75

MANYETİK AYIRMA VE SÜREKLİ MIKNATISLAR

Saruhan SAKLAR* ve Dr. Eren Caner ORHAN*

MANYETİK AYIRMA

Elektrostatik ve manyetik kuvvet ile ilgi-li kayıtlı bilgiler M.Ö. 600 ler de Anadolu’da bugün Aydın-Söke (Milet) civarında yaşa-mış olan filozof Thales’e (Thales of Miletus) kadar gitmektedir. Thales; mıknatıs özelliği gösteren manyetit mineralini (lodestone), ayrıca ağaç reçinesinin fosilleşmiş hali olan kehribarın hayvan kürkü ile sürtünmesi so-nucunda oluşan elektrostatik yükün hafif ve iletken olmayan taneleri çekebildiğini fark etmişti (Şekil 1) (Fuerstenau ve Han, 2003).

Şekil 1- Kehribar.

Bugünkü modern manyetik teoriye giden yol ise 18. yy başlarında Danimarkalı Hans C. Oersted’în elektrik ile manyetizma ara-sındaki ilişkiyi bulması ile başlamıştır. Aynı dönemde Fransız Andrea M. Amper elektro-manyetik kuvvetlerden bahsetmiş, İngiliz M. Faraday 19. yy başlarında manyetik kuvvet vektörlerini de işin içine katarak manyetik teoriyi daha güncel bir hale getirmiştir. Kısa süre içinde İskoç J.C. Maxwell elektrik ve manyetik alanın ilişkisini matematiksel olarak göstermiş, bunu geliştiren İngiliz J.J. Thom-

paramanyetik

son elektromanyetik kuvveti tanımlamış, ni-hayetinde 20. yy başlarında Hollandalı H.A. Lorentz bugün halen kullanılan elektroman-yetik kuvvet denklemlerini ortaya koymuştur. İkiyüz yıl kadar süren bu inanılmaz süreçte manyetizma tüm fiziksel yönleri ile açığa çı-karılmış ve paralelinde endüstriyel gelişimi de getirmiştir.

Manyetik ayırma ile ilgili ilk kayıt 1792’de William Fularton tarafından alınan, demir cevherinin zenginleştirilmesi ile ilgili olan bir İngiliz patentidir. Bundan yaklaşık altmış yıl kadar sonra 1849’da bu kez ABD’de Ransom Cook tarafından yine demir cevheri zengin-leştirilmesi ile ilgili bir patent alınmıştır. Yir-minci yüzyılın başlarına kadar bu konuda alınan patentlerin tümü demir cevheri zen-ginleştirilmesi ile ilgilidir (Yarar, 1984). Önce-leri sadece iri ve kuvvetli manyetik özelliğe sahip olan mineraller için bile olsa, değişik tipte diskli, tamburlu ve rulolu kuru manyetik ayırıcılar geliştirilebilmiştir.

Manyetik ayırıcıların endüstriyel uygulan-ması daha sonraları demiri cevherlerinden başka cevherlerde, hatta başka endüstriyel alanlara taşınmıştır. Malzeme bilimindeki ve mıknatıs teknolojisindeki son gelişmeler yük-sek şiddetli ve yüksek gradyanlı endüstriyel manyetik ayırıcıların yapımına olanak sağ-lamış, birkaç bin gauss ile başlanılan bu sü-reçte 5 tesla’ya (50.000 Gauss) ulaşan man-yetik alan değerleri elde edilmiştir (Mular, vd. 2002).

Manyetik ayırıcılardaki en önemli geliş-melerden birinin sürekli mıknatısların gelişimi ile paralel olarak gerçekleştiği belirtilmekte-dir (Svoboda, 2004). Buna göre 1880’lerden itibaren sürekli mıknatıs malzemeleri tun-gusten çeliğinden üretilirken, 1920’li yıllarda krom çeliği, 1930’larda Co-Pt ve Fe-Pt, niha-yet 1960’larda AlNiCo alaşımları, 1980’ler-den sonra Nd-Fe-B alaşımları sürekli mık-natıs olarak kullanılmaya başlanılmıştır. Bu

* Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Maden Analizleri ve Teknolojisi Dairesi, Ankara.** Hacettepe Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü.

76

gelişmeler özellikle de 1940’lı yıllardan sonra elde edilen ürün ve sonuçlar, elektromanye-tik ayırıcılarla ekonomik olarak ayrılamayan veya zenginleştirilmesi hiç mümkün olmayan bazı cevherlerde çözüm getirmiştir. Manyetik ayırmadaki bir diğer önemli tarihi gelişim ise bilya, oluklu plaka veya örgü tel gibi ferro-manyetik malzemelerin manyetik alan veya ayırıcı içerisine konulması ve üretilen man-yetik alan şiddetinin artırılmasıdır.

Para-Dia-Ferro-Antiferro-Ferri manyetik

Manyetik ayırıcılar; cevher mineralleri ile artık olarak tanımlanan manyetik olma-yan kısımların arasındaki manyetik farklılığı ortaya çıkarırlar. Buna en tipik örnek olarak manyetit-kuvars ayrımı verilebileceği gibi, kalay minerali olan kasiteritin (SnO2) bazen yapısında manyetit (Fe3O4) veya wolfram [(Fe,Mn)-WO4] içerebilmesi ve bunların basit manyetik ayırma ile uzaklaştırılması verilebi-lir. Sonuç olarak manyetik ayırma sayesinde manyetik olmayan bileşenler ile manyetik bi-leşenlerin ayrılması sağlanmaktadır.

Bütün maddeler manyetik alana konul-duklarında, birçoğu çok az miktarda da olsa bundan bir şekilde etkilenirler. Maddeler mık-natıs tarafından çekilmeleri veya itilmeleri açısından diamanyetik ve paramanyetik ol-mak üzere iki ana gruba ayrılabilirler.

Diamanyetik mineraller manyetik kuv-vet çizgisi doğrultusunda kuvvet azalıncaya kadar itilirler. Bu maddeler manyetik ayırıcı-larda manyetik kısım içinde toplanamazlar. Paramanyetik mineraller ise manyetik kuvvet çizgisi doğrultusunda çekilirler. Paramanyetik mineraller yüksek alan şiddetli manyetik ayı-rıcılarla zenginleştirilebilirler. Bunlara örnek olarak ilmenit (FeTiO3), siderit (FeCO3), he-matit (Fe2O3), kromit (FeCr2O4), vb. verilebilir.

Bazı elementlerin (Ni, Co, Mn, Cr, Ce, Ti, O, Pt grubu metaller) sadece kendileri pa-ramanyetik olabilirler. Bazı durumlarda da mineralin paramanyetik olması içerdiği fer-

romanyetik durumdaki Fe’den kaynaklanır. Ferromanyetizm; paramanyetizmin özel bir durumu olup daha fazla manyetik kuvveti içerir. Ferromanyetik maddeler gibi manyetik alınganlığı çok yüksek olan antiferro manye-tik ve ferrimanyetik malzemeler de tanımlan-maktadır.

Ferromanyetik maddelerin manyetik alana karşı yüksek alınganlıkları vardır ve manyetik alandan ayrılsalar dahi yapılarında bir miktar manyetiklik muhafaza ederler. Bunlar düşük alan şiddetli manyetik ayırıcılarla ayrılabilir-ler ve ayrılan ana ferromanyetik mineral her zaman manyetittir (Fe3O4). Ancak hematit ve siderit mineralleri de kavrulma ile manyetite dönüştürülerek düşük alan şiddetli manyetik ayırıcıda ayrılabilirler (Wills ve Munn, 2006).

Yukarıdaki sınıflandırma bir başka şekil de fiziksel olarak yapılabilir. Buna göre hare-ket halindeki her türlü elektrik yüklü madde (foton, elektron, iyon, araba, vb.) belli miktar-da manyetik alana sebep olmaktadır. Manye-tik alan vektörel bir büyüklük olup, herhangi bir noktada yönü ve kuvveti ile tanımlanır. Hareket halindeki elektron veya iyonlara sahip olan maddeler, sonuç olarak manye-tik momente de sahip olmaktadır. Maddeler manyetik moment esas alınarak da sınıflan-dırılmaktadır (Svoboda, 2004).

Ancak bazı maddelerde atomlar manye-tik özellik kazanamazlar. Buna örnek olarak diyamanyetik maddeler verilebilir. Bunlar, bir manyetik alanı içerisindeyken manyetik alan çizgilerine zıt yönde manyetize olabilen maddelerdir. Örnek olarak kurşun, cıva, altın, gümüş, bakır, bizmut, elmas, verilebilir. Man-yetik etkiyle karşılaşan bütün malzemelerin belirli bir diamanyetik tepkisi mevcuttur. Hat-ta hemen her madde de belli bir diamanyetik tepki bulunmakla birlikte, paramanyetik veya ferromanyetik özelliği üstün gelmektedir.

Paramanyetik maddelerde manyetik özel-liğe sahip olan atom ya da iyonların kalıcı fa-kat düşük miktarda (vektörel özelliğe sahip) manyetik momentleri bulunur. Bunlar belli bir

77

manyetik alana tabi tutulduklarında, alanla aynı yönde yönlenerek maddeye az miktar-da mıknatıslık kazandırırlar. Fakat manyetik duyarlılık çok azdır ve sıcaklık ile ters orantılı olarak gelişir. Manyetik alan sıfırlandığında kısa süre sonra manyetik moment vektörleri de yine gelişigüzel doğrultularda yönlenirler (Şekil 2).

Manyetik ayırıcılar ve manyetik alan gradyanı

Manyetik bir ayırıcıda manyetize edilen bir tane üzerinde etki eden manyetik kuvvet, sa-dece alan şiddeti ile alakalı değil aynı zaman-da gradyanı ile de ilgilidir. Uygulamaya göre kuvvet ve gradyan arasında istenilen uyumu verecek tasarımlar yapılır. Böylece manye-

Ferromanyetik maddelerde komşu atom-lar arasındaki etkileşim o kadar kuvvetlidir ki bütün atomların manyetik momentleri (belli bir sıcaklık derecesine kadar) birbirine para-lel olarak yönlenir.

Antiferromanyetik maddelerin aslında paramanyetik maddelerin bir çeşidi olduğu düşünülmektedir. Bunların net manyetik mo-mentlerinin sıfır olduğu bunun da kristal kafes yapılarından ve buna bağlı elektron hareke-tinden kaynaklandığı belirtilmiştir. Bu durum çoğunlukla geçiş metal oksit türlerinde (MnO, CoO, NiO) ve hematit gibi minerallerde görü-lebilmektedir.

Ferrimanyetizim ise antiferromanyetizma-da olduğu gibi maddedeki manyetik moment dizimleri birbirine zıt iki yönde gelişmekte, ancak toplamları (net manyetik moment) sı-fır olmamakta, sıfırdan büyük bir değer elde edilmektedir. Ferromanyetikler ve ferriman-yetiklerin manyetik özellikleri birbirine benze-mektedir. Bu duruma örnek olarak manyetit (Fe3O4) ve maghemit (ɤ-Fe2O3) verilebilir.

tik alanın sadece kuvvetli olmasının yanı sıra kompleks bir dağılım (yayılım) göstermesi de sağlanmış olur. Geçen yıllar içerisinde geli-şen teknoloji ile birlikte farklı tipte alan grad-yanları oluşturan ayırıcılar üretilmiştir.

Manyetik ayırıcılar kendi içlerinde kabaca düşük şiddetli ve yüksek şiddetli manyetik ayırıcılar olarak iki ana gruba ayrılabilir, ayrı-ca kendi içlerinde kuru ve yaş beslemeli ola-rak sınıflandırılabilirler.

Düşük alan şiddetli manyetik ayırıcılar

Düşük alan şiddetli manyetik ayırıcılar genellikle yüksek manyetik alınganlığa sa-hip iri boyutlu cevherlerde uygulanır. Bu iş-lem “cobbing” olarak isimlendirilir ve cihazlar genellikle tamburlu (drum) olur. İri boyutlarda kuru yöntemler, ince boyutlarda ise yaş yön-temler tercih edilmektedir. Genel olarak bu boyut ince dağılımlar için < 5 mm’yi, iri dağı-lımlar için < 5 mm’yi ifade etmektedir (Wills ve

Şekil 2- Manyetik momentlerin maddelerde yönlenişi

  paramanyetik  

anti-­‐ferromanyetik  

ferromanyetik  

ferrimanyetik  

k

78

Munn, 2006). Böylece ince boyut dağılımların-da, yani <5 mm’lik cevherlerde yaş yöntemler kullanılarak toz ile kaybedilecek numunelerin de önüne geçilmiş olur. Düşük alan şiddetli yaş manyetik ayırıcılar, ferromanyetik kum-ların zenginleştirilmesinde olduğu kadar, ağır ortam işlemlerinde kullanılan manyetik orta-mın (manyetit veya ferrosilikon) ayrılmasında da kullanılmaktadır.

Düşük alan şiddetli ayırıcılar içinde en bi-lineni tamburlu ayırıcılardır. Dönen tamburlar genellikle manyetik olmayan bir yapıda olup, bu ayırıcıların içinde sayısı 3’ten 6’ya kadar değişebilen, farklı polaritelere sahip mıknatıs kısımlar içerebilmektedir. Birinci nesil tam-burlu ayırıcıların içindeki mıknatıslar elektro mıknatıs olmakla birlikte, günümüzde sürekli mıknatıslarda bu amaçla kullanılabilmektedir. Bu cihazlarda alan şiddetleri 7000 Gauss’a kadar çıkabilmektedir.

Düşük alan şiddetli tamburlu ayırıcı-lar %40-50 Fe içeren düşük tenörlü takonit cevherlerinin zenginleştirilmesi için yaygın olarak kullanılırlar. Bu tip cevherlerde demir minerallerinin (manyetit-hematit) serbestleş-mesi için çok ince öğütme gereklidir.

Çapraz bantlı ve disk ayırıcılarda bu grup içinde yer alırlar ancak günümüzde özellikle çapraz bantlı ayırıcıların kullanılmadığı bun-ların yerine nadir toprak elementli mıknatısla-rın (sürekli mıknatıs) kullanıldığı belirtilmek-tedir (Wills ve Munn, 2006).

Yüksek alan şiddetli yaş manyetik ayırıcılar

Çok zayıf manyetik duyarlılığa sahip olan minerallerin cevherlerden verimli bir biçimde uzaklaştırılabilmeleri için yüksek alan şiddet-li manyetik ayırıcıların gerekli olduğu, çok yüksek alan şiddetlerinin manyetik ayırımda nadiren ters bir etkiye sebep olabileceği vur-gulanmıştır (Svoboda, 1994).

Yöntemin yaş olması ise genellikle tane boyu ile ilgilidir. Yaş yöntemler genellikle çok ince boyutlu (<75-100 μm) tanelerin zengin-leştirilmesi için kullanılmakta iken, kuru yön-temler nispeten daha iri boyutlu (>75-100 μm) tanelerin zenginleştirilmesi için kullanıl-maktadır. Örneğin manyetik alan şiddetleri

500-5000 Gauss arası düşük alan şiddetli; 5000-10000 Gauss arası orta alan şiddetli, 10000 Gauss’un üstü ise yüksek alan şiddetli manyetik ayırıcılar olarak tanımlanmaktadır.

Yüksek alan şiddetli yaş manyetik ayırıcı-lar; karosel ve hazne tipi olmak üzere 2 farklı temel tasarım tipi ile üretilmektedir. Karosel tipi manyetik ayırıcılar, dikey eksen etrafında dönen ve kesiksiz ayırma yapabilen dairesel oluk şeklindeki cihazlardır. Bu sınıfa giren ayırıcıların en önemlileri Gill, Jones, Krupp Sol ve Metso Mineral’in Carousel ayırıcıla-rıdır (Hacıfazlıoğlu, 2011). Daha az metal aksam içermesi nedeni ile diğer manyetik ayırıcılara kıyasla hafif olan hazneli ayırıcı-larda, manyetik olmayan mineraller haznenin üstünde bulunan çıkıştan alınmaktadır. Haz-ne içerisindeki matriks üzerinde tutulan man-yetik mineraller zaman zaman manyetik alan kaldırılarak ortamdan uzaklaştırılır. Bunlar, demir ve titanlı bileşiklerin kaolen mineralin-den ayrılmasında kullanılmakta fakat yüksek enerji gereksinimleri en önemli dezavantajı-nı oluşturmaktadır. Manyetik alan şiddetleri 20.000 Gaussa kadar çıkabilmektedir.

Yüksek alan şiddetli yaş manyetik ayırı-cılar önceleri ince hematit için flotasyona al-ternatif olarak geliştirilmişler, sonrasında ise geniş bir kullanım alanı bulmuşlardır. Bunun sebebi manyetik ortamda ayrılacak mineralin kendisi manyetik olmasa bile yapısında bu-lunabilecek az miktardaki demir serpintileri-dir. Çok ince boyutlu kalkopirit, hematit, aplit, apatit, boksit, asbest, fosfat, talk, mika, mo-libden, spodümen, barit, kalsiyum ve seramik killeri gibi minerallerin zenginleştirilmesi için kullanılabileceği gerek ticari firmalar, gerekse tesis uygulamaları ile ifade edilmektedir (Wil-ls ve Munn, 2006). Örneğin Şili’de bir bakır konsantresinin yüksek alan şiddetli yaş man-yetik ayırımla, %87 verim ile Cu tenörünün %23.8’den %30.2’ye çıkarıldığı belirtilmiştir. Bu işlem 20.000 Gauss’luk bir manyetik alan-da paramanyetik özellik gösteren kalkopiriti piritten ayırarak yapılmıştır. Diğer taraftan 8000 Gaussluk manyetik alanlarda da kalko-pirit ve galenin kolaylıkla ayrıldıkları belirtil-miştir.

79

Yüksek alan şiddetli yaş manyetik ayır-ma, farklı bölgelerden farklı manyetik alın-ganlıktaki demir cevherleri üzerinde farklı tane boyutlarında araştırılmıştır (Shao vd., 1996). Yüksek paramanyetik özellik göste-ren hematit cevherinde tane boyunun ayırım üzerinde bir etkisinin olmadığı görülmüştür. Düşük alınganlık gösteren götit ve limonit cevherlerinde iyi bir ayırım elde edileme-miştir. Orta alınganlıktaki diğer hematit cev-herinde ise tane boyutunun etkisinin önemli olduğu bulunmuştur. Bu nedenle yüksek alan şiddetli yaş manyetik ayırıcılar da, alan şid-deti ne olursa olsun ayrılacak mineralin boyut ve manyetik alınganlığı etkili bir parametre olmaktadır.

Sürekli mıknatıslar

Geçen yıllar ile birlikte sürekli mıknatısla-ra olan ilgi devamlı bir artış göstermiştir ve manyetik ayırıcıların yanı sıra elektrik, meka-nik, elektronik ve elektromekanik (gıda sana-yi, atık su temizleme, sensörler, jeneratörler, motorlar, rüzgar gücü jeneratörleri, klima kompresörleri, vb.) cihazlarda kullanım alanı bulmuştur. (Yavuz vd., 2009; Constantinides, 2012). Bu denli geniş bir kullanıma sahip ol-malarında ötürü özellikle NdFeB mıknatısla-rın dünya kullanımının 2020 yılında 2014’e göre ton bazında iki katına çıkabileceği tah-min edilmektedir (Constantinides ve Shaw, 2012).

İlk çağlarda kullanılan sürekli mıknatıs do-ğal mıknatıslık gösteren manyetit (lodestone) olup son yüzyılda büyük gelişmeler olmuştur. Sanayi devrimi ile 1880’li yıllarda ilk mıkna-tıslar tungusten çeliğinden yapılmaya baş-lanılmış, 1900’lerde krom çeliği, 1930’larda kobalt-platin ve demir-platin alaşımları, son-raki yıllarda 1960’larda alüminyum-nikel-ko-balt alaşımları, 1970’lerde samaryum-kobalt ve nihayet 1980’lerde neodimiyum-bor-demir alaşımlı sürekli mıknatıslar üretilmiştir (Par-ker, 1990). Farklı manyetik kuvvete sahip olan bu mıknatıslar (Şekil 3) ile ilgili genel bil-giler aşağıda verilmiştir.

Bunlardan ilk olarak en dikkat çekeni alü-minyum-nikel-kobalt alaşımı olan “Alnico” mıknatıslardır. Bunlar %20-40 oranında Co içerdikleri için demirli mıknatıslara göre daha pahalıdırlar, ancak 500 °C ye kadar kullanı-labilirler.

Ferrit mıknatıslar ise baryum oksitin kristal yapısından (anizotropisinden: farklı yönlerde farklı özelliklere sahip olma) faydalanılarak geliştirilmiştir. Ferrit mıknatıslar, oksit veya seramik mıknatıs olarak da isimlendirilebilir. Günümüzde en çok kullanılan mıknatıs tü-rüdür. Bunun nedeni üretiminde kullanılan hammaddelerin ucuz ve stratejik olmama-sıdır. Kimyasal yapıları Ba(Fe2O3) olan ferrit mıknatıslarda baryumun yerini bazen Sr veya Pb alabilir ve 250 °C ye kadar kullanılabilirler.

Şekil 3- Sürekli mıknatıslar kuvvet karşılaştırması (Constantinides ve Shaw, 2012)

80

Samaryum-kobalt alaşımlı sürekli mıkna-tıslar aslında Co bileşimli mıknatıslardan en bilinenidir. Bunlarda kendi içlerinde SmCo5 ve Sm2Co17 olarak iki gruba ayrılırlar ve en son ürün olan Sm2Co17 alaşımları daha gelişmiş-tir. Günümüzde SmCo alaşımlarına en az bir adet nadir toprak elementi katmak mümkün olabilmekte, böylece çalışma sıcaklığı gibi parametrelerin 500 °C gibi sıcaklıklara geti-rilebildiği belirtilmektedir (Peng vd., 2008). Samaryumun doğada az bulunması ve buna paralel olarak pahalı olması, ayrıca kobaltın da pahalı olması SmCo mıknatısların yaygın üretimi ve kullanımını kısıtlamaktadır.

Neodimiyum-Demir-Bor (NdFeB) Mıknatıslar

Günümüzde kullanımı en yaygın olan sürekli mıknatıslar NdFeB mıknatıslar olup, kısaca Nd mıknatıslar olarak da isimlendi-rilirler. Tetragonal kristal yapıdaki bu mık-natısların kimyasal formülü Nd2Fe14B olup, uygulamada manyetik özelliklerini belirleyen faktörler alaşımın bileşimi, mikro yapısı ve üretim şeklidir.

Hem manyetik kuvvet hem de maliyet açısından avantajlı olması, Nd mıknatısların arabalardan, bilgisayarlara kadar çok geniş bir kullanıma sahip olmasına sebep olmuş-tur. Nd mıknatıs üretimi 2012 yılında 60.000 ton’un üzerine çıkmış (Şekil 4), dünya Nd

üretimi ise 2010 yılında 25.000 ton’a yaklaş-mıştır. Bu değer 2000 yılında yaklaşık olarak 10.000 ton olup, geçen on yılda iki katından daha fazla üretim gerçekleşmiştir Çin, dünya NdFeB mıknatıs üretiminde başı çeken ülke olup (~%80), Japonya %16 ile ikinci sırada yer almaktadır. Avrupa ve ABD’de çok az bir üretim (%1-3) gerçekleşmektedir. Bunun başlıca nedeni hammaddeye erişim olanak-larıdır.

Ülkemizde NdFeB mıknatıslar ve ilgili manyetik ayırıcılar üretilmektedir. Şekil 4’te görüldüğü gibi dünya üretiminin içinde %2 ile yer alan Avrupa üretiminin içinde Türkiye’de vardır. Çin’in sahip olduğu nadir toprak ele-mentleri rezervlerinin büyüklüğü, üretim mali-yetlerinin düşüklüğü ve NdFeB mıknatısların en yüksek oranda kullanıldığı elektrik-elekt-ronik sanayisinin ülkedeki büyüklüğüne pa-ralel olarak bu mıknatısların üretiminde de dünyada baskın bir yere sahiptir.

Toz metalurjisi veya sinter mıknatıs yönte-minde, hammaddeler genel olarak çizelge 1’de belirtildiği gibi karıştırıldıktan sonra önce er-gitilip alaşım üretilir ve sonrasında kırma ve nitrojenli ortamda öğütme ile 2-3 µm boyutlu Nd2Fe14B alaşım tozu elde edilir. Çizelge 1’de verilen alüminyum, niobyum ve disprosiyum gibi elementler, fiziksel ve kimyasal dayanı-mını artırmak için alaşımın içine katılmakta-dır. Daha sonra 2 µm boyutlu ince Nd2Fe14B

Şekil 4- NdFeB mıknatıslarının 2012 yılı üretimi (Constantinides, 2012).

81

tozu tekrar istenilen şekilde belli bir manyetik alan içerisinde preslenerek belli sıcaklıkta sinterlenir ve mıknatıslık özelliği kazandırı-lır. Kesme ve traşlama ile son şekli verilen mıknatıslar, tekrar manyetik alanda tutularak son mıknatıslanma ile (anizotropik şekilde) üretime hazır hale getirilmektedir. Benzer mıklatıslandırma SmCo sürekli mıknatıslarda da gerçekleşmektedir (Skomski ve Sellmyer, 2009). Bunun dışında da bağlı mıknatıs, sı-cak baskı gibi yöntemler olmakla birlikte (Str-nat, 1990) en yüksek manyetik kuvvetlerin bu yöntemle üretilen mıknatıslarla elde edildiği belirtilmiştir.

Çizelge 1- NdFeB mıknatıslarının genel içerik dağılımı.

İçerik %Ağırlık

Neodimiyum (Nd) 29- 32Demir (Fe) 64.2 – 68.5

Bor (B) 1.0- 1.2Alüminyum (Al) 0.2 - 0.4Niobyum (Nb) 0.5 -1

Disprosiyum (Dy) 0.8 -1.2

Günümüzde NdFeB mıknatısların bu denli kullanıma girmiş olmalarının nedeni fiyatların-da geçen yıllara göre ciddi düşüştür (Şekil 5).

Sürekli mıknatıslar ile elde edilen manye-tik alan değeri nadiren 10.000 G’u geçse de, elektromoknatıslar ile elde edilen manyetik alan değeri bundan çok daha fazla olmak-tadır. Bununla birlikte sürekli mıknatısların elektromıknatıslara göre bazı avantajları var-dır. Bunların başında düşük işletme maliyeti,

bakım masrafları, kapasite, vb. ayrıca bunlar soğutma sistemi veya enerji kaynağına ihti-yaç duymazlar. En önemli dezavantaj man-yetik alanın ayarlanamıyor olmasıdır.

Neodimiyum-demir-bor manyetik ayırı-cılar şekil 6’da açıkça görüldüğü gibi esas olarak iç içe geçmiş çelik ve mıknatıs halka-lardan oluşmaktadır. Mıknatıs halkalar, aynı kutuplar birbiriyle karşılıklı yüzleşecek şekil-de yerleştirilmektedir. Elde edilen manyetik alan şiddeti ve alan gradyanı, büyük ölçüde mıknatıs ve çelik halkaların yerleşim düzeni-ne bağlıdır. İnce mıknatıs ve çelik halkalar, yüzeyde yüksek alan, yüksek kuvvet ve yük-sek gradyan oluşturmakta, kalın halkalarla ise daha uzakta etkili olabilen manyetik kuv-vetler elde edilmektedir. Genel kabul gören mıknatıs/çelik halka kalınlık oranı 4/1’dir. Bunların dışında amaca yönelik farklı mıkna-tıs tasarımları da mevcuttur (Arvidson, 1999).

Bu cihazlarda kullanılan bant mümkün olan en ince kalınlıkta üretilir (100-150 mik-ron), bunun sebebi minerallerin mıknatısa mümkün olduğunca yakın olmasının sağlan-masıdır. Bu kadar ince bir bandın yeterli sağ-lamlığa ve kullanım ömrüne sahip olabilmesi amacıyla bu bantlar kevlardan üretilmektedir. Rulo uzunluğu ise uygulamada 1.5 metre-yi bulabilmekte, mıknatıs yüzeyinde ölçülen manyetik alanın şiddeti ise yaklaşık olarak 10.000-12.000 Gauss’a ulaşabilmektedir. Ülkemizde de üretilen bu mıknatıslar; başta manyezit, feldispat ve kuvars olmak üzere çeşitli endüstriyel hammaddelerin zenginleş-tirilmesinde kullanılmaktadır.

Şekil 5- NdFeB mıknatıs üretim ve fiyat değişimi (Constantinides, 2012).

82

DEĞİNİLEN BELGELERArvidson, B.R., 1999, Advances in rare earth

magnetic drum separators for heavy mi-neral sand processing, South African Ins-titute Mining and Metallurgy, 121-124.

Constantinides,S. 2012, The demand for rare earth materıals in permanent mag-nets, 51st Annual Conferance of Metal-lurgists, Kanada.

Constantinides, S. ve Shaw, S., 2012, Per-manent Magnets, the demand for rare earths, 8th International Rare Earths Conference, Roskill raporu

Fuerstenau, M. C. ve Han, K. N, 2003, Prin-ciples of Mineral Processing, SME yayı-nı, 2003, Colorado, ABD.

Hacıfazlıoğlu, H., 2011, Manyetik ayırmada-ki son gelişmeler ve alternatif manye-tik ayırıcı tiplerinin tanıtılması, İstanbul Yerbilimleri Dergisi, 24, 1, s. 75-93

Mular, A.L., Halbe, D.N., Barratt, D.J., 2002, Mineral Processnjg Plant Design,Pra-ctice and Control Proceedings, Vol 1., SME yayını, 1069-1093.

Parker, R.J. (1990). Advances in Permanent Magnetism, New York, John Wiley & Son

Peng L., Yang, Q., Zhang, H., Xu, G., Zhang, M., Wang, J., 2008, Rare earth perma-nent magnets Sm2(Co, Fe, Cu, Zr)17 for

high temperature applications, Journal of Rare Earths, 26(3), s. 378

Shao, Y., Veasey, T.J. , Rowson, N.A., 1996, Wet high intensity magnetic separation of iron minerals, Magnetic and Electrical Separation, 8, s.41-51.

Skomski, R., Sellmyer, D.J., 2009, Anisot-ropy of rare-earth magnets, Journal of Rare Earths, 27, 4, s. 675

Strnat, K.J., 1990. Modern Permanent Mag-nets for Applications in Electro-Technology, Proceedings of the IEEE, 78, 6, s. 923

Svoboda, J., 1994, The effect of magnetic field strenght on the efficiency of mag-netic separation, 7(5-6), Minerals Engi-neering, s.747-757

Svoboda, .J. 2004. Magnetic Technicues for the Treatment of Materials, Kluwer Aca-demic Publishers

Yavuz, C.T., Prakash, A., Mayo, J.T., Colvina, V.L., 2009, Magnetic separations: from steel plants to biotechnology, Chem. Eng. Sci., 64 (10), 2510–2521.

Wills, B. A., Napier-Munn, T. J, 2006. Wil-ls’ Mineral Processing Technology: An introduction to practical aspects of ore treatment and mineral recovery, pp 98-100, (Napier-Munn T J, Oxford)

Şekil 6- Sürekli mıknatıs rulo yapısı.

  NdFeB  mıknatıs  halka  Yumuşak  çelik  halka  

83

1/100.000 ÖLÇEKLİ KÜTAHYA J21 VE J22 PAFTALARINDA RADYOJENİK ISI ÜRETİMİ VE JEOTERMAL ENERJİ ARAMALARINA BİR YAKLAŞIM

Mustafa KÜÇÜK* ve Mustafa AKSOY**

ÖZ.-Yüzey ısı akısının bileşenlerinden bir tanesi radyoaktif elementlerin parçalanması ile ortaya çıkan radyojenik ısı üretimi, diğeri ise üst manto kaynaklı ısı akısıdır. İnceleme alanına ait havadan manyetik anomali harita-sı, Curie derinlik haritası, havadan manyetik verilerden üretilmiş ısı akısı haritası ve soğuk su kuyularından jeotermal gradyentin ölçül-mesiyle elde edilmiş ısı akısı haritalarından faydalanılmıştır. 1/100.000 ölçekli J21ve J22 paftalarında gamma ray spektrometre aleti kullanılarak uranyum, toryum ve potasyum ölçümleri alınmıştır. Bu veriler kullanılarak radyojenik ısı üretim haritası oluşturulmuştur. Elde edilen harita ile çalışma alanında bulu-nan sıcak su çıkışları ilişkilendirilmiş ve jeo-termal enerji aramalarına yeni bir yaklaşım getirilmeye çalışılmıştır.

GİRİŞ

Termodinamikte, ısı bir sistem ile çevre-si arasındaki sıcaklık farkından dolayı siste-min sınırında geçen enerji olarak tanımlanır (Yüncü ve Kakaç, 1999). Fiziksel açıdan çok karmaşık olan ısı transferi için üç tür meka-nizma tanımlanır. Bunlar:

1. Kondüksiyon (iletim),2. Konveksiyon (taşınım),3. Işınım (termal radyasyon),

Radyojenik ısı olarak adlandırılan yerin üst kabuğunda bulunan Uranyum, Toryum ve Potasyum’un oluşturduğu ısı kaynakları, kıtasal bölgelerde yüzey ısı akısına %40 ora-nında katkı yapabilmektedir. Bu da radyoje-nik ısıyı kabuk sıcaklık dağılımını saptamada önemli bir eleman haline getirir (Sayın, 2007).

1/100.000 ölçekli Kütahya J21 ve J22 paf-talarında ölçülmüş olan uranyum, toryum ve potasyum verilerinden radyojenik ısı üretim değerleri hesaplanmıştır. Bu veriler, bölgede gerek soğuk su kuyularından jeotermal grad-yentin ölçülmesiyle elde edilmiş Türkiye ısı akısı haritası ile gerekse havadan manyetik verilerden üretilen Türkiye ısı akısı haritası ile birlikte değerlendirilmiştir. Ayrıca çalışma alanında yer alan sıcak su çıkışları, granito-yid sınırları, radyojenik ısı üretimi haritası ile çakıştırılmış, çıkan sonuçlar tartışmaya açıl-mıştır.

ARAŞTIRMA ALANININ JEOLOJİSİ

Çalışma alanının temel kayalarını Mende-res Masifi’nin kuzey kenarına ait Prekamb-riyen yaşlı granit, üstten daha düşük meta-morfizma geçirmiş kayalarla sınırlandırılmış, yönlenme kazanmış granit veya granitize olmuş gnays olarak tanımlanabilen, ilksel özelliklerini tamamen kaybetmiş ve Akdeniz ve Konak (1979) tarafından Dolaylar formas-yonu olarak adlandırılan kayaçlar oluşturur (Şekil 1). Aynı araştırıcılara göre bu formas-yonun üzerinde koyu ve açık minerallerin ayrışmasıyla oluşmuş bantlı, damarlı, kıv-rımcıklı görünümdeki migmatitler ve bunlar-la geçişli biyotit gnays seviyesinden oluşan Kalkan formasyonu bulunur.

Üste doğru yaygın olarak gözlü gnays, granitik gnays ve migmatitlerle temsil edilen çekirdek kayaları çalışma alanının güneyin-de geniş alanlarda mostra verir. Alttan bir diskordansla sınırlandırılmış, üstten karbo-nat fasiyesine geçiş gösteren başlıca yeşil şist fasiyesindeki metamorfitlerden oluşmuş kayalar topluluğu, Akdeniz ve Konak (1979) tarafından Simav metamorfitleri adı altında toplanmıştır (Şekil 1). Altta Simav metamor-fitleri ile geçişli, üstte olası bir diskordans düzlemi ile sınırlandırılmış, koyu renkli ve bantlı görünümlü kristalize kireçtaşı birimi bulunur ve aynı araştırıcılar tarafından Balık-başı formasyonu olarak adlandırılmıştır. Bu-nun üzerinde, alttan bir diskordans düzlemi, üstten karbonat seviyesiyle sınırlandırılmış,

*Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Jeofizik Etütleri Dairesi, ANKARA.** Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Enerji Hammadde Etütleri ve Arama Dairesi Başkanlığı, ANKARA.

84

Şekil 1- Çalışma alanının genelleştirilmiş stratigrafik istifi (Akdeniz ve Konak 1979‘dan değiştirilerek).

85

yeşil şist fasiyesinde metamorfizma geçirmiş olan Sarıcasu formasyonu bulunur. Bunun üzerinde, tabanı Sarıcasu formasyonu ile ge-çişli, üstten bir diskordans ile sınırlandırılan ve kristalize kireçtaşından oluşan Arıkayası Formasyonu (Akdeniz ve Konak, 1979) bu-lunur. Bunun üzerinde, başlıca detritik ve az karbonattan oluşan sedimanter kaya toplulu-ğu olan Kırkbudak formasyonu bulunur Akde-niz ve Konak, 1979).

Kırkbudak detritikleriyle yanal ve düşey geçişli, üstten tektonik dokanakla sınırlandı-rılan kireçtaşı birimi Budağan kireçtaşı adı altında incelenmektedir. Formasyona bu ad Kaya (1982) tarafından verilmiştir. Buda-ğan kireçtaşı ile Dağardı melanjı arasında iki tektonik dokanakla sınırlandırılmış, çeşitli büyüklükte kireçtaşı blokları içeren vahşi fliş görünümündeki çökeller, Akdeniz ve Konak (1979) tarafından İmranlar formasyonu ola-rak adlandırılmıştır. Bu birimleri tektonik ola-rak üzerleyen, çalışma alanının kuzeyinde geniş bir alan kapsayan, karmaşık yapı gös-teren, önceki araştırmacılar tarafından “ofi-yolitik seri” adı altında incelenen, sedimanter, metamorfik, bazik ve ultrabazik kayalar top-luluğu aynı araştırıcılar tarafından Dağardı melanjı adı altında toplanmıştır.

Eğrigöz graniti, inceleme alanında çoğun-lukla birbirleriyle bağlantılıymış gibi gözlenen yaygın granit intrüzyonlarının geometrileri, yan kayalarla olan ilişkileri ve mineralojik kompozisyonlarının benzerliği bunların aynı yaş ve aynı oluşumdaki granitler olduğunu gösterdiğinden Eğrigöz graniti adı altında toplanmışlardır. Eğrigöz graniti adı granodi-yorit, mikrogranit, pegmatit, aplit vb. gibi gra-nitin türevleri olan kayaları da kapsamaktadır (Akdeniz ve Konak, 1979).

Alt sınırında Eğrigöz graniti ile uyumsuz, üst sınırında ise Kızılbük formasyonu ile uyumlu olan ve kırmızı-kahverengi çakılta-şı ve kumtaşlarından oluşan, Miyosen yaşlı çökeller Taşbaşı formasyonunu olarak tanım-lanmışlardır (Akdeniz ve Konak, 1979). Alt sı-nırında Taşbaşı formasyonu ile uyumlu, üst-teki Civandağı Tüfleri ve Akdağ Volkanitleri ile

yanal-düşey geçişli olarak yer alan sarı renkli kumtaşı, marn, kiltaşı ve killi kireçtaşlarından oluşan Miyosen yaşlı formasyon, aynı araştı-rıcılar tarafından Kızılbük formasyonu olarak tanımlanmıştır. Akdeniz ve Konak (1979), Ak-dağ volkanitleri ile yanal-düşey geçişli, Or-ta-Geç Miyosen yaşlı beyaz, bej, pembe, kirli krem, açık gri, yeşilimsi gri renklerdeki tüfler ve bunların üzerine uyumlu olarak gelen lav yaygılarını Civanadağ Tüfleri olarak tanımla-mışlardır. Kızılbük formasyonu ve Civanadağ tüfleri ile yanal geçişli, Orta Miyosen bitişi-Mi-yosen sonu yaşlı bazalt, andezit, riyolit, riyo-dasit ve dasitlerden oluşan volkanik kayalar topluluğu ise aynı araştırıcılar tarafından Ak-dağ volkanitleri adı altında toplanmışlardır.

Üstten Emet formasyonunu oluşturan gölsel kireçtaşı ile düşey geçişli, Alt Pliyosen yaşlı, ince bir çakıltaşı seviyesi ile başlayan, çoğunlukla açık yeşil renkli marn, kil, pirok-lastik, tüf, kireçtaşı ardalanması şeklindeki istif Hisarcık formasyonu olarak; üst yüzeyi uyumsuz ve kireçtaşı çakılları içeren Tok-largölü formasyonu tarafından diskordans-la üzerlenen Orta-Üst Pliyosen yaşlı çörtlü gölsel kireçtaşı ve ince marn seviyelerinden oluşan istif ise Emet formasyonu adı altında incelenmiştir (Akdeniz ve Konak, 1979).

Başlıca kaba detritiklerden oluşmuş, tut-turulmamış veya az tutturulmuş, Kuvaterner yaşlı polijenik konglomera istifi, Toklar gölü formasyonu olarak ayırtlanmıştır. Tutturul-mamış kaba detritikler üzerine gelen Kuva-terner yaşlı siyah renkli, bazaltik lav akıntısı, Naşa bazaltı olarak adlandırılmıştır (Akdeniz ve Konak, 1979). Alüvyon, taraça, yamaç molozu ve diğer formasyonlar üzerine gelen, çoğunlukla kireçtaşlarının bulunduğu alanlar-da oluşan, kirli sarı renkteki travertenler olu-şumlarını günümüzde de sürdürürler (Şekil 1).

YÖNTEM

Yeryüzünde veya sığ derinliklerde ölçül-müş olan ısı akısı değerlerine iki ana faktörün etki ettiği bilinmektedir, bunlardan üst kabuk-ta yoğun olarak bulunan uranyum, toryum ve potasyum gibi radyoaktif elementlerin oluş-turduğu ısı üretimi ve astenosferden yüzeye

86

doğru yayılan ısıdır. Isı akısı bu iki bileşenin ayrımının yapılabilmesi, ısı akısı ve ısı üreti-mi arasında doğrusal bir ilişkinin var olduğu-nun belirlenmesi ile mümkün olmuştur (Birch vd.,1968; Roy vd, 1971). Bu doğrusal ilişki Eşitlik 1’de verilmiştir.

Q=Q0+Ab (1)

Burada Q yüzey ısı akısı, Q0 indirgenmiş ısı akısı, b kalınlıktır. Radyojenik ısı üretimi-nin yoğun olduğu üst kabuğun altında kalan tabakalardan yayılan ısı (indirgenmiş ısı ola-rak da bilinir), A plütonik kayaçlardaki radyo-aktif elementlerin oluşturduğu radyojenik ısı üretimidir (Fountain vd, 1987). Bu ilişkinin karmaşık hetorojen kabuk modeli için de ge-çerli olduğu ve doğru sonuçlar verdiği, farklı birkaç bölgeye ait örnekler üzerinde yaptıkla-rı çalışmalar ile Fountain vd. (1987) tarafın-dan ortaya konmuştur.

A radyojenik ısı üretimi değerleri (Rybach, 1988) de verilen deneysel bağlantı kullanıla-rak hesaplanmıştır. Bu bağlantı;

A(µW/m3)=ρ(kg/cm3)(9.52x CU(ppm)+2.56×-CTh(ppm)+3.48×CK(%))x10-5 (2)

Burada A radyojenik ısı üretimi birimi µW/m3, ρ yoğunluğu (kg/m3), CK (%), CU ve CTh (ppm) sırası ile potasyum, uranyum ve tor-

yum konsantrasyonlarını göstermektedir. Yo-ğunluk için ise sabit bir değer kullanılmamış her ölçü noktasındaki kayaç yoğunluğu kulla-nılmıştır (Çizelge 1).

YÖNTEM VE VERİ TABANI

Bu çalışmada, 2009-2010 yıllarında “Tür-kiye Nükleer Hammadde Aramaları Kütah-ya-Emet, Uşak-Eşme, Manisa-Köprübaşı Arasındaki Birimlerin Radyoaktif Hammadde Yönünden Araştırılması Projesi” kapsamında ölçümü yapılan 693 noktada ölçülen potas-yum, uranyum ve toryum konsantrasyonları kullanılmıştır. Kullanılan alet 256 kanallı Exp-loranium GR-320 gamma ray spektromet-residir. Çalışma sahasında ölçüm aralıkları yaklaşık 1-3 km arasında olup, her ölçüm zamanı 120 saniyedir.

Eşitlik 2 den yararlanılarak radyojenik ısı üretimi haritası oluşturulmuştur (Şekil 4). Bu harita üzerine, sahada yer alan sıcak su çı-kışları ve granitoyid sınırları yerleştirilmiştir. Ayrıca jeoloji haritası ile de çakıştırılarak yo-rumlanmıştır.

Silis miktarlarındaki artış radyoaktif maddelerin zenginleşmesi ile ilişkilendirilir (Rogers ve Adams, 1969). Aynı zamanda bu araştırmacılar, mağmatik kayaçlardaki uranyum dağılım değerlerini vermişlerdir.

Örnek Örnek Sayısı Yoğunlukkg/m3 A (µ/m3) En Az A (µW/m3) En

FazlaAltere Volkanik kayaçlar 24 2750 0.14 6.03Andezit 13 2750 1.95 5.06Bazalt 10 3200 1.93 2.52Granit, Granitoyid 126 2730 1.89 5.66Kiltaşı 19 1400 0.84 3.83Kireçtaşı 19 2670 0.31 2.16Kumtaşı 15 2700 0.78 3.02Mermer 45 2850 0.23 2.07Şist 147 2850 0.06 4.54Toprak 151 2000 0.32 3.50Traverten 21 2000 0.40 3.19Tüf 94 1900 0.79 3.42Yamaç Molozu 9 2600 0.58 2.47

Çizelge 1- Ölçüm yapılan örneklerin, ölçü sayıları, yoğunluklar ve radyojenik ısı üretimi (alt/üst sınırları) miktarları.

87

Şekil 2 de verilen grafikte uranyum değer aralığı Rogers ve Adams (1969)’dan, potas-yum ve toryum değerleri ise saha verilerinden alınarak magmatik kayaçlardaki radyojenik ısı üretimi hesaplanmıştır. İnceleme alanında yer alan kayaç ve kayaç gruplarının radyoje-nik ısı üretimi ise çizelge 1’de verilmiştir.

İnceleme alanının havadan manyetik ve-rilerle hazırlanmış manyetik anomali haritası şekil 3’te verilmiştir. Bu harita incelendiğinde kuzeyde Dağardı melanjı içerisinde yer alan ofiyolitik ve bazaltik birimlerden kaynaklı yük-sek genlikli manyetik anomali değerleri gö-rülmekte, Eğrigöz granitoyidinin bu yüksek

Bu çizelgeye göre, alt ve üst radyojenik ısı üretimi değerleri arasında bazı kayaçlarda büyük farklarının olması ölçüm yapılan nok-tadaki radyoaktif madde zenginleşmesi ile ilişkilendirilebilir. Örneğin, şekil 2’de verilen mafik kayaçlar (bazalt, gabro) da radyojenik ısı üretimi 0.1 ile 0.7 µW/m3 aralığında yer alırken, araştırma alanında 1.93 ile 2.52 µW/m3 aralığında değişmektedir.

genlikli değerden daha düşük değerlere sa-hip olması, muhtemel bir alterasyon ilişkisini düşündürmüştür. Bunun dışında Kayalıdere güneybatısı ve batısında manyetik anomali değerinin yükseldiği muhtemelen bu alanda-ki malzemenin alterasyona fazla uğramamış kayaçlardan oluştuğu söylenebilir. Ayrıca yüksek manyetik değerlerinin radyojenik ısı üretimi ile ilişkilendirilememektedir. Bunun

Şekil 2- Magmatik kayaçlarda radyojenik ısı akısı dağılımı (uranyum değer aralığı Rogers ve Adams (1969)’dan; potasyum ve toryum değerleri ise saha verile-rinden alınmıştır).

Şekil 3- Havadan manyetik toplam alan anomali haritası.

88

nedeninin inceleme alanında kuzey-kuzey-doğuda yer alan Dağardı melanjı içerisindeki bazaltların yüksek manyetik değer vermesi, bununla birlikte Dağardı melanjı içerisinde bulunan kayaçların radyoaktif madde açısın-dan fakirliğinden kaynaklanmaktadır.

İnceleme alanının orta kesimlerinde yer alan Eğrigöz granitoyid sınırlarının radyoje-nik ısı haritasında yer alan 2 µW/m3 kontu-ru ile uyumlu olduğu görülmektedir (Şekil 4). Bazı kayaçlardan elde edilen radyojenik ısı üretimi değerlerinin alt ve üst sınır değerleri verilmiştir (Çizelge 1). Harita ve çizelge 1 in-celendiğinde en yüksek radyojenik ısı üretimi değeri inceleme alanı kuzeydoğusunda yer alan Osmaniye köyü kuzeydoğusunda Pliyo-sen yaşlı Akdağ volkaniklerinde 6.14 µW/m3 olarak hesaplanmıştır. Çalışma alanında yer

alan granitoyid ile volkanik kayalarda daha düzgün bir ısı üretimi olduğu görülmektedir (2 µW/m3 ve üzeri). Bunun yanı sıra sıcak su çıkışlarının 2 µW/m3 konturuna yakın olma-sı dikkat çekicidir. Bünyelerinde radyoaktif maddeyi çok bulunduran kayaçlarda daha az bulunduran kayaçlara göre çok daha fazla radyojenik ısı üretimi oluşmaktadır. Radyo-jenik ısı üretiminin az olduğu kayaçlar sedi-manter kayaçlardır (Çizelge 1).

Radyojenik ısı üretimi dağılımı ile jeoloji haritasının çakıştırıldığında, inceleme alanın-da yer alan kayaçların radyojenik ısı üretimi etkisi daha net olarak görülmektedir (Şekil 5). Özellikle Paleosen yaşlı granitoyid ile Miyo-sen yaşlı volkanitler 2 µW/m3 ve üzerinde ısı üretimine sahip oldukları görülür.

Şekil 4- Radyojenik ısı üretimi haritası.

Şekil 5- Çalışma alanının jeoloji haritası ve üzerine bindirilmiş radyojenik ısı üretimi konturları (µWm-3) (Akdeniz ve Konak 1979’dan değiştirilerek).

89

Karat (2004), manyetik verilerden yarar-lanılarak Türkiye Curie ısısı derinlik haritası hazırlamıştır. Bu haritada inceleme alanının Curie derinliğinin yaklaşık 15 km düzeyinde olduğu belirlenmiştir. Yine manyetik veriler-den yararlanarak oluşturulan şekil 6 da Türkiye

na önem verilmiştir. Bu güne kadar 695 adet mekanik sondaj kuyusunda 80204 m. termik ve gamma ray kuyu logu ölçüsü, 420 adet kayaç numunesi alınarak değerlendirmede kullanılmıştır (Karlı vd., 2006).

ısı akısı haritasında çalışma bölgesinin ortala-ma ısı akısı değerlerinin 80-85 mW/m2 civarın-da olduğu söylenebilir (Akın ve Duru, 2006).

Karlı vd. (2006), soğuk su kuyularında je-otermal gradyent ölçüleri alarak Türkiye ısı akısı haritası oluşturmuşlardır. Formasyonu temsil eden kayaç örneklerinden hesaplanan ısı iletkenlik katsayıları kullanılarak ısı akısı (q) haritası elde etmişlerdir. Temel haritada kuyular arasındaki mesafe 10-30 km. olması-

q = K (dT/dz) (3)

K = termal iletkenlik, q = yüzey ısı akısı, (dT/dz) düşey sıcaklık gradyenti

Karlı vd. (2006)’nin çalışmalarında (Şekil 7) bölgenin ısı akısı değerleri 55 ile 110 mW/m² arasında değişim gösterdiği görülmekte-dir. Bu değer şekil 6’daki havadan manyetik veriler kullanılarak üretilen Türkiye ısı akısı haritasındaki İzmir 1:500.000 paftası ile de uyumludur (Akın ve Duru, 2006).

Şekil 6- Havadan manyetik verilerden elde edilen ısı akısı haritası (Akın ve Duru, 2006’dan).

Şekil 7- Isı akısı haritası (Karlı vd, 2006’dan).

90

SONUÇLAR

1/100.000 ölçekli Kütahya J21 ve J22 paf-talarında, sıcaklığın yaklaşık 580 oC olduğu ve Curie ısısı derinliğinin yaklaşık 15 km ol-duğu Karat (2004) tarafından belirtilmiştir.

Akın ve Duru (2006) havadan manyetik verilerden yararlanarak Türkiye ısı akısı ha-ritası oluşturmuşlardır.

Araştırıcılara göre inceleme alanının ısı akısı değerleri yaklaşık 80 ile 85 mW/m2 dir.

(Şekil 6). Karlı vd. (2006) ise soğuk su ku-yularından jeotermal gradyentin ölçülmesiyle elde ettikleri ısı akısı değerlerini 55 ile 110 mW/m² arasında vermektedir (Şekil 7). Bu iki farklı çalışmanın birbiri ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir.

Yerden yapılmış rejyonal ölçekli gamma ray spektrometre verileri kullanılarak çalışma alanının radyojenik ısı üretimi haritası oluştu-rulmuştur.

İnceleme alanında radyojenik ısı üretimi değerlerinin 0.14 ile 6.14 µW/m3 arasında değişim göstermektedir (Şekil 4).

Çalışma alanında yer alan sıcak su çıkış-larının yaklaşık 1 ile 2 µW/m3 arasında yer al-ması dikkat çekici olup jeotermal enerji araş-tırmaları çalışmalarında bu durumun dikkate alınmasında yarar olduğu düşünülmektedir.

KATKI BELİRTME

Bu çalışmamıza katkılarından dolayı Jeofi-zik Müh. Uğur Akın’a, Jeoloji Müh. Süleyman Dümenci’ye ve Öz’ün İngilizce çevirisini yapan Maden Müh. Gülşen Şahin’e teşekkür ederiz.

DEĞİNİLEN BELGELER

Akdeniz, K., Konak, N., 1979. Simav-Emet-Tav-şanlı-Dursunbey-Demirci yörelerinin jeo-lojisi, Maden Tetkik ve Arama Genel Mü-dürlüğü Rapor No:6547, (yayımlanmış), Ankara.

Akın, U., Duru M., 2006. Türkiye ısı akısı hari-tası (manyetik verilerden) raporu, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Rapor No. 10840 (yayımlanmamış), Ankara.

Birch, F., Roy R. F., Decker E. R., 1968. Heat

flow and thermal history in New England and New York, in studies of Appalachain Geology: Northern and Maritime, edited by E-an Zen, W. S. White, J. B. Hadley and J. B. Thompson, Jr., pp. 437-451, Interscience, New York.

Fountain, D.M., Salisbury, M. H., Furlong, K. P., 1987. Heat production and ther-mal conductivty of rocks from Pikwito-na-Scachigo continental cros section, Central Manitoba: implication for the thermal structure of Archaean crust., Can. J. Arth Sci., 24, 1583-1594.

Rogers, J.J.W., Adams, J.A.S., 1969. Urani-um, Handbook of Geochemistry in K.H. Wedepohl (ed.), Springer Verlag, 92 B to 920.

Roy, R. F., Blackwell D. D., Decker E. R., 1971. Continental Heat Flow, in Nature of the Solid Earth, adited by E. C. Ro-bertson, McGraw-Hill, New York.

Rybach, L., 1988. Determination of heat pro-duction rate. In: Haenel, R., Rybach, L., Stegena, L. (Eds), Handbook of Ter-restrial Haet-Flow Denstiy Determinati-on. Kluwer, Dordrecht, 125-141.

Karlı, R., Öztürk, S., Destur, M., 2006. Türki-ye Isı Akısı Haritası projesi raporu, Ma-den Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Rapor No: 10937 (yayımlanmış), Ankara.

Karat, H. İ., 2004. Türkiye Curie Isısı Derinlik Ha-ritası Raporu. Maden Tetkik ve Araştırma Rapor No:10638 Ankara.

Kaya, O., 1982. Tersiyer sırt yitmesi: Doğu Ege bölgeler yapısı ve magmatikliği için olasılı bir mekanizma: Türkiye Jeoloji Kurultayı, Batı Anadolu’nun Genç Tek-toniği ve Volkanizması Paneli, Sayı. 39-58, Ankara.

Sayın, N., 2007. Radyojenik Isı Üretiminin Yüzey Isı Akısına Katkısı: Kuzey Batı Anadolu Örneği, TMMOB Jeotermal Kongresi.

Yüncü, H., Kakaç, S., 1999. Temel Isı Trans-feri. 454 s. Bilim Yayıncılık, Ankara.

91

JEOFİZİK ETÜTLERİ DAİRESİ BAŞKANLIĞI 2013 YILI ÇALIŞMALARI

Nisa ENSARİ*

Jeofizik Etütleri Dairesi Başkanlığı 2013 yılı içinde toplam 5 adet proje gerçekleştirmiştir.

Dairemiz yıl içindeki ücretli etütlerinden 1.842.978 TL Kurumumuza kazandırmıştır. Ayrıca Dairemiz 2013 yılı içinde diğer Dairelerle 30 adet ortak proje yürütmüş ve bu Dairelerin ücretli etütlerine de destek sağlamıştır.

2013 JEOFİZİK ETÜTLERİ DAİRESİ PROJELERİ

§Makina ve techizat alımı jeofizik cihazların alınması ve geliştirilmesi §Jeofizik ön etütler§Değişik ölçeklerde jeofizik haritalarının basımı §Rezistivite cihazlarının dijitalleştirilmesi ve imalatı §250 C° üzeri sıcaklıkta ölçü alabilen termik prob araştırma geliştirme§Dairemize ait ücretli etütler bedeli : 806.768 TL.§Dairemize ait harita satışları bedeli : 13.200 TL.§Diğer Dairelere Yapılan Ücretli Etütlerin Bedeli : 1.023.010TL.§Dairemiz ve Diğer Daireler Projelerinde toplam kamp sayısı : 66§Kamplarda Çalışan eleman sayısı : 62§Elemanların kamplarda çalışma gün sayısı : 5049 §31.12.2013 tarihine kadar Yazılan Dairemiz Rapor Sayısı : 13 §31.12.2013 tarihine kadar Yazılan Diğer Daireler Rapor Sayısı : 33 §Dairemize ait rapor sayısı 1203 ve Ölçü Karnesi 1199’a ulaşmıştır.

2013 YILI ÇALIŞMALARIMIZü 1.864 nokta DES (Düşey Elektrik Sondaj),ü 586 nokta AMT-TEM-MT,ü 41 km CSAMT, ü 4.5 km GPRü 20.619 nokta Gravite, Manyetikü 984 nokta Spektrometre, ü 515.995 m Jeofizik Kuyu Ölçüsü, ölçüleri alınarak çalışmalar gerçekleştirilmiştir.

*Maden Tetkik ve Araştırma Genel Müdürlüğü Jeofizik Etütleri Dairesi Başkanlığı.

92

• 2013 Yılında yatırım projeleri kap-samında 314.020 m ücretli işler kapsamında 201.975 m olmak üzere toplam 515.995 m Kuyu içi jeofizik ölçü (Well-log) alınmıştır.

• 2013 Yılı Jeofizik Etütleri Dairesi ve Diğer Dairelerle Ortak Projeler Kapsamın-da 4.616 nokta ve ücretli işler kapsamın-da 17.121 nokta olmak üzere toplam 21.737 nokta ile 33.4 km ve ücretli işler kapsamın-da 76,65 km olmak üzere toplam 110,05 km jeofizik ölçüm gerçekleştirilmiştir. Ayrıca diğer dairelerle Maden Tetkik Araştırma Ge-nel Müdürlüğü projeleri ve ücretli işler olmak üzere 61 projede ortak çalışılmıştır.

• 2013 yılında Jeofizik Etütleri Dairesi olarak 13 adet rapor yazılarak Bilimsel Dökü-mantasyon ve Tanıtma Dairesi arşivine, ayrı-ca diğer Dairelerle yapılan ortak projelerimiz-den 29 adet rapor ilgili Dairelere gönderilmiş olup toplam 52 adet rapor yazılmıştır.

Çeşitli Jeofizik çalışmalar hakkında 13 adet yazı ve makale, Maden Tetkik Araştır-ma Genel Müdürlüğü Dergisi ve Doğal Kay-naklar ve Ekonomi Bülteninde yayınlanmak üzere Redaksiyon Kurulu Başkanlığına gön-derilmiştir.