Türkiye'de farklı sektörlerde katkı ham maddesi olarak kullanılan bentonit mineralinin kimyasal ve radyometrik karakterizasyonu
Chemical and radiometric characterization of bentonite mineral used as raw material in different sectors in Turkey
Yazar: ONUR METİN
Danışman: PROF. DR. ŞEREF TURHAN
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Nükleer fizik = Nuclear physics

Özet:
Bentonit minerali; alüminyum, sodyum ve potasyum açısından zengin, yumuşak, gözenekli ve kolay şekillendirilebilen ve soğurucu (emici) bir malzemedir. Bentonitler, çeşitli endüstrilerde (seramik, kozmetik, boya, tekstil, döküm, inşaat vb.) sondaj çamuru, cevher peletleme, absorban, adsorban, ağartma maddesi, su empedansı, kaplama, ham madde veya dolgu malzemesi olarak kullanılmaktır. Bentonitlerin bu sektörlerde etkin ve verimli kullanımı, kimyasal bileşenlerine bağlıdır. Bu çalışmada, Türkiye'nin farklı coğrafi bölgelerinde bulunan yirmi bir ocaktan toplanan bentonit örnekleri; bentonit ocaklarının doğal radyonüklit, majör ve minör element dağılımlarını belirlemek amacıyla analize tabi tutuldu. Bentonitlerin, inşaat sektöründe ham madde olarak kullanılmasına eşlik eden ve ocaklarda çalışanların maruz kalabileceği radyolojik riskler; aktivite derişim indisi (I), açık ortamda soğurulan gama doz hızı (DRI) ve karşılık gelen yıllık etkin radyasyon dozu (EI); kapalı ortamda soğurulan gama doz hızı (DRO) ve karşılık gelen yıllık etkin radyasyon dozu (EO) ve yaşam boyu kanser riski (CR) hesaplanarak değerlendirildi. Bentonit örneklerinde gama-ışını spektrometrik yöntemi kullanılarak ölçülen 226Ra, 232Th ve 40K radyonüklitinin ortalama aktivite derişimi, sırasıyla 50,3 ± 4,7 Bq/kg, 76,2 ± 3,9 Bq/kg ve 372,8 ± 18,6 Bq/kg olarak bulundu. 226Ra, 232Th ve 40K'ın en büyük aktivite derişim değerleri, sırasıyla Konya, Edirne ve Tokat ilindeki ocaklarda ölçüldü. Bentonit örneklerinde, enerji dağılımlı X-ışını floresans spektrometrik yöntem ile analiz edilen SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, MgO, Na2O, K2O, TiO2, SO3, P2O5 ve MnO oksidinin ortalama derişimi, sırasıyla %54,12; %15,24; %4,65; %4,36; %3,25; %2,78; %1,40; %0,58; %0,35; %0,20 ve %0,10 olarak bulundu. En yüksek SiO2 ve Fe2O3 derişimi Ordu ve Çorum'da, en yüksek K2O, SO3, Na2O ve CaO derişimleri Trabzon'da, en yüksek TiO2 derişimi Çankırı'da ve en yüksek Al2O3, MgO, P2O5 ve MnO derişimleri ise Konya'da bulunan bentonit ocaklarında analiz edildi. Her bir bentonit örneği için hesaplanan I, DRI, DRO, EI, EO ve CR'nin ortalama değerleri, sırasıyla 0,7; 159,1 nGy/h, 84,8 nGy/h, 0,2 mSv/y, 0,8 mSv/y ve 7,0 x 10-4 olarak bulundu. Radyolojik değerlendirme sonuçları, incelenen bentonitlerin yapı malzemelerinde ham madde olarak güvenle kullanılabileceğini ve bentonit ocaklarında çalışan işçiler için düşük seviyede radyolojik risk olduğunu ortaya koymaktadır.

Abstract:
Bentonite mineral is a soft, porous and easily shaped and absorbent mineral rich in aluminum, sodium and potassium. Bentonites are used as drilling mud, ore pelletizing, absorbent, adsorbent, bleaching agent, water impedance, coating and raw material or filling material in various industries (ceramic, cosmetics, paint, textile, casting, construction, etc.). The effective and efficient use of bentonites in these sectors depends on their chemical components. In this study, bentonite samples collected from twenty-one quarries located in different geographical regions of Turkey were analyzed to determine the natural radionuclide, major and minor element distributions of bentonite quarries. The radiological risks that may be caused by use of bentonites as building materials and to which workers may be exposed were evaluated by estimating the activity concentration index (I), indoor absorbed gamma dose rate (DRI) and the corresponding annual effective radiation dose (EI); outdoor absorbed gamma dose rate (DRO) and the corresponding annual effective radiation dose (EO)   and the lifetime cancer risk (CR). The average activity concentrations of 226Ra, 232Th and 40K radionuclide measured in bentonite samples using gamma-ray spectrometric method were found as 50.3 ± 4.7 Bq/kg 76.2 ± 3.9 Bq/kg and 372.8 ± 18.6 Bq/kg, respectively. The average concentrations of SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, MgO, Na2O, K2O, TiO2, SO3, P2O5 and MnO oxides in bentonite samples analyzed by energy dispersion X-ray fluorescence spectrometer were found as 54.12%, 15.24%, 4.65%, 4.36%, 3.25%, 2.78%, 1.40%, 0.58%, 0.35%, 0.20% and 0.10%, respectively. The highest concentrations of SiO2, Fe2O3, K2O and SO3, and TiO2 were analyzed in samples collected from bentonite quarries located in Ordu, Çorum, Trabzon, and Çankırı provinces, respectively; the bentonite quarries in Konya province have the highest concentrations of Al2O3, MgO, P2O5, and MnO, while the bentonite quarry in Trabzon province has the highest concentrations of Na2O and CaO. The average values of I, DRI, DRO, EI, EO and CR calculated for each bentonite sample were estimated as 0.7, 159.1 nGy/h, 84.8 nGy/h, 0.2 mSv/y, 0.8 mSv/y and 7.0 x 10-4, respectively. The radiological evaluation results reveal that the examined bentonites can be used safely as raw materials in building materials and that there is a low level of radiological risk for workers working in bentonite quarries.