DERS-3
ENDÜSTRİYEL
HAMMADDELER
ELMAS
Prof. Dr. Sezai KIRIKOĞLU
ELMAS
GİRİŞ
• Elmas kübik sistemde kristalleşen, çok yaygın biçimde
oktaeder kristaller halinde bulunan, elementer karbondur.
• Elmasın boyutları mikroskobik kristallerden 3000 karat
büyüklükte olanlara kadar değişir. İkizlenmiş kristalleri
yaygındır. Mükemmel oktaedral dilinimlere sahiptir.
• Mücevher taşı olarak kullanılanları renksizden, açık sarı,
açık mavi, pembe (fancy) ve kahverengiye kadar farklı
renklerde olabilir.
• Endüstriyel elmaslar sarı-kahverengi ile koyu kahve ve
siyahtır.
ÖZELLİKLERİ
• Elmasın en çok bilinen özelliği sertliğidir. Mohs cetvelinde 10.
sıradadır. Sertliği 9 olan korund ile elmas arasındaki sertlik farkı,
sertliği 1 ile 9 arasında olanlarınkinden çok daha fazladır. Sertlik
kristal yönlerinde hafifçe değişir ve oktaedral yüzeylerinde en
yüksektir.
• Aşınmaya son derece dayanıklı olmasına rağmen elmas kristali
gevrektir. Kolaylıkla dilinebilir veya kırılabilir.
• Elmas, ametalik özellikler gösterir. Erime noktası 3547°C’dir.
Yoğunluğu yaklaşık 3,5 gr/cm³tür. Havada 850°C’de yanar. Havasız
ortamda 1500°C’de grafite dönüşür. Oda sıcaklığında hiçbir madde
etki etmez. Florla 750 °C’de, karbon tetra florür (CF4) bileşiğini
meydana getirir. Diğer halojenlerle birleşmez.
• Elmas izometrik bir sistemde kristallenir. Her karbon atomu
kendisini çevreleyen dört karbon atomuyla düzgün dörtyüzlü
meydana getirecek şekilde bağlanmıştır. Daha doğrusu iki tane
kare tabanlı piramidin taban tabana gelmiş şekli
görünümündedir. 12 yüzlü ve kübik kristal yapıları da vardır.
Kristallerin rengi beyaz, kahverengi, siyah veya renksiz olabilir.
Mineralin içinde yabancı atom mevcudiyeti de söz konusu
olabilir. Fakat her 10.000 karbon atomu başına ancak bir tane
yabancı atom bulunur. Hatta güzel tabiî elmasta 100.000 atom
başına ancak 1 tane yabancı atom bulunur.
• Elmasın tartılmasında ölçü birimi olarak karat kullanılır (1 karat
200 miligrama eşittir).Karat İngilizce olup Arapçası Kırattır. Kırat
keçiboynuzu çekirdeğidir, bu çekirdeklerin ağırlıkları birbirinin
aynı olması sebebiyle 1 gr'dan küçük ağırlıkların ölçüsünde
kullanılmaktaydı. 1 karatın ağırlığı 0,200 gr. olarak kabul
edilmiştir.
• Işık kırma indisi çok yüksektir (2.42). Kesilmiş yüzeyleri
çok parlaktır. Kesilmemiş kristal yüzeyleri yağımsıdır.
• Mücevher kalitesindeki elmasın özgül ağırlığı 3.50 ile 3.52
arasında değişmektedir. Endüstriyel elmasların yoğunluğu
2.90 ile 3.30 arasında değişmektedir.
• Elmas çok yüksek erime noktasına sahiptir. Asitlerde
erimez. 870º C’de havada okside olur.
• Mücevher kalitesindeki elmas çok eski devirlerden bu
yana bilinmesine rağmen, endüstriyel elmas son 50 yılda
büyük ekonomik önem kazanmıştır.
3 tür endüstriyel elmas vardır;
• Bort; renksiz, defolu (çatlaklı), kırılmış elmas olup,
mücevheratta kullanım olanağı bulunmayan elmastır. Bort
uzun yıllar mücevher elmas madenciliğinin yan ürünü
olarak kazanılmıştır. Günümüzde bort kendisi için aranır
ve üretilir. Bort endüstriyel elmas üretiminin % 99’unu
oluşturur. Sadece Afrika’da üretilmektedir.
• Karbonado; çok küçük kristallerin çok sıkı kaynaşmış bir
agregatıdır ve son derece serttir.
• Ballas ise radyal yapıdadır ve çok dayanıklıdır.
• Karbonado ve ballasların çoğu Brezilya’da üretilmektedir.
Her ikisi yıllık endüstriyel elmas üretiminin % 1’ini
oluşturmaktadır. 1955 yılından bu yana elmas sentetik
olarak ta üretilebilmektedir. Sentetik elması üreten
araştırmacılar 1957 yılında bilinen en sert madde
elmastır ifadesini değiştirdiler.
• Kübik boron nitrit, kısaltılmış adıyla borazon olarak
tanımlanan sentez, elmas ile aynı sertliğe sahiptir. Kristal
yapısı ve yoğunluğu bakımlarından da elmasa benzer. Bu
ürün çeşitli kullanım avantajları nedeniyle tercih
edilmektedir. Yüksek sıcaklıklarda da oksitlenmeye karşı
dayanıklıdır. Borazon 1900º C sıcaklığa dayanabilir. Bu
elmas sıcaklık limitinin 2 katıdır. Borazon matkap ve disk
kesicilerde daha yüksek devirlerde çalışmayı mümkün
kılmıştır.
• Borazon üretimi cm2’ye 69-75 ton basınç altında ve
1650º C sıcaklıkta gerçekleştirilebilmektedir. Bu
koşullarda oluşturulan kristallerin büyüklüğü sadece 0.79
mm büyüklüğündedir.
KULLANIM ALANLARI
(Elmas uçlu matkap ucu)
• Aşındırıcı olarak çeşitli şekillerde kullanım bulmaktadır. Bir el
aleti veya makine parçasına yerleştirilmiş elmas parçacıkları
camların, metallerin ve kıymetli taşların işlenmesinde, uçak,
otomotiv ve benzer endüstrilerde biçimlendirme ve sert çelik
alaşımlarına makina ile şekil vermede kullanılmaktadır.
Bortun yaklaşık %75’i elmas disklerin üretiminde
kullanılmaktadır.
• Bir diğer önemli uygulaması elmaslı sondajlardır. Böylelikle
sert kayaçların delinmesi mümkün olmaktadır. Karotlu elmas
matkapları maden işletme faaliyetlerinin başlıca arama
aletidir.
• Elmas karot alıcı baraj yerleri ve tüneller gibi sanat
yapılarının araştırılmasında da kullanılmaktadır. Özellikle
petrol endüstrisinde büyük çapta elmas matkaplar
kullanılmaktadır. Bunlar sayesinde kumtaşı ve çört gibi sert
kayaçların delinmesi, kırık ve çatlaklar nedeniyle karot
alımının güç olduğu formasyonlarda çalışılabilmesi mümkün
olmaktadır.
• Elmasın tel yapma kalıplarında geniş bir şekilde kullanılması
1900 yılında elektrik lambalarının üretilmeye başlaması ile
ortaya çıkmıştır.
• Elmas kalıplar 0.08 inç çapından daha ince tellerin yapımında
kullanılmaktadır.
• Bu amaçla iyi kalitede, dayanıklı, ¼ ile 1/3 karat aralığında
bort kristalleri kullanılmaktadır.
• Bort kristallerinde açılan çeşitli çaplardaki delikler kullanım
sırasında çok küçük oranlarda yıpranma gösterirler.
Sentetik Elmas
• Sahte elmas – zinkron
• Elmasın karbon olduğu anlaşılınca,
kömürün, grafitin elmasa
dönüştürülebileceği düşünülerek,
bu hususta birçok çalışmalar yapıldı.
Nitekim bugün, grafitin elmasa
dönüştürülmesi mümkündür.
Fazlaca pişirilmiş yanık bir ekmek parçasından
dahi yapay elmaslar üretilebilir…
• Termodinamik hesaplamalar grafitin elmasa dönüştürülmesi
için en az 10.000 atmosfer basınç gerektiğini göstermiştir.
Bununla beraber ilk defa 1955 yılında 100.000 atmosfer basınç
altında 2500°C sıcaklıkta ve krom katalizör kullanılarak
sentetik elmas elde edilmiştir. Ancak parçalar genellikle küçük
ve siyah renkli olup, nâdiren mücevher evsafında
olabilmektedir. 1962’de yapılan bir çalışmada 200.000
atmosfer basınç ve 5000°C sıcaklıkta katalizörsüz
olarak grafit elmasa dönüştürülmüştür.
• Sentetik elmasın üretimi için gerekli olan yüksek sıcaklık ve
basınç şartları patlayıcılardan faydalanılarak elde edilir. Sentetik
elmas üreticilerinden Du Pont Company bu tekniği uygular.
• Motor Teknolojisinde Sentetik Elmas : 'Zirconium dioxide'
sentetik elmas maddesi motor teknolojisine büyük faydalar
getiriyor.
DÜNYA ELMAS MADENİ HARİTASI
Download

Elmas