Bor Madeni Kullanım Alanları ve Önemi

Bor Madeni Kullanım Alanları ve Önemi

*Barış İLAN

Yüzüncü Yıl Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Kimya Mühendisliği Bölümü ([e-mail])

2013

Yüzüncü Yıl Üniversitesi –VAN
5.12.2013
İÇİNDEKİLER

Özet (Abstract)

GİRİŞ

Bor Elementinin Kimyasal ve Fiziksel Özellikleri

Bor Elementinin Tarihçesi

Bor Mineralleri

Dünyadaki ve Ülkemizdeki Bor Rezervleri

Ulusal Bor Araştırma Enstitüsü (BOREN )

Bor Üretimi

Bor Ürünleri

Bor Madeninin Kullanım Alanları

Bor Elementinin İnsan Sağlığı Açısından Önemi

Sonuç (Değerlendirme)

Kaynakça

Bor Madeni, Kullanım Alanları ve Önemi

ÖZET

Bu yazıda günümüz dünyasında önemi iyice artmış olan bor madenini, ve bu madenin tarihi ,kullanım alanları, dünyadaki rezervleri, ülkemizdeki kaynaklar, Bor’un ülkemizdeki tarihi, insan sağlığı açısından önemi ve bor mineralinin üretimi konusu ele alınmıştır. Fosil kaynaklı yakıtların yıllarca kullanılması sonucu dünyada oluşturduğu kirlilik ve tespit edilen rezervlere karşın artan nüfus ve talepler yüzünden petrol ve doğalgazın ömrünün bir yüzyılı bile bulmayacağı kömürün ise biraz daha uzun süreceğinin belirlenmesi dünya devletlerini başka kaynaklar arayışına yöneltmiştir. Bor madeni de yüzyıllardan beri çeşitli alanlarda kullanılmasına rağmen son yüzyılda özellikle son 20-30 yıl içinde önemi kat kat artmıştır.Bor, cam , seramik, temizleme ve beyazlatma sanayi, tarım,uzay ve havacılık, askeri sanayii,enerji, sağlık, inşaat ve nükleer uygulamalar gibi alanlarda kullanılan önemli bir hammaddedir. Bizim için bir diğer önemli yanı ise bu madenin dünyadaki tespit edilen rezervlerinin % 60’ından fazlasının ülkemiz topraklarında yer almasıdır.Bu da önümüzdeki yıllarda dünyada bir çok alanda dengelerin ülkemiz lehine kayacağını göstermektedir.

Anahtar kelimeler: Bor, Bor madeni, Bor minerali, Boraks, kolemanit , uleksit

Boron Mine, Uses and Importance

ABSTRACT

In today's world , which has increased the importance of this article thoroughly boron mine , and mine history, areas of the world reserves of the country in terms of resources and human health, the importance of boron and boron mineral production history in our country is discussed. Pollution from around the world for many years from the use of fossil-based fuels and the increasing population and the demands of identified reserves of oil and natural gas , even a century of its life a little longer to decide that coal will continue to determine the state of the world has led to seek other sources . Despite the use of the various areas of boron for centuries in the importance of the last century, especially in the last 20-30 years increased.Boron coat , glass , ceramics, cleaning and whitening industry, agriculture, aviation and aerospace , military industrial , energy, health , construction and nuclear an important raw material used in areas such as applications . Another important aspect for us to identify the mine in the world more than 60% of the reserves in the territory of our country in many areas around the world in the coming years( ).Bu will shift the balance in favor of our country shows .

Key words: Boron, Boron mine, mineral boron, borax, colemanite, ulexite

GİRİŞ

Dünya bor üretiminin %90’ını Türkiye ve ABD yapmaktadır. Türkiye’de kolemanit, üleksit ve boraks mineralleri ve borik asit, boraks dekahidrat, boraks pentahidrat,sodyum perborat monohidrat ve susuz boraks ticari olarak üretilmekte ve üretimin büyük bir bölümü ihraç edilmektedir. ABD’de kernit minerali ve borik asit, boraks pentahidrat, susuz boraks, bor oksit, sodyum metaborat, sodyum penta borat, potasyum pentaborat gibi bor ürünleri ticari amaçlarla üretilmektedir. Dünyada bor tüketimi bölgesel olarak değişmektedir. Bor minerali Kuzey Amerika’da cam, Avrupa’da deterjan ve Latin Amerika ve Asya’da seramik endüstrisinde kullanılmaktadır. Bor minerallerinin kullanım alanı ve miktarında ABD ve Batı Avrupa’da farklılıklar gözlenmektedir. ABD’de bor tüketiminin %68’i cam, % 5’i deterjan, %3,5 seramik, %3,5 tarım ve % 3,5 alev geciktirici endüstrisinde yapılmaktadır. Avrupa’da boratların en büyük kullanım alanı deterjan sanayidir. Avrupa’da tüketimin %35’i deterjan, %23’ü cam, %10’u seramik ve %2’si tarım endüstrisindedir. Türkiye’de boratların tüketimi çok düşük seviyede olup, dünya tüketiminin %1-2'si civarındadır. 2000 yılı itibariyle Türkiye'de borun %27'si demir çelik, %12'si cam ve cam elyafı, %38'i seramik ve firit, %12'si deterjan, %5'i kimya ve %6'sı diğer sektörlerde tüketilmiştir.

Bor madeni Türkiye'nin özellikle kuzeybatı bölgelerinde bulunmaktadır. Çok geniş bir kullanım alanına sahip olması ve bu alanlarda tüketimin hızla artışı bor ve bor endüstrisinin önemini artırmıştır. Bor ve bileşiklerinin sanayide ve tarımda çok çeşitli kullanım olanakları bulunmaktadır. Borun hammadde olarak kullanıldığı ürün sayısının yüzlerce olduğu tahmin edilmektedir. Birçok sanayide bor, alternatifi olmayan bir girdidir. Araştırmalar sürdükçe bor ürünlerine ve kullanım alanlarına hızla yenileri eklenmektedir.

Bor Elementinin Kimyasal ve Fiziksel Özellikleri

Bor Elementi

Bor, periyodik tabloda  B simgesi ile gösterilen, atom numarası 5, atom ağırlığı  10,81 olan metalle ametal arası yarı iletken özelliğe sahip bir elementtir. Periyodik cetvelin 3A grubunun ilk ve en hafif üyesidir. Temel hal elektron konfigürasyonu 1s² 2s² 2p¹,dir.

Bor elementi ⁸B, ¹⁰B, ¹¹B , ¹²B, ¹³B izotoplarından oluşmaktadır. En kararlı izotopları ¹⁰B ve ¹¹B ,dir. Bu izotopların tabiatta bulunma oranları sırasıyla % 19.1-20.3 ve % 79.7-80.9'dir. ¹⁰B izotopu, çok yüksek termal nötron tutma özelliği gösterir. Böylelikle nükleer malzemeler ve nükleer enerji santrallerinde kullanılabilmektedir. Türkiye'de ¹⁰B izotop oranı yüksek bor cevher yatakları bulunmaktadır.

Çeşitli metal veya ametal elementlerle yaptığı bileşiklerin gösterdiği farklı özellikler, bor bileşiklerinin birçok endüstride kullanılmasına olanak sağlamaktadır. Bor, bileşiklerinde metal dışı bileşikler gibi davranır, ancak, farklı olarak saf bor, karbon gibi elektrik iletkenidir. Kristalize bor, görünüm ve optik özellikleri açısından elmasa benzer ve neredeyse elmas kadar serttir.

Borun saf elementi ilk kez,  1808 yılında Fransız kimyager J.L. Gay-Lussac ve Baron  L.J. Thenard ile İngiliz kimyager H. Davy tarafından elde edilmiştir.

Bor, biri amorf ve altısı kristalin polimorf olmak üzere, çeşitli allotropik formlarda bulunur. Alfa ve beta rombohedral formlar en çok çalışılmış olan kristalin polimorflarıdır. Alfa rombohedral strüktür 1200 ⁰C'nin üzerinde bozulur ve 1500 ⁰C'de beta rombohedral form oluşur. Amorf form yaklaşık 1000 ⁰C'nin üzerinde beta rombohedrale dönüşür ve her türlü saf bor ergime noktasının üzerinde ısıtılıp tekrar kristalleştirildiğinde beta rombohedral forma dönüşür.

Bor, yerkabuğunda yaygın olarak bulunan 51. elementtir. Bor tabiatta hiçbir zaman serbest halde bulunmaz. Doğada yaklaşık 230 çeşit bor minerali olduğu bilinmektedir. Yaygın olarak bulunan bor minerallerinden bir tanesi bir tür aluminoborosilikat minerali olan ve yapısında %10'a kadar bor içerebilen Turmalin'dir. Ancak, sanayide alkali ve toprak alkali bor mineralleri olan tinkal (Na₄B₄O₂. 10H₂O), kernit (Na₂B₄O₇. 4H₂O), kolemanit  (Ca₂B₆O₁₁. 5H₂O) ve üleksit (NaCaB₅O₉. 8H₂O) kullanılmaktadır. Ticari maden yatakları sınırlı olup en çok Türkiye ve ABD'de bulunmaktadır.

Bor elementinin kimyasal özellikleri morfolojisine ve tane büyüklüğüne bağlıdır. Mikron ebadındaki amorf bor kolaylıkla ve bazen şiddetli olarak reaksiyona girerken kristalin bor kolay reaksiyon vermez. Bor yüksek sıcaklıkta su ile reaksiyona girerek borik asit ve bazı diğer ürünleri oluşturur. Mineral asitleri ile reaksiyonu, konsantrasyona ve sıcaklığa bağlı olarak yavaş veya patlayıcı olabilir ve ana ürün olarak borik asit oluşur.

 

 

Bor Elementinin Tarihçesi

Ekonomik değere sahip olan bor mineralleri, çok yönlü kullanımları açısından belki de dünyanın en ilginç minerallerinden. Değişik yararları ve kullanım alanları, uygarlığın ilk günlerinden bu yana biliniyor. O dönemlerde yaşayan gümüş ve altın kuyumcuları, akışkanlığı arttırdığı için, özellikle boraks adlı bor mineralinden yararlanıyorlarmış. Boraks, kimi özelliklerinin zaman içinde keşfiyle, seramiklerde sır malzemesi olarak, tedavi amaçlı (mik-rop öldürücü) ve temizlik maddesi olarak kullanılmaya başlanmış. Günümüzdeyse boraks, deterjan sanayiinin yanı sıra yaygın olarak yüksek performanslı camların üretiminde kullanılıyor. Boraksın ilk kez, yaklaşık 4000 yıl önce, Babilliler tarafından kuyumculukta kullanıldığı tahmin ediliyor. Bunların, boraksı Uzakdoğu’dan getirttiklerine ilişkin bulgulara rastlanmış .O dönemlere ait yazılı kaynaklarda boraks minerali için “boorak”, “bayrach” gibi sözcüklerin kullanıldığı saptanmış. Bundan başka, günümüzde, kimi kaynaklarda “boraks” yerine kullanılan “tinkal” sözcüğü de “Uzak-doğu” anlamına gelen “tinkar” sözcüğüyle eşanlamlı. Yine Mısırlıların mumyalama işlerinde, tedavi amaçlı ve değişik metalleri işlemede borakstan yararlandıkları, Eski Yunanlılarla Romalılarınsa boraksı temizlik maddesi olarak kullandıkları tahmin ediliyor. Görüldüğü üzere, boraks değişik uygarlıklar tarafından farklı amaçlarla kullanılmış. O dönemlerde, boraks daha çok alkali göllerden elde ediliyor ve ticareti yapılıyormuş. Ancak boraksın kullanımalanlarına ilişkin ilk yazılı metne, 762 yılında, Mekke, Medine ve Bağdat çevresindeki Arap yerleşimlerinde rastlanıyor. Boraks minerali, Çin’e bu tarihten kısa bir süre sonra girmiş. Avrupa’ysa, kimyaya ilişkin Arapça dilinde yazılan kaynakların çevrilmesi sonucu boraksla 12.-13. yüzyılda tanışmış. Onbeşinci yüzyıla gelindiğinde, boraks ticareti Venediklilerin elindeydi ve 200 yıl kadar da onlar tarafından sürdürülecekti. O dönemin Venedikli tüccarları, boraksın nerelerden getirildiğini ve nasıl işlendiğini büyük bir sır olarak saklamışlar. Ancak ham boraksın Tibet’in göllerinden elde edildiği ve torbalar içinde koyunlarla Himalayalar üzerinden Hindistan’a taşındığı biliniyor. Onyedinci yüzyıla gelindiğindeyse Hollandalılar boraks ticaretini üstlenmiş, hatta işlenmesi konusunda önemli bilgi birikimine kavuşmuşlar. Borun saf elementi ilk kez,  1808 yılında Fransız kimyager J.L. Gay-Lussac ve Baron  L.J. Thenard ile İngiliz kimyager H. Davy tarafından elde edilmiştir.1840 yılında, İtalya’nın Toskana bölgesindeki sıcak su kaynaklarında keşfedilen doğal borik asit (sassolit adlı birbor minerali) ondokuzuncu yüzyıldan Avrupa pazarlarının borik asit ve boraks gereksinimini büyük oranda karşılamış. Aynı zaman diliminde 1852’ de Şili’ de endüstriyel anlamda ilk boraks madenciliği başlamıştır.  Daha sonra, Nevada,  California, Caliko  Moutain ve Kramer yöresindeki yatakların bulunarak işletilmeye alınmasıyla ABD dünya bor gereksinimini karşılayan birinci ülke haline gelmiştir..Yurdumuzda ise ilk işletmenin 1861 yılında çıkartılan Maadin Nizannamesi uyarınca 1865 yılında bir Fransız şirketine 20 senelik işletme imtiyazı verilmesiyle başladığı bilinmektedir.  1850’li yılların başında, Bebek’te mermer işleri ile uğraşan Polonya’lı mülteci Henri Groppler eski ortağı fransız mühendis Camille Desmazures’e alçı taşından yapıldığını sandığı heykeller hediye eder. Heykellerde yüksek oranda boraks olduğunu anlayan fransız Camille Desmazures, ortağı ile birlikte Türkiye’de boraks aramaya başlar ve Balıkesir ili Susurluk ilçesi yakınlarındaki Sultançayırı mevkiinde bulurlar. Buldukları “PANDERMİT” adı verilen bir bor minerali türüdür. Esasen bu saha 13 ve 14. Yüzyıllarda romalılar tarafından işletilmiş bir sahadır. Bu pandermitin işletilmesi için 1856 yılında Sultandan 37 dönüm arazi üzerine “alçıtaşı” madeni çıkarmak üzere 20 sene süreli işletme izni alırlar.

Bor Osmanlı döneminde yabancı firmalar tarafından “ALÇITAŞI” olarak işletilmiştir.

1950 yılında Sultançayırındaki cevherler Desmond Aber Smith’den 3/12002 sayılı Kararname ile bu yıllarda dünya tekeli firma durumundaki Borax Consolidated Ltd’ye devredilmiştir. Borax Consolidated 1951 yılında 11.000 ton’a yakın ihracat yapsa da 1954 yılında bor cevherinin tükendiğini ileri sürerek, Sultançayırı Ocağını kapatır. Ancak pasalardaki düşük tenörlü cevherin satışını 1961 yılına kadar sürdürerek Türkiye’deki faaliyetlerine devam eder.

14 Haziran 1935 tarihinde kurulan Etibank'da Bor Madenleri ile ilgisini sürdürmektedir.

MTA’nın Kütahya/Emet yöresinde Tersiyer Linyit Arama adı altında yürüttüğü çalışmalarda kolemanit yatağı bulunur. İlk jeolojik tespitlerden sonra alınan ruhsat 15 Mayıs 1958 de Etibank’a devrolunur. Etibank ruhsatı aldıktan sonra 1958 ve 1959 yıllarında aramalarını sürdürürken üretime de geçer.

Borax Consolidated Ltd. 1955 yılında yabancı sermayeyi teşvik kanunlarından yararlanmak için Türk Boraks Madencilik Anonim Şirketini kurar. Bu tarihten sonra Türkiye’de bu yeni şirket vasıtasıyla madencilik faaliyetlerini yürütecektir. Bu şirketin hisselerinin %94’ü Borax Consolidated, % 2 si Türk hissedarlar, % 4’ ü İngiliz hissedarlara verilmiştir. Bu arada başka bir kararname ile iki yabancı şirkete daha arama ve işletme izni verilir. Bunlardan biri American Potash And Chemical Co. , diğeri ise Ugine Kuhlman’dır.

Eskişehir Kırka’da bor tuzu aramaları maden arama ruhsatı sahibi yerli madenciler adına 1950 li yılların sonlarına doğru MTA uzmanlarınca başlatılmıştır. Bu aramalar devam ederken 1961 Ağustos ayında Borax Consolidated Ltd. Maden Dairesinden kendi adına bir arama ruhsatı alarak hissesinin büyük bir kısmı kendisine ait Türk Boraks Madencilik A.Ş.'ne devir ederek aramaları başlatır. Şirket ürettiği TİNKAL ürününün fiyatlarını önce 30-35 $/ton’a bilahere 17 $/ton’a kadar düşürmüştür. Şirketin Maden Dairesine ruhsat için müracaatları eksiklikler nedeniyle neticelenmez. Aynı şekilde aldıkları 6 ruhsattan 5’i iptal edilir. Bu boraks yataklarının ruhsatı 1968 yılından itibaren Etibank’a geçmiştir.

Etibank tarafından bu yatakları işlemek için gerekli çalışmalara 1969 yılında başlanarak 1970 yılında tesisler kurulmaya başlanmıştır.

Balıkesir’in Bigadiç İlçesi yakınlarında da 1950 yılından beri bor tuzu (KOLEMANİT ve ÜLEKSİT) üretip ihraç eden Türk Girişimcileri (Bortaş, Ali Şayakcı, Rasih-İhsan, Yakal Madencilik) vardı. 1976 yılında burada faaliyet gösteren Fransız KEMAD Ltd. (Kimya Endüstri Madenleri Ltd. Şti.) nin saha sınır anlaşmazlığı nedeniyle Bakanlar Kurulu Kararıyla 13/02/1976 da Tülü Açık İşletmesinin bulunduğu sahanın Etibank’a verilmesi ile Etibank bölgede madencilik faaliyetlerine başlamış ve 08/04/1976 tarihinde Emet Müessesesine bağlı “Etibank Bigadiç Madenleri İşletmesi Şantiyesi” kurulmuştur.

Bursa Mustafa Kemalpaşa’da Kestelek civarındaki bor tuzu yatakları (Kolemanit) MTA Enstitüsünün Linyit Araştırmaları esnasında 1954 yılında bulunmuştur. Diğer tüm bor tuzu sahalarının imtiyazı hakkında olduğu gibi 4 Ekim 1978 tarih ve 2172 sayılı Devlet’çe işletilecek Madenler ile ilgili yasa gereği 21/08/1979 tarihinde saha o tarihteki adımız ile Etibank’a devredilmiştir. Bugün için bu görev 1983 yılında çıkartılan 2840 sayılı Devletçe işletilecek madenler kapsamında Eti Maden İşletmeleri Genel Müdürlüğü tarafından yürütülmektedir. 1978 öncesi gerek yabancı gerekse yerli özel sektör, Bor üretim faaliyetlerinde, katma değeri fazla olan rafine ürün üretmek için herhangi bir yatırım yapmadan ürünleri ham cevher olarak satma yoluna giderken, Eti Maden İşletmeleri Genel Müdürlüğü (Etibank) 1980 yılından günümüze kadar, yatırımlarını artırarak rafine bor üretim kapasitesini yükseltmektedir.

Bor Ürünleri

 

  Bor, periyodik tabloda B simgesi ile gösterilen, atom numarası 5, atom ağırlığı 10,81 olan metalle ametal arası yarı iletken özelliğe sahip bir elementtir. Bor tabiatta hiçbir zaman serbest halde bulunmaz. Doğada yaklaşık 230 çeşit bor minerali olduğu bilinmektedir. Bazı mineraller genellikle her yatakta gözlenirken bazıları ise çok ender olarak gözlenirler. Pandermitin, sadece dünyada Balıkesir-Susurluk yatağında buşunuşu buna örnek olarak verilebilir. Ticari ve Türkiye yatakları açısından önemli olan bor mineralleri:

1. 
   Boraks(Tinkal)
   
2. 
   Kernit
   
3. 
   Üleksit
   
4. 
   Kolemanit
   
5. 
   Pandermit
   
6. 
   Hidroborasit
   

BORAKS (TİNKAL)

Kimyasal Bileşimi	Na2B4O7 . 10H2O
Kristal Sistemi	Monoklinik
Kristal Biçimi	Kısa prizmatik kristalli, bazen levhamsı
İkizlenme	{ 100} yüzeyinde nadiren
Sertlik	2 - 2.5 Mohs
Özgül Ağırlık	1.715 gr  / cm3
Dizinim	{ 100} mükemmel
Renk ve Şeffaflık	Renksiz; beyaz, grimsi, yeşilimsi, mavimsi; şeffaf-yarışeffaf
Çizgi Rengi	Beyaz
Parlaklık	Camsı  bazen toprağımsı
%B2O3 içeriği	% 36.6
Ayırıcı Özellikleri	Kristal şekli, düşük özgül ağırlığı, suda çözünebilirliği
Bulunuşu	Tinkal suyunu kaybederek kolaylıkla Tinkalkonit’ e dönüşebilir.  Kille ara katkılı Tinkalkonit ve Üleksit ile birlikte bulunur.  Ülkemizde Eskişehir-Kırka yataklarından üretilmektedir.  Boraks,  evaporitik ortamlarda oluşan bir mineraldir.   Tuzlu göl sularının evaporasyonu ile oluşur.  Karbonatlar, sülfatlar ve halit gibi diğer evaporasyon mineralleri ile birlikte bulunur [5].

KERNİT

Kimyasal Bileşimi	(Na2B4O7.4H2O)
Kristal Sistemi	Monoklinik, 2 / m uzay grubu : P 2 / c , Hücre parametreleri : a: 7.016  ,     b: 9.152   ,    c: 15.678   Å  ,     β:108˚ 53’.
Kristal Yapısı	B4O6(OH)2) –2n bileşiminde ki poliiyonlar iki üçgen ve dörtyüzlü gruplardan oluşur.  Bu poliiyonlar birleşerek b eksenine paralel zincirler yaparlar. Bir BO2OH üçgeni ve BO4 dörtyüzlüleri köşelerde ki oksijeni paylaşarak altı üyeli halka oluştururlar. Üç halka her iki dörtyüzlüdeki köşe oksijen atomlarını paylaşarak bir zincir meydana getirir. Zincirler hidrojen bağları ile birleşerek c doğrultusunda  uzanırlar.  İki Na atomu beş oksijen atomu ve bir su molekülü ile çevrelenirler.
Görünüm :	Kristaller (100) boyunca hafif uzun (010) doğrultusunda keskin çizgilidir.  Bazen kama yüzlerin tekrarlarından ötürü yuvarlak görünümlüdür. Ayrıca dilinebilen kitleler telsel yapılar gösterirler. Masif olabilir.
İkizlenme :	İkiz düzlemi{ 110}’dir.
Kimyasal Bileşimi :	% 22,66  Na2O ,  % 51,02 B2O3, % 26,32 H2O.
Sertlik :	3 Mohs.
Özgül Ağırlık :	1.95 gr  / cm3.
Özellikler :	Üfleç alevinde kabarır ve kolayca eriyerek beyaz karnıbahar biçiminde bir kitle bırakır.  Soğuk suda yavaşça çözünür.  Sıcak suda ve asitlerde derhal çözünür.  Ayrışınca dehidrasyon ile Tinkalkonit’ e dönüşür.
Bulunuşu :	Türkiye’de Kırka Boraks yataklarında cevher kütlesinin alt kısımlarında oluşmuştur. Renksiz, saydam, iğne biçiminde kristalleri grup halindedir.  Tek kristallerin uzunluğu 10 cm’ e ulaşır [5].