Tanım
"Zeolit" kelime olarak "Kaynayan Tas" anlamındadır. Isıtıldığında patlayarak dağılması nedeni ile bu isim verilmiştir.
Zeolit, volkanlardan çıkan külün milyonlarca yıl önce alkalin/tuz göllerinde depolandığı zaman oluşmuş doğal bir madendir. Zaman içinde, volkanik külün göldeki tuzlarla etkileşimi külü değişikliğe uğratarak zeolit madeninin oluşmasına neden olmuştur. Zeolit, birçok gazları, nemi, petro-kimyasalları, ağır metalleri, düşük seviyeli radyoaktif elementleri ve çeşitli solüsyonlari emme ve çekme kapasitesine sahip mükemmel bir mineraldir. Zeolitin içindeki kanallar, kendi içinde kimyasal reaksiyonların gerçekleşebileceği geniş alanlar sağlar. Kristalin içindeki boşluklar ve kanallar hacminin %50’sini kaplar. Zeolitler iyonlar yada gaz molekülleri gibi büyük miktarlarda maddeleri çekebilir yada tutabilir. Bu da zeoliti belirli iyonlar arasında değişim sağlamak amacıyla kullanabileceğimiz anlamına gelir.
Mineral türü olarak 1750'lerden bu yana bilinen doğal zeolitler, kristal yapıları, x-ışınları kırınımı, I.R. (kızıl ötesi) absorbsiyonu, nükleer manyetik rezonans, elektron spin rezonans gibi yöntemlerin geliştirilmesi sayesinde ancak 1930'larda çözümlenebilmiştir. Yaygın kullanım alanlarının varlığı ve büyük pazar potansiyeline
rağmen bir çok pazar alanında daha yeni yeni kabul görmeye başlamıştır. Doğal
zeolitlerin, tabiatta büyük rezervler halinde bulunup, isletilmesi diğer madenlere göre
daha kolay ve ucuzdur. Buna rağmen doğal zeolitlerin istenilen saflık ve gözenek
çaplarında olmamaları nedeni ile dünya pazarında tam yerini alamamıştır. Bu nedenle yapay zeolitlerin kullanım alanı daha geniştir. Yapay zeolitlerin birden bu kadar geniş ve teknolojik olarak önemli kullanım
alanlarinin ortaya çıkmasına karşın üretim maliyetlerinin pahalı olması, büyük
miktarlarda üretim yapılabilecek doğal zeolitlerin arama çalışmalarını hızlandırmıştır.
Yine Union Carbide yerbilimcileri tarafından, 1958 yılında ticari olarak kullanılabilecek
tortul kayaçlar içindeki ilk doğal zeolit yatakları bulunmuştur.
1756 yılında İsveçli mineralog Freiherr Axel Fredrick Cronstedt'in bir bakır madeninde
yeni bir mineral bulmasıyla tanınan doğal zeolitlere, iki asır boyunca, yalnız volkanik
kayaçların boşluklarında yer alan aksesuar mineral gözü ile bakılmış ve kristal
yapısının analizi yapılmamıştır. 1940-1945 yıllarında sabazit ve mordenit üzerinde
yapılan çalışmalarla zeolitlerin seçimli yüze soğurma ve gaz ayrımları için olağanüstü
potansiyelleri ortaya konularak önemli endüstriyel uygulama alanları ve ticari
potansiyelleri belirlenmiştir. Ancak endüstriyel kullanımı bu kadar önemli olan zeolit
minerallerinin, doğada volkanik kayaçların boşluk ve çatlaklarındaki miktarının geniş
çapli endüstriyel uygulamalar için yetersiz olmasi, bilim adamlarini yapay zeolit
üretme olanaklarını araştırmaya itmiştir. Bu amaçla, 1948 yılında Union Carbide
Corporation tarafından başlatılan zeolit sentezine yönelik araştırmalar olumlu
sonuçlanmış ve doğal zeolitlerden çok daha iyi özelliklere sahip yapay zeolit kristali
(Linda A) üretilmiştir. Bugün 150'den fazla yapay zeolit minerali mevcuttur.
Herhangi bir zeolit kristalinin en küçük yapı birimi SiO4 veya AlO4
tetraederleridir. Si ve Al tetraederlerinin oluşturduğu birincil yapı ünitelerinin
birleşmesi ile tek ve çift halkalı ikincil yapı üniteleri ve yüksek simetrili parametreler
meydana gelir. Bu polieder ve ikincil yapı ünitelerinin üç boyutta değişik şekillerde
dizilmesi ile de mikro gözeneklere sahip zeolit iskeleti ortaya çıkar. Poliederler ve
bunları birbirine bağlayan ikincil yapı üniteleri arasında yer alan bu mikrogözenekler
mikropencerelerle birleşip bir, iki veya üç boyutlu boşluk sistemleri ve/veya kanalları
oluşturur. Boşluk miktarı toplam hacmin %20'si ile %50'si arasındadır. Zeolit
minerallerinin en önemli özelliği; bu boşluklar ve bu boşluklara kolayca girebilen ve yer değiştirebilen sıvı ve gaz molekülleri ile toprak alkali iyonlardan ileri gelen
"moleküler elek" olmalıdır.
Polieder ve ikincil yapı ünitelerinin farklı olması veya ayni yapı ünitelerinin üç boyutlu
farkli sekilde baglanmalari degisik kristal yapisina zeolit türlerinin ortaya çıkmasına
neden olur. Bu şekilde ayni kimyasal bileşime sahip olan zeolit minerallerinin
fizikokimyasal özellikleri değişik olabilmektedir. Bugün için 40 adet doğal zeolit
minerali bilinmektedir.
Ülkemiz büyük rezerv potansiyeline sahip olmasına rağmen, tespit edilenlerin
rezervleri, kullanım alanları ve teknolojik özellikleri tam olarak araştırılmamıştır.
Yaşadığımız dünyada çok çeşitli kullanım alanları bulunan zeolitler sık sık gündeme
gelmektedir. Bu nedenle Türkiye'nin bundan yararlanması için zeolit araştırmalarının
hızlandırılması gerekmektedir.
Zeolitlerin kullanım alanları:
Zeolitlerin endüstriyel alanlarda kullanılabildiği 1940'li yıllarda ortaya konulmasına
rağmen tali mineral olarak volkanik kayaçların boşluk ve çatlaklarında bulunduğunun
bilinmesi kullanımlarını sınırlamıştır. Ancak 1950'li yıllardan sonra denizel ve gölsel
tüflerin de zeolit içerdiklerinin saptanmasıyla, doğal zeolitlerin kullanım alanları hızla
genişlemiştir.
Zeolitlerin baslıca fiziksel ve kimyasal özellikleri olan; iyon değişikliği yapabilme
adsorbsiyon ve buna bağlı moleküler elek yapısı, silis içeriği, ayrıca tortul zeolitlerde
açık renkli olma, hafiflik, küçük kristallerin gözenek yapısı zeolitlerin çok çeşitli
endüstriyel alanlarda kullanılmalarına neden olmuştur.
Son yıllarda önemli bir endüstriyel hammadde durumuna gelen doğal zeolitlerin bu
özelliklerinden biri veya birinden fazlasının istediği kullanım alanları: kirlilik kontrolü,
enerji, tarım-hayvancılık, maden-metarlurji ve diğer alanlar olmak üzere 5 ana
bölümde toplanabilir.
Kirlilik Kontrolü:
Son yıllarda zeolit mineralleri iyon değiştirme ve adsorbsiyon özellikleri nedeniyle
kirlilik kontrolünde gün geçtikçe daha fazla kullanılmaktadır.
a- Radyoaktif Atıkların Temizlenmesi
Nükleer santral atıklarında bulunan ve çevre sağlığı açısından tehlikeli olan Sr90,
Cs137, Co60, Ca45 gibi izotoplar, zeolitlerle tutulabilmektedirler. Böylece atik sudan
alınan radyoaktif atıklar, zeolitle birlikte gömülerek zararsız hale getirilmektedir. Bu
alanda asitlere dayanıklılıkları nedeniyle klinoptilolit ve mordenit kullanılmaktadır.
b- Atik Suların Temizlenmesi
Şehir ve endüstri tesislerin atik sularında bulunan azot, balık ve diğer su faunasına
toksik etki yapmanın yanı sıra bu faunanın beslenmesi için gerekli alglerin üremesini
de engellemektedir. Bu nedenle atik sularda bulunan azot ve istenmeyen bazı ağır
metal katyonları (örnegin Pb++) zeolitler tarafından tutulmaktadır. ABD'de klinoptilolit
kullanılarak atik sulardaki amonyum %99 oranında temizlenmektedir.
Ayrıca sulama ve sel suları, azotlu gübreler nehir ve gölleri kirletmektedir. Bunu önlemek için doğal ve suni gübreler, klinoptilolitle karıştırılarak kullanıldığında azotun fazlası tutularak zararsız hale getirilmekte ve gübre kullanımında tasarruf sağlanmaktadır.
c- Baca Gazlarının Temizlenmesi
Petrol ve kömür kullanan tesislerin bacalarından çıkan CO2 ve diğer kirletici gazlar
zeolitlerin emici özelliği ile ayrılabilmektedir. Mordenit ve klinoptilolitin bu
alanda çok iyi sonuçlar verdiği yapılan çalışmalarla ortaya konmuştur.
d- Petrol Sızıntılarının Temizlenmesi
Kirlilik kontrolü uygulamalarında yeni gelişen bu alanda aktifleştirilmiş zeolit,
genleştirilmiş perlit, sodyum karbonat, tartarik asit ve %20 metilsiloksan içeren bir
bağlayıcıyla peletlenmiş halde kullanmaktadır. Özgül ağırlığı 0.5 gr/cm3 ve yag
absorbasyon kapasitesi 0.97 gr olan bu malzeme, 200 saat suda yüzebilmekte ve
yüzeydeki petrolü absorbe etmektedir.
e- Oksijen Üretimi
Yasam için gerekli olan oksijenin azalmasına yüzyılımızın sorunlarından olan su ve
hava kirliliği neden olmaktadır. Akarsu ve göllerdeki oksijen eksikliği, bu ortamlarda
yasayan balık ve bitkilerin yok olmasına neden olurken kapalı bir mekandaki oksijen
azlığı insan sağlığını tehdit etmektedir. Bu durumlarda zeolitlerin azotu seçimli
adsorblama özelliklerinden yararlanarak bu ortalamalara oksijence zenginleştirilmiş
hava sağlanabilmektedir. Oksijen üretiminde, daha çok sentetik zeolitlerden
yararlanılmakla birlikte, doğal zeolitlerden özellikle mordenit ve bazi klinoptilolitlerle
sabazit de kullanılabilir görülmektedir.
Enerji:
Dünyanın gittikçe büyüyen enerji ihtiyacı; kömür ve petrol yanında nükleer ve güneş
enerjisi gibi kullanılan ve ayni zamanda da geliştirilmekte olan değişik kaynaklardan
karşılanmaya çalışılmaktadır. Bu kaynakların enerjiye dönüştürülmesi esnasında
sentetik ve doğal zeolitlerden faydalanmaktadır.
a- Kömür işlemesinde
Kömür ihtiyacının gün geçtikçe artması kaliteli ve kolay isletilebilir rezervlerin
azalması, çok derinde bulunan veya kükürtçe zengin kömür yataklarının isletilmesini
zorunlu kılmaktadır. Bu tür yataklarda, kömür yer altında yakılarak gazlaştırılır ve
elektrik enerjisine çevrilir. Bu alanda zeolitler kömürün yer altında yakılabilmesi için
gerekli oksijenin üretilmesinde ve yanma sırasında oluşan SO2'nin yanında patlayıcı
özellikteki azotoksit ve hidrokarbonların temizlenmesinde kullanılabilmektedir. Ancak
yaygın değildir.
b- Doğal Gazların Saflaştırılması
Zeolitler, 1969 yılından beri kirli veya saf olmayan doğal gazlarından CO2'in
uzaklaştırılmasında kullanılır.
c- Güneş Enerjisinden Faydalanma
Zeolitlerin sıcaklığa bağlı olarak su verip alma özelliklerinden yararlanarak, klinoptilolit
ve sabazit üzerinde yapılan uygulamalarda, küçük yapıların ısıtılması ve klimatize
edilmesi, diğer bir deyişle, zeolitlerin güneş enerjisinin transferinde isi değiştirici
olarak kullanılması mümkün görülmektedir.
d- Petrol Ürünleri Üretimi
Burada genellikle, adsorbsiyon kapasiteleri ve etkin gözenek çapları doğal zeolitlere
göre daha yüksek olan sentetik zeolitler kullanılmakla birlikte petrol
ve gaz içeren alanların aranması ve paleoortam koşullarının belirlenmesinde önemli
bilgiler veren doğal zeolitler, petrol ve gaz üretimi ile bunların rafine edilmesinde bazı
özel uygulamalarda kullanılabilmektedir. Tabii gazlardan su ve CO2 mordenit, sabazit
ve klinoptilolit kullanılarak ayrılmaktadır. Ayrıca doğal zeolitlerden petrol
rafinasyonunda yararlanılabilecek nitelikte katalizörler üretilmiştir.
Tarım ve Hayvancılık:
Zeolitli tüfler, gübrelerin kötü kokusunu gidermek içeriğine kontrol etmek ve asit
volkanik toprakların pH'nin yükseltilmesi amacıyla uzun yıllardan beri kullanılmaktadır.
a- Gübreleme ve Toprak Hazırlanması
Doğal zeolitler, yüksek iyon değiştirme ve su tutma özellikleri nedeniyle toprağın tarım
için hazırlanmasında, çoğunlukla kil bakımından fakir topraklarda yaygın biçimde
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder