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 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) 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 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 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