Mineraloji

1. Mineraloji • Yard. Doç.Dr. Davut LAÇİN • davut@istanbul.edu.tr

2. Minerallerin geliştiği oksidasyon ve sementasyon (doygun kuşak) zonlarının şematik görünümü.

3. 3 - OKSİTLER Oksit grubu mineraller, bir veya birden fazla metalin oksijen ile birleşmesi ile türemiş bileşikleri içerirler. Bunlar kendi aralarında “basit oksitler” , “çoklu oksitler” ve “hidroksitler” olmak üzere 3 gruba ayrılırlar. Basit oksitler ; bir metalin oksijen ile birleşmesi ile türerler ve oksijen ile metal oranına ( A:O, A metal, O oksijen) göre A2O, AO ve A2O3 gibi değişik türde olabilirler. Not :H2O , A2O türünde basit bir oksittir.

4. Çoklu oksitler ; birbirinin eş değeri olmayan iki metal (A ve B) bulunur. Çoklu oksitlerde metallerin biri yerine OH geçince ( HFeO2 götit örneğindeki gibi) bileşik,hidroksit adını alır. Oksitler içinde ekonomik değeri yüksek birkaç mineral vardır. Bunlar ; - demir cevheri olan hematit ve magnetit, - krom cevheri olan kromit , - manganez cevheri olan pirolusit, manganit ve psilomelan, - kalay cevheri olan kassiterit ve - alüminyum cevheri olan boksittir.

5. Tablo 3. Oksitler ve hidroksitler

6. Al2O3 tipi OKSİTLER Hematit Grubu Yapı içinde oksijen iyonları esas olarak (0001)’ e paralel düzlemler yaparak heksagonal paketlenir. Oksijen iyon düzlemleri arasında yerleşen katyonlar ise oktaedral kordinasyonlu olarak oksijene bağlanırlar. Bu yerleşme şekli ile mevcut hacmin ancak 2/3’ ü doldurulur. Böylece bu gruptaki minerallerin oksijen ve diğer katyonların münavebesiyle (ardalanmasıyla) oluşan düzeylerden meydana geldiği düşünülebilir.

7. Korund = Korendon (Al2O3) Fiziksel özellikleri : S: 9 - 4 , Y: 4.2. (0001) ve (10-11)’e göre yarılımlıdır. Çok sık olarak değişime uğrayıp mikaya dönüştüğünden dolayı sertliği, taze yüzeylerde tayin edilmelidir. Parlaklık camdan elmasa kadar değişir. Saydam ve yarı saydamdır. Renk değişken olup genellikle kahverenginin tonları, pembe veya mavidir. Bazen de; beyaz, gri, yeşil, kırmızı (rubi = yakut) veya mavi (safir = gökyakut) olabilir.

8. Rubi ve safirler c-ekseni yönünde opelesans( asterizm) gösterirse bunlara yıldızlı rubiveya yıldızlı safirdenilir. Hematit, magnetit, ve spinel ile birlikte bulunan kırmızı – siyah renkli korunda ise “zımpara”denir. Bileşim: Al= % 52. 9 , O = % 47. 1 dir. Eser miktarda (ppm mertebesinde) Cr bulunur ise yakutmineraline kırmızı renk verir. Eğer Fe ve Ti bulunur ise safir mineraline mavi rengi verir. Tanınması : Parlaklığı, yoğunluğu, oldukça sert olması ve yarılım özelliği ile hemen tanınır. Öğütülmüş ise kobalt nitrat ile ısıtılır ise mavi renge boyanır.

9. Bulunuşu : Metamorfik kayaçlarda (şist ve gnays gibi) sık rastlanan tali (aksesuar) bir mineraldir. Özellikle silis bakımından fakir magmatik kayaçlarda (nefelin siyenit ve siyenit gibi) birincil mineraldir. Sık olarak kristal veya yuvarlanmış çakıl halinde nehir yataklarında ve toprakta bulunabilir. En güzel yakutBurma’da bulunmuştur. Buradaki değerli taşlar, metamorfik kayaçlar ve üzerindeki toprak örtüsünde serpilmiştir. Daha düşük değerli koyurenkli yakutlar iseKamboçya’ da mevcuttur.

10. Safir ise Tayland, Seylon, Kamboçya ve Avustralya’ da bulunmuştur. Kamboçya safirleri en değerlileridir. Adi korund ise bol miktarda Güney Afrika, ABD’ de ve Kanada’ da bulunmaktadır. Yapay korund; günümüzde boksitten sentetik olarak üretilmekte ve aşındırıcı olarak kullanılmaktadır. Ayrıca sentetik olarak üretilen yakut ve gök yakut, alüminyum tozu ile krom veya titan karışımının oksi–hidrojen alevinde ergitilmesi (Verneuil Yöntemi = 1902 yılından beri kullanılır) ile üretilmektedir. Sentetik olarak üretilen bu taşları, güzelliği ve diğer özellikleri ile doğallarından ayırt etmek güçtür.

11. Türkiyezımpara yatakları açısından çok zengin bir ülkedir. Türkiye’ yi ABD ve Yunanistan izlemektedir. Türkiye’ deki zımpara yatakları Muğla’da (Milas ve Yatağan) metamorfik şist ve mermerler içinde yer almaktadır. Ayrıca az miktarda İzmir (Tire), Manisa(Akhisar) Aydın (Söke) ve Erzurum (Tekman)’da bulunmaktadır. Kullanılışı : Ziynet taşı ve zımpara şeklinde aşındırıcı (abrazif) olarak kullanılır. Kırmızı rubi (yakut) en değerli taş olup zümrütten sonra gelir. Mavi renkli safir ise o kadar kıymetli değildir. İyi kalitedeki taşlar saatlerde ve bilimsel aletlerde de kullanılır.

12. Hematit (Fe2O3) Fiziksel özellikleri : S: 5.5 – 6.5 , Y: 5.26. Yarılım (0001) ve (101-1) üzerinde gelişir. Parlaklığı kristal yüzeylerinde metalik, toprağımsı türlerde ise mattır. Rengi kahve-kırmızı veya siyahtır. Kırmızı toprağımsı görünümdeki türüne“kırmızı okr”denir. Levhamsı ve metalik cilalı ise“spekülarit”adı verilir. Çizgi rengi açık kırmızıdan koyuya kadar değişir. Yarı saydamdır.

13. Bileşim: Fe= % 70. 0 , O = % 30 dur. Az miktarda Mn ve Ti bulundurabilir. Tanınması : Genellikle kırmızı çizgisi ile tanınır. Ergimez. 950 oC üzerinde ilmenit ile tam katı eriyik serisi oluşturur. İndirgen alevde ısıtılınca magnetik özellik kazanır. HCl’ de yavaş çözünür. Çözelti Potasyum–ferrisiyanür ile koyu mavi çökelti verir (Ferri demir deneyi). Bulunuşu : Hematit her yaştaki kayaçlarda serpilmiş durumda bulunan en önemli demir cevheridir. Volkanik faaliyetler ile süblimleşme şeklinde (maddenin sıvı faza geçmeden direkt olarak buhar fazına geçmesi) gelişebildiği gibi kontak metasomatik yataklar ile magmatik kayaçlarda talimineral olarak bulunabilir.

14. Kırmızı kumtaşlarında çimento maddesiolarak da sık sık gözlenir. Milyonlarca tonluk büyük demir oksit yığışımları çoğunlukla tortul kökenli olup, beraber bulunabilecek silis, meteorik sular ile çözünüpgötürülüncedemir oranı %50’ nin üzerine çıkabilir. Böylece birkaç milyon tonluk rezervlere çıkabilir ve böylece ekonomik olarak işletilebilirhale gelir. Oolitik cevherleşmeler de sedimenter kökenli olup, demir cevheri olarak işletilebilir. Limonit gibi hematit de demir içeren kayaçların ayrışması (yüzeysel bozuşma ve oksidasyon) sonucudüzensiz yataklar oluşturabilir. Dünya’da ve Türkiye’de başlıca hematit yatakları; İngiltere, İsviçre, ABD, Brezilya, Venezuella ve Kanada’da bulunmaktadır.

15. Türkiye’de ise; Sivas (Divriği), Sakarya (Karasu), İzmir (Torbalı), Kütahya (Simav), Malatya (Hekimhan, Hasançelebi ve Pötürge) ve Muğla (Milas)’ da bulunmaktadır. Kullanılışı : Demir üretiminde önemli bir demir cevheridir. Ayrıcaboya=pigment (kırmızı okur türleri) ve abrazif (aşındırma) amaçlı olarak kullanılır.

16. AO2 tipi OKSİTLER Rutil Grubu Rutil (TiO2) Fiziksel özellikleri : S: 6 – 6.5 , Y: 4.18 – 4.25. Dilinim (110) belirgin olup parlaklık yarı metalikten elmasa kadar değişir. Renk;kırmızı, kırmızı-kahve ve siyah. Çizgi rengi ise soluk kahverengidir. Rutil’in; Anatas (tetragonal) ve brukit (rombusal) olarak adlandırılan iki polimorfu daha vardır. Rutil, yüksek sıcaklık polimorfudur ve basınç ve sıcaklık aralığı oldukça geniştir.

17. Bileşim: Ti= % 60.0, O=% 40 ve Fe = % 10 kadar bulunabilir. Fe+2, yapı içinde Ti+4 ile yer değiştirdiği zaman, elektriksel nötrlük, yapıya Nb5 ve Ta5 girmesi ile sağlanır. Bu gibi durumlarda bileşim Fex (Nb, Ta)2x Ti 1-3x O2 ile verilir. Tanınması : Elmas parlaklığı ve kırmızı rengi ile kolaylıkla tanınır. Kassiterit mineralinden özgül ağırlığınındüşük olması ile ayırt edilir. Ergimez ve çözünmez. Na2CO3 ile ergitilip H2SO4 de çözününce, çözelti H2O2 ilavesi ile sarıya boyanır.

18. Bulunuşu : Rutil,granit, pegmatit, gnays, mikaşist vemetamorfize olmuş kireçtaşlarında ve dolomitlerde bulunabilir. Ayrıca büyük miktarlarda siyah kumlarda zirkon, magnetit ve monazit (fosfat mineralidir) ile beraber bulunur. Sık olarak iğnemsi kristaller halinde ve kuvars ve mika minerallerinde kapanımlar halinde bulunur. En büyük rutil üretimi;Avustralya’daki sahil kumlarından yapılmaktadır.

19. Ayrıca Fransa, Norveç ve İsviçre’ de de önemli rutil yatakları mevcuttur. Yapay rutil üretimi; “Verneuil Yöntemi” (alüminyum tozu ile krom veya titan karışımının oksi–hidrojen alevinde ergitilmesi)ile yapılmaktadır. Bu yöntemle üretilen rutiller traşlanaraksüs taşı olarakTitania, Kenya taşı veya Miridis adı altında piyasada satılmaktadır. Kullanılışı: Rutil, yaygın olarak kaynak elektrotlarının kaplanmasında ve titanyum üretiminde kullanılır. Titanyum ise çeşitli alaşımların yapımında, porselene sarı renk kazandırmada ve boya sanayiinde kullanılmaktadır.

20. Pirolusit (MnO2) Fiziksel özellikleri : S:1-2, Y:6-6.5. Dilinim (110) kusursuzdur. Eli boyar (sertlik düşük olduğu için). Ancak iri kristalli olan türlerde (polianit) ise S: 6-6.5, Y: 4.75 tir. Metalik parlaklıkta olup, renk ve çizgi rengi demir siyahıdır. Kırılma yüzeyleri girintili ve çıkıntılıdır ve opaktır. Bileşim: Mn= % 63.2, O=% 36.8. Çoğu zaman bir miktar su bulundurur. Tanınması : Siyah çizgi rengi ve yumuşak oluşu ile diğer mangan minerallerinden ayrılır. Ergimez. Na2CO3 ile ergitilince mavi-yeşil renkte inci yapar. Kapalı tüpte ısıtılınca oksijen açığa çıkar ki, mineral üzerine konan kömür parçalarını tutuşturur.

21. Bulunuşu: Manganez küçük miktarlarda kristalen kayaçlarda bulunur. Bu kayaçlardan çözünen manganez, çeşitli mangan mineralleri olarak çökebilir. Bunlar içinde pirolüsit, en çok bulunan mineraldir. Yumrular halinde deniz diplerinde killer ve diğer çökeller ile beraber bulunur. Ayrıca kuvars ve diğer metalik çökeller ile beraber bulunabilir. Pirolusit en sık rastlanan manganez cevheridir. En çok BDT, Gana, Hindistan, Çin, Güney Afrika, Brezilya ve Küba’ da yataklar şeklinde yer alır. Türkiye’ de ise en önemli zuhurlar; Amasya (Gümüşhacıköy), Burdur (Bucak), Ankara (Haymana), Erzincan (Tercan), Trabzon (Araklı), Muğla (Fethiye) v.s.

22. Kullanılışı : Manganez cevheri olarak kullanılır. Manganez, demir ile çelik yapımında ve diğer metaller ile ( alüminyum, kurşun, kalay, bakır ve çinko gibi ) beraber değişik alaşım imalinde kullanılır. Ayrıca pirolüsit olarak; brom, klor ve oksijen üretiminde oksitleyici olarak, potasyum permanganat halinde; dezenfektan olarak, boyalarda; kurutucu olarak ve camda;renk giderici olarak kullanılır. Bunun yanı sıra tuğla, çömlek ve cam yapımında; renklendirme amaçlı kullanılır. Alabandin (MnS), çok daha ender bulunan bir mineraldir. Not:Wad; saf olmayan sulu manganez oksitler için kullanılan bir isimdir.

23. AB2O4 tipi OKSİTLER Spinel Grubu Spinel grubu mineraller, birbirine yakın eş yapıda olup, AB2O4 genel formülü ile gösterilirler. Bileşimde; A yerinde ; Tam bir katı-eriyik yapacak 2değerliMg, Fe, Zn ve Mn elementleri bulunur. B ile gösterilen 3değerli iyonlar; yapının boyutları yönünden daha hassas olmaları nedeniyle 2 değerli iyonlar gibi tam bir katı-eriyik yapamazlar.

24. Spinel grubundaki mineraller çok geniş anlamda katı-eriyik yapabilmelerinden dolayı, kimyasal bileşimin değişmesine bağlı olarak çeşitli renk ve özgül ağırlıktadırlar. Buna karşın yapının fonksiyonu olan kristal şekli tüm katı eriyiklerde sabit kalır. Aşağıdaki tabloda (Tablo 1) spinel grubunun üyeleri arasındaki ilişki görülmektedir.

25. Tablo 1: Spinel grubu mineralleri (AB2O4 )

26. Magnetit ( AB2O4 ; FeFe2O4= Fe3O4) Fiziksel özellikleri : S:6, Y:5.18. Bazı örneklerde oktaeder yüzeylerine göre yarılım gösterir. Metalik parlaklık göstermekte olup, demir siyahı rengindedir. Çizgi rengi siyah olup kuvvetli manyetik özelliği vardır. Opak özellik gösterir. Bileşim: Fe= % 72.4, O=% 27.6. Bileşim genellikle Fe3O4’e yaklaşır. Bazen Mg, Mn, Al ve Cr bulunabilir. Tanınması : Kuvvetli magnetik özelliği, siyah rengi ve sertliği ile tanınır. Magnetik bir mineral olan Franklinit’ten çizgi rengi ile ayırt edilir. HCl asitinde çözülür.

27. Bulunuşu: Magnetit, magmatik kayaçlar içinde çok sık olarak bulunan bir aksesuar mineraldir. Magmatik segregasyon ile yığışarak çok değerli maden yatakları yapabilir. Bu şekilde zenginleşmiş ve yatak oluşturmuş magnetitler, genellikle titan bakımından çok zengindirler. Magnetit, magmatik kayaçlar dışında metamorfik kayaçlar ve sahil kumları arasında da bulunabilir. Bilinen en büyük magnetit yatağı İsveç’teki Kiruna yatağıdır. Bu yatakta magnetit, apatit ile beraber bulunmaktadır. Ayrıca İsveç (Gellivare)’ te ikinci bir yatağı daha vardır. Diğer önemli magnetit yatakları; Norveç, Romanya, Ukrayna, ABD, Güney Afrika ve Rusya’ da bulunmaktadır. Dünyanın pek çok yerinde küçük çapta yataklar vardır.

28. Türkiye’ de ise Erzincan (Kemaliye), İçel (Anamur), Simav (Kütahya), Balıkesir (Ayvalık), Kayseri (Yahyalı), Malatya (Hekimhan) ve Sivas (Divriği)’ ta bulunmaktadır. Kullanılışı : Çok önemli bir demir cevheridir. Kromit (AB2O4; FeCr2O4) Fiziksel özellikleri: S: 5.5, Y: 4.6. Metalik-yarı metalik parlaklıktadır. Renk; demir siyahından kahverengimsi siyaha kadar değişir. Çizgi rengi koyu kahverengidir.

29. Bileşim: Fe Cr2O4 içinFeO =% 32, Cr2O4= % 68. Mg, hemen hemen her zaman bulunur ve Fe 2+ yerine geçer. Cr’ un yerine de bir miktar Al ve Fe3+geçer. Tanınması : Yarı metalik parlaklığı ve çizgi rengi ile tanınır. Magnetit mineralinden kahverengi çizgi rengi ile ayrılır. Kızdırılır ise mıknatıslık özelliği kazanır. Bulunuşu: Genellikle peridotit ve peridotitlerden türeyen serpantinitler içinde bulunur. Magmanın ayrımlanması ve farklılaşması sırasında, magmadan ilk ayrılan minerallerden biridir. Kromit yataklarının bu yolla geliştiği düşünülmektedir. Ayrıca plaser yataklarında da ikincil zenginleşme ürünü olarak bulunabilir.

30. Dünya’da başlıca kromit yatakları Rusya, Güney Afrika Cumhuriyeti, Hindistan, Finlandiya, Filipinler, Kazakistan ve Rodezya’ dadır. Türkiye’ de başlıca kromit yatakları; Erzincan (Kopdağı), Fethiye (Köyceğiz), Elazığ (Guleman), Bursa, Adana, Eskişehir, Kayseri, Maraş, İskenderun ve Mersin’ de bulunur. Kullanılışı : Krom için tek cevherdir. Kromit cevherleri kendi aralarındaCr miktarı ve Cr / Fe oranına göre; Metalürjik, Refrakter ve Kimyasal amaçlı olmak üzere 3 gruba ayrılırlar.

31. Metalürjik: Metal olarak; krom, krom çeliği ve paslanmaz çelik üretiminde ve kaplama işlerinde kullanılır. Cr-Ni alaşımı şeklinde; elektrikli ısıtma aletlerinde kullanılır. Cr, çeliğe yüksek sertlik kazandırır. Ayrıca sıhhi tesisatlarda (musluk ) da kullanılmaktadır. Refrakter: Kromit’ in refrakter özelliğinden faydalanarak refrakter fırın yapımında fırın tuğlası olarak kullanılır. Bu tuğlalar bazen kaba kromit, bazen de boksit,kaolen ve diğer maddeler ile karıştırılarak yapılır. Kimyasal: Boya imalatında kullanılır.

32. Hidroksitler Götit Grubu Boksit (diyaspor, böhmit ve gibsit karışımıdır) Fiziksel özellikleri: S: 1-3, Y: 2-2.55. Toprağımsıdırlar. Renk; beyaz, gri, sarı ve kırmızıdır. Bileşim: Sulu alüminyum oksitlerin karışımıdır. Boksit bir mineral olmayıp kayaç ismi olarak kullanılmaktadır. Bazı boksitler gibsit Al (OH)3 bileşimine yaklaşır. Genellikle demir bulundurur. En önemli bileşenleri ; böhmit ile diyaspor’ dur. Tanınması : Pizolitik karakterlidir.

33. Bulunuşu: Boksit,alüminyumlu kayaçların tropik ortamlarda uzun sürelerde ayrışması ve silisin uzaklaşması ile oluşan süperjenbir kayaçtır. Ayrıca killi kireçtaşlarından da aynı tarzda oluşabilir. Bazen taşınıp başka bir bölgede birikerek yataklar oluşturur. Tropik bölgelerde; lateritolarak bilinen boksit yatakları sulu alüminyum ve demir oksitleribulundurur. Dolayısıyla Al ve Fe kaynağıdırlar. Güney Fransa, Guyana, Surinam, Brezilya, Jameika, Kamerun, Çin, Mali, Hindistan ve Yunanistan’ da bulunur. Ayrıca Endonezya ve Macaristan’da bulunmaktadır. Türkiye’ de ise Konya (Seydişehir), Adana (Saimbeyli), İsparta (Yalvaç), Hatay (İskenderun), Gaziantep (Islahiye) ve Zonguldak (Kokaksu)’ ta bulunur.

34. Kullanılışı: En önemli alüminyum cevheridir. Üretilen boksitin büyük kısmı alüminyum üretiminde tüketilir. Alüminyum metali özgül ağırlığı düşük ve dayanımlı olduğu için pek çok alanda kullanılmaktadır; Levha, tüp alüminyum döküm işleri, otomobil, uçak endüstrisi, mutfak eşyaları, elektrik kablosu üretimi, değişik alaşımlar ve kimya endüstrisi sayılabilir. Diğer bir kullanım alanı ise Al2O3 üretimidir ki, bu da aşındırıcı malzeme (abrazif) için gereklidir. Ayrıca refrakter üretiminde de kullanılır. Adını Fransa’nın “Baux” bölgesinden almıştır.