Mineral Atıkların Yeniden Değerlendirilmesi

Mineral Atıkların Yeniden Değerlendirilmesi

Prof. Dr. Gülay Bulut / İstanbul Teknik Üniversitesi - Cevher Hazırlama Mühendisliği

Mineral atıkları madenin çıkarılmasından pazar ürünü haline gelmesi aşamasına kadar başlıca iki kısımda büyük miktarlarda oluşmaktadır. Şekil 1’de bir madencilik faaliyeti sırasında oluşan atıklar basit bir akım şeması üzerinde gösterilmektedir. Bunlardan birincisi madenin çıkarılması esnasında özellikle açık ocak madenciliği yapılıyorsa büyük oranda oluşan atık kayaçlardır. İkincisi ise zenginleştirme yani cevher hazırlama prosesleri sırasında meydana gelmektedir. Bunun yanısıra birçok sınıflamada metalürji atıkları, taş ocağı atıkları, termik santral atıkları gibi birçok atık da mineral atık grubu içerisinde yer almaktadır.

 

Mineral kökenli atık malzemeler orjinlerine ve geçirdikleri proseslere göre birbirinden farklı özelliklere sahiptirler ve bazen özel isimleri ile de anılmaktadırlar. Örneğin; metalurjik izabe tesisinde metal üretimi sonucu oluşan atıklar curuf, termik santralde kömürden enerji elde edilmesi sonucu oluşan atıklar uçucu kül olarak bilinmektedir. Yine bir maden yatağında örtü tabakası olarak alınan kısım genellikle daha iri boyutlu ve çevre açısından inert bir yapıya sahip olması nedeniyle daha az zararlı bir atık iken, cevher hazırlama tesis atıkları daha ince boyutludur ve gerek proseste kullanılan

kimyasallar nedeniyle gerekse içerdiği daha ince boyutlu mineraller nedeniyle atık kayaçlara göre daha zararlı bir atık olabilmektedir. Mineral atıkların diğer endüstriyel atıklara göre en büyük farklılıkları miktarlarının çok fazla ve doğal malzeme olmalarıdır. Çevre bilincinin hergeçen gün arttığı dünyada ve ülkemizde bu atıkların berferaf edilmesi önemli bir konu olarak karşımıza çıkmaktadır Büyük miktarlarda olmaları nedeniyle çok fazla yer işgal etmeleri, görsel kirlilik yaratmalarının yanısıra özellikle şülfürlü mineral içerenlerin asit maden drenajına sebep olmaları, arsenik, kadmiyum, kurşun gibi zararlı metal içermeleri veya zenginleştirme proseslerinde kullanılan asit, siyanür gibi liç veya çeşitli flotasyon kimyasalları nedeniyle ortadan kaldırılmaları gerekmektedir. Genel olarak mineral atıklar üç ana seçenekle uzaklaştırılmaktadır:

• Güvenli depolama,

• Değerli minerallerin yeniden kazanılması,

• Artıkların diğer alanlarda kullanılması.


Güvenli Depolama:

Medencilik veya mineral atıklarının uzaklaştırılmasında en yaygın olarak kullanılan yöntem depolamadır. Çok büyük alanlara gerek duyulan bu depolama işlemlerinde güvenlik yani toprak, su ve hava kirliliğine sebebiyet vermemek önemli bir konudur. Atıklar genelde yeni kullanım alanları

bulunana kadar veya madencilik faliyetleri sürdüğü sürece atık sahaları veya havuzlarında uzun yıllar bekletilebilmektedir. Atık sahaları ve barajların düzenlemesi yapılırken, geçmişte örnekleri yaşanan, büyük kazaların meydana gelmemesi için, depolama yapılacak bölgenin iklim koşulları ve deprem, sel gibi doğal afet riskleri göz önüne alınmalıdır. Modern uygulamalarda bir maden yatağı işletilmeye başlamadan önce atıkların stoklanması konusunda da projelerin hazırlanması istenmektedir.


Değerli Minerallerin Yeniden Kazanılması:

Hem teknolojik gelişmeler ve hem de hammaddelere olan ihtiyaçların artması nedeniyle, cevherlerin ekonomik olarak işletilebilir tenörleri sürekli olarak daha aşağılara çekilmektedir. Böylece atık olarak depolanmış birçok yığın, bugün içerdiği değerler açısından bugün adeta birer cevher yatağı gibi kabul görebilmektedir. Dünya’da ve Türkiye’de yapılan birçok araştırma atıklardan değerli minerallerin yeniden kazanılabileceğini ortaya koymaktadır. Örneğin: Türkiye’de yıllardır süregelen krom madenciliği sonucunda bugün neredeyse yeni maden rezervleri sayılabilecek atıklar oluşmuştur ve atık sahalarında bekletilmektedir. Kromit atıkları tesislerde çoğunlukla boyut küçültme sonrası gravite yöntemleri ile kromitin zenginleştirilmesi sonucunda ortaya çıkmaktadır. Yapılan çalışmalar içerikleri %9-20 Cr2O3 arasında değişen bu atıkların gerek yeni gerek geleneksel metodlar kullanılarak yeniden zenginleştirilmeleri ile satılabilir yeni ürünlerin elde edilebileceğini göstermektedir. Yine Türkiye’nin en önemli mineral kaynaklarından biri olan bor konsantrelerinin üretiminden arta kalan bor atıkları çok büyük alanlara yayılarak bekletilmektedir. Resim 1’de kromit ve bor atık sahalarına ait iki örnek gösterilmektedir. Bor atıklarından da borun tekrar kazanılmasına yönelik birçok araştırmanın sonucunda başarılı sonuçlara ulaşılmıştır.

 

Shen ve Forssberg metalurjik atıkları demirli, demirdışı ve yanma işlemleri sunucu oluşan atıklar olmak üzere üç grupta sınıflandırarak bu curuflardan kimyasal ve fiziksel yollarlametal kazanma hakkında çok geniş bilgilere yer vermektedirler. Değerli metallerin atıklardan kazanılması ile ilgili örnekler oldukça fazladır ancak bu yazıda birkaç tanesine örnek verilebilmiştir.

 

Atıkların Diğer Alanlarda Kullanılması:

Mineral atıkların çeşitli proseslerden geçirilerek diğer endüstrilerde ve alanlarda hammadde girdisi olarak kullanılması son yıllarda çalışılan önemli konulardan biridir. Artıktan belirli değerlerin kazanılması yerine, artığın tümünün veya büyük bir kısmının kullanılması hem ekonomik hem de çevre açısından büyük bir avantaj sağlamaktadır. Yapılan çalışmalarda kullanılan atıkların birçok hammadde yerine geçebildiği hatta bazen kullanıldığı alanda daha da üstün özellikler sağladığı belirtilmektedir. Atıkların hammadde olarak ekonomiye kazandırmadan önce artıkla ilgili birtakım verilerin belirlenmesi faydalıdır. Bunları şu şekilde sıralanabilir;

 

Atık Miktarının Belirlenmesi

Atığın fiziksel ve kimyasal özelliklerinin belirlenmesi. Bu özelliklerine göre hangi alanda hammadde olarak kullanılabileceğinin belirlenmesi. Atıklardan elde edilen ürünlerin pazar olanaklarının araştırılması. Atık malzemenin satılabilir bir ürün haline getirilmesinde, karşılaşılması muhtemel teknik ve ekonomik sorunların belirlenmesi. Atıkların berteraf edilmesinde kullanılan en yaygın yöntem dolgu malzemesi olarak kullanılmasıdır. Yer altı madenlerinde üretimden sonra oluşan boşlukların doldurulması, baraj dolgusu, çöp sahalarının oluşturulması, yol dolgu malzemesi olarak kullanımları oldukça yaygındır. Atıkların İnşaat yapı malzemesi olarak kullanımı ile araştırmalar da oldukça yaygındır. Mermer atıkları, bor atıkları, alüminyum üretimindeki proses atığı kırmızı çamur, feldispat atıkları gibi birçok atık malzeme çimento, tuğla, karo, seramik, cam, beton gibi malzemelerin üretiminde kullanılmaktadır. Çimento sektörü atıkların değerlendirilmesinde en önemli alanlardan biridir. Mineral bazlı aıklardan özellikle kalsiyumsilisyum bazlı maden atıkları (Demir-AlüminyumSilisyum- Bakır), ısıl işlem görmüş atıklar (enerji, demir çelik, bakır, alüminyum, cam, seramik) yaygın bir şekilde çimentoda alternatif hammaddeler olarak kullanılmaktadır. Çimento sektöründe ısıl işlem görmüş termik santrallerden çıkan uçucu küller, yüksek fırın curufları gibi atıkların kullanılması yüksek ısı gerektiren çimento sektöründe enerji tasarrufu açısından avantaj sağlamaktadır. Şekil 2’de Portland çimento ve yüksek fırın curuf çimentosunun üretim aşamaları karşılaştırmalı olarak verilmektedir. Şekilden de görüleceği gibi yüksek fırın curufu ısıl işlem gördüğü için arada yüksek ısı gerektiren birkaç aşamanın yapılmasına gerek kalmamakta bu da enerji konusunda bir avantaj yaratmaktadır.

 

Bazı mineral atıkların kullanım alanları ile ilgili şu şekilde özetlemek mümkündür; Atık Kayaçlar: Mineraller ve metaller yeniden proses edilebilir, madenlerde dolgu malzemesi, arazi dolgusu, yol yapımında agrega malzemesi, beton ve çimento için hammmadde olarak kullanılabilirler.

Kırmızı Çamur: Alimunyum refinasyunu sonucu oluşan kırmızı çamur toprak iyileştirilmesinden cam, tuğla yapımı, kirli suların temizlenmesi gibi birçok alanda kullanım alanı bulmaktadır. Şekil 3’te kırmızı çamurun belli bir prosesten geçirildikten sonra kullanıldığı belli başlı alanlar verilmektedir.

 

Uçucu Küller:Termik santrallerden çıkan uçucu küller ençok geri dönüştürülebilen mineral atık kaynaklarından biridir. En fazla çimento sektöründe kulanım alanı bulmaktadır (yaklaşık %50’si). Toprak iyileştirmesi, tuğla, tarım, yol dolgu malzemesi gibi birçok alanda kullanılmaktadır.

Mermer Atıkları: En büyük mermer üreticilerinden biri olan ülkemiz açısından mermer atıklarının yeniden değerlendirilmesi önemli bir konudur. Mermer işletmelerinde iki farklı boyutta atık ürün üretilmektedir. Birinci ürün, iri boyutlu parça mermer atıkları, ikinci ürün ise kolloidal yapıda büyük miktarı 150 mikronun altında olan maksimum parça boyutu 2 mm’ye ulaşabilen kesim toz atığı olmaktadır. İri boyutlu parça atıklar, inşaat sektöründe yapı elemanı olarak kullanılabilirken, toz atıklar ise doğrudan farklı endüstri dallarında değerlendirilme imkânı bulmaktadır. Mermer atıklarının agrega malzemesi, tuğla, çini, çimento, kireç üretimi, aktif kalsiyum karbonat üretimi, kalsine dolamit üretimi, asit nötürleştirme, baca gazlarından kükürt giderimi, gazlı içecekler için CO2 üretimi gibi alanlarda kullanımı mevcuttur. Ayrıca daha az kullanım alanı olarak atıklardan sanatsal olarak ta faydalanmak mümkündür. Aşağıdaki iki resim Afyon’da mermer atıkları ile yapılmış eserleri göstermektedir.

 

Sülfürlü Mineral Atıkları: Sülfürlü mineral atıkları özellikle pirit içeriği fazla olanlar, atmosferik koşullarda çok uzun süre beklemeleri durumunda asit maden drenajına (AMD) neden olmakta, bu yüzden de çevre açısından zararlı sayılan atık grubunda yer almaktadırlar. Bu tür atıkların değerlendirilmesinde hala kalan değerli metallerin kazanımının yanısıra piritçe zengin olanların yeniden flotasyonla zenginleştirilip sülfürik asit üretimi için kullanımı mümkündür. Ayrıca sülfürlü atıklardan macun dolgu üretimi de uygulamaları da yaygınlaşmaktadır. Kil içeriği yüksek atıklar: Bu tür atıklara en iyi örnek bor atıklarıdır. Tuğla, yer karasu, çimento yapımında kullanılabilir atık malzemelerdir. Curuflar: Curuflar yine metal ve mineral eldesi ile birlikte yol yapımında beton ve çimento sektöründe kullanılmaktadır.

 

Kömür Atıkları: Kömür atıkları maden reklemasyonu ve dolgu malzemesi olarak oldukça yaygın kullanılmaktadır. Yine kömür şlamlarından hümik asit üretimi gibi geridönüşüm ürünleri üretilmektedir.

Ayrıca katı mineral atıklar dışında, maden atık sularının koagülant olarak kullanımı, endüstride ve ziraatte, hatta arıtılarak şehir suyu olarak kullanımı bile mevcuttur. Yine izabe tesislerinden çıkan SO2 gazlarının sülfürik asit üretiminde kullanılması gibi gaz atıklar için de geri dönüşüm prosesleri vardır. Literatürde, bu yazıda bazı örnekleri verilmeye çalışılan katı mineral atıklarının yeniden değerlendirilmesi ile ilgili olarak, hemen hemen her atık türü üzerinde yapılmış çalışmalara rastlamak mümkündür. Bu konuyla ilgili çalışmaların artırılması ile birlikte hem ekonomiye bir girdi sağlanacak hem de çevre açısından sorun yaratan büyük miktardaki atıklar uzaklaştırılmış olacaktır.


Kaynaklar

Ahmaruzzaman, M., (2010), A review on the utilization of fly ash, Progress in Energy and Combustion Science 36, 327–363.

Bentli, İ., Özdemir, O., Çelik, M.S., Ediz, N. (2002). Boron tailings and evaluation strategies. In: Erarslan (Ed.): Proceedings of the 1st International Boron Symposium, Kütahya, Türkiye, pp.250-258.

Bulut G., Ören, E., Acarkan, N., Bakan S. (2004). A flotation study into the re-concentration of tincal tailings. In: Akar, A., İpekoğlu, Ü., Cöcen, İ., Polat, M.: Proceedings of the Xth International Mineral Processing Symposium, 5-7 October Çeşme, İzmir, pp. 253-263.

Çiçek, T. ve Cöcen, İ. (2002). Applicability of Mozley multigravity separator (MGS) to fine chromite tailings of Turkish chromite concentrating plants, Minerals Engineering, 15, 91–93 (Technical note).

Çicek, T, Cöcen, İ., Samanlı, S. (1998). Gravimetric concentration of fine chromite tailings. Innovation in mineral and coal processing, Atak, S.,

Onal, G., Celik, M. S. (eds): Proceedings of the 7th ınternational Mineral Processing Symposium, İstanbul, Turkey, 15-17 September, pp 731-736.

Doğan, M Z., Kaytaz, Y., Onal, G., Perek, K.T. (I997). Bigadiç ve Kestelek bor atıklarının ısıl işlem, elektrostatik ayırma ve flotasyon ile zenginleştirme olanaklarının araştınlması. In: Köse, M. & Arslan, V. (eds): l. Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, lzmir, pp.76-85, TMMOB Maden Mühendisleri Odası.

Emrullahoğlu, Ö. F. Ve Emrullahoğlu, C.B., Temel, P., (2002). Etibor Kırka Boraks Atığı ile Afyon Reis Mermer Atığından Beyaz Tuğla Üretiminin ‘Araştınlması, 1. Uluslararası Bor Sempozyumu, 229- 234.

 

Erçıktı, B., Cihangir, F., Kesimal, A., Deveci, H., (2012), Tesis Atıklarının Yönetiminde Macun Dolgu Teknolojisi, Madencilik-Türkiye, Temmuz, sayfa 70-74.

Ersoy, B., Değerli, E., Güner Oğuz M., Dikmen, A. Ç., (2012). Doğaltaş Madenciliği ve Çevre Mevzuatı, ÇED Uygulamaları, MERSEM-2012, 8. Uluslararası Mermer ve Doğaltaş Kongresi.

Güney, A., Önal, G., Çelik, M.S., (1999). New flowsheet for processing chromite fines by column flotation and the collector adsorption mechanism. Minerals Engineering, 12, 1041-1049.

Göktepe, F. (2005). Treatment of lead mine waste by a Mozley multigravity separator (MGS). Journal of Environmental Management, 76, pp. 277-281.

İTÜ Proje, (2000), Etibank Üçköprü krom pasa atıklarının değerlendirilmesi, 5 ton saat kapasiteli araştırma pilot tesisin kurulması (F. Almanya BGR, ETİ Holding, İTÜ Vakfı).

İTÜ Proje, (2002), Karagedik kromit pilot tesisin optimizasyonu (F. Almanya BGR, ETİ Holding, İTÜ Vakfı).

Karadeniz, M., Cevher Zenginleştirme Tesis Atıkları, Çevreye Etkileri, Önlemler, (2000), İstanbul Ofset Basım Yayın San., Tic. A.Ş.

Kavas, T., Önce, G., (2002), The Usage Capacity of Etibor Kırka Borax Company’s Wastes in the Production of Structural Bricks as a Flax Material, Proc. of the 1st International Boron Symposium, 219-223, Kütahya, Turkey, 2002.

Report; Ongoing Commitment of the Steel Industry against Global Warming, The Japan Iron and Steel Federation Jan. (2005).

Shen, H., Forsberg, E., (2003), An Overview of Recovery of Metals from Slags, Waste Management, 23, pp. 933-949.

Sola Çelik Ö., Yayla M., Sayın, B., Atiş, C. D., (2011), The Effects of Different Types of Fly Ash on the Compressive Strength Properties of Briquettes, Advances in Materials Science and Engineering Volume 32, pp.1044-1049.

Sunku, J., 2006. Advantages of Using Fly Ash as Supplementary Cementing Material (SCM) in Fibre Cement SheetsCC IIBCC 10th Int. Inorganic Bonded Fiber Composited Conference, Sao Paulo, Brazil. October 15 - 18, Universidade de Sao Paulo & University of Idaho: Sao Paulo, pp. 25-32.

 

http://www.afyonhaber.com/atik-mermer-parcalarinimozaik-tablolaradonusturuyorlar/