3 Ekim 2007 Çarşamba

Zeolitler

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: