Olivin Nedir?

Olivin içeren en önemli kayaç dünittir. Sanayide dünitlerin Mg'ca zengin olan Forsterit cinsi kullanılmaktadır. Dünitler 95–99 arasında olivin geriye kalan 1–5 kısmı da piroksen, serpantin, klorit ve spinel'den oluşur.Olivin madenciliği diğer mineraller ile karşılaştırıldığında yeni sayılır. Avrupa ve Japonya’da çelik,döküm,aşındırıcı,refrakter v.s sanayinde büyük boyutlarda kullanımına bağlı olarak stratejik bir mineral haline gelme yolundadır. Çin’in de çelik üretiminin Avrupa standartlarına ulaşabileceği düşünüldüğünde bu önemin daha da artacağı şüphesizdir.

Dünya’da 4 milyon ton olan olivin arzının 3,3 milyon tonu Avrupa’da üretilip buradan dünya ülkelerine ihraç edilerek tüketilmektedir. Bu özelliklerinin yanı sıra yerini alabileceği minerallerden ucuz olması da sanayide kullanma şansını artırmıştır. Diğer önemli bir unsur da kütleler halinde bulunan dünitlerin (olivin) açık işletmeye uygun olmalarının yanı sıra, krom cevherinin zenginleşmesi sırasında yan ürün olarak doğrudan elde edilmesidir. Bu da işletme maliyetlerinde önemli düşüşler sağlayabilmektedir. Olivin en fazla entegre demir-çelik fabrikalarında cüruf düzenleyicisi ve sinterleşme derecesini düşüren bir hammadde olarak kullanılmaktadır. Bu özelliği ile çelik üretiminde yüksek fırınlarda, sinter fırınlarında ve pelet tesislerinde üretim sırasında kullanılan kok miktarında azalmadan dolayı yaklaşık 20 kadar kok enerji tasarrufu sağlamakta bu nedenle üretim artışına sebep olmaktadır.

Olivinin, diğer bir kullanım alanı da refrakter sanayiidir. Forsterit tuğla, ateşe dayanıklı olivin bağlı püskürtme ve dövme harçların yapımı, yapı kimyasallarının üretimi ve çeşitli refrakter yapı ve malzemelerin imalinde de önemli miktarlarda olivin kullanılmaktadır. Olivin malzemesi, önümüzdeki yıllarda abrasiv aşındırıcı olarak kullanılan ve çevreye olumsuz etkisi olan metal curuflarının (GRİD) ve silika bazlı (KUVARS) malzemelerinde yerini alacaktır. Çevre dostu olan bu malzeme yukarıda bahsi geçen özelliklerinden dolayı, döküm sektöründe kalıplama ve maça kumu olarak eşdeğeri pahalı ve çevreye zararlı malzemelere karşı kullanılmaya başlayarak markette yerini almaya başlamıştır.

Dünya'daki gelişmiş ülkeler sağlık ve çevre konusunda düzenledikleri yasalar ile serbest silis içeren mineral veya hammaddelerin kullanımını yasaklama yoluna gitmişlerdir. Bu nedenle döküm sanayi ve aşındırıcı özelliğinden dolayı binaların, köprülerin ve benzeri çeşitli yapıların temizlenmesinde kullanılan kuvars kumları yerlerini olivine terketmeye başlamışlardır. Yoğunluğunun fazla olması nedeni ile petrol platformlarını dengede tutma amacıyla yapılan sütunların çimentosunda ayrıca tren yollarının temelinde duraylılığı sağlamak amacıyla da balast taşı olarak önemli miktarlarda olivin kullanılmaktadır. Son yıllarda ısı ve ses yalıtımı sağlamak amacı ile kaya yünü olarak da olivin kullanılmaya başlanmıştır. Ayrıca özel boya ve beton üretiminde de kullanımı için çalışmalar başlatılmıştır. Ülkemizde dünit Guleman-Kef, Adana-Karsantı (Kızılyüksek), Bursa-Orhaneli, Muğla-Fethiye, Köyceğiz, Beyşehir yörelerinde mostralar vermektedir. Ülkemizdeki bu oluşumlardan Konya-Beyşehir, Muğla-Köyceğiz ve Orhaneli-Bursa yörelerinde bulunan olivin oluşumları işletilmektedir.

Olivinin Tanımı ve Sınıflandırılması

Ortorombik sisteminde kristalleşen olivin grubu mineraller esas olarak Mg⁺² ve Fe⁺² silikatlardan ibaret olup orto-silikat grubunda yer alırlar. Mg⁺² ve Fe⁺² in baskın olduğu uç mineraller Mg₂SiO₄ (Forsterit) ve FeSiO₄ (Fayalit) olarak isimlendirilmişlerdir. Kısacası olivin söz konusu olduğu zaman forsterit ve fayalit akla gelmektedir. Bu uç mineraller arasında teforit (tephorite, Mn₂SiO₄), fayalit-knebelit (fayalite-knebelite, FeMnSiO₄), pikroteforit (picrotephorite), montisellit (monticellite), kirstenit (kirchsteinite, CaFeSiO₄), glokokroit (glauochroite, CaMgSiO₄) gibi mineraller de bulunmaktadır. Ancak forsterit ve fayalit dışındaki olivin mineralleri tabiatta çok yaygın olarak bulunmazlar. Doğada tamamen forsterit ve fayalitten oluşmuş mineral bulmak oldukca zordur. Bu sebeple kristaller isimlendirilirken içerdiği forsterit miktarı (Fo) ile belirtilmekte, yani Mg'un Fe'e oranı esas alınmaktadır. Bu değerler Henriques (1958), Bowen ve Schoirer (1935) ve Bloss (1952) tarafından forsterit için Fo100-10 ve fayalit için ise Fo10-0 olarak tesbit edilmiştir. Olivin genellikle yeşil ve koyu yeşil renkte olup oldukça sert bir mineraldir. Güneş ışınları ve atmosferik şartlar ile renk, açık yeşile dönüşür. Sertliği Mohs'un kıstasına göre 6,5-7'dir. Yoğunluğu da içerdiği Fe miktarına göre 3,22 ile 4,40 gr/cm3 arasında değişmektedir.

Olivinler, özellikle Mg'lu olivinler, çoğunlukta ultrabazik ve bazik kayaçlar içerisinde bulunurlar ve mağmada ilk kristalleşen minerallerdir. Olivin, ultrabazik (peridotit) kayaçlar içerisinde en fazla dünitler içerisinde bulunur. Teorik olarak dünit içerisindeki olivin miktarı 95-99 arasındadır. Dünitler genel olarak kütleler halinde, bazen de harzburjitler içerisinde dayklar şeklinde bulunurlar. Fe'ce zengin olivinlere yani fayalite çoğunlukla ferrogabrolarda, siyenitlerde, asidik ve alkali volkanik kayaçlarda rastlanmaktadır. Ayrıca dolomitlerin sıcaklık altında metamorfizmaya uğramaları sonuçunda da Mg'ca zengin olivinlerin oluştuğu bilinmektedir. Dünya'da olivinler ile ilgili çalışmalar teknolojik özelliklerinden dolayı Mg'ca zengin (forsterit) olivinler üzerinde yoğunlaşmıştır. Doğal olarak saf forsterit bulmak oldukça zordur. Bu nedenle sanayide forsterit miktarı fazla olan olivinler tercih edilmektedir. Sanayide kullanılmakta olan olivinlerde genel olarak MgO miktarının 42'nin üzerinde, toplam Fe-oksitlerin (demir oksitler) miktarının da 7-8'den fazla olmaması istenmektedir. Ayrıca SiO2 miktarının 38–42 arasında, diğer metal oksitlerin toplamının 3'den az ve ateş kaybının da 1 civarında olması istenmektedir. Saf forsterit bulamamanın yanında diğer bir problem de olivinlerin çeşitli etkenler sonucu kolayca bozuşmaya yüz tutarak çoğunlukla serpantin ve kısmen talk minerallerine dönüşmesidir. Serpantinleşen olivinler, serpantinleşmenin derecesine göre bünyelerine değişik oranlarda su alırlar. Şöyle ki tamamen serpantinleşmiş olivinlerde bu oran 14'e kadar çıkmaktadır. Serpantinleşerek bünyelerine su alan olivinlerin sertlikleri ve yoğunlukları önemli ölçüde azalmakta, bu da refrakterlik ve aşındırıcı özelliklerini azaltmaktadır. Ayrıca yapıları sağlamlaştırmak için, özellikle demiryollarında temellerin sağlam olması için balast taşı şeklinde döşendiklerinde ve yine yoğunluklarının azalması dolayısıyla petrol platformlarında kullanıldığında denge sorunları ortaya çıkacaktır.

Olivinin tüketim alanları aşağıdaki şekilde sıralanabilir.

a) Demir-Çelik Sanayii: Günümüzde olivinin en çok kullanıldığı alan demir-çelik endüstrisidir. Bu endüstri dalında olivin yüksek fırınlarda parça şarjı yapılarak, fırın metalurjisini ve curuf düzenleyicisi olarak kullanılmaktadır. Yüksek fırınlarda çelik üretimi için demir cevheri ve kok kömürü kullanılmaktadır. Ancak bu hammaddeler yeteri derecede saf değillerdir. Bu nedenle yüksek fırına giren hammaddelerin yeteri derecede erimesi ve cürufa karışması gerekir. İşte ilk planda gerekli olan ergimede olivinin eritici olarak büyük rolü olmaktadır. Cüruf içinde genellikle kireç (CaO), magnezyum (MgO), silika (SiO₂) ve alümina (Al₂O₃) bulunmaktadır. Bu elemanlar kısmen, bulundukları oran itibari ile safsızlıkların ortamdan uzaklaşması için rol oynamaktadırlar. Burada "baziklik oranı" oldukça önemlidir. Bazik oksitlerin (genellikle CaO+MgO), asit oksitlere (SiO₂+Al₂O₃) oranının 0,8–1,2 arasında olması tercih edilmekte ve sülfür ve fosfat gibi safsızlıkların bu durumda en fazla miktarlarda cüruftan uzaklaştığı ileri sürülmektedir. Silika ve alümina genel olarak yüksek fırına konan demir cevheri içerisinde safsızlık şeklinde bulunur. Ancak baziklik oranını azaltmak için bazen fırına doğrudan kuvars kumu konur. Kireçtaşı, dolomit veya olivin eklenerek bazik oranı ayarlanır.

Olivinin konması ile cürufun MgO değeri artar ve dolayısiyle akışkanlığıda artmış olur. Ancak cürufun bazikliğinin değişmemesi gerekir. Zira MgO ve SiO₂ miktarları aynı oranlarda konmuş olmaktadır. Bu nedenle olivin, düşük silikalı demir cevherlerinin izabesinde dolomitin yerine çok rahat bir şekilde kullanılabilir. Olivindeki yüksek MgO değerlerinin, cüruf vizkositesinin yüksek fırındaki malzemelerin kompozisyonuna bağlı kalmaksızın hareket etmesini sağlaması diğer bir avantajdır. Dolomitte bu durum söz konusu değildir aynı zaman da dolomit kullanıldığında curuf hacmi artarak üretim kaybına sebeb olmaktadır. Diğer taraftan olivin kullanıldığı zaman fırında bir başlangıç ısısına gerek bulunmamakta ve ayrıca da olivinin ateş kaybı dolomitten oldukça düşük olmaktadırAyrıca olivinin sinterleşmeye oldukça büyük katkıları olmaktadır. Şöyle ki olivin sinter tesislerinde kullanıldığında sinterleşme derecesini düşürmekte, böylece enerji kaynağı olarak kullanılan kok tüketimi azalmakta ve sinterin sertliğinin artmasıyla kapasitenin artması sağlanmış olacaktır. Bu süreç ayrıca, demir minerallerinin fırında homojen bir şekilde dağılmasını sağlamış olacak ve böylece safsızlıkların ortamdan uzaklaşmasında daha kolay olacaktır. Olivinin diğer bir özelliği de fırındaki alkalilerin bir araya toplanmasına mani olmaktır. Çelik sanayinde olivin içeren pelletlerin kullanıldığı da bilinmektedir.

b) Refrakter Sanayi : Yüksek ergime derecesinden dolayı olivinden forsterit tuğla yapımı 1930 yılından beri sürdürülmektedir. Forsterit tuğlanın refrakterlik derecesi 1890 °C civarında olup başta demir-çelik sanayinde , çimento sektöründe ve yüksek ısının gerektirdiği birçok fırında emniyet astar tuğlası ve monolitik refrakter malzeme yapımında kullanılmaktadır. Potaların iç kısmının kaplanmasında da olivin kullanılır.Ancak olivinin yüksek fırınlardaki cürufa (yüksek CaO içeren fırınlarda) karşı fazla mukavemet göstermemesi nedeniyle genellikle doğrudan çelik yüzeyle temas yerlerinde değil de emniyet astar tuğla ve malzemesi olarak, az sıcak kesimlerinde ve taban kısımlarında kullanılmaktadır. Son yıllarda A/S Olivin isimli Norveç firması ki 2004 tarihinde NCM (North Cape Minerals) şirketi A/S Olivin firmasını özelleştirme sonucunda satın alarak, NCM firması adı altında markette yerini almıştır. Bu firma Olifrit adı altında yeni bir malzeme üretmektedir. Bu malzeme olivinin kırılıp öğütülmesinden sonra sinterleşmesi sonucu elde edilmekte ve elektrikli fırınların kırılan yerlerini tamirde kullanılmaktadır. Demirçelik sektöründe kullanılan tundişlerin (tundish) potalarda, refrakter kaplama ve püskürtme harcı şeklinde, magnezitle birlikte dolgu malzemesi olarak önemli miktarlarda olivin kullanılmaktadır. Refrakter sanayiinde fosterit tipi tuğla üretimlerinde değişik oranlarda olivin, dolgu malzemesi olarak da kullanılmaktadır. Bu tuğlalar, değişik oranlardaki olivinle fosfat, karbon, krom gibi minerallerin inorganik maddeler veya reçine ile bağlanmaları sonucu oluşturulmaktadır. Bunlara kimyasal bağlı tuğlalar denir. Refrakter endüstrisinde manyezitten oluşmuş refrakter tuğlanın kullanılması gayet doğaldır. Zira manyezitin refrakterlik derecesi (2000 °C'nin üzerinde) olivininkinden daha yüksektir. Ancak olivine nazaran daha pahalı olması zaman zaman manyezit ile belirli oranlarda karıştırılarak maliyet düşürülerek olivinin kullanılması gündeme gelmektedir. Olivin, ayrıca çöp ve benzeri artık malzemelerin yakılıp kül haline getirildiği fırınların imalinde de; özellikle A.B.D.'de, Avustralya'da ve Pasifik Kıyısı ülkelerde bol miktarlarda kullanılmaktadır.

c) Döküm Sanayi : 1970'li yıllarda Avrupa'da döküm sanayisinde çok miktarda kullanılmakta olan zirkon ve kromitteki yüksek fiyat artışları, olivinin bu sanayi dalında maça ve kalıp kumu olarak pazar bulmasına neden olmuştur. Esasen döküm sanayinde en fazla kuvars kumu kullanılmaktadır. Ancak döküm sırasında dökülen metalik malzemelerle kalıp arasında, problemli durumlarda olivinden yapılmış kalıplar tercih sebebidir. Kuvars kumları, döküm sırasında metal ile reaksiyona girmekte, olivin kalıp ise metalin bünyesine girmesine müsaade etmemektedir. Özellikle manganez çelik dökümünde sadece olivinden yapılmış kalıplar kullanılmaktadır. Zira silis kumu döküm sırasında düşük ergime sıcaklığına sebep olmakta, bu da çeliğin kum üzerinde sinterleşmesine neden olmaktadır. Bu nedenle önce çelik üzerinde yanmalar olacak, sonrada çelik yüzeyinde delikler meydana gelecektir. Olivin ise manganez çelik ile düşük ergime fazı oluşturmaz. Döküm imalinde, olivin kumuna zaman zaman düşük oranlarda krom ve zirkon katılabilir.

Döküm sanayinde olivinin silis kumuna göre avantajlı yönleri aşağıdaki şekilde sıralanmıştır. -Isı karşısında oldukça düşük ve tekdüze genleşme göstermektedir. Bu durumda genleşmeden dolayı meydana gelebilecek olan hatalarda azalma olur. -Düşük ısı genleşmesine sahip olması nedeniyle bağlayıcı olarak sadece bentonit ve suyun 3 miktarlarında olması yeterli olacaktır. -Termal şoka karşı sürekli mukavemet göstermekte. -Daha kolay şekillendirilebilmekte. -Kısmen köşeli parçalardan oluşması daha fazla Kuru Kırılma Dayanımı (Green Strength) göstermesine neden olmakta. -Silis kumları silikosis denen hastalığa neden olmakta, olivinle çalıştığında böyle bir sorun ortaya çıkmamakta. -Olivin işlem sırasında oldukça iyi kalsine olduğundan, bünyelerine oldukça az miktarda su kabul etmekte ve bunun sonucu olarakta yeniden kullanımı da kolay olacaktır. Genel olarak döküm kalıbı ve onun iç kısmında un halinde (200-300 mesh'lik yani 74-50 mikron arası) olivin kullanılmaktadır. Bu durumda refrakter özellikte olan kaplama, dökümün kalıptan kolayca çıkmasını sağlamış olacaktır.

d) Aşındırıcı olarak kullanımı : Yoğunluklarının 3,3-3,5 gr/cm3, sertliklerin 6,5-7 ve genellikle köşeli tanelere sahip olmaları ve özellikle çevre kirletme gibi bir problemi olmadığından olivinlere belirgin aşındırıcı özellikler kazandırılmıştır ve kullanılmasının yaygınlaşmasına sebeb olmuştur. Avrupa'nın birçok ülkesinde bina ve köprüler gibi yapıtların yüzeylerinin temizlenmesinde olivin kullanılmaktadır. Kullanılan yüzeye göre 0,09 mm-1,7 mm boyutlarında olan olivinler basınçlı hava ile temizlenecek yüzey üzerine püskürtülmek suretiyle kir, pas ve benzeri istenmeyen materyaller kolayca uzaklaştırılarak yüzey temizlenir. Temizleme işlemine ilaveten düzgün yüzey veya girintili çıkıntılı yüzey elde etmek veya herhangi bir yapının veya dekorun bir kesiminin alınması (koparılması) için de hava basınçlı toz olivinler kullanılmaktadır. Avrupa'da bu amaç için 1988 yılından önce zaman zaman silis kumu kullanılmaktaydı. Silis kumunun sağlığa zararlı olması nedeniyle bu tarihten itibaren kullanımı yasaklanmış, yerine serbest silis içermemesinden dolayı olivin kullanılmaya başlanmıştır.

e) Elektrikli Isıtıcı (Radyatör) olarak kullanımı : Bu ısıtıcılara Avrupa'da "Gece ısıyı depo eden ısıtıcılar (Night Storage Heaters)" denmektedir. Bir elektrikli materyalden ısıyı absorbe eden ve depolayan radyatör şeklinde dizayn edilmiş olivinden yapılmış tuğlalar, belirli bir süre sonra özellikle gündüzleri bu ısıyı yayarak konutları ısıtmaktadır. Bu depolama işlemi elektrik enerjisi fiyatlarının 50-60 iskontolu olduğu gece dönemlerinde olduğu için bunlara Nıght Storage Heater ismi verilmiştir. 1960-1970 li yıllarda yaygın olarak kullanılan bu yöntem 1980 li yıllarda azalma göstermiştir.

f) Ballast (Denge) Malzemesi olarak kullanımı : Olivin, büyük yoğunluğundan dolayı, bazı denge işlevlerinin esas olduğu alanlarda kullanılmaktadır. Özellikle Kuzey Denizi'ndeki petrol platformlarını dengede tutmak için olivin kullanılmaktadır. Olivin, bu platformlardaki betonların gözeneklerini gayet iyi bir şekilde doldurarak, ağırlığından dolayı denge işlevine yardımcı olmaktadır. Tren yollarında sağlam ve dengeli bir temel sağlamak için de olivin çakılları kullanılmaktadır. Nisbeten köşeli ve sağlam çakıllar burada iyi bir drenaj sağlayarak tren yolunun kaymasını önleyecektir.

g) Son yıllarda olivin kaya yünü olarak da kullanmaktadır. Bu durumda ısı ve ses yalıtımı sağlanmaktadır. Ayrıca özel boya yapımında da kullanmaktadır. Bunlardan başka betondaki kırılmaları önlemek amacıyla olivinli beton yapımı çalışmalarına başlamıştır.

Üretim yöntemi ve teknoloji

Olivin üretiminde gerek yeraltı gerekse yerüstü madenciliği yapmak mümkündür. Yeraltında oda topuk metoduyla işletilen olivinli zonlar loderler ile yükleme yapılarak yüzeye çıkartılır. Bazen de gerekli durumlarda cevher konveyörler ile yüzeye çıkartılır. Dünitler, oluşumu itibari ile kütlesel yayılımlar gösterdiğinden yüzey açık işletme yolu ile de kolayca üretilmektedirler. Patlama metoduyla parçalanan cevherli zon loderler ile doğrudan büyük kamyonlara yüklenerek tesislere taşınmaktadır.