Genel

Kuvars Nedir? Kuvarsın Oluşumu, İşlenmesi ve Kullanım Alanları

Kuvars, oldukça saf silisyum dioksit (SiO2) kristallerine verilen addır. Silikon ve oksijen atomlarından oluşan sert, kristalli bir mineraldir. Birçoğu yarı değerli taşlar olan birçok farklı kuvars çeşidi vardır. Antik çağlardan beri, kuvars çeşitleri, özellikle Avrasya’da mücevher ve sert taş oymalarının yapımında en çok kullanılan mineraller olmuştur.

Kuvars, Avustralya Aborjin mitolojisinde mistik madde maban olarak tanımlanan en yaygın malzemedir. İrlanda’daki Newgrange veya Carrowmore gibi bir mezar bağlamında Avrupa’daki geçit mezarlıklarında düzenli olarak bulunur. İrlanda’nın kuvars kelimesi, ‘sunstone’ anlamına gelen grianchloch’tur. Kuvars, Prehistorik İrlanda’da ve diğer birçok ülkede taş aletler için de kullanılmıştır; hem damar kuvars hem de kaya kristali, tarih öncesi halkların litik teknolojisinin bir parçası olarak takılmıştı.

Roma doğa bilimci Pliny the Elder, kuvarsın uzun bir süre kalıcı olarak donmuş su buzu olduğuna inanıyordu. (“Kristal” kelimesi Yunanca κρύσταλλος, “buz” kelimesinden gelir.) Bu fikri, kuvarsın Alpler’deki buzulların yakınında bulunduğunu ancak volkanik dağlarda olmadığını ve büyük kuvars kristallerinin kürelere dönüştürüldüğünü söyleyerek destekledi. Bu fikir en azından 17. yüzyıla kadar devam etti. Ayrıca, kuvarsın ışığı bir spektruma bölme yeteneğini de biliyordu.

17. yüzyılda Nicolas Steno’nun kuvars çalışması modern kristalografinin yolunu açtı. Bir kuvars kristalinin boyutuna veya şekline bakılmaksızın, uzun prizma yüzlerinin her zaman mükemmel bir 60 ° açıyla birleştiğini keşfetti.

Kuvarsın piezoelektrik özellikleri Jacques ve Pierre Curie tarafından 1880’de keşfedildi. Kuvars osilatör veya rezonatör ilk olarak 1921’de Walter Guyton Cady tarafından geliştirilmiştir. George Washington Pierce 1923’te kuvars kristal osilatörleri tasarladı ve patentledi.Warren Marrison, 1927’de Cady ve Pierce’ın çalışmalarına dayanan ilk kuvars osilatör saatini yarattı.

1930’larda elektronik endüstrisi kuvars kristallerine bağımlı hale geldi. Uygun kristallerin tek kaynağı Brezilya idi; ancak II. Dünya Savaşında Brezilya’dan gelen tedarikleri aksattı, bu yüzden uluslar ticari ölçekte kuvars sentezlemeye çalıştı. Alman mineralog Richard Nacken (1884-1971) 1930’lar ve 1940’larda bazı başarılar elde etti. Savaştan sonra, birçok laboratuvar büyük kuvars kristalleri yetiştirmeye çalıştı. ABD’de ABD Ordusu Sinyal Kolordu, Nacken’in liderliğini takiben kristalleri sentezlemek için Bell Laboratuvarları ve Cleveland, Ohio’daki Brush Development Company ile anlaştı. (II. Dünya Savaşı öncesinde, Brush Development plak çalarlar için piezoelektrik kristaller üretti.) 1948’e kadar Brush Development, bugüne kadarki en büyük 3,8 cm (1,5 inç) çapında kristaller yetiştirdi. 1950’lere gelindiğinde, hidrotermal sentez teknikleri endüstriyel ölçekte sentetik kuvars kristalleri üretiyordu ve bugün modern elektronik endüstrisinde kullanılan hemen hemen tüm kuvars kristalleri sentetiktir.

Kuvars Oluşumu

Kuvars, granit ve diğer felsik magmatik kayaçların belirleyici bir bileşenidir. Kumtaşı ve şeyl gibi tortul kayaçlarda çok yaygındır. Şist, gnays, kuvarsit ve diğer metamorfik kayaçların ortak bir bileşenidir. Kuvars, Goldich çözünme serilerinde ayrışma için en düşük potansiyele sahiptir ve sonuç olarak akarsu tortularında ve artık topraklarda artık mineral olarak çok yaygındır.

Kuvarsın çoğunluğu erimiş magmadan kristalleşirken, çoğu kuvars aynı zamanda sıcak hidrotermal damarlardan gang olarak, bazen altın, gümüş ve bakır gibi cevher mineralleri ile kimyasal olarak çöker. Magmatik pegmatitlerde büyük kuvars kristalleri bulunur. İyi biçimlendirilmiş kristaller birkaç metre uzunluğa ulaşabilir ve yüzlerce kilogram ağırlığında olabilir. Doğal olarak yetiştirmek için kullanılan potalar ve diğer ekipman için gerekli son derece yüksek saflıkta, kuvars kristallerini meydana getiren silikon gofret içinde yarı ilkel endüstrisi, pahalı ve nadirdir.

Dünyada en büyük kuvars yatakları Brezilya’ da bulunmaktadır. Bilinen, tabii, ultra-saf kuvars rezervleri Brezilya, A.B.D, Namibya, Angola, Madakaskar, Çin ve Hindistan’da bulunmaktadır. Bu rezervler ya primer veya sekonder oluşumlar olup devamlılık göstermezler. Bu tür kuvarslar elektronik sanayinde kullanılacak kadar iyi vasıftadır. Dünyanın en iyi ve en büyük ametistleri de Brezilya’ da mevcuttur. Amorf veya kriptokristalin kuvars yatakları ise Arjantin, Avusturya, Belçika, Lüksemburg, Macaristan, Güney Afrika Cumhuriyeti, İspanya ve Norveç’te bulunmaktadır. Dünya kuvars rezervleri ile ilgili güvenilir kaynaklara ulaşılamamıştır. Saf olan kuvars kristalleri optik ve elektronik sanayinde ve süs taşı olarak kullanılmaktadır.

Kuvars Özellikleri

Kuvarsın formülü SiO2 olup, saf halde % 46.5 Si ve % 53.3 O2 içerir. Mohs skalasında sertliği 7, özgül ağırlığı 2.65 gr / cm3, ergime sıcaklığı 1785 °C olan ve yer kabuğunda oldukça sık görülen minerallerden biridir. Doğal kuvars içerisinde katı eriyik halinde bulunan başlıca elementler; Li, Na, AI, Ti ve Mg’dur. Genel olarak renksiz, ancak çok farklı renklerde de görülebilmektedir. Renkli oluşumlar gaz, sıvı ve katı kapanımlarla oluşmuştur. Bu kapanımlar, CO2, H2O, Hidrokarbon, NaCl, CaCO3, rutil gibi bazı minerallerdir. Kuvars minerali erimemekle beraber, sadece hidroflorik asitte çözünür. Piezoelektrik ve piroelektrik özellikler gösterir.

Heksagonal sistemde kristalleşen kuvars, doğada kristal ya da amorf (biçimsiz) halde bulunabilir. İçindeki yabancı maddelerin cins ve miktarına göre, saydam renkli ya da yarı saydam durumdadır.

Renkleri : Kuvarsın rengi beyaz (süt kuvars), mor(ametist), pembe kuvars, duman renkli, füme gibi çeşitli renklerde olabilir.

Önemli optik özellikleri

Renk: Renksiz

Şekil: öz şekilsiz, ender olarak ideal kristal şekline sahiptir.

Dilinim: Mikro örneklerde dilinim gözlenmez, ender olarak kristallerin kenar kısımlarında dilinim gözlenmiştir.

Sönme : Paralel, eğik ve dalgalı sönme gözlenebilir.

Çift kırması: Çok zayıftır,1.dizi beyaz veya sarımsı beyaz

Bozunma: Bozunmaya en dayanıklı mineraldir.

Beraber bulunduğu minareller: Alkali feldspatlar ve plajioklaslar.

Kristal Alışkanlığı ve Yapısı

Kuvars, trigonal kristal sistemine aittir. İdeal kristal şekli, her iki uçta altı taraflı piramitlerle sona eren altı taraflı bir prizmadır. İyi biçimlendirilmiş kristaller tipik olarak bir boşluğa sınırlandırılmamış bir büyüme gösteren bir ‘yatakta’ oluşur; genellikle kristaller diğer ucunda bir matrise bağlanır ve sadece bir sonlandırma piramidi bulunur. Bununla birlikte, iki kez sonlandırılmış kristaller, örneğin alçı taşı olmadan, bağlanma olmadan serbestçe geliştiklerinde meydana gelir. Bir kuvars jeot, boşluğun içeri doğru işaret eden bir kristal yatağı ile kaplı, yaklaşık olarak küresel bir şekle sahip olduğu bir durumdur.

Kuvars Çeşitleri(Rengine Göre)

Geleneksel olarak kaya kristali veya berrak kuvars olarak adlandırılan saf kuvars, renksiz ve şeffaf veya yarı saydamdır ve genellikle Lothair Kristali gibi sert taş oymaları için kullanılmıştır. Yaygın renkli çeşitler arasında sitrin, gül kuvars, ametist, dumanlı kuvars, sütlü kuvars ve diğerleri bulunur. Bu renk farklılaşmaları, mineralin kristal yapısına dahil edilen kromoforlardan kaynaklanır.

Kuvars türleri arasındaki en önemli ayrım, makrokristalin (çıplak gözle görülebilen tek kristaller) ve mikrokristalin veya kriptokristalin çeşitleridir (sadece yüksek büyütme altında görülebilen kristal agregaları). Kriptokristalin çeşitleri yarı saydam veya çoğunlukla opakken, şeffaf çeşitler makrokristalin olma eğilimindedir. Kalsedon, hem kuvars hem de monoklinik polimorf moganitinin ince iç büyümelerinden oluşan bir kriptokristalin silika formudur.

Ametist

Ametist, parlak canlı bir menekşeden koyu veya donuk lavanta gölgesine kadar uzanan bir kuvars şeklidir. Dünyanın en büyük Ametist yatakları Brezilya, Meksika, Uruguay, Rusya, Fransa, Namibya ve Fas’ta bulunabilir. Bazen aynı kristalde büyüyen Ametist ve sitrin bulunur. Daha sonra ametrine olarak adlandırılır. Oluştuğu bölgede demir olduğunda bir ametist oluşur.

Sitrin

Sitrin, rengi soluk sarıdan kahverengiye değişen çeşitli kuvarstır. Doğal sitrinler nadirdir; çoğu ticari sitrin ısıl işlem görmüş ametist veya dumanlı kuvarslardır. Bununla birlikte, ısıl işlem görmüş bir ametist, doğal bir sitrinin bulutlu veya dumanlı görünümünün aksine, kristalde küçük çizgilere sahip olacaktır. Kesilmiş sitrin ve sarı topaz arasında görsel olarak ayrım yapmak neredeyse imkânsızdır, ancak sertlik bakımından farklılık gösterirler. Brezilya, Rio Grande do Sul eyaletinden gelen üretiminin büyük bir kısmı ile citrine lider üreticisidir. Adı ” sarı “anlamına gelir ve aynı zamanda kelime” citron “kökeni Latince kelime citrina türetilmiştir. Bazen sitrin ve ametist, daha sonra ametrin olarak adlandırılan aynı kristalde birlikte bulunabilir. Sitrin, refah getireceği bir batıl inanç nedeniyle “tüccarın taşı” veya “para taşı” olarak anılmıştır.

Sitrin ilk olarak Helenistik Çağ’da Yunanistan’da M.Ö. 300 ve 150 yılları arasında altın sarısı bir taş olarak takdir edilmiştir. Sarı kuvars, bundan önce takı ve aletleri süslemek için kullanıldı ancak çok aranmadı.

Sütlü kuvars

Süt kuvars veya sütlü kuvars, en yaygın kristal kuvars çeşididir. Beyaz renge, kristal oluşumu sırasında sıkışan çok az miktarda gaz, sıvı veya her ikisinin de sıvı kapanması neden olur. Optik ve kaliteli taş uygulamaları için çok az değer verir.

Gül kuvars

Gül kuvars, gül kırmızı renk soluk pembe sergileyen kuvars türüdür. Renk genellikle malzemede eser miktarda titanyum, demir veya manganez nedeniyle kabul edilir. Bazı gül kuvars iletilen ışıkta bir yıldız işareti üreten mikroskobik rutil iğneler içerir. Son X-ışını kırınım çalışmaları, rengin kuvars içindeki muhtemelen dumortieritin ince mikroskobik liflerinden kaynaklandığını göstermektedir.

Ek olarak, az miktarda fosfat veya alüminyumdan kaynaklandığı düşünülen renkte nadir bir pembe kuvars türü (sıklıkla kristal gül kuvars olarak da adlandırılır) vardır. Kristallerdeki renk görünüşte ışığa duyarlıdır ve solmaya tabidir. 

Dumanlı kuvars

Dumanlı kuvars, kuvarsın gri, yarı saydam bir versiyonudur. Neredeyse tamamen şeffaflıktan neredeyse opak olan kahverengimsi gri bir kristale kadar netlik içinde değişir. Bazıları da siyah olabilir. Saydamlık, kristal içinde serbest silikon yaratan doğal ışınlamadan kaynaklanır.

Kullanım Alanları

Kimya endüstrisinde, kristal silikon metali ve kroze üretiminde tüketilmektedir. Ultra-saf kuvarslar optik, elektronik ve elektrik sanayilerinde kullanılmaktadır. Ayrıca kuvars öğütülerek, cam, deterjan, boya, seramik, zımpara, dolgu ve metalurji sanayilerinde de tüketilmektedir. Kuvars genel olarak açık işletme yöntemi ile üretilir. Üzerinde örtü hemen hemen yok denecek kadar az olan kuvars patlayıcı madde kullanılarak patlatıldıktan sonra triyaja tabi tutulur. Temiz ve kaliteli olanlar elle toplanarak stoklanır. Öğütme sonundaki Fe2O3 tenörü cevher hazırlama yötemleri ile düşürülür. Bazen kırılan ve ayıklanan kuvars, daha temiz hale getirilmesi için su ile yıkanır. Optik ve elektronik sanayinde kullanılan kuvars kristallerin % 99.99 oranında SiO2 içermesi istenmektedir.

Kumlarda bolca bulunan kuvarsın saf olmayanları içinde demir vardır. Beyaz kum olarak bilinen oldukça saf kuvarslar cam endüstrisinde kullanılır. Kuvars kristali mor-ötesi ve kızıl altı ışınımları saydamdır; bu bakımdan morötesi lambaların ve P. Curie tarafından ortaya kondu. Bu özelliğinden dolayı elektronik sanayiinde osilatör olarak kullanılır. Eritilen kuvarstan, ısınınca genleşme oranı çok düşük olan bir cam elde edilir. Ani sıcaklık değişikliklerinden etkilenmesi istenmeyen malzemelerin yapımında kuvarstan yararlanılır ve çakmaklarda kıvılcım çıkartarak çıkan gazın yanması sağlanır ve çakmağınız yanar.

 

Benzer bir başka uygulama ise, yeni bir tür dizel motorlarda, dizel çevrimini gerçekleştirmek için gereken yakıt-oksijen karışımının, motor üst kapağında bulunan bölmede duran kuvars minerali tarafından piston çarpması sonucu çıkan kıvılcım tarafından yanması ve çevrimin gerçekleşmesidir.

Sentetik ve Yapay Tedaviler

Tüm kuvars çeşitleri doğal olarak meydana gelmez. Bazı berrak kuvars kristalleri, doğal olarak oluşmayacağı yerlerde renk oluşturmak için ısı veya gama ışıması kullanılarak işlenebilir. Bu tür tedavilere yatkınlık, kuvarsın çıkarıldığı yere bağlıdır.

Zeytin renkli bir malzeme olan pandiolit ısıl işlemle üretilir; Polonya’daki Aşağı Silezya’da doğal prasiolit de gözlenmiştir. Sitrin’in doğal olarak ortaya çıkmasına rağmen, çoğunluğu ısıl işlem gören ametist veya dumanlı kuvarsın sonucudur. Carnelian rengini derinleştirmek için yaygın olarak ısıl işlem görür.

Doğal kuvars genellikle ikiz olduğu için endüstride kullanılmak üzere sentetik kuvars üretilir. Büyük, kusursuz, tekli kristaller hidrotermal bir işlem yoluyla otoklavda sentezlenir; zümrütler de bu şekilde sentezlenir.

Diğer kristaller gibi kuvars da, çekici bir parlaklık vermek için metal buharlarla kaplanabilir.

Madencilik

Kuvars açık ocak madenlerinden çıkarılır. Madenciler, derin bir kuvars dikişi ortaya çıkarmaları gerektiğinde nadir durumlarda patlayıcı kullanırlar. Bunun nedeni, kuvarsın sertliği ile bilinmesine rağmen, aniden bir patlamanın neden olduğu bir sıcaklık değişikliğine maruz kalması durumunda kolayca zarar görmesidir. Bunun yerine, madencilik işlemleri toprak ve kili çıkarmak için buldozerler ve bekolar kullanır ve kayadaki kuvars kristal damarlarını açığa çıkarırlar.

Kuvars, Türkiye’de genellikle fay zonlarında, çatlaklarda, filonlarda ve cevher yataklarında gang minerali olarak bulunur. Türkiye kuvars rezervlerinin tespitine yönelik araştırma ve etüd çalışmaları yetersizdir. Kuvars cam, seramik, deterjan, dolgu malzemesi, filtre sanayininin önemli bir girdisidir. Kuvars kristallerinin üretimi elle toplama şeklinde sürerken, filonlardan kuvars üretimi açık ocak işletme yöntemi ile yapılmaktadır. Kırılmış kuvars gerekirse su ile yıkanmaktadır. Talep edilen boyuta ve kaliteye, öğütülerek ve cevher hazırlama yöntemleri uygulanarak getirilmektedir.

Güvenlik

Kuvars bir tür silika olduğundan, çeşitli işyerlerinde endişe için olası bir nedendir. Doğal ve üretilmiş taş ürünlerinin kesilmesi, öğütülmesi, talaşlanması, zımparalanması, delinmesi ve parlatılması, işçilerin soluduğu havaya çok küçük, kristalin silika toz parçacıklarının tehlikeli seviyelerini salabilir. Solunabilir boyutta kristal silis bilinen bir insan kanserojenidir ve akciğer, silikoz ve akciğer fibrozu gibi hastalıklara hastalıklara yol açabilir.

Piezoelektriklik

Bazı kuvars kristalleri piezoelektrik özelliklere sahiptir; mekanik gerilimin uygulanması üzerine elektrik potansiyeli geliştirirler. Kuvars kristallerinin bu özelliğinin erken kullanımı fonograf manyetiklerinde olmuştur. Günümüzde kuvarsın en yaygın piezoelektrik kullanımlarından biri kristal osilatördür. Kuvars saat mineral kullanan tanıdık bir cihazdır. Bir kuvars kristal osilatörünün rezonans frekansı, mekanik olarak yüklenerek değiştirilir ve bu prensip, kuvars kristali mikro dengesinde ve ince film kalınlığı monitörlerinde çok küçük kütle değişikliklerinin çok hassas ölçümleri için kullanılır.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.