1

KİL MİNERALLERİ Bu çalışmada killer, minerolojik esaslar dikkate alınarak anlatılcaktır. Kil Mineralleri : Kil, genel olarak fillosilikat (tabaka silikat) karakterinde olup, su ile plastiklik kazanan, kuruduğunda ve ısıtıldığında sertleşen oldukça küçük taneli doğal malzemedir. Sadece sepiyolojik ve paligorskit (atapuljit) gibi killer zincir yapısı gösteren killerdir. Killer plastik özelliklerinden dolayı genel olarak istenilen şekle sokulabilirler. Kil minerallari çoğunlukla hidrosilikatlardır. Killer 5 ana gruba ayrılır: 1- Kaolinit(Kandites) Grubu 2- Simektit Grubu 3- İllit Grubu 4- Vermikülit 5- Poligorskit ve Sepiyolit

Kil Minerallerinin Minerolojisi :

1- Kaolinit Grubu Killer a) Kaolinit b) Dikit c) Nakrit d) Halloysit a) Kaolinit : Kaolinit kristalinin strüktürü ilk olarak Pauling (1930) tarafından ortaya atılmıştır. Strüktür, bir tek silika tetrahedral ve bir tek aliminyum oktahedral tabakasının oluşturduğu bir kafes yapısı şeklinden ibarettir. Şekil.1 ve 2’de bir tek tetrahedron ve oktahedronların oluşturduğu tabaka strüktürleri gözlenmektedir.

2

Şekil-1 : tek bir oktahedral hücre ve bunların tabakalanması

Şekil-2 : tek bir oktahedral hücre ve tabakalanmaları Şekil 3’de bir kaolinit kristalinin şematik görünümü çizilmiştir. Tetrahedron ve Oktahedronların dizilimi a,b ve c esksenleri boyuncada aynı şekilde devam etmektedir. Kaolinitin kimyasal formülü oktahedral ve tethedral tabakalar esasına göre AL2 Si2 O5 (OH)4 şeklinde yazılabilir. Oksit olarak yazıldığında kimyasal formülü : Al2O3. SiO2.2H2O şeklindedir.

3

Şekil-3 : Kaolinit kristalinin şematik görünümü (Gruner, 1932) Kaolinit grubu kil mineralleri, kristal yapılarının duraylı olması yani tetrehedral ve oktahedral tabalardaki elementlerin yerlerinin sağlam olması veya bunların ornatılmaması, ayrıca bünyelerine önemli oranlarda su almaması nedeni ile her zaman sabit bir kimyasal formüle sahiptirler. Bu nedenle oksit cinsinde yazıldığında saf bir kaolitinin kimyasal analizi çoğunlukla Al2O3 = % 39,5 SiO2 = % 46 ve Dikit ve Nakrit kristalleri, kaolinit gibi aynı kimyasal formüle sahiptirler. Ancak bunlarda tetrahedral ve oktahedral tabakalar özellikle a ve b eksenleri boyunca kaolinite göre farklı dizilim gösterirler. Kaolinit, dikit ve nakrit kristalleri Taramalı Elektron Mikroskopta, genellikle heksagonal tabaka şeklinde görülürler. Çoğunlukla beyazımsı ve bej renkte olan kaolinitin sertliği 2-2.5 ve yoğunluğu, 2,61-2,64 gr/cm3dür.

2 tip halloysit kristali mevcuttur. Birisi sussuz [ (Al4Si4O10) ] , diğeride sulu halloysittir. [ Al4Sİ4 (OH)8O10 4H2O] Sulu halloysitte tabakalar arasında su moleküllerinin oluşturduğu tabaka mevcuttur. Taramalı Elektron Mikroskopta halloysitler tüp veya yuvarlak kristaller şeklinde gözlenir. 2- Simektit Grubu Killer Simektit grubu killerde strüktür, iki silika tetrahedral tabakası arasına girmiş bir aliminyum oktahedral tabakadan ibarettir.(Şek.4) Bu killer oktahedral tabakadaki elementin diğerine ve elementlerin yerlerinin alınma şekline göre di-oktahedral simektitler ve tri-okta hedral simektitler olarak iki alt gruba ayrılır.

Di-Oktahedral Simektitler : - Montmoriilonit - Beyidellit - Nontronit Tri-Oktahedral Simektitler : - Saponit - Hektorit - Sosonit

4

Doğada en bol bulunan simektit grubu kil, montmoriilonitdir. Simektitlerde özellikle montmorillonitlerde tabaka arası değişebilir. Na+1 , K+ ve Ca+2 katyonlae mevcuttur. Özelliklede Na+1 ve Ca+2 montmorillonitlerde en çok rastlanan tabaka arası değişebilir katyonlardır. Montmorillonit bu özelliğinden dolayı sanayide oldukça fazla kullanım alanı bulmaktadır. Zira bu elementlerin yerini başka elementler veya organik malzemeler alabilir. Simektitlerde, tabaka arası sularda bulunmaktadır. Bu sular çoğunlukla 3000C de killerden uzaklaşırlar. Montmorillonitler içerdiği değişebilir katyon cinsine göre isimlendirilir.

Şekil-4 : Montmorillonit kristalinin şematik görünümü (Hofmann, Endell, Marshall, Hendricks, 1936)

5

Ca-Montmorillonit Na-Montmorillonit Sanayide montmorillonitler, bentonit olarak isimlendirilir. Ca-Bentonit ve Na-Bentonit gibi.

Simektit grubu killer, doğada bünyelerine önemli miktarlarda su alabilirler. Bünyesine en fazla su alan yani şişen kil, Na-montmorillonittir. Montmorillonitler, genel olarak yumuşak, kolay kırılan ve yağlanması bir izlenim verir. Sertlikleri 1-2, yoğunlukları 2-3 gr/cm3 olup çoğunlukla yeşilimsi renkte görülür. Beyaz, bej ve pembe renkte olan montmorillonitlerde vardır. Montmorillonitin kimyasal formülü 1 oktahedral ve 2 tetrahedral tabaka esasına göre aşağıdaki şekilde yazılabilir. (1/2 Ca, Na)0.7

(Al,Mg,Fe)4 [ (Si,Al)8 O20 (OH)4 nH2O ] Formülde görüldüğü gibi tetrahedral ve oktahedral tabakalardaki element replasmentleri, bu killerin sabit bir kimyasal formülünün olmadığını gösterir. Şöyleki bir kimyasal formülünün olmadığını gösterir. Şöyleki en saf simektit grubu killeri daha farklı kimyasal analizlere sahiptirler. Oldukça ince taneli olan simektit grubu killer Taramalı Elektron Mikroskopta kıvrılmış kritaller, Bal peteği görünümlü kristaller ve meşe yaprağı şeklindeki kristaller halinde gözlenirler. 3- İllit Grubu Killer İllit, sulu mika, fenjik, brammalik, glokanit, seladonit illitik grubu killerin strüktürü, aynı simektitlerde olduğu gibi 2 :1 şeklindedir. Yani bir aliminyum oktahedral tabaka iki adet silika tetrahedral tabaka içinde sandviç şeklinde bulunmaktadır. Burada en önemli husus bu üçlü tabakalar arasında sıkı şekilde bağlanmış K+ elementinin bulunmasıdır. (Şek.5) İllitin bu yapısı, mikalara özelliklede muskovitlere çok benzemektedir. Bu K+ elementinin illitin uzaklaştırılması simektitlerde uzaklaştırılan değişebilir katyonlar ( Na+ Ca+2 ) gibi kolay olmamaktadır. Ayrıca illitin tabaka aralarında çok az su veya hiç su olmaması nedeni ile 500ºC’ye kadar ısıtıldığı zaman bile illitin basal pikleri etkilemeyecektir. İllitlerin kimyasal formülü, 2 tetrahedral ve 1 oktahedral tabaka esasına göre aşağıdaki şekilde yazılabilir : K1-1,5 Al [ Si7-6,5 Al1-1,5 O20 ] (OH)4 Yukarıdaki formülde görüldüğü gibi, tetrahedral tabakadaki silisin yerine aliminyumun girmesi ve tabaka arası K+ iyonundaki yük değişimlerine göre illitlerin kimyasal analizleri farklılık göstereceklerdir.

6

İllitleri sertlikleri 1-2, yoğunlukları 2,6 – 2,9 gr/cm3 olup renkleride genellikle beyazdır.Yer yer pembemsi illitlerde gözlenmiştir. Taramalı Elektron Mikroskop İncelemelerinde, illitler düzgün kristaller halinde gözlenmez. Genellikle levhamsı ve çubuğumsu şekillerde gözlenir.

Şekil-5 : İllit kristalinin şematik görünümü

7

4- Vermikülit Vermikülitler esas olarak mika ve simektitlere benzerler. Ancak karekteristik davranışlardan dolayı ayrı bir mineral olarak tanımlanmış ve kabul edilmiştir. Genel kimyasal formülü aşağıdaki gibidir. (Mg,Cu)0.7 (Mg,Fe+3)6.0 [ ( Al,Si )8 O20 ) ] (OH)4 8H2O Vermikülit kristalleri, biyotite benzer. Yani pullar ve plakalar halindedir. Vermikülitler ısıtıldığında su moleküllerini kaybetmeye başlar ve devamında bu pullar açılmaya başlar. (exfoliated) Böylece gerçek yoğunluğundan (2,3 gr/cm3) daha hafif bir malzeme haline dönüşür. Vermikülitlerin sertlikleri 1,5’tır. Vermikülitlerin, sarı, kahverengi, yeşil veya grimsi renkte gözlenebilir. 5 -Paligorskit – Sepiyolit Grubu

Bu gruptaki minerallerin yapısı, piroksen ve amfibollerde gözlenen zincir yapısına benzer. Burada en önemli fark silisyum tetrahedrallerden oluşan zincirler arasındaki boşluklarda su moleküllerinin bulunmasıdır. Sepiyolit (Lületaşı) Genel Kimyasal Formülü : Mg4 ( Si6O15 ) ( OH )2 6H2O şeklinde olan bir magnezyum hidrosilikattır. Sertliği 2-2,5 , yoğunluğuda 2.0 gr/cm3 ‘dür. Genel olarak beyaz ve krem renklidir. Kuru halde iken suda yüzer. Yumuşak olması nedeni ile bıçak ile kesilebilir. Kompakt veya masif görünümlü olan sepiyolitler “lületaşı” , toprağımsı veya gevşek yapıda olan sepiyolitler ise “sanayi lületaşı” olarak isimlendirilirler. Sepiyolitler, Taramalı Elektron Mikroskopta uzun lifler halinde gözlenir. - Paligorskit (Atapuljit)

Kimyasal Formülü ; (Mg,Al)2 ( Si4O10 ) ( OH ) 2H2O + 2H2O Genel olarak kristal yapısı sepiyolite benzer. Rengi beyaz, grimsi beyaz, sarımtak olup ıslak olduğu zaman ise gri-yeşil tonları arası renkler gösterir. Sertliği 2-2,5 , yoğunluğu ise 2,2 gr/cm3 ‘dür. Taramalı Elektron Mikroskopta lifsi görünümlüdür.

8

KIL YATAKLARININ OLUSUMU Ikincil bir olusum olan kaolen grubu killerin olusumu, esas olarak ana kayaclarin sicak sular tarafindan H- metasomatizmaya ugratilmasi prensibine baglidir. H-metasomatizmasi; kucuk ve hareketli olan H+ iyonlarinin ana kayactaki katyonlarin (Fe, Mg, Ca, Na, K, Al ve Si) yerlerini almasi prensibidir. Kaolen grubu kil minerallerinin yogunlugu, ortamdaki analatik su miktarina dolayisi ile artan H+ iyonlarinin miktarina baglidir. K-feldispat ve plajioklaslar, genel olark kaolen, simektit ve illit grubu killerin olusmasini saglayan mineraller olup asit ve orta karekterdeki volkanik kayaclar, tufler, granotoyid karekterindeki kayaclar icerisinde en bol bulunan feldispat grubu minerallerdir. Bu minerallerin kaolenlesmesi, (alkali-iyon) / H+ oraninin dusuk olmasina gerekmektedir. Eger solusyon icinde eriyik halinde bulunan Na, K, Ca ve Fe hizla ortamdan uzaklasirsa, bu minerallerden kaolinit olusmaya baslar. Bu silikat minerallerinin hidrolizinde H+ iyonlarinin miktarlari artmakta ve hafif asidik ortamda Al2O3 ve SiO2 ‘ in cozunurlulugu azalmaktadir. Bu durumda, ortamda bulunan Al2O3 ve SiO2 artik yavas yavas kaoliniti olusturmaya baslayacaktir. Feldispatlarin hidrolik bozusmasi yani H-metasomatizmasi (Hemley and Jones,1964) tarafindan asagidaki formullerle gosterilmistir: 1.5 KAlSi3O8 + H+ = 0.5 KAl3Si3O10(OH)2 + 3SiO2 + K+ K-felspat K-mika Kuvars KAl3Si3O10 (OH)2 + H+ + 1.5 H2O = 1.5Al2Si2O5(OH)4 + K+ K-mika Kaolinit Na2CaAl4Si8024 + 4H+ + 2H20 = 2Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2 + 2Na+ + Ca+2 Plajioklas Kaolinit Kuvars 1.17NaAlSi3O8 + H+ = 0.5Na0.33Al2.33Si3.67O10(OH)2 + 1.67SiO2 + Na+ Albit Na-montmorillonit Kuvars 0.5Na0.33Al2.33Si3.67O10(OH)2 + H+ + 3.5H2O = 3.5Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2 + Na+ Na-montmorillonit Kaolinit Kuvars Yukarıdaki denklemlerden de acıkça görüldüğü gibi, feldispatların ilk alterasyonunda K-mika ( illit ) ve simektitler ( Na-montmorillonit ) oluşmaktadır. Bu durum zayıf bir H-metasomatizmayı ifade etmektedir. Ancak, ortamdan alkalilerin tamamen uzaklaşması

9

yani kuvvetli bir H-metasomatizma sonucu illitler ve simektitler tamamen kaolinite dönüşür. Bu prosesler sonucu feldispatlardan illitin ve kaolinitin oluşması mineral kimyası dikkate alındığında mümküm gözükmektedir. Ancak unutulmaması gerekli önemli bir husus. Simektit formasyonunun oluşabilmesi için ortamda muhakkak Mg+2 iyonlarının bulunması gerekmektedir. Ortama Mg+2 iyonları ofiyolitlerden, bazik karekterli kayaçlardan veya magnezyumlu minerallerden gelmiş olabilir.

Ayrıca simektitler, başka volkanik kayaçlar olmak üzere her türlü bazik magmatik kayaçlar, bazik volkanik camlar ve ofiyolitlerin doğrudan ayrışması sonucunda oluşurlar. Kaolinit, İllit ve Simektit Grubu Killerin Jenezi :

a) Günlenme (Weathering) b) Hidrotermal Alterasyon c) Göl veya Sulu Ortamlarda Alterasyon d) Sedimanter e) Kömür Altı Killeri (under clay) ve Diyajenetik sıralanabilir.

H-metasomatizma, yukarıda belirtilen ilk üç kil oluşumunda (Günlenme, Hidrotermal Alterasyon, Göl veya sulu Ortamlarda Alterasyon) hakim olan ana prosestir. a) Kısmen sıcak sular, yeryüzünde veya yüzeye yakın bir yerde ana kayaç

minerallerini altere ederek kil yataklarını oluşturur (Günlenme) b) Hidrotermal alterasyonda ise, sıcak sular meteorik karakterde olduğu gibi aynı

zamanda asidik magmatik karakterli sıcak sularda olabilir. Bu solüsyonlar, genellikle bir kırık, çatlak boyunca yüzeye dopru yükselip ana

kayacı alterasyona uğratmaktadır. c) Sulu bir ortama veya bir göl ortamına taşınan veya buraya tüf şeklinde çökelen

malzemelerin alterasyonu sonucu oluşan yataklardır. Bu tip ortamlarda, diyajenezde alterasyona eşlik etmiş olabilir.

d) Daha önce oluşmuş killerin, bir ortama çoğunluklada bir göl ortamına taşınıp yeniden kristallenmesi ve yeni bir yatak oluşturması Sedimanter (reworked) kil oluşumlarını ifade etmektedir. d) Kömür altı killeri (under clay) ve Diyajenez

Bu killer, kömürü oluşturan bitki kalıntılarından önce göl ortamına taşınmış detrik malzemelerin, kömürün oluşması sırasında açığa çıkan hümik asit ile

10

ayrışak oluşmuşlardır. Ayrıca diyajenetik prosesde alterasyonda kısmen rol oynamış olabilir.

- Vermikülitler, genellikle bazik ve ultrabazik kayaçlardaki flogopit, biyotit, klorit, piroksen ve amfibol gibi mafik minerallerin Hidrotermal Alterasyonu veya Günlenme (Yüzeysel Alterasyon = weathering) sonucu oluşurlar.

- Paligorskit – Sepiyolit - Genellikle jips ve dolomit ile birlikte yataklanan sepiyolitler, gölsel ortamda

kısmen sığ gömülmeye bağlı olan diyajenez ve çoğunlukla göl sularındaki elementlerin kimyasal çökelmesi sonucu oluştukları ifade edilmektedir. (Yeniyol, 1992), (Ece ve Çoban, 1994), (Kadir ve Baş, 1996)

Ortamda Al+3 iyonlarının bulunması durumunda , sepiyolit ile birlikte poligorskit kil minerallerde oluşur. - Serpantinler, manyezit çakıl ve bloklarının hidrotermal alterasyonu ve sedimanter

ortamlardaki diyajenezi ile Yumru şekilli sepiyolitler oluşur. ( Sarıiz ve Nuhoğlu, 1992)

11

12

13

14

15

16

17

18

KILLERIN KULLANIM ALANLARI Killer, tabakali yapilari, plastic ozellikleri, artan sicaklik karsisindaki davranislari, refrakter ozellikleri, isi ve basinc karsisindaki mukavemetleri, baglama ozellikleri, ve absorblama, bunyelerine su alma(sisme) ve iyon alis veris kapasiteleri gibi ozellikleri nedeni ile bircok kullanim alanlarina sahiptirler. Kil yataklari, cogu zaman saf halde bulunmazlar. Cogunlukla bunyelerinde serbest halde silica ( kuvars; kristobalit, tridimit vb.), demir mineralleri ( limonit, hematite, magnetit), titan mineralleri(anatas, rutil, ilmenit) ve sulfur mineralleri (pirit, alunit vb.) icerirler. Bu nedenle kullanimlarinda, genel olarak kimyasal analizleri onemli rol oynamaktadir. Ayrica kaolin grubu killerde Al2O3 miktari cok onemlidir. Bu miktar % olarak ne kadar fazla olursa o kaolin daha kalitelidir denebilir. Kaolen: Seramik Sanayi ( Yer ve Duvar Karosu, her turlu saglik gerecleri, her turlu porselen uretimi, cimento, kagit, boya, ilac, gubre, tekstil, refrakter malzeme uretimi, absorbent, katalizor, cevre, kerpic, tugla ve kiremit uretiminde. Montmorillonit (Bentonit): Sondaj camuru, Dokum Sanayi, Pekmez uretiminde pekmez kili olarak, sarap ve bira gibi ickilerinve ayrica meyve sularini berraklastirilmasinda, zeytinyagi, aycicegi yagi, misir ozu yagi gibi yaglarin renklerinin giderilmesinde, kedi topragi olarak kullanilmasinda, Kanalizasyon sularinin arindirilmasinda yani cevrede, su kacaklarinin onlenmesi icin barajlarda, seramikte yer ve duvar karosu, ilac, gubrede, kagit, lastik, Portland cimento, deterjanda (ozellikle beyaz bentonitler), tugla kiremit uretiminde. Illit: Seramik Sanayi, kagit, gubre, boya, kimya endustrisi, petrol islenesinde katalizor olarak, rekrater malzeme uretimi, tugla ve kiremit. Vermikulit: Isi ve Ses Yalitiminda, gubre, jipsle karistirilarak siva harci uretiminde, Elektrik izalatorlerinde, Refrakter sanayisinde, Filtre ve Absorbent sanayisinde, Boya. Atapuljit: Absorbent Endustrisinde( Ozellikle kedi topragi olarak), filtre sanayisinde koku renk giderici olarak, Sondaj camurunda, Boyada. Yumrulu Sepiyolit (Luletasi): Pipo ve cesitli sus esyasi yapiminda, Sanayi Sepiyoliti(Tabakali Sepiyolit) : Buyuk kismi koku ve nem emici ozelliginden dolayi kedi topragi olarak (absorbent), Oto boya imalinde, Fuze ve uzay araclarinin baslik ve ic kaplamalarinin yalitilmasinda, hafif yapi malzemesi uretiminde, ozel siva malzemesi uretiminde .

19

TÜRKİYE’DEKİ ÖNEMLİ KİL YATAKLARI Kaolen Yatakları: İstanbul-Şile İstanbul-Kemerburgaz İstanbul-Agaçlı Balıkesir-Sındırgı Bilecik-Sögüt Eskişehir-Mihallıccık Kütahya-Emet Kütahya-Altıntaş Çanakkale-Çan Uşak-Karaçayır Aksaray-Güzelyurt Nevsehir-Avanos Ordu-Ulubey Bursa-Kemalpasa Konya-Ilgın Turkiye’de işletilebili görünür kaolen rezervi 500 Milyon Ton civarındadır. Bu kaolenlerin Al2O3 oranları %11 ile %34 arasında degişmektedir. Bentonit : Tokat-Reşadiye-Akdogmuş Ordu-Fatsa Ordu-Unye Edirne-Enez Ankara-Kalecik-Hancılı Konya-Saglık Çankırı-Eldivan Çankırı-Ilgaz Gıresun-Tirebolu Çankırı-Çerkeş Çorum-İmirli-Tirkeş Türkiye’de işletilebilir görünür 600 Milyon ton üzerinde bentonit rezervi bulunmaktadır. Illit: Türkike’de önemli illit oluşumları Konya-Doganhisar ‘da gözlenmiştir.

20

Sepiyolit: Eskişehir-Sepetçi-Söğütcük Eskişehir-Nemli Eskişehir-Margı Eskişehir-Sivrihisar-Sığırcık-Kurtşeyh Eskişehir-Oglakcı Konya-Yunak Isparta-Gelendost Türkiye’de önemli , Vermikülit ve Paligorskit yatakları mevcut degildir.