KİMYA

Geleceğimizin Teminatı: Bor Madeni

Bor madeni ilk bakışta beyaz bir kayayı andırır. Çok sert ve ısıya dayanıklı olup diğer elementlere olan yüksek kimyasal ilgisi nedeniyle doğada serbest bir element olarak değil, başka elementlerle bileşikler halinde yani tuz şeklinde bulunur.bor madeni

Tabiatta yaklaşık 230 çeşit bor minerali vardır. Oksijenle bağ yapmaya yatkın olması sebebiyle çok sayıda bor-oksijen bileşimi bulunmaktadır. Bor-oksit bileşimlerinin genel adı borattır.

bor madeni

Bor madenleri, topraktan çıkarıldıktan (tüvenan cevher) sonra kırma, eleme, yıkama ve öğütme işlemlerini müteakip kullanıma hazır hale getirilmektedir.

Bor, periyodik tabloda “B” simgesi ile gösterilen, atom numarası 5, atom ağırlığı 10,81, yoğunluğu 2,84 g/cm3, ergime noktası 2200oC ve kaynama noktası 2250oC, siyah renkte olan metalle ametal arası yarı iletken özelliğe sahip bir elementtir.

Periyodik cetvelin 3A grubunun ilk ve en hafif üyesidir. Temel hal elektron konfigürasyonu 1s2 2s2 2p1,dir.

bor madeni

Borun saf elementi ilk kez, 1808 yılında Fransız kimyager J.L. Gay-Lussac ve Baron L. J. Thenard ile İngiliz kimyager H. Davy tarafından elde edilmiştir.

Bor elementi 8B, 10B, 11B, 12B, 13B izotoplarından oluşmaktadır. En kararlı izotopları 10B ve 11B’dir. Bu izotopların tabiatta bulunma oranları sırasıyla % 19,1-20,3 ve % 79,7-80,9’dir. 10B izotopu, çok yüksek termal nötron tutma özelliği gösterir. Böylelikle nükleer malzemeler ve nükleer enerji santrallerinde kullanılabilmektedir.

Ülkemizde 10B izotop oranı yüksek bor cevher yatakları bulunmaktadır.

Tarihçesi

Bor tuzlarının 4 bin yıl önce ilk kez Tibet’te kullanıldığı, Babiller tarafından değerli eşyaların ergitilmesinde, Mısırlılarca mumyalamada, Eski Yunan ve Romalılarca da zemine serpilerek arena temizliği için kullanıldığı saptanmıştır. 875 yılında ise, Araplar ilk kez bor tuzlarından ilaç yapmışlardır.

Modern Bor Endüstrisi, bor mineralinin 13. yy’ da Marco Polo tarafından Tibet’ ten Avrupa’ya getirilmesiyle başlamıştır.

1771 yılında, İtalya’nın Tuscani bölgesindeki sıcak su kaynaklarında Sassolit bulunduğu anlaşılmıştır. 1830 yılında İtalya’da borik asit üretimi başlamıştır. Aynı zaman diliminde 1852′ de Şili’ de endüstriyel anlamda ilk boraks madenciliği başlamıştır.

Daha sonra, Nevada, California, Caliko Moutain ve Kramer yöresindeki yatakların bulunarak işletilmeye alınmasıyla ABD dünya bor gereksinimini karşılayan birinci ülke haline gelmiştir.

Ülkemizde ise ilk işletmenin 1861 yılında çıkartılan Maadin Nizannamesi uyarınca 1865 yılında bir Fransız şirketine 20 senelik işletme imtiyazı verilmesiyle başladığı bilinmektedir.

Türkiye’deki bor madenlerinin Doğu Roma İmparatorluğu devrinden beri bilinmekte ve kullanılmakta olduğu tahmin edilmektedir. İlk bor minerali yataklarına Balıkesir İli-Susurluk ilçesinin Sultançayırı bölgesinde rastlanmıştır. Cevher, bir kalsiyum tuzu olup Pandermit olarak uzun süre yabancı şirketler tarafından işletilmiştir.

1865’ten 1927’ye kadar 624 yabancı şirkete imtiyaz verilmiş, 1944 yılında ise bu şirketlerin büyük kısmı millileştirilmiş ve yabancı sermayeye yeni imtiyazlar verilmemiştir.

Bor Rezervi

Bor, yeryüzünde toprak, kayalar ve suda yaygın olarak bulunan bir elementtir. Toprağın bor içeriği ortalama 10-20 ppm olmakla birlikte ABD’nin batı bölgeleri ve Akdeniz’den Kazakistan’a kadar uzanan yörede yüksek konsantrasyonlarda bulunur. Deniz suyunda 0,5-9,6 ppm, tatlı sularda ise 0,01-1,5 ppm aralığındadır.

Yüksek konsantrasyonda ve ekonomik boyutlardaki bor yatakları, borun oksijen ile bağlanmış bileşikleri olarak daha çok Türkiye ve ABD’nin kurak, volkanik ve hidrotermal aktivitesinin yüksek olduğu bölgelerde bulunmaktadır.

Dünyadaki önemli bor yatakları Türkiye, Rusya ve ABD’de olup dünya ticari bor rezervleri 4 bölgede toplanmaktadır. Bunlar; ABD Kaliforniya Eyaletinin güneyinde yer alan “Mojave Çölü”, Güney Amerika’da yer alan “And Kemeri”, Türkiye’nin de yer aldığı “Güney-Orta Asya Orojenik Kemeri” ve Doğu Rusya’dır.

Bor Mineralleri

Doğada yaklaşık 230 çeşit bor minerali olduğu bilinmektedir. Yaygın olarak bulunan bor minerallerinden bir tanesi bir tür aluminoborosilikat minerali olan ve yapısında %10’a kadar bor içerebilen Turmalin’dir. Ancak, endüstride alkali ve toprak alkali bor mineralleri olan Tinkal (Na4B4O2.10H2O), kernit (Na2B4O7.4H2O), kolemanit (Ca2B6O11.5H2O) ve üleksit (NaCaB5O9.8H2O) kullanılmaktadır.

Ticari maden yatakları sınırlı olup en çok Türkiye ve ABD’ de bulunmaktadır.

Bor mineralleri; bünyelerinde değişik oranlarda bor oksit (B2O3) içeren mineraller olup; ülkemizde yaygın olarak bulunan bor mineralleri; tinkal, kolemanit ve üleksitdir. Dünya kolemanit rezervinin tamamına yakını ülkemizde bulunmaktadır.

 

Türkiye Bor Rezervlerinin Dağılımı (Mineral Bazında-2017)

Türkiye’de bilinen bor yatakları özellikle Kırka/Eskişehir, Bigadiç/Balıkesir, Kestelek/Bursa ve Emet/Kütahya’da bulunmaktadır.

Türkiye’de rezerv açısından en çok bulunan bor cevherleri tinkal (Na2O.2B2O3.10H2O) ve kolemanit (2CaO.3B2O3.5H2O)’ tir. Türkiye’de önemli tinkal yatakları Kırka’da kolemanit yatakları ise Emet ve Bigadiç civarında bulunmaktadır. Bunlara ilaveten, Bigadiç’te az miktarda üleksit rezervi mevcut olup Kestelek‘te zaman zaman üleksit yan ürün olarak elde edilmektedir. Rezerv miktarları mineral bazında aşağıda verilmektedir:

bor madeni

Bor Üretimi

Dünya fiili bor üretimi 2018 yılında ise yaklaşık 4,1 milyon ton civarında gerçekleşmiştir. Fiili bor üretiminde Türkiye %59 pay ile birinci sırada yer almıştır.

Türkiye önemli bir kolemanit, tinkal ve üleksit üreticisi olmanın yanı sıra, boraks, susuz boraks, borik asit veya bor trioksit gibi işlem görmüş bor ürünleri üreten bir ülkedir.

Türkiye’de bor maden kazanımı ve işlenmesi uzun yıllar yabancı şirketlerin kontrol altında kalmış, 1970 yıllarında çıkarılan 2172 nolu kanun ile bu durum değişmiştir.

Ülkemizdeki bor madenlerinin işleme, üretim ve pazarlama faaliyetleri Balıkesir (Bigadiç), Bursa (Kestelek), Kütahya (Emet) ve Eskişehir (Kırka)’daki sahalarda Eti Maden tarafından yürütülmektedir.

Kullanım Alanları

Cam Sanayi

Bor minerallerinin en fazla tüketildiği alan cam sektörüdür. Bor, ergimiş haldeki cam ara mamulüne katıldığında onun akışkanlığını artırmakta, son ürünün yüzey sertliğini ve dayanıklılığını yükseltmektedir. Bor oksit özellikle; borosilikat cam, tekstil tipi ve izolasyon tipi cam elyaflarında yoğun olarak kullanılmaktadır.

Bor; borosilikat cam, tekstil tipi ve izalosyon tipi cam elyaflarında, sıvı kristal göstergelerinde, özel fırın kaplarında, laboratuvar malzemelerinde, arabaların far ve sinyal camlarında, cam yününde, LCD (Liquid Crystal Display) ekranlar ve CRT cam ürünlerinde kullanılmakta ve bunun yanı sıra borlu bazı özel camlar uzay sanayinde, elektronik endüstrisinde ve nükleer reaktörlerde kullanılarak, bor araştırma fırsatlarını oluşturmaktadır.

Seramik Sanayi

Bor, seramik sanayinde çoğunlukla sır ve fritlerde kullanılmaktadır. Seramik sırlarında kullanılan bor oksit oranı ağırlıkça %8-24 arasında değişir. Sırlarda bor oksitin temel fonksiyonu, esas itibarıyla cam ve malzeme arasında ısısal açıdan uyum sağlamak ve sırrın ısısal genleşme kat sayısını düzenlemektir. Sırlara, bor ilavesinin diğer bir sebebi, ergimenin ilk aşamalarında cam oluşumunu sağlamaktır. Boratlar, aynı zamanda sırçaların refrakter endeksini artırarak görünümünü de iyileştirmektedir. Sır’a bor eklenmesi mekanik gücü ve çizilme direncini artırır. Bor ayrıca, kimyasalların ve suyun etkilerine karşı direnci artırır. Diğer taraftan borlar renklendiricilerin katılımına taban oluştururlar.

Temizletme ve Beyazlatma

Sabun ve deterjanlara mikrop öldürücü (jermisit) ve su yumuşatıcı etkisi nedeniyle %10 boraks dekahidrat ve beyazlatıcı etkisini artırmak için toz deterjanlara %10-20 oranında sodyum perborat (mono veya tetra olarak) katılmaktadır. Sodyum perborat (NaBO2H2O2.3H2O) aktif bir oksijen kaynağı olduğundan etkili bir ağartıcıdır.

Alev Geciktiriciler

Boratlar, çeşitli malzemelerde (ahşap, selülozik yalıtım, PVC ve tekstil) alev geciktirici amacıyla kullanılmaya başlanmıştır. Bor, yanan malzemenin üzerine oksijenle temasını kesecek şekilde kaplayarak yanmayı bastırır. Çinko borat, plastik malzemelerde; borik asit, boraks pentahidrat ve boraks dekahidrat gibi çözünebilir boratlar ise selülozik malzemelerde kullanılmaktadır. Bu malzemeler; tahta, kontraplak, ağaç fiber, kağıt ve pamuk gibi doğal fiberlerdir.

Selülozik yalıtımda, boraks pentahidrat ve borik asit kullanılmaktadır. Bu ürünler, enerji verimliliğini artırmak, mantar ve diğer mikroorganizmaların gelişimini önlemek ve alev almaya karşı malzemenin direncini yükseltmek amacıyla kullanılmaktadır.

PVC’de yanmayı önleyici olarak kullanılan bor bileşiklerinin başında çinko borat, baryum metaborat, bor fosfatlar ve amonyum fluoborat gelir. PVC yanarken HCl açığa çıkmaktadır. PVC’ye alev geciktirici olarak çinko borat katıldığı zaman, bu gaz uçucu olmayan çinko ve bor bileşikleri ile reaksiyona girerek zararlı gazların açığa çıkmasını engellemektedir.

Tarım

Bitki gelişiminde önemli bir yeri olan bor elementinin mutlak gerekliliği yaklaşık 82 yıl önce belirlenmesine rağmen bitki bünyesindeki fonksiyonları halen tam olarak anlaşılamamıştır.

Bor, hücredeki şeker geçişini, hücre bölünmesi ve gelişimi, fotosentez metabolizmasını düzenler. Gereken miktarlarda bor olmadan da bitkiler büyüyebilir ve yaprak açabilir ancak meyve veya tohum üretiminde kayıplar söz konusu olacaktır.

Metalurji

Bor bileşikleri, yüksek sıcaklıklarda düzgün, yapışkan, koruyucu ve çapaksız sıvı oluşturma özellikleri nedeniyle demir dışı metal sanayinde koruyucu cüruf oluşturucu ve ergitmeyi hızlandırıcı madde olarak kullanılmaktadır.

Flakslama uygulamalarında bor, bakır alaşımlarının ergitilmesinde ve altın analizlerinde ve rafinasyonunda, çeliğin lehim kaynağı yapılması sırasında ve gaz lehimlemede kullanılmaktadır.

Bor ilavesi çeliğin sertlik ve mukavemetini artırmaktadır. Çelikler 50 ppm düzeyine kadar bor ihtiva edebilirler. Borlu çeliklerin sertleşebilme kabiliyetleri daha yüksektir. Bor, paslanmaz çeliklere de ilave edilmektedir.

Bor Fiberleri

Bor fiberleri, spor aletlerinden (balıkçılık, golf, kayak, bisikletler) uzay ve hava araçlarına kadar birçok alanda kullanılmaktadırlar. Bor fiber kompozitleri, bor fiberleri ile güçlendirilmiş polimer reçinelerden oluşmaktadır. Bor fiber kompozitleri, hava ve uzay araçlarının üretiminde kullanılan ilk ileri kompozit malzemedir. Bor fiberlerinin yüksek maliyetleri kullanım alanlarını sınırlamaktadır.

Uzay ve Havacılık

Uçak ve havacılık endüstrisinde bor kullanımı giderek artan bir seyir izlemektedir. Aerodinamikteki gelişmeler, yüksek hız kanat uygulamaları, yüksek ısıya dayanımlı gövde, düşük ağırlık yüksek kapasite ve benzeri uygulamalar üzerinde yürütülen tasarım ve geliştirme çalışmaları havacılık ve uzay sanayinde kompozit malzeme kullanımını oldukça yaygınlaştırmıştır.

Borun yanıcı fakat tutuşma sıcaklığının yüksek olması, yanma sonucunda kolaylıkla aktarılabilecek katı ürün vermesi ve çevreyi kirletecek emisyon açığa çıkarmaması ulaşım araçlarında bir avantaj olarak kabul edilmektedir.

Bor kimyasalları füze yakıtı olarak kullanılabilmekte olup hidrojen diboran (B2H6) ve hidrojen pentaboran (B5H9) gibi borhidrürlerin uçaklarda yüksek performanslı potansiyel yakıt olarak kullanımı konusunda çalışmalar mevcuttur.

Enerji

Ticari olarak üretilip kullanılan bor hidrürlerin en önemlisi olan ve iyi bir hidrojen taşıyıcısı ve depolayıcısı olarak bilinen sodyum borhidrür, hali hazırda kâğıt hamurunun ağartılmasında, tekstil atıklarının indirgenmesinde, atık sulardan ağır metallerin uzaklaştırılması gibi pek çok alanda da kullanılmaktadır.

Sodyum bor hidrür, yanıcı/patlayıcı olmaması, çevreye dost bir ürün olması, reaksiyonu sonucu oluşan sodyum metaboratın tekrar sodyum bor hidrüre dönüştürülebilmesi, elde edilen hidrojenin yarısının sodyum borhidrürden diğer yarısının ise sudan gelmesi, araçlarda yük ve yolcu taşıma yeri açısından problem yaratmaması gibi bazı özelliklerinden dolayı hidrojenin depolanması konusunda diğer yöntemlere göre avantajlı durumdadır.

Sodyum borhidrür, gelecek yıllarda hidrojenin yakıt olarak kullanılmasının yaygınlaşması ile birlikte enerji alanında önemli bir ürün haline gelecektir. Hidrojeni depolama özelliğinin yanı sıra, yakıt pillerinde doğrudan yakıt olarak da kullanılabilmektedir.

Nükleer Uygulamalar

Atom reaktörlerinde borlu çelikler, bor karbürler ve titan bor alaşımları kullanılır. Paslanmaz borlu çelik, nötron absorbanı olarak tercih edilmektedir. Yaklaşık her bir bor atomu bir nötron absorbe etmektedir. Bu nedenle, atom reaktörlerinin kontrol sistemleri ile soğutma havuzlarında ve reaktörün alarm ile kapatılmasında bor (10B) kullanılmaktadır.

Ayrıca, nükleer atıkların depolanması için bor cevheri olan kolemanit kullanılmaktadır.

Sağlık

Bor, insan vücudu tarafından az miktarlarda ihtiyaç duyulan, hücrelerde sentezlenemediği için besinlerle dışarıdan alınması gereken önemli bir besleyicidir.

1981 yılına kadar borun insanlar üzerinde bir etkisinin olmadığı düşünülmekteydi. Bu yıldan sonra yapılan çalışmalarla borun, birçok tedavi için vazgeçilmez bir element olduğu ve insan gelişiminde düşünülenin tam aksine etkin olduğu belirlendi.

Metabolizmadaki bor, kalsiyum, magnezyum ve fosfor dengesini ayarlamakta olup sağlıklı kemiklerin oluşumuna, kasların ve beyin fonksiyonlarının gelişimine yardım eder.

Osteoporoz tedavilerinde, alerjik hastalıklarda, psikiyatride, kemik gelişiminde ve artiritte, menopoz tedavisinde bor aktif olarak kullanılmaktadır. Ayrıca kesinleşmiş bir tedavi olmamakla birlikte Bor Nötron Yakalama Tedavisi (BNCT) ile sağlıklı hücrelere zarar vermeden kanserli hücrelerin imha edilmesinde görev alan bor elementi, kanser tedavisinde yeni bir umut olmuştur.

Çimento

Bir bor minerali olan kolemanit, %8 oranında çimento üretiminde kullanılarak klinker pişirme sıcaklığını düşürmekte ve çimentonun özelliklerini iyileştirmektedir. Borlu çimento; mukavemet, su ve gaz geçirgenliği, hidratasyon ısısı gibi parametreler açısından portland çimentosuna göre daha iyi özellikler sergilemektedir. Hidratasyon ısısının düşük olması özellikle kütle betonlarında soğutma ihtiyacını önemli oranda azaltmaktadır.

Çimento üretiminde kolemanit kullanımı ayrıca, atmosfere salınan karbon dioksit miktarını % 25-30 oranında düşürmektedir. Borlu çimento üretimi, Kyoto protokolünün getirdiği sorumluluklar çerçevesinde sektör için can simidi olabilecek potansiyeli taşımaktadır.

Ulusal Bor Araştırma Enstitüsü (BOREN) web sitesinden alınarak, sadeleştirilmiştir.

Kaynak: https://www.boren.gov.tr/

Başa dön tuşu