Kömürde Ana-İz Element ve Oluşum Şekilleri

Yerkabuğunun ağırlıkça % 98,34’ünü oluşturan elementler ana oksitler olarak adlandırılır. Bu elementler; SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, CaO, Na2O, K2O (majör elementler >%1) TiO2, MnO, P2O5 (minör elementler %0,1-1) elementlerini kapsamaktadır. Bu elementlerin herhangi bir kayaç içerisindeki konsantrasyonları % oksit cinsinden ifade edilmekte olup ana oksitlerin toplamı % 100 civarında olacak şekilde hesaplanır. H2O, CO2 ve S gibi uçucu elementler genel toplama dahil edilir. İz elementler ise <%0,1 olup, ppm ve ppb olarak ifade edilmektedir. Sc, Be, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, In, Sn, Sb, Cs, Ba, Hf, Ta, W, Tl, Pb, B, Th, U, REE (La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) elementlerinden oluşmaktadır. Ana elementler kayaç oluşturucu minerallerin bünyesinde yer alırken, eser elementler ise çoğunlukla aksesuar ya da tali mineral olarak bulunan minerallerin bünyesinde bulunur.

Kömür organik maddece zengin olmasına rağmen inorganik bileşenlerin genellikle değişken miktarından dolayı ilgi çekici olmakta ve kömürdeki oluşum şekli ve nasıl kullanılacağının belirlenmesi gerekmektedir. Birkaç nadir element (Aktinyum, Astanit, Fransiyum, Polonyum, Protaktinyum) hariç kömürde bütün elementler bulunmuştur. Birçok kömür örneğinde ana elementler ve kükürt (C, H, O, N hariç)

19

ağırlıkça çeşitli yüzdelerde görülür. Diğer tüm elementler %1’in altında konsantrasyon sunarlar (Orem ve Finkelman 2003).

Kömürde inorganik bileşenlerin bolluğu her seviyede –kömür havzaları arasında, havza içerisindeki kömür yatakları arasında ve kömür yatakları arasında- mikrometreden kilometrelerce mesafede çeşitlilik gösterir. Bu çeşitlilik turba ve kömür oluşum süreçlerindeki jeolojik ve jeokimyasal süreçlerdeki farklılıktan kaynaklanmaktadır (Swaine 1990, Bouska 1981). Bitki topluluğu, kaynak materyal, detritik girdi, diyajenetik süreçler ve tüm değişiklikler kömürün inorganik kimyasal bileşenlerin bolluğunu ve türünü etkiler (Orem ve Finkelman 2003).

Kömürlerin mineral ve element içeriği ile ilgili bilgi sadece kömürdeki iz elementlerin potansiyel davranışlarını kısmen destekler. Eğer elementlerin oluşum şekli bilinirse daha net bir sonuç sağlar. Kömürde elementlerin oluşum şekli kömürleşme sürecinde meydana gelen jeokimyasal sürecin anlaşılmasını, teknolojik davranışını, çevresel etkisini ve ekonomik potansiyelini ortaya koyar.

Element ve minerallerin bir kısmı volkanik püskürmeler ve kozmik fırtınalarla yüzeyde oluşan turbaların yapısına katılırken bazı elementler doğrudan bitkisel materyalin dokusunda yer alır ve buradan doğrudan turbanın ve sonrasında kömürün yapısına karışırlar. Ya da sediman, taşkın etkisinde olan bataklıklarda taşkınlar ve kısmen yeraltı suyuyla turbanın yapısına katılır. Yine yer altı suları özellikle çözünmüş halde bulunan elementlerin turbalıkta, ya da kömürleşmenin herhangi bir evresinde kömürün yapısına karışmasında etkin rol oynarlar. Bu girdilere karşın liç suları, yani kömürlü birimleri drene eden sular, ciddi miktarda çözünmüş elementin kömür yapısından uzaklaştırılmasına yol açarlar (Cohen vd. 1987). Bu faktörlerden detritik girdinin önemi büyüktür. Turba oluşum sürecinde kömürde mineral madde oluşumu için Ph değeri önemlidir. Ph’daki değişimler iz elementlerin tutuklanmasını veya fakirleşmesini artırır. Örneğin sülfat indirgeyen bakteri düşük Ph’da (<4) korunmazken bataklıkta çözülen bileşikler ve liçing için düşük Ph gereklidir (Baas Becking vd. 1960, Cecil vd. 1982). Bu elementler kömüre ait maserallere veya minerallere (kil, karbonat, sülfit vb) bağlı olarak bulunur.

Karboksilik asit (-COOH), fenolik hidroksil (-OH), mercapto (-SH) ve imino (=NH) olarak adlandırılan ve organik kömürlü maddenin parçası olan temel spesifik gruplar vardır ve bu gruplarla iz elementlerin ilişkisi olduğu belirtilmiştir (Swaine 1990). Linyit ve kahverengi kömürlerde belli iz elementlerin toplam içeriklerinin bir kısmının iyon değiştirebilir olduğuna kanıt olarak Ba ve Sr (Morgan vd. 1981), Mn, Sr ve Zn (Swaine 1983), Ba, Mn ve Sn (Benson ve Holm 1985, Miller ve Given 1987) iz elementleri belirlenmiştir. Mn ve Sr elementleri karboksilik asit bazende fenolik hidroksil grubuyla ilişkilidir (Brown ve Swaine 1964). Düşük ranklı kömürlerde organik kökenli olanlar Al, Ba, Be, Cd, Fe, Mg, Mn, P, REE, Sc, Sr, Ti, U, V, It olarak belirlenmiştir (Swaine 1990).

Düşük kül içeriğine sahip kömürlerde elementler çoğunlukla organik materyalle ilişkilidir (Swaine 1995). Buna ek olarak organik ilişkinin baskınlığı için kül içeriği çok düşük (<%5) olmalıdır (Finkelman 1982). Kömürlerde kül artışıyla birlikte organik

20

kökene bağlı elementlerin miktarı azalırken minerallere bağlı elementler artar (Nicholls 1968, Song vd. 2007).

İz elementlerin bir bölümü (Pb, Hg, As, Se, Tl) ağır metaldir. Zehirli olan bu elementlerin yoğunlukları >5g/cm3_{’tür. Bir kısmı da ağır metal veya metalik element} olmadığı halde (F gibi) yine de çevre için büyük tehlike oluşturabilen elementlerdir. Kömürlerde bulunan ve belli bir konsantrasyonunun üstünde çevreye ve insan sağlığına olumsuz etkileri, bulunuş şekilleri Finkelman ve Gross (1999) tarafından 25 iz element (Sb, As, Be, Hg, F, Cd, Cl, Co, Cr, Pb, Mn, Ni, Se, U, Cu, Ba, B, Zn, P, Ag, Sn, Mo, Tl, Th, V) Finkelman ve Gross (1999) olarak belirlenirken Swaine (1990), Ag’ü dahil etmeyerek, Ra ve I iz elementlerini ekleyerek 26 iz element olarak tanımlamıştır. Bu elementler içerisinden As, Be, Cd, Co, Cr, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Th, Tl, U, EPA 1990 (Çevre Koruma Ajansı) tarafından potansiyel tehlikeli hava kirletici elementler (HAPs) olarak belirlenmiştir.

2.6.1. Kömürlerde Element Zenginleşmeleri ve Zenginleşme Faktörü

Kömürde bulunan iz elementlerin zenginleşmeleri hesaplanırken zenginleşme faktöründen (EF) yararlanılır. Bunun için Dünya kömürlerinde çeşitli formüller kullanılmaktadır. Organik madde ve otijenik mineraller tarafından değişken dilüsyonu düzeltmek için element konsantrasyonları genellikle Al yada Ti, Sc gibi elementlerle normalize edilir (Ren vd. 1999, Li 2000, Kara-Gulbay ve Korkmaz 2009). Genellikle zenginleşme faktörü hesaplanırken EF=(element/Al)örnek/(element/Al)ort.değ. formülünden yararlanılır. Herhangi bir nispi zenginleşmede EF > 1, tükenen elementlerde EF < 1 olarak belirtilmiştir (Turekian ve Wedepohl 1961, Kara-Gülbay ve Korkmaz 2008, Altunsoy vd 2015).