WOLLASTONİT
Wollastonit'in endüstriyel bir mineral olarak tanımlanması yakın zamanlarda olmuştur. Hatta II.Dünya savaşının sonuna kadar ekonomik anlamda mineralin işletilmesi ile ilgili bir çalışma mevcut değildir. Endüstriyel bir mineral olan wollastonit, doğal kalsiyum metasilikat olarak tanımlanır (CaSiO3).
Araştırmalarda kaydedilen hızlı ilerleme, mineral için pek çok endüstriyel kullanım alanı ve geleneksel minerallerin yerine kullanıldığında, wollastonitin pek çok avantaja sahip olduğunu kanıtlamıştır. İmalat esnasında karışım içindeki wollastonitin birleştirici rolü, Amerikan seramik endüstrisinde geniş uygulama alanları yaratmıştır. Wollastonit kullanımı ile gelişen pek çok özellikten bazıları şunlardır; ürün mukavemetinin artması ve tek pişirim karolarda pişme süresinin önemli oranda azalmasına imkan vermesidir.
Wollastonitin teorik bileşimi % 48,3 CaO ve % 51,7 SiO2'den oluşur. Fakat doğada kalsiyumun yerine demir, manganez ya da mağnezyum ile bulunuşu da olabilir. Ticari anlamda değerlendirilebilen wollastonitin belli yörelerden alınan numuneleri üzerinde yapılan kimyasal analizleri Tablo-1'de gösterilmiştir. Saf halde beyaz lifsi görünümde olan mineral, impürüteler (çeşitli safsızlıklar) nedeni ile gri ya da kahverengi renk kazanabilir. Jeolojik olarak; skarn zonlarında kontakt metomorfizma ürünü olarak, genellikle kireçtaşı, granit kontaktlarında oluşur. Skarnlar, mağmadan kireçtaşlarına silikat, alüminyum, demir ve manganez transferi ile oluşmuştur. Meydana gelen reaksiyon skarn zonlarından, silikat ya da mağmadan, silikat ve kireçtaşından kalsitin gelişi ile gerçekleşir. Kısaca aşağıda verilen denklem ile oluşum tanımlanır.
SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2 Kuvars ve kalsit, düşük sıcaklıkta (450-600 oC) wollastoniti oluşturur. Wollastonit formasyonu ile, CO2 yayılımından dolayı basınç yükselir, böylece reaksiyonun devam edebilmesi için yüksek sıcaklık ihtiyacı daha da artar. Bu sırada, CO2 gazının doğal kırık ve çatlak zonlarına kaçma eğiliminden dolayı basınç azalır. Bu basınç düşüşü ile reaksiyon düşük sıcaklıklarda devam eder. Fakat basınç yükseldiğinde reaksiyon sıcaklığı birdenbire artmaz. Tersine reaksiyon ve kalsit oluşumu gerçekleşir. İlişikli olduğu diğer mineraller; diyopsit (CaMgSiO2), tremolit (Ca2(MgFe) 5Si8O2 2(OH)2), grossular tipinde granat (Ca3Al2(SiO4)3) ve andradit tipi granat (Ca3Fe(SiO4)3)'tür.
Wollastonitin oluşum itibari ile kristal sistemleri farklılık gösteren iki adet polimorfundan da bahsedilmelidir. Kalsiyum metasilikatın mevcut iki polimorfu; düşük sıcaklık oluşumlu wollastonit ve yüksek sıcaklık oluşumlu pseudo wollastonit (bourgeoisite)'dir. Kabullenilen minerolojik esaslara göre, düşük sıcaklık oluşumlu wollastonit x-wollastonit, yüksek sıcaklık oluşumlu olanı ise B- wollastonit olarak adlandırılır. Çimento endüstrisinde ise tam tersine bir adlandırma yapılır; buna göre yüksek sıcaklık oluşumlu olana x-CaSiO3, düşük sıcaklık oluşumlu wollastonite ise B-CaSiO3 adı verilir. Böylece x- ve B- simgelerinin kullanımı bir belirsizliğe ya da karmaşaya yol açtığı için bundan kaçınılmasında fayda vardır. Düşük sıcaklık polimorf oluşumlarının birbiriyle yakından ilgili iki tipi vardır. Bunlar mineralojik olarak, triklinik kristal sistemli olup monoklinik kristal sistemli olanı da parawollastonit olarak bilinmektedir.
Monoklinik sistemde oluşan parawollastonitin wollastonite dönüşümü mümkündür. Wollastonit oluşumları, çoğunlukla triklinik sistemlidir. Wonte Somma, Vesuvius, Crestmore, California ve Csiklova-Romanya'da parawollastonit oluşumları tanımlanmıştır. İki wollastonit tipi de bazen benzer koşullar altında kristalleşerek bir arada oluşum gösterirler. İri yapraklı kütleler halinde oluşan wollastonit arasıra iyi bir kristal yapı gösterir. Genellikle iğne uçlu gibi sivri görünümlü ya da küçük parçacıklar içinde lifli bir yapıda gözlenir.
|Saf Wollastonitin Bazı Fiziksel Özellikleri
|Sertlik (Mohs skolasına göre)
|= 4,5 - 5
|Özgül Ağırlık
|= 2,8 - 3,09 gr/cm3
|Molekül Ağırlığı
|= 116
|Erime noktası
|= 1540 C
|Isısal genleşme kat sayısı
|= 6.5 x 10 6 mm / oC
|Suda eriyebilirliği
|= 0,0095 gr/100 ml
|Nem içeriği
|= max % 4
|Kırılma indexi
|a = 1.616 – 1.640
|b = 1.628 – 1.650
|g = 1.631 – 1.653
|Kristal sistemi
|= Monoklinik ya da triklinik
|Olağan Bulunuş Şekli
|= İğne ya da bıçak şekilli kristal agregolarından oluşan kitleler
|Polimorflar
|= wollastonit (triklinik) - düşük sıcaklık oluşumlu
|Pseudowollastonit (triklinik)
|= yüksek sıcaklık oluşumlu
|Parlaklık
|= camsı, şeffaf, yarı-şeffaf
|Renk
|= Genellikle beyaz, bazen krem ve gri
Kullanım Özeliklerine Göre Wollastonitin Mineralojik Özellikleri
Boya yapımı Minimum % 90 wollastonit, % 90’ nın üzerinde parlaklık
Plastik ve dolgu kalitesi Minimum % 95 wollastonit, minimum % 90 parlaklık
Seramik ve sır kalitesi Minimum % 95 wollastonit, minimum % 90 parlaklık
Seramik kalitesi Minimum % 90 wollastonit, maksimum % 4 ateş kaybı, maksimum % 0.3 Fe2O3
Metalurjik kalite Minimum % 80 wollastonit, % 1 Al2O3, S / P oranı 0.02
Mineral yünü kalitesi Minimum 20:1 aspect oranı
Seramik Sanayii : Wollastonitin ana kullanım alanı seramik sanayiidir. Seramik malzemeler üretimde feldspat, kalsit, kuvars, dolomit, talk gibi hammaddeler yerine veya seramik mamülün belirli özelliklerinin düzenlenebilmesinde wollastonit kullanılmaktadır. Bu sanayiide wollastonit sıhhi tesisat ve çinilerde çatlamayı, sıkıştırmayı, kırılmayı ve mamüller üzerindeki ısı genleşmesini önlemesi bakımından aranan bir katkı maddesidir. Wollastonit başka madenlerin yerini alıcı olarak diğer malzemelere oranla daha büyük bir potansiyele sahiptir. Wollastonit kullanıldığında seramik ürünün gerek plastik halde, gerekse kurutulmuş halde iken dayanımı çok yüksektir. Wollastonit ayrıca kurumayı hızlandırır, nemlilik genişlemelerini asgariye indirir. Hamurdaki miktarı arttıkça fırınlama sürecinde kısalma söz konusu olduğundan yakıtta da tasarruf sağlar.
Sağlığa zararlı olan tremolit ve serpantin asbest mineralleri yerine kullanılabilir olması son yıllarda wollastonite olan ilginin artmasına neden olmuştur. Diğer yandan, seramik, plastik, boya, kağıt ve metalürjide yeni tekniklerin devreye girmesi ve endüstrideki büyümeler, bu alanlardaki tüketimi olumlu yönde etkileyecektir. Bunun doğal bir sonucu olarak wollastonit yataklarına yönelik araştırmalar hız kazanacak ve bilinene, ancak işletilmeyen bazı eski yataklar önem kazanacaktır.
Türkiye'ye wollastonit girişi yılda 500-1000 ton civarındadır. Bu miktarın hemen hepsinin saniteri fabrikalarında sır yapımında kullanıldığı bilinmektedir. Oldukça yüksek fiatının olmasına rağmen, mineralin kendisine has özelliklerinden dolayı kullanımından vazgeçilememektedir. Uygun rezervler üzerinde araştırmalar yoğunlaşırsa seramik sektöründe bu hammadde kullanım olanağı bulacaktır. Kale Grubunun Yozgat civarında kurmakta olduğu seramik fabrikasında bu hammadde kullanılabilecektir.
Boya Sanayii : Wollastonit, boya endüstrisinde katkı maddesi olarak kullanılır. Amerika'da seramik sanayiiden sonra en çok bu alanda tüketilmektedir. Bu endüstri dalında genellikle binaların kaplama boyasında; astar, emisyon boyaları ile yağlı ve sulu boyalarda da kullanılmaktadır. Bu sanayiide kullanılması rengi, çubuksu özelliği ve düşük yağ absorbsiyonu gibi özelliklerindendir. Çok parlak beyazlığı dolayısıyla beyaz ve renkli boyaların elde edilmesinde kullanılır. Wollastonit boyalar, asidik ortamlar için uygun değildir. Wollastonit katkılı boyalar düzgün bir yüzey sağlar ve küflenmeye karşı dayanıklıdır.
Plastik Sanayii : Wollastonit, plastik ve kauçuk sanayiinde yarı mukavim katkı maddesidir. Sentetik wollastonit bu alanda daha çok kullanılır. Fakat doğal wollastonit genellikle sakız, lastik, suni kösele (poliüretan) ve ayrıca siyah olmayan değişik lastiklerin (kauçukların) elde edilmesinde kullanılır. Wollastonit katkılı plastikler daha az absorbsiyonu, daha düşük dielektrik katsayısı ve daha düşük viskozite gösterir. Wollastonit ısı ile sertleşen, nemsiz emici, astara ve yine ısı ile yumuşayan kalıba şekil vermeyi şiddetlendirici özelliği nedeniyle plastikte kullanılmaktadır.
Aşındırıcı olarak : Wollastonit, aşındırıcı özelliği olan seramikler ve disk şeklindeki bileme taşlarının imalinde, çabuk aşınıp tükenmeyi engellemek için kullanılır. Böyle bir karışımda dayanım artar, fakat yoğunluk değişmez. En yüksek dayanım böyle bir karışımın 1200 C sıcaklığa tabi tutulup soğutulması ile elde edilir.
Mineral yünü eldesinde : Wollastonit mineral yünü eldesinde kullanılır. Bu kullanım için hammadde öğütülür, sonra macun haline gelene kadar suda karıştırılarak 1500 C'deki fırınlara gönderilir. Bu fırınlarda viskoz kütleler yerine gayet ince fiberler elde edilir. Bu fiberler bir başka bölümde tabakalanır, sarılır, ambalajlanır ve ses ve ısı izolasyonlarında çok geniş bir uygulama alanı bulur. Bu lifli yapısı ve asbestin yarattığı sağlık sorunları nedeniyle, asbestli ve lifli talkı ikame etmek üzere kullanılır. Fakat lif boyu ve esnek olmayışı yüzünden bu görevi tam bir asbest gibi üstlenemez. Ancak lifli yapısı dolgu maddesi olarak çok uygundur. Bu uygulamasıyla da asbesti ve talkı ikame eder. Ayrıca wollastonit asbesti portland çimentosu için avantaj sağlar.
Kaplama ve tarım işlerinde : Wollastonit ayrıca kaplama ve kağıt endüstrisinde katkı maddesi olarak kullanılır. Sentetik kalsiyum silikat, toprak düzenleyici ve verim arttırıcı olarak kireçtaşı yerine tarımda kullanılmaktadır. Bu nedenle wollastonitte aynı amaçla tüketilebileceği düşünülebilir.
Cam sanayii : Wollastonit mineral özelliği nedeniyle cam sanayiinde, parlaklığı ve sağlamlığı ile naylon sanayiinde kalıplama işlerinde kullanılabilir. Kuzey Amerika'da cam yapımında kireçtaşı ve kum yerine wollastonit kullanma çalışmaları yapılmaktadır. 1936'da özellikle kırılmaz ve ateşe dayanıklı cam türevlerinin elde edilmesinde kullanılmıştır.
Diğer kullanım alanları : Wollastonit ayrıca yer ve duvar karolarında, elektrik izolatörleri ile abrazif disk imalinde, ateşe dayanıklı (refrakter) mamul üretiminde, yapışkanlarda, sulayıcılarda kullanılır.
Dünyada cevherleşme ve oluşum sürecine göre değişken yöntemler uygulanmaktadır. Wollastonit konusunda genel olarak açık işletmecilik yapılmaktadır. Üretilen cevher triye edilmekte, kırılarak uygun tane iriliğine getirilip manyetik seperasyon ve flotasyon gibi cevher zenginleştirme işlemlerine tabi tutulmaktadır. Kurutularak ince öğütme işleminden geçirilen numune % 51-53 SiO2, % 43-45 CaO, % 0.5 Al2O3, % 0.2 Fe2O3, % 0.3 MgO içeren -50+200 mesh boyutunda konsantre cevher olarak paketlenir.
Türkiye'de önceki yıllarda wollastonit üretim çalışmaları, kontakt metasomatik bir oluşum olan cevher kafaları izlenerek yapılmıştır. Bu yöntemde üretim düzensiz yarmalar şeklinde sürdürülmüş, cevher içinde lağım delinmesi ve ateşleme ile cevher parçalanmıştır. Daha sonra triyaja kalite ayırımı yapılmıştır. Cam ve seramik sanayii esas alınarak geliştirilen bir prosestir. Bu sistem wollastoniti kuvars ve feldspattan ayırmak amacıyla tesis edilerek 200 g/m-ton oranında kullanılmıştır. Kuvars ve feldspat flotasyon ile uzaklaştırılarak kalandan % 93-98 wollastonit içeriği elde edilmiştir.