Dünyanın önde gelen kömür sahalarına sahip Çin, Amerika Birleşik Devletleri, Hindistan, Endonezya ve Avusturalya gibi ülkelerde kömür cevheri çıkarmak için birçok ekipman kullanılmaktadır.
Korozyon, madenlerde çok görülen bir sorun olmasına rağmen, bu konu ile ilgili çok dokümantasyon bulunmamaktadır. Yazılan birçok yazı ve sunumlar çok dağınık olarak bulunmaktadır. Bulunan bu kaynakların birçoğu genel anlamda korozyon olayları ile ilgili bilgiler içermektedir. Yeraltı madenciliğinde sık sık karşılaşılan metalürjik ve korozyon açısından sorunlara biraz olsun değinmeye çalışacağız.
KÖMÜR MADENLERİNDE KOROZYONUN NEDENLERİ
Yeraltında korozyonun oluşmasında en önemli faktör maden suyudur. Fakat maden suyunda da diğer endüstriyel sularda olduğu gibi suyun bileşimi ve aşındırıcılığı oldukça değişkendir. Madencilik alanında suyun neden olduğu korozyonun etkilerinin modellenerek incelenmesi için kapsamlı bir araştırmanın tam anlamıyla yapılmış olduğu söylenemez.
Rawat [1] göre, Kömür madenlerinde korozyon;
- Yüksek bağıl nem (>%90)
- Yüksek Sıcaklık (~ 30 °C)
- Havadaki Tozlar
Bağlı olduğu sonucuna varmıştır.
Bunun yanında yer altı maden sularında; sülfür minerali Pirit’in ayrışması ve oksidasyonu, bazı bakteriler (Tiyobasil tiooksidanlar ve Tiyobasil ferrooxydans) ve turba asitlerinin bulunması ise asit oluşumuna neden olur. Maden sularındaki sülfat ve klorürü korozivite neden olur. Maden sularında oksijenin varlığı da unutulmaması gereken önemli bir faktördür.
Maden suları dışında kömürün kendisi de korozif olduğu bilinmektedir. Tabi bu olay Galvanik korozyonda metallerin galvanik seride daha aktif olan metal (anot) asal olan grafit (katot) görevi gördüğünden bu olayın olması muhtemel bir durumdur. Bu durum kömür ve kömür çamurlarının taşınmasında çelik ekipmalarda korozyona sebep olmaktadır
Gardiner – Melchers[2], [3], Waanders- Vorster[4] ve Zhang, vd.[5] yapmış oldukları çalışmalarda yük gemilerinde ki dökme kömürün taşınmasında kömür partikül boyutu, nem içeriği ve sülfürün varlığı ile çeliğin korozyonuna büyük bir etkisi olduğu sonucuna varmışlardır. Bu korozyon çoğunlukla çukur veya diğer bir adıyla oyuklanma korozyonlarının üzerinde etkisi olduğu belirtilmiştir.
Maden suyu ve kömürün korozivitesinin yanı sıra bir de mikrobiyolojik olarak korozyona neden olan bakterilerin varlığıda göz ardı edilmemelidir. Madenlerde korozyona neden olan bu bakteriler genellikle sülfatı azaltarak asit üreten bakterilere neden olmaktadır. Şekil 1 de görüldüğü üzere 316 paslanmaz çelik (UNS S31600) vana gövdesi üzerin de oluşan oyuk korozyon görülmektedir.
Şekil 2 de görüldüğü üzere tel halatların korozyonu da tipik bir sorundur. Tel Halatlarda oyuk korozyon oluşumu çok yoğun olarak görülmektedir. Bu gerilmenin oluşturduğu çatlaklar ile oluşan bir korozyon yoğunluğu söz konusudur.[6]
Çevresel gerilim çatlatması ve korozyon yorgunluğu, kömür madenlerinde görülen diğer bir korozyon mekanizmasıdır. Madenlerde, özellikle de kömür madenlerinde kaya saplamalarının zarar görmesi, öncelikli olarak Çevresel gerilim çatlatmalarından dolayı aniden kırılması nedeniyle önem arz etmektedir. Şekil 3’te görüleceği üzere Çevresel gerilim çatlatması oluşan kaya saplamaları görülmektedir.
Gamboa ve arkadaşları [7]–[9], kaya saplamaları hakkında yapmış oldukları laboratuvar çalışmasında, kaya saplamalarının çevresel gerilim çatlatması oluşmasının en büyük nedeninin bazı kömür madenlerinde bulunan Hidrojen Sülfür (H₂S) çatlaması ile hidrojen gevrekleşmesi mekanizmaları oluşması görülmektedir. Bundan dolayı bu mekanizma için etki eden faktörlerin (Asidik PH yani, ortam sıcaklığı, yüksek gerilemeler ve yüksek mukavemetli çelik) tümü Çevresel gerilim çatlatması riskini arttırmaktadır.
Yapılan laboratuvar testleri, kullanım sırasında başarısız olan kaya bulonlarında ve ankraj bulonlarında hidrojen çatlamasına özgü kırılma özelliklerini tekrar oluşturalabilmiştir.[7] Söz konusu kırılma özelliklerinden bazıları başkaları tarafından sünek yapıda aşırı yüklenme hatası olarak yanlış yorumlanmıştır.[10]
Maden ocaklarında, özellikle hidrojen içeren ortamlarda yüksek Çevresel gerilim çatlatma potansiyeli nedeniyle, her zamankinden daha yüksek mukavemetli kaya saplamaları ve Ankraj cıvataları uygulamak istemeleri riskli olabilmektedir.
METALURJİK SORUNLAR
Korozyon ve Çevresel gerilim çatlatması sorunlarına ek olarak, standart kaya bulonu ve ankraj bulonu çeliklerinde zayıf kırılma tokluğu riski yeterince önemsenmemektedir. Cıvata ve ankrajlar için en yaygın kullanılan standartlar ASTM A615 [11] 60 ve 75. Sınıflar, ASTM F432 [12] 60 ve 75. Sınıflar ve bazı durumlarda ASTM A722 [13] 150. Sınıftır. Bu standartlar kimyasal bileşim için minimum gereklilikleri belirtir, bu da çoğu imalatçı için karbon-manganez çelik çubukların kullanılmasına neden olur.
Aynı şekilde, bu standartlar maksimum veya sertlik kontrolü gerektirmeyen minimum akma ve çekme mukavemetlerini belirtir ve minimum tokluk için herhangi bir gereklilik içermez. İyi bilindiği gibi, artan mukavemet genellikle tokluğun azalmasına neden olur, bu da kolay, kırılgan bir yapıya yol açar; ancak, düşük mukavemetli çelikler bile zayıf tokluk sergileyebilir. Şekil 4, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak çeşitli üreticilerin A615 cıvatalarının Charpy darbe testi sonuçlarını göstermektedir. En düşük sıcaklık olan 10 °C (50 °F) tipik bir yeraltı kömür madeni sıcaklığıdır.
Şekil 4’te kaya bulonlarının kırılma tokluğunda, bazı bulonların çok kırılgan olmasıyla birlikte belirli üreticilerle ilişkili çeşitli faktörlerden kaynaklanan büyük bir yayılmı görülmektedir. Bu zayıf kırılma tokluğu sadece yüksek yüklü cıvatalar için bir sorun değildir, aynı zamanda bazılarına göre Çevresel Gerilim Çatlaması’nın yayılımına karşı direnci de azaltır.
Sonuç
Kömür madenlerinde ve diğer yeraltı madenlerinde alaşımların korozyonu ve çatlamasıyla ilgili ciddi ve süregelen sorun ve madencilik endüstrisindeki maden suyu korozifliğinin yüksek değişkenliği, korozyon topluluğu veya korozyon bilimi tarafından büyük ölçüde ele alınmamıştır. Özellikle kaya cıvataları ve ankraj cıvataları için daha yüksek mukavemetli çelikler kullanma isteği, yeraltı ortamlarında tehlikeli olan Çevresel Gerilme Çatlaması’nın daha fazla görülme riskini ortaya çıkarmaktadır. Yeraltı madencilik ekipmanlarıyla ilgili burada vurgulanmayan ancak daha fazla ilgiyi hak eden başka birçok korozyon sorunu vardır.
KAYNAKLAR
- N. S. Rawat, “Corrosivity of Underground Mine Atmospheres and Mine Waters: A Review and Preliminary Study”, British Corrosion Journal, c. 11, sy 2, ss. 86-91, Oca. 1976, doi: 10.1179/000705976798320179.
- C. P. Gardiner ve R. E. Melchers, “Corrosion of mild steel by coal and iron ore”, Corrosion Science, c. 44, sy 12, ss. 2665-2673, Ara. 2002, doi: 10.1016/S0010-938X(02)00063-X.
- C. P. Gardiner ve R. E. Melchers, “Corrosion analysis of bulk carriers, Part I: operational parameters influencing corrosion rates”, Marine Structures, c. 16, sy 8, ss. 547-566, Kas. 2003, doi: 10.1016/S0951-8339(01)00026-0.
- F. B. Waanders ve S. W. Vorster, “The effect of sulphide and moisture content on steel corrosion during transport of fine wet coal”, Hyperfine Interact, c. 218, sy 1, ss. 29-34, Nis. 2013, doi: 10.1007/s10751-012-0706-4.
- Q. Zhang, J. Xie, W. Zhao, S. Bai, S. Zhong, ve Z. Chu, “Effect of coal slurry on the corrosion of coal-mine equipment”, Mining Science and Technology (China), c. 21, sy 3, ss. 413-417, May. 2011, doi: 10.1016/j.mstc.2011.05.015.
- S.Q. Wang, et al., “Stress Corrosion Behaviors of Steel Wires in Coal Mine under Different Corrosive Mediums,” Int. J. Electrochem. Sci. 7 (2012): pp. 7,376-7,389.
- E. Gamboa, E. Villalba, A. Atrens, “Stress Corrosion Cracking of Rock Bolts,” Structural Integrity and Fracture: Proc. Int. Conf., SIF 2004, held September 26-29, 2004 (Australian Fracture Group, 2004).
- E. Gamboa, A. Atrens, “Analysis of a Rock Bolt Failed in Service,” 15th International Corrosion Congress, paper no. 811 (ICC, 2002), pp. 1-9.
- A. Crosky, B. Hebblewhite, “Failure of Rock Bolts in Underground Mines in Australia,” International Conference and Exhibition on Failure Analysis (IFCA), held November 20-22, 2002.
- “Coal Mine Safety and Health Report of Investigation,” Mine Safety and Health Administration, CAI-2007-30, 2007.
- ASTM A615/A615M-16, “Standard Specification for Deformed and Plain Carbon-Steel Bars for Concrete Reinforcement” (West Conshohocken, PA: ASTM, 2016).
- ASTM F432-13, “Standard Specification for Roof and Rock Bolts and Accessories” (West Conshohocken, PA: ASTM, 2013).
- ASTM A722/A722M-15, “Standard Specification for High-Strength Steel Bars for Prestressed Concrete” (West Conshohocken, PA: ASTM, 2015).