Ilgın (Konya) kuzeyi metavolkanik kayaçlarının jeolojisi ve feldspat potansiyelinin araştırılması
Geology of the north of Ilgın (Konya) metavolcanic rocks and investigation of their feldspar potential
Yazar: ORAL SARIKAYA
Danışman: PROF. DR. ŞENEL ÖZDAMAR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Jeoloji = Geology

Özet:
Gelişmekte olan ülkemiz için hammadde kaynaklarımızın en iyi şekilde değerlendirilmesi ve işlenmesi ülke ekonomisi bakımından büyük önem taşımaktadır. Feldspatlar özellikle seramik, porselen ve cam endüstrisinin vazgeçilmez hammaddelerinden biridir. Ülkemizde giderek artan sanayileşme, alkali feldspat ihtiyacını arrtırmakta ve özellikle seramik endüstrisinde üretim ve kalite sorunlarını da beraberinde getirmektedir. Ülkemizde sodyum feldspat rezervi ve üretimi konusunda bir sorun yaşanmamaktadır. Ancak, potasyum feldspat üretimi açısından bir yetersizlik mevcuttur. Eldeki rezervler ve üretim ülkemizin ihtiyacını karşılayamamakta ve her yıl ithalat yöntemiyle temin edilmektedir. Her geçen gün artan seramik hammadde talebinin karşılanması yönündeki faaliyetler kapsamında, Ilgın (Konya) kuzeyinde yer alan metavolkanik kayaçlardaki potasyum feldspat varlığı önem arz etmektedir. Bu çalışmada, Ilgın (Konya) kuzeyinde yer alan metavolkanik kayaçların jeolojik, mineralojik – petrografik ve jeokimyasal özellikleri ile seramik üretiminde feldspat kaynağı olarak kullanılabilme potansiyelinin araştırılması amaçlanmıştır. Çalışma alanında Paleozoyik ve Mesozoyik yaşlı iki ayrı metamorfik kayaç grubu yer almaktadır. Bu kayaçların üzerine uyumsuz bir şekilde Neojen yaşlı çökeller ve alüvyon yerleşmiştir. Paleozoyik yaşlı metamorfik grup metasedimanterler ve metakarbonatlardan oluşmaktadır. Tabanı metakonglomeralardan oluşan bu metamorfikler üste doğru metakumtaşı, metakuvarsit, fillat, şist, metaçört ve en üstte metakarbonatlar şeklinde devam etmektedir. Mesozoyik yaşlı metamorfik grup da benzer şekilde metasedimanterler, metavolkanikler ve metakarbonatlardan oluşmaktadır. Tabanda metakonglomeralar yer almakta, üstüne şistler ve metakumtaşları gelmektedir. En üst birim ise metakarbonatlardır. İki grup arasındaki en temel fark Mesozoyik yaşlı metamorfik grubun metavolkanik kayaçları içermesidir. 
Bu tez çalışmasının asıl inceleme konusu olan metavolkanikler çalışma alanı içinde beş farklı lokasyonda mostra vermektedir. Bunlar; Küçüktokmak Tepe, Kocatokmak Tepe, Göleç Tepe, Avdan Köyü ve Dereköy – Kurtlukaya Tepe'dir. Bu lokasyonlarda mostra veren metavolkanikler genelde bejimsi, grimsi, yeşilimsi renklerdedir. Genellikle masif metalavlar halinde gözlenen metavolkanikler bazı bölgelerde iyi derecede şistozite göstermektedir. Kuvars, feldspat, muskovit minerallerinin yer yer gözle görülebildiği kayaçlar bazı bölgelerde kuvars damarlarıyla da kesilmiştir ve yer yer demir oksit getirimleri de gözle görülebilmektedir. Bu çalışmanın asıl inceleme konusunu oluşturan metavolkanik kayaçlar metariyolitik – alkali metariyolitik kayaçlardır. Kayaçlar ortalama %40-50 oranında matriks ve %50-60 oranında kuvars, alkali feldspat, muskovit ve plajioklaz minerallerinden oluşmakta ve hemikristalen porfirik doku sergilemektedir. Kayaçların matriksleri ise ince taneli kuvars, alkali feldspat ve serizit minerallerinden oluşmaktadır. SiO2 içerikleri %63,60-71,97; K2O içerikleri %3,4-10,52; Al2O3 içerikleri %15,78-18,56; Fe2O3 içerikleri %0,94-4,26 ve TiO2 içerikleri %0,02-0,57 arasında değişmektedir. Kayaçlar kalk-alkalen ve şoşonitik karakterlidir. Ayrıca kayaçlar peralüminli ve silikaca doygun özelliktedir. İz element analizlerine göre kayaçlarda Ba yüksek (88 – 391 ppm) değerlerdedir. Zr değeri özellikle Avdan Köyü ve Dereköy örneklerinde (424 – 597 ppm) yüksektir. Aynı örneklerde Rb değeri de (190 – 360 ppm) yüksektir. Örneklerin neredeyse tümünde Eu değerlerinin düşük (0,06 – 0,55 ppm) olduğu saptanmıştır. Eu değerinin düşük olması ve Ba değerinin yüksek olması kabuksal kirlenme olasılığını arttırmaktadır. Kayaçlarda başta Eu olmak üzere Sr, Hf ve Ti elementlerince fakirleşme diğer elementlerce zenginleşme görülmektedir. Burada Sr ve Eu elementlerinde görülen negatif anomali feldspatların fraksiyonel kristallenmesini gösterirken Ti elementinin negatif anomalisi Fe ve Ti açısından zengin minerallerin fraksiyonel kristallenmesini göstermektedir. Th, Nb, Zr gibi elementlerde görülen zenginleşme ise kabuk kontiminasyonunu işaret etmektedir. Kayaçlar göreceli olarak LREE açısından zengin, HREE açısından fakir bir bileşim sergilemekte ve kondrite göre normalleştirilmiş dağılım desenlerinde LREE'den HREE'lere doğru bir fraksiyonlanma sergilemektedir. Kayaçların oluşumu fraksiyonel kristalizasyon, asimilasyon-fraksiyonel kristalizasyon, magma karışımı ve kabuksal kirlenme olaylarını içermektedir. Ilgın metavolkanik kayaçları levha içi ortamda orojenez sonrasında çarpışma ile eş zamanlı olarak gelişen bir magmatik aktivite sonucu meydana gelmiştir. 
Yüksek potasyumlu asidik kayaç kimyası sergileyen Ilgın (Konya, Türkiye) metavolkanik kayaçları, K2O ve SiO2 içeriği açısından seramik endüstrisinde kullanılmaya uygun olsa da Fe2O3 ve TiO2 içeriği açısından kalite sınırlarının altında kalmaktadır. Seramik üretiminde hammadde olarak kullanılacak potasyum feldspatların sağlaması gereken kimyasal şartlar vardır. Bu bağlamda K2O değerleri en az %8 olmalı, Fe2O3 ve TiO2 değerleri de en fazla %0,1 olmalıdır. Tüvenan halde bile K2O standartını sağlayan metavolkaniklerde demirli ve titanlı minerallerin uzaklaştırılarak ilgili değerlerin kalite standartlarına uygun hale getirilmesi gerekmektedir. Bu bağlamda örneklere manyetik seperesyon, flotasyon ve asitte çözdürme gibi cevher zenginleştirme yöntemleri uygulanmıştır. Böylece demirli ve titanlı bileşenlerin uzaklaştırılması ve alkali bileşenlerin daha da zenginleştirilmesi amaçlanmıştır. Tüvenan örneklere doğrudan manyetik ayırma yöntemiyle kayaçlardaki demirli ve titanlı bileşenlerin uzaklaştırılamadığı görülmüş ve tüvenan örneklere flotasyon deneyleri yapılmıştır. Tane serbestleşme boyutunun zenginleşmeye etkisini anlayabilmek için -500 mikron altı, -300 mikron altı ve -150 mikron altı tane boyutlarında deneyler gerçekleştirilmiştir. Bu deneyler sonucunda demirli-titanlı minerallerin uzaklaştırılması ve feldspatın zenginleştirilmesi için en uygun tane boyutu aralığının -150 mikron tane boyutu olduğu görülmüştür. Flotasyon deneylerinde DernA-7, A4, DAHC, R801, R825, Duomeen ve HF türü reaktifler kullanılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda hem demirli-titanlı bileşenlerin uzaklaştırılması hem de feldspatın zenginleştirilmesi için en uygun reaktif kombinasyonunun DAHC+R801+R825 reaktif kombinasyonu olduğu anlaşılmıştır. Flotasyon deneyleriyle eş zamanlı olarak XRD analizleri de gerçekleştirilmiştir. Kimyasal analiz sonuçları ve XRD analizi sonuçları birlikte yorumlanmıştır. Flotasyon deneyleri sonucunda Avdan köy merkezinde yer alan metavolkaniklerdeki potasyum zenginleşmesinin muskovit minerallerinden kaynaklandığı anlaşılmıştır. Ilgın/Konya bölgesinde yer alan bölgeler arasında potasyum feldspat potansiyeli en yüksek olan bölge Dereköy bölgesidir. Yapılan zenginleştirme çalışmaları sonrası Dereköy bölgesinden alınan DR-1 kodlu örnek endüstrinin istediği değerlere yakın sonuçlar vermiştir. Tüvenan halde %10,52 K2O, %1,54 Fe2O3 ve %0,36 TiO2 içeren Dereköy metavolkanik kayaçlarından yapılan zenginleştirme işlemleriyle flotasyon sonucunda %13,89 K2O, %0,32 Fe2O3 ve %0,13 TiO2 içeren ürün elde edilmiştir. Bu ürün K2O değeri açısından endüstrinin istediği standartlara uygun hatta daha iyidir. Fe2O3 ve TiO2 oranları %0,1 seviyesine indirilebilirse seramik endüstrisinde kullanılmaya tamamen uygun hale gelecektir. Özetle, Ilgın/Konya bölgesinde özellikle Dereköy civarında yer alan metavolkanik kayaçlarda potasyum feldspat potansiyeli oldukça yüksektir fakat kayaçlardan demirli-titanlı minerallerin uzaklaştırılması gerekmektedir. İleride yapılacak çalışmalarda farklı zenginleştirme yöntemleri kullanılarak kayaçlarından seramik endüstrisinde kullanılmaya uygun standartlarda ürün elde edilebilir ve ülke ekonomisinin gelişimine büyük katkılar sağlanabilir.
Anahtar Kelimeler: Feldspat, Ilgın (Konya, Türkiye), jeoloji, metavolkanik kayaç, seramik.

Abstract:
For our developing country, the best use and processing of our raw material resources is of great importance for the country's economy. Feldspars are one of the indispensable raw materials especially in the ceramics, porcelain and glass industries. Increasing industrialization in our country increases the need for alkali feldspar and brings production and quality problems, especially in the ceramic industry. There is no problem regarding sodium feldspar reserves and production in our country. However, there is a deficiency in terms of potassium feldspar production. The available reserves and production cannot meet the needs of our country and are supplied through imports every year. Within the scope of activities to meet the ever-increasing demand for ceramic raw materials, the presence of potassium feldspar in the metavolcanic rocks located in the north of Ilgın (Konya) is important. In this study, it was aimed to investigate the geological, mineralogical - petrographical and geochemical properties of metavolcanic rocks located in the north of Ilgın (Konya) and their potential to be used as a feldspar source in ceramic production. There are two metamorphic rock groups of Paleozoic and Mesozoic age in the study area. Neogene aged sediments and alluvium are unconformably on these rocks. The Paleozoic metamorphic group consists of metasedimentaries and metacarbonates. These metamorphics, whose base consists of metaconglomerates, continue towards the top as metasandstone, metaquartzite, phyllite, schist, metachert and metacarbonates at the top. The Mesozoic aged metamorphic group similarly consists of metasedimentaries, metavolcanics and metacarbonates. There are metaconglomerates at the base, overlain by schists and metasandstones. The uppermost unit is metacarbonates. The main difference between the two groups is that the Mesozoic metamorphic group includes metavolcanic rocks. 
Metavolcanics, which are the main subject of this thesis study, located in five different locations within the study area. These are Küçüktokmak Hill, Kocatokmak Hill, Göleç Hill, Avdan Village and Dereköy – Kurtlukaya Hill. Metavolcanics outcropping in these locations are generally beige, greyish and greenish in colour. Metavolcanics, which are generally observed as massive metalavas, show a good degree of schistosity in some locations. The rocks, where quartz, feldspar and muscovite minerals can be seen, are also cut by quartz veins in some areas, and iron oxide can also be seen in places. Metavolcanic rocks, which constitute the main subject of this study, are metariolitic - alkaline metariolitic rocks. The rocks consist of an average of 40-50% matrix and 50-60% quartz, alkali feldspar, muscovite and plagioclase minerals and exhibit a hemicrystalline porphyritic texture. The matrix of the rocks consists of fine-grained quartz, alkali feldspar and sericite minerals. The rocks' SiO2 contents vary between 63.60-71.97%; K2O contents vary between 3.4-10.52%; Al2O3 contents vary between 15.78-18.56%; Fe2O3 contents vary between 0.94-4.26% and TiO2 contents vary between 0.02-0.57%. The rocks are calc-alkaline and shoshonitic in character. In addition, the rocks are peraluminous and silica-saturated. According to trace element analyses, Ba is at high levels (88 – 391 ppm) in the rocks. Zr value is especially high in Avdan Village and Dereköy samples (424 – 597 ppm). In the same samples, the Rb value is also high (190 – 360 ppm). Eu values were found to be low (0.06 – 0.55 ppm) in almost all of the samples. Low Eu value and high Ba value increase the possibility of crustal contamination. In spider diagrams, in the rocks, there is an impoverishment in Sr, Hf and Ti elements, especially Eu, and an enrichment in other elements. Also, the negative anomaly seen in Sr and Eu elements shows the fractional crystallization of feldspars, while the negative anomaly of the Ti element shows the fractional crystallization of minerals rich in Fe and Ti. The enrichment seen in elements such as Th, Nb, and Zr indicates crustal contamination. The rocks exhibit a relatively LREE-rich, HREE-poor composition and a fractionation from LREEs to HREEs in normalized distribution patterns according to chondrite. The formation of rocks includes fractional crystallization, assimilation-fractional crystallization, magma mixing and crustal contamination events. Ilgın metavolcanic rocks were formed as a result of magmatic activity that developed simultaneously with the collision after orogeny in the within plate environment.
Although Ilgın (Konya, Turkey) metavolcanic rocks, which exhibit high potassium acidic rock chemistry, are suitable for use in the ceramic industry in terms of K2O and SiO2 content, they remain below the quality limits in terms of Fe2O3 and TiO2 content. There are chemical conditions that must be met by potassium feldspar to be used as raw material in ceramic production. In this context, K2O values should be at least 8%, and Fe2O3 and TiO2 values should be at most 0.1%. In the metavolcanics that meet the K2O standard, ferrous and titanium minerals must be removed and the relevant values must be brought in line with quality standards. In this context, enrichment methods such as magnetic separation, flotation and acid dissolution were applied to the samples. Thus, it is aimed to remove ferrous and titanium components and further enrich the alkaline components. It was observed that the ferrous and titanium components in the rocks could not be removed by direct magnetic separation method, and flotation experiments were carried out. In order to understand the effect of grain size on enrichment, experiments were carried out at grain sizes below -500 microns, below -300 microns and below -150 microns. As a result of these experiments, it was seen that the most suitable grain size range for the removal of ferrous-titaneous minerals and enrichment of feldspar was -150 micron grain size. DernA-7, A4, DAHC, R801, R825, Duomeen and HF type reagents were used in flotation experiments. As a result of the experiments, it was understood that the most suitable reagent combination for both the removal of ferrous-titaneous components and the enrichment of feldspar was the DAHC+R801+R825 reagent combination. XRD analyzes were also carried out simultaneously with the flotation experiments. Chemical analysis results and XRD analysis results were interpreted together. As a result of flotation experiments, it was understood that the potassium enrichment in the metavolcanics located in Avdan village center was caused by muscovite minerals. Among the locations in the Ilgın/Konya region, the location with the highest potassium feldspar potential is Dereköy. After the enrichment studies, the DR-1 coded samples taken from the Dereköy region gave results close to the values desired by the ceramic industry. As a result of flotation processes carried out from Dereköy metavolcanic rocks, which contain 10.52% K2O, 1.54% Fe2O3 and 0.36% TiO2, a product containing 13.89% K2O, 0.32% Fe2O3 and 0.13% TiO2 was obtained. This product meets industry standards in terms of K2O value. If Fe2O3 and TiO2 rates can be reduced to 0.1%, it will be completely suitable for use in the ceramic industry. In summary, the potential for potassium feldspar in the metavolcanic rocks located in the Ilgın/Konya region, especially around Dereköy, is quite high, but ferrous-titaneous minerals need to be removed from the rocks. By using different enrichment methods in future studies, products of standards suitable for use in the ceramic industry can be obtained from the rocks and great contributions can be made to the development of the country's economy.
Keywords: Ceramic industry, feldspar, geology, Ilgın (Konya, Turkey), metavolcanic rocks.