu işlemin sonunda pratik olarak diatomitin tüm rutubeti alınmış olur. Burada sisteme yerleştirilmiş siklon ve seperatörler vasıtasıyla ham malzeme içinde bulunan ve uygulanan kurutma-ufalama işleme esnasında serbest kalan kum, kil vb. kirleticilerle kırıntılı parçacıklar da seçilerek sistemden dışarıya atılır. Bu safhada elde edilen malzemeye tabii (natürel) ürün adı verilir. Bundan sonra döner fırında kalsinasyon işlemi gelmektedir.

Kalsinasyon, ham maddenin özelliğine ve üretim şekline göre 600-1000 C arasındaki sıcaklıklarda yapılır. Bu işlemin amacı tane iriliği dağılımının daha ileri seviyede düzenlemesi ve ıslah edilmesidir. Kalsinasyon işlemiyle organik artıklar da yakılarak uzaklaştırılırlar. Bu suretle kavkıların gözeneklerinin açılması sağlanır. Tanecikler büzüşerek sertleşir ve kırıntılar biraraya gelerek kaynaşırlar. Döner fırından fındık iriliğinde topaklanmış olarak çıkan malzeme önce soğutulur sonra darbeli kırıcılarda ufalanarak pnömatik olarak rafinasyon kısmına alınır. Burada ilk olarak seperatörlerde yabancı ve sinterleşmiş tanecikler tekrar ayıklandıktan sonra kademeli olarak sınıflandırma siklonlarından geçen aktifleştirilmiş diatomit, tane iriliği dağılımlarına göre sınıflandırılarak ürün halinde paketlenir. Proses sürecinin sonunda torbalı toz filtresinden geçen taşıyıcı hava en ince taneciklerden meydana gelen son yükünü de torbalarda bırakarak atmosfere atılır. Bu şekilde elde edilen ürün, ihtiva ettiği demirin kalsinasyonda oksidasyona uğraması sebebiyle pembe renkli olup "kalsine diatomit" diye adlandırılır. Kuru yoğunluğu 130 kg/m3 olup natürel ürüne göre daha fazla filtrasyon özelliklerine sahiptir.

Eğer elde edilecek ürünün daha fazla filtrasyon hızı sağlaması isteniyorsa kalsinasyondan önce % 3-8 oranında soda (NaCO3) veya tuz (NaCl) gibi flaks maddeleri ilave edilerek beyaz renkli ürünler elde edilir. Flaks maddelerinin etkisi ile demiroksitleri demirklorürü halinde ortamdan uzaklaştırılır. Tanecik ve kırıntıların gruplaşıp kaynaşarak yeni yapı formasyonları oluşturma oranı artırılır. Bazı minerallarin de aluminyumoksit halinde seperatörlerde kolayca ayrılmaları sağlanır. Bu işlem "Flaks-kalsinasyon" işlemi olarak tanınmaktadır. Fırın sıcaklığının, flaks maddesinin oranının, kalsinasyon sıcaklık süresinin kontrollü olarak değiştirilmesi suretiyle elde edilecek ürünün iriliği, dağılımı istenilen düzeyde ayarlanabilir. Bu suretle değişik filtrasyon özelliklerine sahip filtre yardımcı malzemeleri üretilebilir.

3. TÜRKİYE'DE DURUM

3.1. Ürünün Türkiye'de Bulunuş Şekilleri

Yurdumuzda oldukça bol ve kaliteli ham diatomit rezervleri meycuttur. 1974 yılına kadar Türkiye'de diatomit üretimi sadece madencilik seviyesinde olmuştur. 1972 yılında ise Türkiye Şeker Fabrikaları A.Ş. Şeker Enstitüsün'de aktif diatomit üretimi için başlatılan çalışmalar olumlu sonuç verince 1974 yılında bir pilot tesis kurulmuş ve bu tesisin kapasitesi 1976 yılında 2 ton/gün'e çıkarılarak Diatomit Fabrikası haline getirilmiştir. 1980 den itibaren ise kapasitenin üzerine çıkılarak günlük üç ton üretime ulaşılmıştır. Şeker teknolojisinde kullanılması sebebiyle aktif diatomit üretimine başından beri ilgi duyan Şeker Şirketinin artan ihtiyacının karşılanması amacı ile, şirketin Etimesgut Tesisleri sahasında kurulan 3.000 ton/yıl kapasiteli yeni Diatomit Fabrikası 1992 yılı sonunda deneme kampanyasına alınarak üretim faliyetlerine başlamıştır. Bu fabrika, bugünkü Türkiye'de aktif Diatomit üretimi yapan tek tesis durumundadır. Kalite ve filtrasyon kabiliyeti bakımından üstün özelliklerine sahip diatomit madenlerimizin bu fabrikada günümüz teknolojisine uygun bir şekilde işlenmesiyle elde edilen ürünler her türlü endüstriyel ihtiyaç ve uygulamaya cevap verebilecek ve kalite yönünden uluslararası rakipleriyle rekabet edebilecek evsaf ve kaliteye sahiptir. Fiyat teşekkülü ise üretim ve maliyet durumuna göre uluslararası rekabet ortamıda gözetilerek, Şirket Yönetim Kurulu Kararıyla olmaktadır. Türkiye Şeker Fabrikaları A.Ş. Diatomit Fabrikası ve Johns Manville Co.'ya ait spesifikasyonlar mukayese için aşağıdaki tabloda verilmiştir :

3.2. Rezervler

Türkiye'de diatomit rezervi araştırma çalışmaları önce MTA tarafından başlatılmış, daha sonra Etibank'ta sınırlı bir girişimle bu çalışmalara katılmıştır. MTA tarafından hazırlanan envantere göre ülkemiz diatomit rezervi bakımından oldukça zengin sayılmaktadır. Etibank, 1970 yıllarında Aksaray ve Ihlara vadisi yöresinden alınan üç numuneyi tetkik için Johns Manville firmasına göndermiştir. 1974 yılında gönderilen raporda bunlardan sadece bir tanesinin işletilebilecek katilede olduğu bildirilmişse de, bu güne kadar Etibank'ın bir girişimi olmamıştır.

Üretim faliyetleri yanında kalitenin sürekli geliştirilmesi prensibiyle rezerv araştırma çalışmaları da yapan T.Ş.F.A.Ş. Diatomit Fabrikası, kısa sayılabilecek bir süre içerisinde daha önce bilinen Aydın-Karacasu madenine ilaveten Afyon-Tınaztepe, Niğde, Aksaray, Çanakkale, Sivas, Kayseri, Konya, Ayvalık, Bingöl gibi yörelerde bulunan diatomit rezervlerinin de ortaya çıkarılmasına yardımcı olarak buralardan getirilen numuneleri muhtelif test ve denemelerden geçirmiş, evsaf ve fiziksel özelliklerini araştırarak bazı tespitler yapmıştır. Ancak yapılan bütün bu nitelik tespit çalışmalarına karşılık, nicelik olarak ülkemizin diatomit rezerv potansiyelini ortaya koyacak kesin bir değer henüz elde edilememiştir. Fakat nitelik olarak çeşitli amaçlara yönelik olarak kullanılabilecek evsafta oldukça kaliteli kaynaklarımız olduğu ve toplam miktarın tahmini olarak 100 milyon tonu aştığı söylenebilir.  Tespit edilebilen yataklarımızın bulunduğu iller şunlardır. Afyon, Ankara, Aydın, Balıkesir, Bingöl, Çanakkale, Çankırı, Denizli, Eskişehir, Kayseri, Konya, Kütahya, Niğde, Sivas ve Van'dır.

3.3 Tüketim

3.3.1. Tüketim Alanları

En fazla tüketim yaklaşık % 66 lık bir oranla filtrasyon sanayinde olmakta onu % 21 ile dolgu ve % 12 ile diğer kullanım alanları izlemektedir. İzolasyon amaçlı tüketim % 1-2 civarındadır.

İkame ürün olarak düşünülebilecek perlitin filtrasyon alanında diatomitin mükemmel tanecik yapısı ve kek dokusu karşısında pek şahsı olmamakla beraber yapı ve refrakter imalinde gelişme sağlandığı görülmektedir.

3.3.2. Tüketim Miktar ve Değerleri

Diatomit filtre yardımcı malzemesinin Türkiye'deki en büyük tüketicisi Şeker Sanayii'dir. Şeker Fabrikalarının ortalama aktif diatomit tüketimi 700 ton/yıl civarındadır. Toplam yurtiçi tüketim miktarı ise 1000 ton kadardır. Önümüzdeki yıllarda montaj halindeki diğer fabrikaların da devreye girmesi ve eski fabrikalardaki filtre cihazlarının yenilenmesiyle bu miktar 1.500 tona yaklaşacaktır. Yurtiçi üretimin % 50 sini Şeker Sanayii'nin tüketeceği varsayılırsa, 2.000 li yıllarda toplam tüketim miktarının 3.000 tona ulaşacağı tahmin edilmektedir.

3.4. Üretim

Türkiye'de aktif diatomit üretimi yapan tek kuruluş Türkiye Şeker Fabrikaları A.Ş. Diatomit Fabrikası' dır. Fabrika, Ankara Şeker Fabrikası sahasında, Etimesgut' tadır. Şeker Sanayii bünyesinde bir kamu kuruluşu olup şirket olarak sermayesi 170 milyar, fabrika sermayesi ise 5 milyar civarındadır.Tamamen yerli sermayedir. Yıllık kapasitesi 3 000 tondur.

3.4.1. Üretim Yönetimi ve Teknolojisi

Diatomit üretim yönetim ve teknolojisi dünyada aşağı yukarı yerleşmiş bir teknoloji olup, büyük farklılıklar göstermemektedir. Ana hatlarıyla kırma ve parçalama, kurutma, yabancı maddelerden ayırma, kalsinasyon, soğutma ve sınıflandırma safhalarından meydana gelmektedir. Ancak kullanılan yakıtın cinsi (fuel-oil, özel yakıt, doğal gaz vs.) kurutma şekli ve separatör tiplerinde bazı değişiklikler olabilmektedir. Üretim yöntemi daha önce Bölüm 2.3.2. de anlatıldığı gibidir. Kullanılan yakıtın cinsi ürün kalitesinde önemli rol oynamaktadır. Yanma artığı az olan temiz yakıtlar kullanıldığında işletmede büyük kolaylıklar sağlanmakta fakat maliyeti artırmaktadır. Ağır yakıtlar kullanıldığında yakıtın tam ve verimli olarak yakılmasında ve artıklarının sistemden uzaklaştırılmasında bazı zorluklarla karşılaşılmaktadır.

Kaynak:Madencilik Politikaları ÖzeI İhtisas Komisyonu Raporu