Kömür Nedir ve Nasıl Oluşur ?

Kömür homojen olmayan, kompakt, çoğunlukla lignoselülozik bitki parçalarından meydana gelen, tabakalaşma gösteren, içersinde çoğunlukla C, az miktarda H – O – S ve N elementlerinin bulunduğu ama inorganik (kil, silt, ,z elementleri gibi) maddelerinde olabildiği, bataklıklarda oluşan, kahverengi ve siyah renk tonlarında olan, yanabilen, katı fosil organik kütlelerdir.

Kömürler yakıt hammaddesi oldukları gibi, değişik amaçlarda (kok yapımı, kimyasal madde üretimi gibi alanlarda) da kullanılırlar.

Kömürler, bataklık ortamlarda, uygun (nemli ve sıcak iklimin bulunması, yeterli organik maddenin ortama gelmesi, bataklık suyunun Ph şartlarının 4-5 civarında bulunması, bataklığın malzeme gelimi ile birlikte aşağı doğru çökelmesi, bataklığın zamana bağlı olarak örtülmesi gibi) şartların sağlanması durumunda, bitki parçalarının bozuşması, parçalanması, bataklık suyu ile bir jel haline gelmesi, bazı kimyasal reaksiyonlar sonucu bu organik malzemenin fiziksel ve kimyasal değişikliklere uğraması sonucu meydana gelirler.

Kömürleri meydana getiren bataklıkların geliştiği ortamlar;

– Deltalar (en kalın kömür damarlarının oluştuğu ortamlardır),
– Göller (Göl kıyıları, kalın kömür damarlarının meydana geldiği uygun bataklık ortamlardır),
– Lagünler ( Deniz etkisinin olduğu ince kömür damarcıklarını meydana getirirler),
– Akarsu taşma ovaları (İnce kömür damarcıklarını oluştururlar).

Kömürleşme (“Coalification”) olayı

Çoğunlukla bitkisel maddeler ya da bitki parçaları uygun bataklık ortamlarda birikip, çökelir ve jeolojik işlevlerle birlikte yer altına gömülürler. Yerin altında, bu organik kütleler, gömüldükten sonra, önceleri gömülmenin oluşturduğu basınç şartları, daha sonrada ortamın ısısal şartlarından etkilenirler. Bu etkilenme sonucu bu organik maddenin bünyesinde fiziksel ve kimyasal değişimler meydana gelir.

Önceleri turba olarak adlandırılan ve kömürlerin ataları olarak bilinen bu organik maddeler zamanla daha koyu renklere sahip olur ve daha sert yapıya sahip olurlar. Sıcaklık ve basınç şartlarının bu kütlelere etkimesi sonucu, bu ortamdan, sırasıyla önceleri (turbadan-taşkömürü aşamasına kadar) su ve su buharı, karbon dioksit (CO2), oksijen (O2) ve en ileri aşamalarda hidrojen (H2) (antrasit aşamasında) uzaklaşır.

Tabii ki bu süreçte ideal şartlar ve ortamın ısısal şartlarının uzun bir dönem içersinde (binlerce yıl) baskın olması ve artması gerekmektedir. yer ısısı her 30 metrede 10 C artmaktadır. Şüphesiz sıcaklık artışı ideal ve normal şartlar için geçerlidir. BU şartların dışında (volkanik faaliyet, fay hareketleri, radyoaktif elementlerin bulunduğu ortamlarda) yerin ısısı olağan üstü bir şekilde ve normalden çok fazla bir şekilde artmaktadır.

Yerin ısısı arttıkça önceleri “turba” olarak adlandırılan ama kömür sayılmayan bu organik madde, önce “linyit” daha sonra “alt bitümlü kömür”, sonra “taşkömürü”, “antrasit” ve en sonunda şartlar uygun olursa “grafit” e dönüşür. Bu ilerleyen olgunlaşma sürecine “Kömürleşme (“Coalification”)” denmekte, her seviyeye de “kömürleşme derecesi” (“Rank”)” denmektedir.

Kömürler şüphesiz içlerinde kil, silt, kum ve değişik oranlarda inorganik (mineral) madde bulundururlar. Kömürlerin içersinde bulunan bu inorganik maddeler kömürün kalitesini direkt olarak negatif yönde etkilerler. Bir kömürün kalitesi, kullanıldığı alana göre farklı anlamlar içerebilir. Örneğin; kok imalinde en kaliteli kömür, şişebilen, gözenekli hale gelebilen ve dayanıklı olabilen, okside olmamış kömürler en iyi kömürlerdir.

Yakıt hammaddesi olarak kömürün koklaşması bir anlam ifade etmez, en aranan özellik fazla ısısal niteliğe sahip olmasıdır. Kömürü sıvılaştırma işlemine tabi tuttuğumuzda ise en aranan özelliği uçucu maddesinin fazla olası vs. gelmektedir. Ama tümünde inorganik madde istenen bir bileşen değildir.

Kömür (“A.S.T.M”) Sınıflaması

Kömürler bir çok değişik sınıflamalara tabi tutulurlar. Avrupalılar kömürü “sert kömür (linyit üzerindeki kaliteli kömürler)”, “kahverengi kömür” olarak sınıflandırılırlar. En yaygınca kullanılan sınıflama şüphesiz, aşağıdaki çizelgede bulunan A.S.T.M (1983) ve uçucu madde, kalori değerini esas alan sınıflamadır.

Bir inorganik maddeyi iyi tanımlayabilmek için bazen bu sınıflamalar yetmemekte ve organik petrografik incelemeleri de dikkate alınmaktadır. Ancak kömürlerin kömürleşme dereceleri de en doğru şekilde yansıma değerleri ile ortaya konabilmektedir. Bu değerlerin yanında çevre açısından kirletici unsuru olan bazı iz element ıçeriklerinin (Arsenik, Kadmiyum gibi) bilinmesi de önemlidir.

Kömür Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Kömürler gevrek, kınlgan, yanabilen, içerisinde organik maddeler dışında değişik özellikte inorganik maddeler de içeren tortul kayaçlar dır. Kömürlerin fiziksel özelliklerinden ziyade halk arasında kimyasal özellikleri çok kullanılmaktadır.

Kömür Fiziksel Özellikleri

Kömürlerin fiziksel özelliklerine kabaca bakılırsa; Yoğunlukları, içerdikleri inorganik madde ve nem oranına bakarak artmasına rağmen 1,1 ile 2.2 gr/cm³ arasında değişmektedir.

Poroziteleri, kömürleşme derecelerine bağlı olarak % 3 (antrasit) ile % 25 arasında değişmektedir. Sertlikleri (Vickers), 30 (linyit) – 120 (antrasit) kg/mm² arasında değişmektedir.

Kömür Yansıma Özellikleri

Kömürlerde Rmax, Rmean, Rrandom ve Rmin yansıma değerleri ölçülmektedir. Yansıma değerleri bir havza kömürlerinin gerçek kömürleşme derecelerini bize vermekte, geçmişte geçirmiş oldukları diyajenetik özellikleri (maruz kaldıkları ısısal değerleri) direkt olarak bize sunmaktadırlar.

Çizelge 2. Kömürlerin % Rmax Değerleri ve Kömürleşme Dereceleri Ward. 1984 ve Stach. 1982).

Çizelge 3. Bazı Kömürlerin Ölçülmüş % Yansıma (Rmax.) değerleri, Paleo-sıcaklık Değerleri ve Karşıhk Geldiği Kömürleşme Dereceleri (Boggs 1987).

Kömürlerin Rmax değerleri o ortamın geçmişten, günümüze kadar geçirmiş olduğu en yüksek ısısal değerleri direkt olarak aşağı yukarı vermektedir. Buradan elde edilen bilgiler bize o ortamın ne tür baskılar altında kalmış olduğunu ve ne tür özelliklere sahip olduğunu açıklamaya yardım etmektedir.

Vitrinit yansıma değerlen petrol ve doğal gaz aramalarında kullanılmaktadır. Petrol aramalarında petrol içeren formasyonların üzerindeki, tortul özellikte kayaçlarında bulunan herhangi bir ağaç vs. parçası üzerinde yaptığımız ölçümler bize bu ortam da ne tür hidrokarbon (ağır sıvı, sıvı, gaz, veya hiçbir şeyin) bulunabileceğine veya bulunamayacağına çok büyük yardımlar sağlamaktadır.

Yansıma değerlen kömürün doğal halde, yerin altında bulunma derinliğine bağlı olarak değişebilmektedir. Daha derinde bulunan kömürlerin daha fazla “jeotermal gradyan” dan etkilenmesi yüzünden, daha yüksek kömürleşme değerleri göstermesi doğaldır (“Hilt Yasası”). Kömürlerin yansıma değerini arttıran diğer unsurlar, ortamdaki yerin ısısını arttıran dağ oluşumlan, volkanik faaliyetler, diri fay hareketleri, ortamda bulunabilecek radyoaktif mineraller vs. dır.

Kömür Fluoresans Özellikleri

Kömürler organik malzemeler oldukları ve bazı organik maddelerin de flüoresans özelliği göstermesinden dolayı flüoresans özellikleri vardır. Kömürlerin flüoresans özellikleri yansıma özellikleri ile tam zıt değerler ortaya koyarlar.

Yansıma değerleri düşük olan turba ve kömürlerde flüoresans özellikler tam tersine yüksek değerlerdedir. Kömürleşme derecelen arttıkça, liptinit ve vitrinit’in göstermiş olduğu flüoresans özellikleri de buna paralel şekilde azalmakta ve yüksek kömürleşme seviyelerinde yok olmaktadır.

Liptinitler, daha önce de bahis edildiği gibi, kömürleşme olayına en geç katılan maseraller olduğu için en yüksek flüoresans özellik gösteren maserallerdirler. Bazı semifüzinit’ler haricinde inertinit grubu maseralleri genelde hiç flüoresans özellik göstermezler. Flüoresans ışığın kendisi de parlatılmış örnek üzerine düşürülerek örnek incelenir ve ölçümleri böylece yapılır.

Flüoresans değerleri yüksek maddeler daha açık renklerde (açık yeşil vb.), flüoresans değerleri düşük olan maddeler ise daha koyu renklerde (kırmızı, koyu kahverengi gibi) görünürler. Liptinitlerin detay özellikleri ve inorganik maddelerden (kıl vs.) rahatça ayırt edilebilmesi bu metot ile çok daha kolay olabilmektedir.

Kömürlerin buna benzer sergiledikleri bir çok benzer fiziksel özellikleri vardır

Kömür Kimyasal Özellikleri

Kömürlerin kalitesi ve özelliklerini ortaya koyan kalori (ısısal), kısa ve elementel analizleridir. Bunun yanında kömürlerde iz element analizleri de yapılabilmektedir.

Kömürlerin Kısa (“Proximate”) Analizleri

Nem,Uçucu Madde, Kül ve Sabit (“Fıxed”) Karbon analizleridir. Bu analizler bir kömürün petrografik analizler ile birlikte niteliklerini ortaya koyabilmektedir.

Kömürlerin Element (“Ultimate”) Analizleri

Kömürler içerisinde bulunan “C”, “S”, “O”, “N”, “H” elementlerinin tesbit analizleridir. Çok özel ve detay araş- tırmalar için yapılabilmektedir.

Kömür analizleri MTA Genel Müdürlüğü Maden Analizleri ve Teknolojisi Dairesinde, TÜBİTAK, demir çelik fabrikaları, bazı kömür işletmeleri (TTK ve bazı TKİ bölge müdürlükleri), Hacettepe ve ODTÜ” gibi bazı özel üniversitelerimizde ve kuruluşlarımızda yapılabilmektedir.