Madencilik Endüstrisinde 100 Yenilik (Dr. Nejat TAMZOK, Maden Portalı, Enerji Günlüğü, 11 Temmuz 2017)

Kimilerine göre, dünya, dördüncü sanayi devrimini yaşamakta.

Yaklaşık 250 yıl önce başlayan ve kömürle demirin başrolde olduğu birinci sanayi devrimi, üretimin makineleşmesi süreciydi. On dokuzuncu yüzyılın ikinci yarısına kadar sürdü.

 

İlkinin kaldığı yerden ikinci sanayi devrimi başladı. Bu defa, kömür ve demirin yanında petrol, çelik ve elektrik de sahne aldı. Büyük miktarlarda seri üretim ve bunun sonucunda kitlesel tüketim tüm dünyayı değiştirdi.

 

İkinci Dünya Savaşı sonrasında, elektronik bilgi ve iletişim teknolojilerinin son derece hızlı gelişimleri söz konusu oldu. Bu sürece, üçüncü sanayi devrimi ya da dijital devrim dendi.

 

Günümüzde, dijital devrimin üzerinde dördüncü sanayi devrimi ya da kimilerinin dediği gibi Sanayi 4.0 dönemi yükselmekte.

 

Makinelerin, ürünlerin, insanların, süreçlerin ve giderek tüm sistemlerin görünmez ağlarla birbirlerine bağlı olduğu, birbirleriyle iletişim kurdukları, sürekli birbirlerinden öğrendikleri, öğrendikleriyle kendilerini tekrar tekrar yeniden düzenleyebildikleri ve giderek kendi kendilerini yönetebildikleri yeni bir dünya...

 

Sınırsız bilgi depolama kapasiteleri ve ultra işlem güçlerinin verdiği imkânlarla sınırları zorlayan yenilikler: yapay zekâ, sanal gerçeklik, arttırılmış gerçeklik, robotlar, insansız hava araçları, sürücüsüz taşıtlar, nesnelerin interneti, öğrenen nesneler, 3 boyutlu yazıcılar, henüz Türkçe bir karşılık bulmaya dahi fırsat bulamadığımız blockchain ve daha pek çokları… Baş döndürücü bir yenilik/inovasyon dalgası ekonomik-toplumsal çevrenin her noktasını işgal etmiş durumda.

 

Önce tüketim tarafında büyük değişimlere neden olan bu yeni süreç, üretim tarafında da köklü değişikliklere yol açmakta, giderek tüm ekonomik faaliyetler alanı üzerinde etkili olmakta.

 

Pek çok endüstri yeniden şekillenmekte, yeni üretim yöntemleri eski kalıpları temelinden sarsmakta. Bu yeni süreçte, basit bilgisayar kullanımının çok ötesine geçen inovasyon dünyası endüstrilerin çehresini değiştirmekte, çok kısa bir süre önce bilim-kurgu gibi görülen pek çok uygulama endüstriyel faaliyetlerin ortasında - verimlilik ve üretkenliğe yönlendirilmiş - birer gerçeklik olarak karşımıza çıkmakta.

 

Bu devrimin etkilediği endüstrilerden biri de madencilik endüstrisidir.

 

Geçmişi uygarlık tarihi kadar eski olan madencilik endüstrisinin, “yenilik/inovasyon” ifadesiyle bir arada düşünülmesi ilk anda zor görünebilir. Ancak, doğal kaynakların aranması ve üretimi faaliyeti, aslında, her zaman yenilenmenin en hareketli olduğu alanlar olmuştur. Tarih, ciddi dönüşümlere yol açan pek çok yeniliğin kaynağında madencilik endüstrisinin bulunduğuna dair kanıtlarla doludur.

 

AKILLI MADENCİLİK

 

Kanada’nın Québec Eyaleti madencilerinin birliği olan Minalliance tarafından Québec Montréal Üniversitesi Yer ve Atmosfer Bilimleri Bölümü’nden Profesör Michel Jébrak’a yaptırılan bir çalışma, bu kadim endüstrinin yeni endüstriyel devrim sürecinde de öncekilerde olduğu gibi son derece hareketli olduğunu göstermekte.

 

Söz konusu çalışmada, dünya madencilik endüstrisinde son yıllarda geliştirilmiş olan 100 yenilik/inovasyon ortaya konulmakta ve cevherin aranmasından nihai olarak maden sahasının iyileştirilmesi safhasına kadar olan madencilik süreçlerinde, bilim ve teknolojinin pek çok alanına dokunan 100 yenilik/inovasyon genel hatlarıyla özetlenmektedir.

 

Söz konusu yenilikler sayesinde, madencilik endüstrisi artık eskiye göre daha akıllı arama yapabilmektedir. Minerallerin, kimyasal bileşimlerinin ya da fiziksel özelliklerinin doğrudan sahada tanımlanabilmesi, giderek daha derinlerdeki mineral yataklarının algılanabilmesi ve yatakların ekonomik değerlerinin ya da zorluklarının aramanın en erken aşamalarında modellenebilmesi mümkün olmaktadır.

 

Robot bilimi alanındaki en son gelişmeler sayesinde yeni işletmecilik yöntemleri geliştirilmekte, maden ocağı ya da cevher hazırlama tesislerinde cevher ya da kayaç akışı gerçek zamanlı olarak izlenebilmekte ya da maden ocağının tasarımı aşamasında simülasyon yöntemleri kullanılmak suretiyle uygulama öncesi farklı çözümler test edilebilmektedir.

 

İş güvenliği alanındaki yenilikler, daha güvenli çalışma koşullarının yaratılabilmesini sağlamıştır. Kablosuz iletişimin yarattığı fırsatlar daha gelişmiş yeraltı haberleşmesine, sensör kullanımının yaygınlaşması daha güvenli ekipman kullanımına, nesnelerin interneti en güç koşullarda uygulanabilecek yeni acil durum müdahale önlemlerinin geliştirilebilmesine fırsat tanımaktadır.

 

İnovasyon dünyasındaki gelişmeleri daha yakından izlediğimizde, çok da uzak olmayan bir gelecekte karşımıza bugünkünden çok farklı bir endüstrinin çıkacağını şimdiden söyleyebiliriz. Tüm çalışanlarının ve makine-ekipmanın birbiriyle iletişim halinde olduğu, uzaktan kumanda edilebilen ama kendi başlarına da karar alabilen nesnelerin yönettiği ve sanal canlandırmalar yoluyla her yeni durum için test edilebilen, bu sayede cevher üretimi durdurulmadan iyileştirmelerin yapılabildiği “akıllı maden işletmeleri” nin bilim-kurgu olduğunu söyleyebilmek giderek daha da güçleşmekte.

 

Genel olarak değerlendirildiğinde, henüz pek çok teknolojik gelişmenin uzağında bulunan ülkemiz madencilik endüstrisi için de ufuk açıcı olabilecek - Michel Jébrak’ın yukarıda bahsedilen çalışmasında derlenen - 100 yenilik/inovasyon; aramalar, cevher yatağının tanımlanması, cevher üretimi, nakliyat-haberleşme, cevher hazırlama, iş sağlığı-güvenliği ve maden sahalarının iyileştirilmesi başlıkları altında aşağıda özetlenmektedir. Aramalar ara başlığı altında toplanan yeniliklerle başlıyoruz. 

 

ARAMALAR

 

1 Ters çözüm algoritmaları

 

Jeofizik bilimi, geleneksel olarak; manyetik alandaki, çekim alanındaki ya da elektriksel iletkenlikteki farklılıklardan yararlanmak suretiyle, cevher kütlesinin konumunun belirlenmesinde kullanılır. Yeni “ters çözüm algoritmaları”, jeofiziksel verilerin farklı şekillerde de kullanılabilmelerini sağlamıştır. Bu yöntemle, önce kayaçların jeofiziksel özelliklerini tespit etmek ve sonra bunların sahadaki jeofiziksel imzalarını ölçmek suretiyle, cevherleşme potansiyelinin ve cevheri kuşatan jeolojik çevrenin üç boyutlu modellerini üretebilmek mümkün olmaktadır. Ters çözüm algoritmaları, pek çok bakır ve altın yatağının keşfedilmesini sağlamıştır.

 

2 ICP-MS analizleri

 

Maden aramacılığı, kayaç ve minerallerin doğru, güvenilir ve hızlı analizini gerektirmektedir. Spektrometrik (izgeölçümsel) analiz alanında 1990’lı yıllarda elde edilen ilerlemeler, düzinelerce elementi aynı anda yüksek doğrulukla analiz edebilen “endüktif eşleşmiş plazma kütle spektrometresi” tekniğinin gelişmesine yol açmıştır. Bu teknik sayesinde, bazı metal içeriklerinin ton başına miligram seviyesinin altında dahi ölçülebilmeleri mümkün olmuştur.

 

ICP-MS (Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry), çoklu analiz yeteneği sayesinde verimliliği arttırmış ve maliyetleri düşürmüştür. Bu yöntem, günümüzde, cevher aramalarından maden sahalarının rehabilitasyonuna kadar madencilik endüstrisinin pek çok aşamasında kullanılmaktadır.

 

3 Taşınabilir analiz cihazı

 

Bu cihaz, kayaç yüzeyini oluşturan kimyasal elementleri X-ışınları vasıtasıyla tanımlamaktadır. Cihaz sayesinde, analiz sonuçları yerinde alınabilmekte, gereksiz numune alımı ortadan kaldırılmakta ve laboratuvarlardaki uzun analitik testlere ihtiyaç kalmamaktadır. Böylelikle, hem zamandan tasarruf sağlanmakta hem de çevresel etkiler azaltılmaktadır.

 

4 Avırıs

 

Maden aramalarında kullanılan ortalama uydular bir defada sadece birkaç ölçüm yapabilirken, hiperspektral ölçümler yapan hava taşıtına monte edilmiş AVIRIS algılayıcısı yüzlerce spektral bantı (elektromanyetik radyasyon spektrumunun bir parçası) tek seferde ölçebilmektedir. Bu spektral bantların birleştirilmesiyle, sadece farklı türlerdeki bitki örtüsünün ayırt edilebilmesi değil, aynı zamanda içerdikleri minerallerin niteliklerinin tanımlanabilmesi de mümkündür. Bu işlem, bitki örtüsünün bulunmadığı alanlarda doğrudan kayaç haritalarının üretilmesinde kullanılabilmektedir. Bu türden ilk uydu (Lewis Hyperspectral Imager, HIS, NASA) 1997 yılında kullanılmıştır. AVIRIS ise 224 bitişik spektral banta bölünmüş; 0,400 ve 2,500 nm aralığını kapsayan bir spektrometredir.

 

5 Aramada kütle denkliği kavramının kullanımı

 

Bakır, çinko ve altın yatakları, metal yüklü sıcak akışkanın tabakalar içerisindeki dolaşımı suretiyle oluşur. Sıcak akışkan, içerisinden geçtiği kayacı başkalaştırırken, bazı mineralleri çözündürüp bazılarını oluşturmaktadır. Bu süreç, kayacın yoğunluğunun artmasına ya da azalmasına yol açar. Başkalaşan kayaçları çevreleyen bölge, genellikle cevher yatağının kendisinden çok daha geniş olduğundan, alterasyon zonlarını izlemek suretiyle arama faaliyetlerini yürütebilmemiz mümkündür.

 

Yeni geliştirilen sayısal bir yöntem, her kayaç numunesine ilâve olmuş ya da numuneden ayrılmış olan kimyasal elementlerin miktarlarını hesaplamak amacıyla analitik sonuçlara gelişmiş veri işlem tekniklerini uygulamakta, böylelikle potansiyel cevherleşme sahasından muhtemel uzaklıklar tahmin edilebilmektedir.

 

6 Coğrafi bilgi sistemleri (GIS)

 

Coğrafi bilgi sistemleri (GIS), mekânsal temelde tanımlanan sayısal verinin bilgisayarlar üzerinde düzenlenip sunulmasını sağlamak suretiyle arama pratiğini köklü bir biçimde değiştirmiştir. Arama şirketlerinin, bir zamanlar bez ya da kâğıt haritalarla kaplı olan çalışma ofisleri, bugün artık jeologların MapInfo ya da ArcGIS gibi coğrafi bilgi sistemlerini kullanarak derledikleri bilgilerin toplandığı bilgisayar ekranlarıyla dolmuş durumdadır.

 

Günümüzde, bazı GIS uygulamaları, daha da ileri giderek sadece belirli tipte jeolojik, jeokimyasal ya da coğrafi bilginin gösterimi ya da işlenmesi amacıyla özel olarak geliştirilmektedir.

 

 

7 Paleostres haritaları

 

Son birkaç yıldır özellikle Avustralya’da yürütülen araştırmalar, altın cevheri yataklarının önemli bir kısmının büyük jeolojik faylar boyunca oluşan sismik artçı sarsıntılar süresince aktif olmuş fay zonlarını işaret ettiğini ortaya koymuştur.

 

Böyle yatakların konumunu, yer kabuğunun paleostres modellerini kullanmak suretiyle tahmin edebilen bilgisayar yazılımları bugün artık mevcuttur. Geliştirilme süreci devam eden bu yazılımlar, cevher yatağının bulunma olasılığı en yüksek olan alanları belirleyebilmekte, böylelikle arama süresince kapsanacak bölge alanını küçültebilmektedirler.

 

8 Kestirim haritaları

 

Bilinen cevherleşme alanlarından hareketle potansiyel cevherleşme alanlarını tahmin etmeye yardımcı olacak yeni haritalama ürünleri ortaya çıkmıştır. Bu yeni tür haritalar, yapay zekâ, özellikle yapay sinir ağları ve bulanık mantık (fuzzy logic) alanlarındaki gelişmelerden yararlanmaktadır.

 

9 Çevrimiçi ruhsat tahsisi

 

Maden ruhsatlarının doğrudan internet ortamındaki haritalar üzerinden çevrimiçi alınabilmelerine imkân sağlayan bilgisayar uygulamaları yaygınlaşmaktadır.

 

10 Cevher yatağının tespitinde gaz jeokimyasının kullanımı

 

Cevher yatağındaki sülfür minerallerinin oksidasyonu sonucunda açığa çıkan gaz halindeki maddeler doğrudan yüzeyden veya açılacak sondaj deliklerinden numune almak suretiyle saptanabilirler. Bu yöntem sayesinde, eğer yeterli miktarlarda bulunuyorlarsa; cıva, oksijen, karbondioksit ve radon gibi bazı gazların belirlenebilmeleri mümkündür. Bu gazların nitelik ve konsantrasyonları, yeraltında hangi minerallerin bulunduğuna ve nihai olarak derinlerde bir cevher yatağının mevcut olup olmadığına ilişkin ipuçlarını sağlar.

 

11 Cevher yatağının tespitinde MMI™ jeokimyasının kullanımı

 

Jeokimya, yüzey malzemelerinin içerdiği metallerin belirlenmesinde ve dolayısıyla söz konusu yüzey malzemelerinin kuşatmış olduğu cevher kütlesinin mevcudiyetinin tahmin edilmesinde kullanılabilmektedir. Cevherleşmenin kum benzeri bir malzemeyle örtülü olduğu durumlarda böyle bir tahminin yapılabilmesi, yakın zamana kadar neredeyse mümkün değildi. Ancak, 1990’lı yılların ortalarında, bazı metallerin yeraltındaki cevherleşme bölgesinden ayrıldığı ve su ya da gaz içerisinde yüzeye doğru yol alarak konsolide olmayan yüzey sedimanları içerisinde mineral salkımları şeklinde sıkıştığı anlaşıldı. Yeni MMITM (Mobile Metal Ions) yöntemi bu olgudan yararlanmakta ve yüzey malzemelerini analiz etmek suretiyle yeraltında nelerin olduğunun belirlenebilmesini mümkün kılmaktadır.

 

12 Coğrafi konum belirleme

 

Konum belirlemede uydu sinyallerini kullanan küresel konumlandırma sistemi (GPS) hızlı ve doğru bilgiyi sağlamakta ve saha çalışmaları ile haritalama faaliyetlerini büyük ölçüde kolaylaştırmaktadır. Bu sistem, kullanıcının gözlem sahasını hızla ve tam bir kesinlikle belirleyebilmesini sağlayarak aramacılıkta bir devrim yaratmıştır.

 

13 Hava gravite yöntemi

 

Gravimetri, yerin çekim alanındaki çok küçük değişimleri tespit edebilen bir tekniktir. Cevherleşmiş kütlelerin yoğunlukları yan kayaçlardan daha fazladır ve yerçekimi alanında - gravimetre olarak adlandırılan yüksek duyarlılıkta cihazlar tarafından ölçülebilecek - çok küçük sapmalara neden olurlar. Bu teknik, doğru ölçümlerde bulunabilmek için santimetre düzeyine kadar inebilen kesinlikte topoğrafik bilgiye ihtiyaç duymaktadır.

 

Coğrafi konum belirleme ve sinyal algılamadaki gelişmeler hava taşıtlarından gravimetrik ölçümlerin yapılabilmesini mümkün kılmıştır. Hava gravite yönteminin, önümüzdeki yıllarda maden aramacılığında çığır açması beklenmektedir.

 

14 InfiniTEM

 

Baz metallerin aranması amacıyla geliştirilen InfiniTEM jeofizik yöntemi, sahadaki elektromanyetik dalgaların yerüstündeki dolaşımını ölçmektedir. Cihazlar, metalik sülfür yataklarını yüzeyden 1 kilometre derinliğe kadar algılayabilmektedirler.

 

15 LIDAR

 

Lazerler, bir bölgenin topoğrafyasını doğru bir şekilde haritalamak için kullanıla-bilmektedirler. Hava taşıtına monte edilen bir LIDAR (Işık Algılama ve Aralık Belirleme) ya da ALTM (Havadan Lazerli Arazi Haritalayıcı) topoğrafyayı 5 ile 20 cm arasında bir altimetre hassasiyetinde belirleyebilirler. Aletin konumunun hesaplanması ve düzeltilmesi için, biri hava taşıtı üzerinde ve diğeri arazide sabit bir konumda olmak üzere iki GPS cihazı kullanılır. Bu şekilde bir haritalama, geleneksel yöntemlere göre hem daha hızlı hem de daha doğru olacaktır.

 

16 MEGATEM - Havadan elektromanyetik ölçümler

 

Havadan elektromanyetik ölçümler maden aramalarında yarım yüzyıldır kullanılmaktadır. Bununla beraber, jeofizik ve elektronik veri işleme alanlarındaki teknolojik gelişmeler, bazı alanlarda yüzeyden 250 m. derinliğe kadar algılama kapasitesine sahip çok daha duyarlı aletlerin gelişimine yol açmıştır.

 

17 Aramalarda gösterge minerallerin kullanımı

 

Elmas aramacılığı, doğada elmasla ilişkili olup çok daha büyük miktarlarda bulunan gösterge minerallerin (garnet, kromit ve ilmenit gibi) tespit edilmesine dayalıdır. Dolayısıyla, bu mineraller, doğal “rehber” vazifesini görürler.

 

Bu yöntem, nehir ya da buzul yataklarından kumlu numunelerin toplanmasına ve daha sonra en yoğun olan minerallerin elde edilmesine dayalıdır. Bu yaklaşım, ayrıca, metamorfoz kurşun-çinko ya da porfiri altın yatakları gibi diğer türde cevherleşmelerin aranmasında da başarıyla kullanılmaktadır.

11.07.2017