MADENCİLİKTE ASİT MADEN DRENAJINDAN KAYNAKLI TOPRAK VE SU KİRLİLİĞİ

MADENCİLİKTE ASİT MADEN DRENAJINDAN KAYNAKLI TOPRAK VE SU KİRLİLİĞİ

 

DR.EŞREF ATABEY

Jeoloji Yüksek Mühendisi / Tıbbi Jeoloji uzmanı 

 

Türkiye’de genellikle sülfürlü cevher çıkartılan altın, gümüş, kurşun, demir, bakır, antimon gibi maden ocaklarında asit maden drenajı, diğer anlamda asidik sular oluşur. Bu asidik sular toksik olabilen ağır metallerce de zengindir. Maden pasaları (artıkları) çevresindeki topraklar, alıcı nehirler, dereler ve yer altı sularına bu sular karışır. Bazı içme suları bu yönüyle insan sağlığı için tehdit oluşturur. Toprakta ağır metal fazlalığı bitkiler için zehirlenme etkisi yapabilir.

 

MADENCİLİKTE ASİT MADEN DRENAJI OLAYI, SÜLFÜRİK ASİT OLUŞUMU

 

Cevher minerali içeren, bütün bir yer kabuğu parçası doğal halindeyken, atmosferle, suyla temas ettiğinde ancak sınırlı oranda yüzeyi kadar oksitlenir ve çözünür. Ancak, cevher çıkarılması için bu kaya parçalara bölünürse, yüzey alanının karesi oranında çoğaltmış olur. Yüzey alanı büyütülmüş, içerisinde işletilemeyecek kadar düşük, ancak sağlık için hala zararlı oranda metalleri taşıyan pasa olarak tanımlanan kırıntılar ve tozlar, yağacak yağmurda yıkanarak asit maden drenajına dönüşebilmektedir.

Maden cevheri çıkarmak için, cevherli kayalar delinir, patlatılır, kırılır, öğütülür ve altın ve gümüş olmak üzere siyanür kullanılarak liç denilen farklı yöntemlerle kaya içindeki cevher alınır. Ancak çok küçük parçalara ayrılan kayaç zerrecikleri,  cevherden geriye kalan pasa yığınları yağmur suyuyla yıkanır ve pasa altında sülfürik asit niteliğindeki asidik bir su oluşur. Bu olaya ASİT MADEN DRENAJI denir.

Kaya yığınları, üretim ve hazırlıklarla sürekli yeni yüzeyler açılması nedeniyle açık ve kapalı ocaklar, cevher stok sahaları, pirit konsantrasi stokları, proses artıklarının bırakıldığı atık barajları asit maden drenajı oluşumuna kaynaklık edebilir. Bu kaynaklardan doğabilecek sızıntılar ve yüzey drenajıyla süreç gelişebilir.

Maden cevherine dayalı asit oluşumunun ilk adımı ortamda sülfürlü minerallerin oksitlenmesidir. Ortamda, su ve havadan kaynaklanan oksijenin varlığı pirit (FeS2) veya markasit (Fe11S12) gibi sülfürlü demir minerallerinin kimyasal reaksiyona katılmalarıyla asit tuzlarının oluşumuyla kaynak malzemenin ayrışmasına neden olmaktadır. Yeni oluşan yüzeylerin oksidasyona uğraması asit oluşumunu,  pH değeri düşük olan sular da, diğer metal ve bileşiklerin çözünürlüğünü arttırmaktadır. Oluşan asit maden drenajı temas ettiği maddelere bağlı olarak; alüminyum, magnezyum, çinko, kadmiyum ve kurşun gibi değişik metal iyonlarını barındırır. Pirit kuru ve sulu ortamda oksijen ve suyla reaksiyona girerek, çözünebilen demir ve sülfürik asite (H2SO4) dönüşür.

 

Kuru ortam: FeS2 + 3O2 → FeSO4 + SO2

Sulu ortam: 2FeS2 + 2H2O + 7O2  → 2FeSO4+2H2SO4 (sülfürik asit)

 

Sülfürik asit oluşumunun kaynağı kayaç yığınları, artık barajına terk edilen proses artıkları, pirit konsantresi stokları, açık ve kapalı maden ocaklarında yapılan kazılarla açılan ve sürekli yenilenen yüzeylerdir. Başlangıçta pirit, markazit ve pirotin gibi bir demir sülfür mineralinin su ve havanın etkisinde kalması gereklidir.

Asit oluşumu için nem, oksijen ve sülfürlü mineral gerekir. Bunların dışında iklim ve hidrolojik koşullar, jeolojik, mineralojik, biyolojik, fiziksel ve kimyasal faktörler oluşumu engelleyici ya da hızlandırıcı etki yapmaktadır. Her maden işletmesinde (ocağında) az ya da çok su bulunur. Suyun kaynağı; yağmur, yüzeyden gelen sular ve yer altı suyundan süzülmeler olabilir. Suyun asit karakter kazanması reaksiyonun sulu ortamda gerçekleşmesini gerektirir. Reaksiyon sonucu oluşan asit maden drenajında ileri aşamalarında aşağıdaki reaksiyonlar ardalanır.

 

4FeSO4+ 2H2SO4 + O2 → 2Fe2(SO)3 + 2H2O

Fe2(SO4)3+6H2O→2Fe(OH)3+3H2SO4 (sülfürik asit)

 

Reaksiyonun gerçekleşme hızı değişken olup, piritin özelliklerine, bileşimine, ortam sıcaklığına ve suyun pH değerine bağlıdır. Üç değerli demir iyonları, demir sülfür ile birleşerek sülfata dönüşüm aşamasına ulaşılır. Oluşan sülfatların hidrolize olması asit oluşumunu hızlandırmaktadır.

 

7Fe2(SO4)3+FeS2+8H2O→15FeSO4+8H2SO4 (sülfürik asit)

 

Su, reaksiyon ürünü olarak oluşan asit tuzlarını toplar ve maden dışına taşır. Sülfit minerallerinin oksidasyonu ile özellikle piritin oksijen tarafından oksidasyonu sonucu ferrik demir ve sülfat açığa çıkmaktadır. 

 

FeS2 + 7/2O2+H2O→Fe+2SO4+2H

 

Benzer durum arsenopirit içinde geçerlidir.

 

4FeAsS+13O2+6H2O→4Fe+4AsO4+4SO4+12H

 

Eğer ortamda mikroorganizmalar varsa bunlar oksidasyon oluşumuna katkı yaparak reaksiyon hızının artımına da yardımcı olmaktadır. Reaksiyonlarda Thiobacillus ferrooxidans, Thiobacillus thiooxidans ve Leptospirullum ferrooxidans gibi bakteriler katalizör görevini üstlenmektedirler.

 

Şekil 1

Şekil 2

 

Toksik olabilen ağır metallerce zengin asidik su toprağı, yer altı suyunu kirletir. Bitkilere zarar verir. Metalik madenler ve linyit kömürü ocaklarında asidik su mutlaka oluşur ve önlenmesi de pek mümkün değildir. Bu asidik sular Türkiye’deki örneklerinde görüldüğü üzere alıcı nehir ve derelere, toprağa karışmaktadır. 

Şekil 3

Şekil 4

Şekil 5

 

AĞIR METAL KİRLİLİĞİ

Alüminyum, arsenik, kadmiyum, kurşun, cıva ve çinko en yaygın ağır metallerdir. Bir ağır metalin yaşamsal olup olmadığı dikkate alınan organizmaya da bağlıdır. Örneğin nikel, bitkiler açısından toksik etki gösterirken, hayvanlarda iz element olarak bulunması gereklidir. Bazı sistemlerde ağır metallerin etki mekanizması derişime bağlı olarak değişir. 

Ağır metallerin çevreye yayılımında etken olan en önemli endüstriyel faaliyetler; çimento üretimi, demir çelik sanayi, termik santraller, cam üretimi, çöp ve atık çamur yakma tesisleri, madencilik, petrol yakıtları ve tarım faaliyetleridir. Günümüzde madencilik faaliyetlerinden kaynaklı ağır metal kirliliği insan sağlığı için giderek risk oluşturmaktadır.

Şekil 6

Şekil 7

ASİT MADEN DRENAJINA BİR ÖRNEK BALYA KURŞUN MADENİ ARTIKLARI

Balya kurşun madeni 1878’den itibaren Fransızlar ve Almanlar tarafından işletilmiştir. 1892 yılında kurulan Balya-Karaaydın Anonim Şirketi Balya bölgesindeki madenleri yirmi yıl işleterek Avrupa’ya önemli miktarda kurşun ihraç etmiştir. 1931 yılında kurulan Balya-Karaaydın Madenlerini Kiralama ve İşletme Şirketi madeni işletmiş; 1940 yılında maden kapatılmış; ancak daha sonraki yıllarda zaman zaman işletilmeye devam etmiştir.

Kurşun madeni pasaları (artkları) tümüyle Manyas Gölü’ne dökülen Kocaçay yatağına atılmıştır. Dere çevresi bir kanaryanın 3 gün yaşamayacağı yer haline gelmiştir. Atıklardan kaynaklanan asit maden drenajı, yani asidik sular 145 yıldan beri deredeki canlı varlığını yok etmiş, dereden su içen kuşlar ölmekte ve arıcılık yapılamıyor. Çünkü dereden su içen arılar ölüyor: hayvanlar etkileniyor. Ağır metalleri tutmak için dere yatağına tersip bentleri inşa edildiyse de bir faydası olmamakta.

Şekil 8

Şekil 9

⁰

Şekil 10

 

TÜRKİYE’DEKİ ALTIN İŞLETMELERİ VE ASİT MADEN DRENAJI

 

Türkiye’deki altın yatakları Ege, Doğu Karadeniz, İç Ege ile Doğu Anadolu’da yoğunluktadır. İşletmede olanlar, İzmir Ovacık, Çukuralan ve Efemçukuru, Manisa-Sart, Uşak Eşme-Kışladağ, Gümüşhane-Mastra ve Midi, Erzincan İliç-Çöp.ler, Eskişehir Beylikova-Kaymaz, Niğde Ulukışla-Bolkardağ, Kayseri-Himmetdede ve Öksit, Ordu Fatsa-Altıntepe, Sivas Kangal–Bakırtepe, Konya-İnlice, Balıkesir-Kızıltepe, İvrindi ve Gediktepe, Çanakkale-Lapseki, Bilecik-Söğüt. 

Diğerleri Artvin ili Hot; Balıkesir Çoraklık, Kubaşlar; Çanakkale Kirazlı ve Akbaba; Eskişehir Sivrihisar; Gümüşhane Mescitli; İzmir Seferihisar; Kayseri Kaş.

Çanakkale’de Küçükdere, Madendağ; Ankara’da Gicik; Hatay’da Kisecikköy-Akıllıçay altın madenleri planlama aşamasındadır. 

Altın cevherleşmeleri sülfürlü mineraller içerdiğinden asit maden drenajı olayına yol açmaktadır. Haritada altın madenciliği yapılan bu yerlerde asit maden drenajı oluşmakta, toprak ve yer altı suyu kirletilmektedir.

Altın ve gümüş elde edilmesinde kullanılan siyanür bileşikleri ağır metalleri, yani kadmiyum, arsenik, kurşun, cıva, antimon ve çinko gibi elementleri hareketli hale getirir. Ağır metaller toprakta hareketsiz iken, bitki kökleri tarafından alınamayan; ancak siyanür sızıntısıyla hareketli hale geçerek, bitki kökleri tarafından alınarak bitkinin bünyesine geçer. Ağır metal fazlalığında bitkilerde zehirlenme olabilir. Siyanür, yüksek derişimlerde toprak mikroorganizmaları için toksiktir (zehirlidir) ve toprak yoluyla yer altı suyuna geçebilir. 

Şekil 11

 

Kaynaklar

Eşref Atabey. 2023. Madencilik ve Çevre. 196s. Sarmal Kitabevi. ISBN: 9786256885042. İstanbul.

Eşref Atabey. 2021. Elementler ve Sağlık, Sarmal Kitabevi. 491s. 1.Baskı, Mayıs 2021. İstanbul. ISBN 978-625-7647-42-7

Eşref Atabey. 2010. Türkiye’de İnsan Kaynaklı Unsurlar ve Çevresel Etkileri. MTA Yerbilimleri ve Kültür Serisi: 7, 286s. ISBN: 978-605-4075-77-5. 

Eşref Atabey. 2009. Arsenik ve Etkileri. MTA, Yerbilimleri ve Kültür Serisi: 3, 91s. ISBN:978-605-4075-28-7.

Mehmet Karadeniz. 1996. Cevher zenginleştirme tesis artıkları, çevreye etkileri önlemler, İstanbul Ofset  Basım Yayın San., 332s.

Mehmet Karadeniz. 2008. Sülfürlü madenlerin sorunu asit maden drenajı ve çözümü. TMMOB Maden Mühendisleri Odası Yayın No: 146. ISBN: 978-9944-89-600-9.231s. Ankara.

Mehmet Karadeniz ve Semih Gürsu. 2003. Çevresel bir madencilik sorunu asit maden drenajı ve bir örnek: Matsuo Nötrleştirme Tesisi, JMO Yayını, Mavi Gezegen, 8, 33-39.

www.mta.gov.tr