Zeolit Nedir?

Zeolit, kelime olarak ‘Kaynayan Taş’ anlamına gelmektedir. Son yılların önemli hammaddelerinden olan zeolitler kimyasal olarak “sulu alümino silikatlar” olarak bilinmektedir.

Zeolitler 1756 yılında İsveç’li mineralog Frederich Cronstet tarafından bulunmuş, ilk bulunan zeolit örnekleri volkanik  (igneous  zeolite)  orjinli  olup,  daha  sonra hidrotermal ve çökertme yolu ile “sedimenter zeolit”oluşumlar elde edilmiştir. 

zeolit
Şekil 1: Parça Zeolit

Zeolitin Özellikleri Nelerdir?

Zeolit, üç yapılı bir ağ örgüsüne sahip gözenekli, alkali (Na ve K) ve toprak alkali (Ca)  elementlerinin  sulu alumina silikat kristalidir.  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.

zeolitin yapısı
Şekil 2: Zeolitin İç Yapısı

Zeolitlerin başlıca fiziksel ve kimyasal özellikleri; iyon değişikliği yapabilme adsorpsiyon ve buna bağlı moleküler elek yapısı, silis içeriği, ayrıca tortul zeolitlerde açık renkli olma, hafiflik söz konusudur.

Zeolitlerin yapıları boşluklar içermekte olup, bal peteği veya kafes görünümündedir. Genellikle alkali ve toprak alkali metaller olan katyonlar ve su, boşluklarda bulunabilmektedir. Zeolitlerin bal peteği veya kafes yapısı 2-12 Aoarasında kanal veya boşluk boyutuna sahiptir. Katyonlar zeolite zayıf bağlarla bağlı olduklarından,  iyonları  kolaylıkla değiştirebilmekte,  bu  nedenle zeolitler iyon değiştirici olarak kullanılmaktadır. Gözeneklerin içindeki su molekülleri de ısıtılarak kolaylıla zeolitik yapıyı terketmekte veya tekrar adsorbe edilebilmektedir.

Zeolit
Tablo 1: Bazı Zeolitlerin Fiziksel Özellikleri

Zinober Madeni Hakkında Detaylı Bilgi Almak İçin enerjiportali.com/zinober-nedir-nerelerde-kullanilir Bağlantısını Ziyaret Edebilirsiniz.

Zeolit Çeşitleri Nelerdir?

Doğal zeolitler 40’ı aşkın mineralden oluşmuş bir grup ismidir. Bunların içinde en bilinenleri; analsim, şabazit, klinoptilolit, eriyonit, ferrierite, heulandite, mordenit, stilbit ve filipsit, laumonit, natrolit, faujasit, sentetik zeolit , sentetik zeolit X’tir.

Ayrıca sentetik zeolitler de vardır. Saf ve düzgün yapılı sentetik zeolitler ilk defa 1938 yılında sentezlenmiş, üretimleri ise 1948 yılında gerçekleştirilmiştir. Bunlar doğal zeolitlere eş değer değillerdir ve 200 türü vardır.  Özellikle deterjan ve kimya sektöründe tüketilen bu zeolitlerin Türkiye’de şu an için üretimi yoktur.

sentetik zeolit
Şekil 3: Sentetik Zeolit

Zeolit Nerelerde Kullanılır?

Dünyada 1960’lı yıllardan sonra ticari olarak üretilip pazarlanmaya başlayan zeolitler, ülkemizde ilk defa 1971 yılında tespit edilmiştir. Dünya zeolit tüketiminin %18’i doğal zeolitler, %82’si sentetik zeolitler olup, başlıca tüketilen zeolitler Klinoptilolit ve Şabazittir. Klinoptilolitler esas olarak yapı,  tarım-hayvancılık ve arıtıma sektörlerinde kullanılmaktadır. 

Organik tarımdan, deterjan endüstrisine, besicilikten, endüstriyel atıkların temizlenmesine kadar 150 farklı alanda kullanılmaktadır. 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-metalürji ve diğer alanlar olmak üzere 5 ana bölümde toplanabilir:

Kirlilik Kontrolü: Zeolit mineralleri iyon değiştirme ve adsorpsiyon özellikleri nedeniyle kirlilik kontrolünde gittikçe artarak kullanılmaktadır. Zeolitli tüfler, gübrelerin kötü kokusunu gidermek içeriğine kontrol etmek ve asit volkanik toprakların pH’nın yükseltilmesi amacıyla uzun yıllardan beri kullanılmaktadır. Göl ve göletlerde biyolojik artıkların neden olduğu kirliliğin temizlenmesinde doğal zeolitler özellikle klinoptilolit etkin olarak kullanılmaktadır. Ayrıca doğal zeolitlerden, canlı balık taşımacılığı ve su kültür ortamlarında ihtiyaç duyulan oksijence zengin hava akımının temininde de yararlanılmaktadır.

  • Radyoaktif Atıkların Temizlenmesi: Nükleer santral atıklarında bulunan ve çevre sağlığı açısından tehlikeli olan Sr , Cs , Co ,Ca gibi izotoplar, zeolitlerle tutulabilmektedirler. Böylece atık sudan alınan radyoaktif atıklar,zeolitle birlikte gömülerek zararsız hale getirilmektedir. Bu alanda asitlere dayanıklılıkları nedeniyle klinoptilolit ve mordenit kullanılmaktadır.
  • Atık Suların Temizlenmesi: Şehir ve endüstri tesislerin atık sularında bulunan azot bileşikleri (özellikle amonyum), metal iyonları (Pb, Cd, Fe, Cu, vb.) atıldıkları ortamlarda yer altı ve yerüstü sularını kirletmekte ve bu ortamların gerek temiz su gerekse de kullanma suyu olma özelliklerini yok etmektedirler. Ayrıca bu sularda yaşayan balık ve diğer su faunasına toksik etki yapmakta ve bu faunanın beslenmesi için gerekli alglerin üremesini de engellemektedir. Bu nedenle atık sularda bulunan azot ve istenmeyen bazı ağır metal katyonları (örneğin Pb ) zeolitler tarafından kolaylıkla tutulmaktadır. ABD ve Japonya’da pek çok şehir ve endüstriyel atık suları klinoptilolit kullanılarak temizlenmektedir.
  • Baca Gazlarının Temizlenmesi: Petrol ve kömür kullanan tesislerin bacalarından çıkan CO2, SO2 ve diğer kirletici gazlar zeolitlerin adsorplayıcı özelliği ile ayrılabilmektedir. Mordenit ve klinoptilolitin bu alanda çok iyi sonuçlar verdiği yapılan çalışmalarla ortaya konmuştur.
  • 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 yağ adsorplama kapasitesi 0,97 gr olan bu malzeme, 200 saat suda yüzebilmekte ve yüzeydeki petrolü adsorplamaktadır.
  • Oksijen Üretimi: Yaşam için gerekli olan oksijenin azalmasına yüzyılımızın sorunlarından olan su ve hava kirliliği neden olmaktadır. Akarsu ve göllerdeki oksijen eksikliği, bu ortamlarda yaşayan balık ve bitkilerin yok olmasına neden olurken kapalı bir mekandaki oksijen azlığı insan sağlığını tehdit etmektedir. Bu durumlarda zeolitlerin azotu seçimli adsorplama özelliklerinden yararlanarak bu ortalamalara oksijence zenginleştirilmiş hava sağlanabilmektedir. Oksijen üretiminde, daha çok sentetik zeolitlerden yararlanılmakla birlikte, doğal zeolitlerden özellikle mordenit ve bazı klinoptilolitlerle şabazit de kullanılabilir görülmektedir.
zeolit
Şekil 4: Zeolitin Çöp Depolama Sahalarında Kullanımı
  • Çöp Deponi Alanları: Düzenli çöp deponi alanlarının en önemli kesimleri zemin ve zemin stabilizasyonudur. Zeminde kullanılacak astar malzemenin zemini sağlamlaştırıcı geçirgen olmayan bir yapı göstermesi istenir. Bunun için genelde geçirgenliği az olan killer kullanılmaktadır. Killerin zamanla şişerek jelleşmeleri ve asit ortamlardan etkilenmeleri nedeniyle problemler yaşanabilmektedir. Yapılan araştırmalar bentonit türü killerle klinoptilolit türü zeolitlerin birlikte kullanılmalarının hem zemin kararlılığına olumlu etki yaptığı hem de daha ince astar malzemesi ile zemin oluşturulabileceğini göstermiştir. Aynı zamanda zeolit sızabilecek sulardaki zararlı iyonları tutarak ayrıca filtre görevi görmektedir. Dünyanın gittikçe büyüyen enerji ihtiyacı; kömür ve petrol yanında nükleer ve güneş enerjisi gibi kullanılan ve aynı zamanda da geliştirilmekte olan değişik kaynaklardan karşılanmaya çalışılmaktadır. Bu kaynakların enerjiye dönüştürülmesi esnasında sentetik ve doğal zeolitlerden faydalanmaktadır.

Enerji: Kömür ihtiyacının gün geçtikçe artması kaliteli ve kolay işletilebilir rezervlerin azalması, çok derinde bulunan veya kükürtçe zengin kömür yataklarının işletilmesini 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.

Zeolitler, 1969 yılından beri kirli veya saf olmayan doğal gazlarından CO2 ‘in uzaklaştırılmasında kullanılır.

Zeolitlerin sıcaklığa bağlı olarak su verip alma özelliklerinden yararlanarak, klinoptilolit ve şabazit üzerinde yapılan uygulamalarda, küçük yapıların ısıtılması ve klimatize edilmesi, diğer bir deyişle, zeolitlerin güneş enerjisinin transferinde ısı değiştirici olarak kullanılması mümkün görülmektedir.

Petrol ve gaz içeren alanların aranması ve paleoortam koşullarının belirlenmesinde önemli bilgiler veren doğal zeolitler, petrol ve gaz üretimi ile bunların rafinasyonunda bazı özel uygulamalarda kullanılabilmektedir. Tabii gazlardan su ve CO2 mordenit, şabazit ve klinoptilolit kullanılarak ayrılmaktadır. Ayrıca doğal zeolitlerden petrol rafinasyonunda yararlanılabilecek nitelikte katalizörler üretilmiştir.

Tarım ve Hayvancılık: Doğal zeolitler, yüksek iyon değiştirme ve su tutma özellikleri nedeniyle toprağın tarım için hazırlanmasında, çoğunlukla kil bakımından fakir topraklarda yaygın biçimde kullanılmaktadır. Ayrıca yüksek amonyum seçiciliği nedeniyle gübre hazırlanmasında taşıyıcı olarak klinoptilolit kullanılmasıyla amonyumun bitkiler tarafından daha etkin biçimde kullanılması ve gübre tasarrufu sağlanmaktadır. Klinoptilolit nem fazlasını adsorpladığı için gübrelerde depolama sırasında oluşan pişme ve sertleşmeyi de önlenmektedir. Ayrıca fazla sulama nedeniyle oluşan mantari hastalıklarının da önüne geçtiği belirlenmiştir.

Doğal zeolitlerden iyon değiştirme ve absorplama kapasitelerinin yüksekliğinden dolayı tarımsal mücadele ilaç taşıyıcı olarak yararlanılmaktadır. Doğal zeolitlerin katyon seçme ve değiştirme özelliklerinden sadece besleyici iyonların bitkiye aktarılmasında faydalanılmayıp aynı zamanda beslenme zincirlerinde Pb-Cd-Zn-Cu gibi istenmeyen bazı ağır metal katyonlarının tutulmasında da yararlanılabilir. Bu alanda kullanılan klinoptilolitin radyoaktif kirlenmenin söz konusu olduğu topraklara ilave edilmesi ile bitki tarafından alınan S90 miktarının büyük ölçüde azaltıldığı da saptanmıştır.

Yemlerine zeolit ilave edilen tavuk ve geviş getiren hayvanların normal yemlerle beslenenlere oranla sağlıkları bozulmaksızın ağırlıklarının artığı belirlenmiştir. Bu alanda kullanılan zeolitlerin başlıcaları klnoptilolit ve modernittir.

Doğal zeolitler dışkıların kötü kokusunun giderilmesini, nem içeriklerinin kontrolünü ve dışkılarının oksijensiz ortamda çürümesiyle oluşan metan gazının diğer gazlardan ayrılmasını sağlamaktadır. Koku giderimi ve nem içeriğinin kontrolü ile hayvan barınaklarında daha sağlıklı koşul yaratılmaktadır. Özellikle klinoptilolit ile muamele edilen gübreler (özellikle tavuk gübresi) çok daha kısa zamanda kullanılabilir ve daha zengin içerikli olmaktadır.

Madencilik ve Metalürji:

  • Maden Yataklarının Aranması: Volkanik malzemenin hidrolizi sonucu oluşan zeolitler cevher yataklarının oluşumlarının açıklanması yanında, aramalarında da kullanılabilir. Japonya’da tüflü kum taşlarındaki uranyum cevherleşmesinin klinoptilolit-hölanditli seviyelere bağımlı olduğu belirlenmiştir. Ülkemizde ise zeolitli tüflerin borat oluşumları ile ilişkileri dikkat çekmektedir.
  • Metalürji: Çevre sağlığı açısından tehlike oluşturan bazı ağır metal katyonları içeren madencilik ve metalurjik faaliyetlerinden ortaya çıkan atık sular, doğal zeolitlerin katyon değiştirme özelliklerinden faydalanılarak arıtılabilmektedir. Ayrıca pirometalurji sanayinde CaC03 ve doğal zeolit karışımı Cu-Pb alaşımlarının eritilmesinde ortaya çıkan zararlı dumanları %90 oranında yok edebilmektedir.

Diğer Kullanım Alanları

  • Kağıt Endüstrisi: Yüksek parlaklığı olan zeolit cevherleri, kağıt endüstrisinde dolgu maddesi olarak gittikçe daha fazla kullanılmaktadır. Klinoptilolit katkılı kağıt, normal kil katkılı kağıtlara göre daha tok olup, kolay kesilebilmekte ve mürekkebi daha az dağıtmaktadır. Klinoptilolit -10 mikrona kadar öğütüldüğünde aşındırma endeksi %3’den az, parlaklığı 80 civarında bir malzeme özelliği kazanır. %28 zeolit tozu katılmış bir karışımdan klasik kağıda göre çok daha hafif kağıt üretimi mümkündür.
  • İnşaat Sektörü:
    • Puzzolan Çimento ve Beton: Zeolitik tüf yatakları, birçok ülkede puzzolanik hammadde olarak kullanılmaktadır. Zeolit puzzolanlar, son beton ürününün daima yer altı su korozyonuna maruz kalacağı hidrolik çimentolarda önemli uygulamalar bulmaktadır. Zeolitlerin sulu alt yapılarda kullanılacak puzzolan çimento üretiminde kullanılması, yüksek silis içermeleri nedeniyle betonun katılaşma sürecinde açığa çıkan kirecin nötrleşmesini sağlayabilmektedir.
    • Hafif Agregat: Perlit ve diğer volkanik camlar gibi doğal zeolitler de genleşmeye uygundur. Genleştirilmiş zeolitlerin sıkışma ve aşınmaya karşı dayanımı daha yüksek olup, genleştirilmiş hafif agregat üretilmektedir.
    • Boyutlandırılmış Taş: Zeolitik tüfler, düşük ağırlıklı, yüksek gözenekli, homojen, sıkı -sağlam yapılıdırlar. Kolayca kesilip işlenebilmeleri ve hafiflikleri ile yapı taşı olarak kullanılırlar. Birçok ülkede uzun yıllar bu amaçla kullanılan devitrifiye volkanik küller ve değişime uğramış tüflerin zeolit içerikli olduğu son yıllarda anlaşılmıştır.
  • Sağlık Sektörü: Doğal zeolitler bu alanda çeşitli şekillerde kullanılmakla birlikte, bunlar arasında en önemlisi klinoptilolitin flörürlü diş macunlarında parlatıcı katkı maddesi olarak kullanılmasıdır. Klinoptilolitler Küba’da ülser ve ishal tedavisinde ilaç olarak kullanılmaktadır. Bu konuda alınmış patentleri bulunmaktadır. Ayrıca kesik türü yaralanmış hayvanların tedavisinde yaranın enfeksiyon kapmaması için toz olarak kullanılmaktadır.
  • Deterjan Sektörü: Çevre kirlenmesi nedeniyle deterjanlarda fosfat kullanımı bazı ülkelerde kısıtlanmaktadır. Bu yüzden deterjan katkı maddesi olarak sentetik zeolitler fosfatlarının yerine kullanılmaktadır. Son yıllarda doğal zeolitlerin de bu alanda kullanılmasına yönelik bazı çalışmalar devam etmektedir.
zeolit
Şekil 5: Büyük Parça Şeklinde Zeolitin Görütünsü

Zeolit Nerelerde Bulunur?

Volkanik küllerin su ortamında değişime uğraması sonucunda oluşurlar. Son 200 yılda 50 çeşit doğal zeolit ve 200’den fazla sentetik zeolit tanımlanmış ve 9 zeolit mineralinin doğada büyük miktarlarda ve oldukça saf rezervler olarak bulunduğu anlaşılmıştır. Bunlar; analsim, klinoptilolit, şabazit, eriyonit, ferriyonit, hölandit, lomantit, mordenit ve filipsittir.

Doğal zeolitler dünyada hemen hemen her kıtada bulunmakla birlikte türleri ve minerolojik kaliteleri farklıdır.

Dünyada rezerv olarak en çok bulunan ve teknolojik özellikleri en iyi olanlardan biri Klinoptilolit olup, suyu gazları ve metal iyonlarını bünyesinde değişebilir durumda tutabilen, zararlı elementler içermeyen, 750 0C kadar sıcaklığa, asit ve bazlara (pH:1,5-11) dayanabilen doğal bir mineraldir.

Tablo 2: Klinoptilolitin Özellikleri

Dünyada zeolit üretici ülkeler; ABD, Japonya, Kanada, Avustralya, Küba, Çin, eski SSCB, İtalya, Macaristan, Bulgaristan ve Kore’dir.

Zeolit madeninin dünya rezervlerinin yüzde 75’ini Türkiye, Türkiye rezervlerinin de yarısından fazlasını Manisa’nın Gördes ilçesi elinde bulunduruyor. Türkiye’deki diğer önemli zeolit yatakları Ankara, Kütahya, Manisa, İzmir, Balıkesir ve Kapadokya’da bulunmaktadır. Zeolit madenlerinden çıkarılan zeolit mineralinin, kırılıp paketlenerek Türkiye’nin her yerine ve 30 ülkeye gönderilmektedir.

Daha Fazla Maden İncelemek İçin enerjiportali.com/madenler Bağlantısını Ziyaret Edebilirsiniz.

Kaynaklar:
1) MTA
2) Zeolit (Klinoptilolit) ve Tarımda Kullanımı (2003), Halil Demir ve Ersin Polat
3) Doğal Zeolitlerin Hayvancılıkta Kullanım Olanakları (2010), Dilek Şentürk Demirel, Ramazan Demirel ve İlhan Doran