Madencilik
Yerkabuğundaki minerallerin ve öbür hammaddelerin bulundukları katmanlardan çıkarılarak değerlendirilmesine yönelik bütün işlemler madencilik adı altında toplanır. Yerkabuğundaki kayaçların yalnızca bir bölümünde işletme giderlerine değecek kadar bol miktarda yararlı mineral bulunur. Bu tür kayaçlara cevher ya da “maden filizi” denir. Bir cevherdeki yararlı mineral oranı, cevherin türüne bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Örneğin bir demir cevheri yüzde 20 ile yüzde 60 arasında demir içerebilirken, bir altın cevheri kütlesinin ancak milyonda birkaç birimi altındır. Maden mühendislerinin başlıca görevleri işletilmeye değecek cevherleri arayıp bulmak, yerkabuğundaki cevheri çıkarmak için bir maden işletmesi kurup işletmek ve cevherdeki yararlı mineralleri yararsız maddelerden ayırmak üzere cevheri işlemek ya da zenginleştirmektir.
Maden Arama
Kömür ve fosfat gibi metal dışı cevherler yerkabuğunda yatay olarak uzanan oldukça düzenli yataklar oluşturur. Oysa metal cevherleri genellikle değişik kalınlıkta damarlar halindedir. Bu damarlar yer yer doğrultusunu değiştirse de hemen her zaman düşey olarak yerkabuğunun derinliklerine doğru iner. Yalnız bazı yerlerde, boyutları birkaç kilometre küpü bulan, düzensiz biçimli çok büyük kütleler
halinde demir ve bakır gibi metal cevherlerine rastlanır. Cevher damarları ve yatakları, jeolojik çağlar boyunca rüzgârın, donun ve yağmurun etkisinde kalmıştır. Bugün de sürüp giden bu etkiyle cevherler aşınıp ufalanır; kopan parçalar sel sularıyla ya da akarsularla taşınır ve bunların ırmak vadilerinde çökelmesiyle yeni, yumuşak, alüvyonlu maden yatakları oluşur.
Bir zamanlar, tek başlarına çalışarak ellerindeki basit aletlerle mineral çökellerinin yerini bulmaya çalışan maden arayıcıları vardı. Bu insanlar özellikle Güney Afrika, Kuzey Amerika ve Avustralya’da birçok maden yatağı buldular. Ama bugün maden arama çalışmaları jeokimyacılar, jeofizikçiler, jeoloğlar ve maden mühendisleri gibi uzmanlardan oluşan ekiplerce yürütülür. Önce geniş bir alanın havadan fotoğrafları çekilir; sonra bu fotoğrafları inceleyen jeologlar tarafından araştırma yapılacak bölgeler belirlenir. Hatta son yıllarda jeologlar, Landsat ve Spot gibi yapma uyduların gönderdiği fotoğrafları inceleyerek yeni maden yatakları buluyorlar.
Mıknatıslanma özelliği taşıyan demir ya da nikel cevherleri genellikle magnetik alanlara duyarlı bir aletle aranır. Magnetometre denen bu alet uçakta, helikopterde ya da otomobilde taşınabilir. Bazı metal cevherleri, çevrelerindeki kayaçlardan daha ağırdır, dolayısıyla daha büyük bir kütleçekim kuvveti uygular. Böyle bir çekim alanının varlığı çok duyarlı bir teraziyle saptanarak cevhere ulaşılabilir. Bazı cevherler de belirli elektriksel özelliklerinden ya da ses dalgalarını kendilerine özgü bir hızla iletmelerinden yararlanarak bulunabilir. Radyoaktif cevherlerin varlığı ise Geiger sayaçlarıyla saptanabilir.
Bir sonraki aşamada, aranan mineralleri içerme olasılığı bulunan kayaçlardan örnekler toplanır. Eğer inceleme sonuçları bu olasılığı doğrularsa, cevher kütlesinin çeşitli derinliklerinden örnekler almak gerekir. Bunun için, kesici elmas uç takılmış, içi boş bir çelik çubukla sondaj delikleri açılır. Çubuğun içindeki boşluğa dolan ve biçimi nedeniyle “havuç” ya da “karot” denen bu silindirik kayaç örnekleri yüzeye çıkarılarak bütün ayrıntılarıyla incelenir.
Cevherin aranan özelliklerde olduğu ve işletilmeye değecek oranda mineral içerdiği saptanırsa, bu kayacı yerkabuğunun derinliklerinden çıkarmak için gerekli kazı işlemlerine başlanabilir. Dünyadaki maden işletmelerinin hemen hemen dörtte üçü yerüstündedir.
Açık İşletme
Demir cevherleri ve boksit (alüminyum cevheri) gibi bazı mineraller açık ocak işletmeciliği denen yöntemlerle çıkarılır. Açık işletme yöntemlerinin en basitlerinden biri, akarsu yataklarında, göllerin dibinde ve haliçlerde birikmiş ağır çökellerin içindeki minerallerin ayrılmasıdır. Plaser denen bu çökeller, aşınma sonucunda kayaçlardan kopan ve akarsularla sürüklenerek alüvyonlu topraklara karışan ağır mineralleri içerir. Altın ve kasiterit (kalay cevheri) genellikle bu tip çökeller halinde bulunur.
Bugün bazı ağır mineral çökellerinin işletilmesinde uygulanan yöntemler, ABD’deki “altına hücum” günlerinde maden arayıcılarının buldukları tavayla yıkama tekniğinin geliştirilmiş biçimlerinden başka bir şey değildir. (Bu konuda daha ayrıntılı bilgi edinmek için ALTIN maddesindeki Altın Madenciliği bölümüne bakınız.)
Güneydoğu Asya ve Nijerya’da, akarsu ya da göl diplerindeki kum ve çakılların arasına karışmış olan alüvyonlu kalay cevherleri taraklı kepçelerle toplanır. Bazen de açık ocaklardaki cevheri parçalamak için üzerine çok yüksek basınçlı su püskürtülür. ABD’de, Cornwall’daki kaolin yatakları ile Florida’daki fosfat yataklarının işletilmesinde daha çok sulu kazı denen bu yönteme başvurulur.
Açık ocak işletmeciliği, cevherin görünecek biçimde yüzeye çıktığı ya da yüzeyin hemen altında bulunduğu yerlerde uygulanır. Bu tip işletmelerde önce cevheri örten bütün toprak örtüsü kaldırılır; sonra, TAŞOCAĞI maddesinde anlatıldığı gibi büyük cevher bloku patlayıcılarla parçalanıp kepçeli kazı makineleriyle kamyonlara ya da taşıyıcı bantlara yüklenir.
Açık işletmeler genellikle dev ölçektedir ve çalışmalar gözalabildiğine uzanan boş alanlarda sürdürülür. Örneğin Avustralya’nın batısında demir cevheri çıkarılan koskoca bir dağ kütlesi kazıla kazıla yok olmak üzeredir. ABD’nin Utâh eyaletindeki Bingham Kanyonu bakır madeninde ise işletme çalışmaları nedeniyle genişliği 7 km2’yi aşan, derinliği de neredeyse 800 metreyi bulan dev bir çukur oluşmuştur.
Yeraltı Madenciliği
Yerkabuğunun derinliklerindeki cevher kütlesine, yüzeyden aşağıya doğru düşey olarak inen kuyularla ya da giriş galerisi denen yatay tünellerle ulaşılır. Cevher fazla derinde değilse genellikle eğimli bir galeri açılır; ama derinde olduğu zaman en uygun yöntem düşey bir kuyu kazmaktır. Böyle bir maden kuyusu, madencilerin ve donanımlarının istenilen derinliğe indirilebilmesini, ayrıca cevherin yüzeye çıkartabilmesini sağlayacak kadar geniş olmalıdır. Kuyunun dibinden cevherin
içlerine doğru yatay galeriler açılır. Ayrıca her galeri “bür” denen küçük-iniş çıkış kuyularıyla bir üstündeki ve bir altındaki galeriye bağlanır. Kazarak ya da patlayıcı kullanarak, cevher kütlesinin içinde “ayak” denen bir çalışma yeri açılır. Bu boşluk nedeniyle tavanın çökmesini önlemek için ağaç destekler yerleştirilir ya da cevher kütlesinin bazı yerlerinde tabandan tavana kadar uzanan “topuklar” bırakılır.
Cevherin parçalanarak alınmasına kazı denir. Aslında bu işlemin kazmakla hiçbir ilgisi yoktur. Önce pnömatik matkaplarla (basınçlı havayla çalışan delicilerle) kütlenin içinde delikler açılır; sonra bu deliklerin içine patlayıcı doldurulup ateşlenerek cevher parçalanır.
Parçalanan cevherin kazı yerinden alınıp yüzeye çıkarılması için gerekli düzenlemeleri yapmak maden mühendislerinin başlıca görevlerinden biridir. Bu görev giderek güçleşir, çünkü cevher çıkarıldıkça kuyu ile ayak arasındaki galeri uzunluğu artar. Cevherin kuyuya ulaştırılabilmesi için belki 10 km boyunca taşınması gerekir. Bu taşıma içinde genellikle konveyör denen taşıyıcı bantlar ya da elektrikli, dizel motorlu lokomotiflerle çekilen vagonlar kullanılır. En sonunda kuyu dibine yığılan cevher saniyede 12-15 metre gibi büyük bir hızla tırmanan asansörlerle yüzeye çıkarılır.
Derin maden ocaklarının hemen hepsinde iki kuyu vardır. Kuyuların birinden içeri temiz hava girer; öbüründen de ocaktaki kirlenmiş hava vantilatörlerle emilerek dışarı atılır. Bu düzenleme ocağın hem havalandırılmasını, hem de soğutulmasını sağlar; çünkü derine indikçe kayaçların sıcaklığı artacağından içerinin havası giderek ısınır.
Derinliği 3.000 metreyi aşan maden ocaklarında kayaçların sıcaklığı 50°C’nin üstündedir. Örneğin Güney Afrika’da, Carletonville’deki bir altın madeninin derinliği 3,7 kilometreden fazladır ve galerilerdeki sıcaklık 55°C’ye ulaşmaktadır. Bu derinlikteki ocaklarda havanın büyük soğutucularla soğutulması gerekir.
Yüksek sıcaklık, yeraltı madenlerinde çalışanların karşı karşıya bulundukları tehlikelerden
yalnızca biridir. İyi düzenlenmemiş bir ocakta galerilerin çökmesi ve madencilerin “göçük” altında kalması en ürkütücü tehlikelerin başında gelir. Bir başka endişe kaynağı da zehirli ve yanıcı gazların, özellikle “grizu” denen metan gazının birikmesidir. Bu yüzden, Davy lambası olarak bilinen güvenlik lambası, yeraltında çalışanların can güvenliği açısından en büyük buluşlardan biri sayılır. Alevini dışarı vermeyen bu lambayı 1815’te İngiliz bilim adamı Sir Humphry Davy geliştirmişti. Davy lambaları bugün bile birçok ocakta kullanılmaktadır; ama artık madencilerin çoğu, tepesinde elektrik ampulü bulunan koruyucu başlıklar (miğferler) giyer. Zehirli gazların varlığı da elektronik aygıtlarla saptanır.
Çeşitli minerallerin ve öbür maddelerin yeraltından çıkarılması için başka yöntemler de vardır. Örneğin, bildiğimiz sofra tuzu (sodyum klorür) ve potas (potasyum karbonat) çökellerini işletmek için üzerlerine boruyla su püskürtülür. Tuzların erimesiyle oluşan bu sulu çözelti yüzeye pompalanır ve ısıtılarak buharlaştırılır. Böylece su buharı ayrıldığında geriye yalnızca katı mineraller kalır. Kükürt de genellikle buna benzer bir yöntemle elde edilir; yalnız bu işlemde su yerine kızgın buhar kullanılır. Frasch yöntemi denen bu işlemde, kızgın buharın etkisiyle yeraltında eriyen kükürt yüzeye pompalanarak alınır.
Yeraltından petrol ve doğal gaz çıkarmak için uygulanan yöntemler madenciliğin özel bir alanıdır. Petrol ve doğal gazın bulunduğu katmanlara ulaşabilmek için çok derin kuyuların açılması gerekir.
Cevher İşleme
Ocaktan çıkarıldığı biçimiyle kullanılabilen cevher sayısı pek azdır. Çoğu kez cevheri satışa ve kullanıma hazır duruma getirmek için özel işlemlerden geçirmek gerekir. Buna cevher işleme ya da cevher zenginleştirme denir. İlk yapılacak iş, bileşimindeki değişik mineralleri birbirinden ayırmak için, kırma makineleriyle ya da öğütücülerle cevheri parçalamaktır. Daha sonra mineraller, tane iriliği,
biçim, renk, yoğunluk, mıknatıslık, kimyasal etkinlik gibi değişik özelliklerine dayanarak ayrı ayrı gruplandırılır.
Büyük bir cevher kütlesinin genellikle çok az bir bölümü işe yaradığından, maden işletmelerinde çok bol miktarda artık madde birikir. Bu artıkların sağlığa ve çevreye zarar vermeyecek biçimde yok edilmesine büyük özen göstermek gerekir. Bunun en iyi çözümü, artıkları yeniden maden ocağına doldurmaktır; ama her zaman buna olanak bulunamaz.
Kömür madenciliği konusundaki bilgileri KÖMÜR maddesinde bulabilirsiniz. Öbür önemli metal ve minerallerin elde edilmesi de kendi maddelerinde anlatılmıştır.
