REFRAKTER KİLLER,ŞİFERTON,DİSTEN SİLLİMANİT VE ANDALUZİT

Genel olarak kil, tanecik büyüklüğü iki mikrondan küçük olan tanelerin çoğunlukta olduğu, ıslatıldığında plastik, pişirildiğinde sürekli sert kalan hidrate alüminyum silikat minerallerinden oluşan bir sistem olarak tanımlanabilir. Kil mineralleri temelde silika, alümina ve suyun oluşturduğu sulu silikatlardır. Ayrıca demir, alkali ve toprak alkalileri fark edilebilir derecede içerirler (Ampian, 1985). Killer genelde altı gruba ayrılırlar. Bunlar;

1. Kaolin,
2. Bağlama kili,
3. Ateş killeri (şamot),
4. Bentonit,
5. Fuller toprağı,
6. Diğer killer ve şeyl.

Kaolinler tortul ve artık yataklar olarak oluşurlar. Artık kaolin yatakları ana kayacın yerinde altere olması ile oluşurlar. Bununla birlikte refrakter malzeme olarak kullanılanlar genellikle tortul kökenlidirler. Ergime dereceleri 1760 °C olup, refrakter malzeme olarak kullanılmaktadırlar (Apaydın, 1981). Bağlama killeri, sedimanter kökenlidirler. Organik malzemeler, serisit mikalar ve kaolinit içerirler. Genellikle kaolinitten daha ince tane boyuna sahiptirler. Bağlama killeri 1500 °C'den daha yüksek sıcaklıklara kadar dayanırlar. Refrakter tuğla yapımında bağlayıcı olarak kullanılırlar. Yurdumuzda şiferton olarak bilinen ateş killeri, detrital bir kil olarak tanımlanırlar. Düşük miktarda demir oksit, kireç, magnezyum ve alkalileri içerirler. 1500 °C ve daha yüksek sıcaklıklarda bozunmadan kalabilirler. Kömür damarlarının altında bulunurlar.

Refrakter Killerin Oluşumu: Feldspatça zengin bazik ve andezitik piroklastik kayaçların aşınması ve Neojen la güner havzalarına taşınması ve depolanması sonucu bağlama kili yatakları teşekkül etmiştir. Lagüner havzaya aynı zamanda ağaç ve bitki artıklarının taşınması ile de linyit seviyeleri oluşmuştur. Kil yataklarındaki ve yataklanma durumundaki düzensizlikler, taşınma esnasındaki mevsimlik tabiat şartları arasındaki değişikliklerden ve lagüner havzalardaki çapraz tabakalanma şartlarından meydana gelmiştir. Havzalara aynı zamanda değişik istikametlerden değişik karakterde malzeme taşınması, havzalarda teşekkül eden killerin yanal ve dikey yönde farklı kalitede olmasına ve kil-kum gibi tedrici geçişli malzemelerin yataklanmasına yol açmıştır. Şamot kili yatakları ise yerinde (rezidüel) teşekkül etmiş olup ince taneli yeşil renkli volkanik tüflerin üst kısımlarında mercekler halinde meydana gelmiştir. Cevherleşmeyi kontrol eden faktörler olarak;

• Feldspatça zengin andezitik kayaçların mevcudiyeti,
• Ayrışma, aşınma ve taşıma olaylarını meydana getiren olaylar,
• Uygun bir neojen göl havzasının mevcudiyeti,
• Havzada uygun pH ortamını doğuran nedenler,
• Hümüs asidinin varlığı, bu asidin killerin ateşe dayanıklılığını düşüren oksitlerin (Fe₂O₃, K₂O,   Na2O, CaO v.b) ortamdan uzaklaştırılmasında etkili olması,
• Havza içerisinde gölsel ortamda meydana gelen çalkantılı ve durgun ortamlar.

Üst seviyede mevcut olan sedimanter menşeli plastik bağlama kili ve kömür yataklarında tabakalanma bariz bir şekilde görüldüğü halde mevzii merceksi olarak teşekkül etmiş olan şamot kili yataklarında hiçbir tabakalanma görülmez, alttaki ana kayaç olan volkanik tüflere tedrici olarak geçiş gözlenir. Feldspatça zengin kayaçların sıcaklık, yüksek basınç ve karbondioksit etkisi ile meydana gelen olaya kaolinleşme adı verilir. Feldspatların bünyelerinde bulunan alkali oksitlerin (K₂O, Na2O) su ile çözülmesi ile aşağıdaki tepkimeler sonucu geriye kaolinitler kalır.

K₂O. Al₂O₃ . 6 SiO₂ + 2H₂O (Hid.)  -> Al₂O₃ . 6SiO₂ . H₂O + 2KOH

Al₂O₃ . 6 SiO₂ . H₂O (Desilisifikasyon)  -> Al₂O₃ . 4SiO₂ + H₂O + SiO₂
(Pirofillit)

Al₂O₃ . 6SiO₂ . H₂O  (Desilisifikasyon) ->  Al₂O₃ . 2SiO₂ + H₂O + 4SiO₂ 

Al₂O₃ . 2SiO₂ . H₂O  (Hidratasyon)  ->   Al₂O₃ . 2SiO₂ + 2H₂O
(Kaolinit)

Al₂O₃.2SiO₂.H₂O (Desilisifikasyon)  ->  Al₂O₃.H₂O+SiO₂ (Diyaspor)

Al₂O₃ . H₂O + H₂O (Hidratasyon)  -> Al₂O₃ . 2H₂O (Boksit)

Al₂O₃ . H₂O + 2H₂O (Hidratasyon) ->  Al₂O₃ . 3H₂O (Gibbsite)

İlk oluştukları yatakta bulunan killer birincil kil, su ile taşınması ve yeniden rezerv oluşturmuş killer ise ikincil kil olarak adlandırılır.

Killerin Sınıflandırılması : Kil Mineralleri Grupları: Kil mineralleri genellikle 4 grupta incelenir.

1.Kaolinit Grubu Killer : Ana mineral olarak kaolinit (Al₂O₃ . 2 SiO₂ . 2 H₂O) içerirler. Doğada saf kaolinit yatakları bulunmaz. Genellikle demiroksit, silisyum oksit, silika türünde mika gibi yabancı maddeler içerirler.

2.Smektit Grubu Killer : Bu gruba giren killerin mineral yapıları kaolinit gibi alüminyum silikat olmalarına karşılık çok farklı bir görünüm içerisindedirler. Yapılarında magnezyum, kalsiyum, demir, sodyum gibi elementler içerirler. Montmorillonit, saponit, stevensit vb. bu grupta yer alır.

3.İllit Grubu Killer : Smektit grubu killerden farklı olarak potasyum içermeleridir. Killerin bu grubuna mika grubu da denir.
(K₂O.3 Al₂O₃ . 6 SiO₂ + 2 H₂O  ® Muskovit)

4.Klorit Grubu Killer : Bu grup killeri ince taneli ve yeşil renklidirler. Bu grup killer bol miktarda magnezyum, demir (II), demir (III) ve alümina içermektedirler.

Refrakter Kilerin Sınıflandırılması

Bağlama Killeri : Genellikle gri renkli bağlama kili ve kahverengi bağlama kili olmak üzere iki tip bağlama kili bulunur.

Gri Bağlama Kili : Gri bağlama kili genellikle taban seviyede Fe₂O₃ bakımından yüksek olan bir kille temsil edilen gri bağlama kili seviyeleri dikey yönde linyit kömürü ve kum-lekeli kil ardalanmalı, yanal yönde ise kumtaşı ve lekeli killerle geçişler meydana gelmektedir. Fe₂O₃ oranı % 3-5, Al₂O₃ oranı % 28-35 arasında değişir. Mekanik mukavemetleri ortalama 25-30 kg/cm3'dür. Tabakalanma yataydır. Plastik bir kildir, 1350oC'de pişme rengi açık tarçın rengindedir. Organik madde azdır, içerisinde bazen ince kömür parçacıkları görülür. Bu da kilde ateş zayiatının artmasına neden olur. SK'sı 28-30, rutubeti % 20-25, ateşte zayiatı % 9-11 arasında değişir.

Kahverengi Bağlama Kili : Kahverengi bağlama kilinin rengi organik maddeden ileri gelir. Organik maddelere bağlı olarak ateşte zayiatı yükselir. Dikey ve yanal yönlerde tedrici geçişlerle kalite değişikliği gösterir. Fe₂O₃ oranı % 2-3, Al₂O₃ oranı % 36-41 arasında değişir. Mekanik mukavemeti 30-35 kg/cm3, SK 30-32, ateşte zayiatı % 14-15, rutubet % 25-28 arasında değişir. 1350 oC'de pişme rengi açık tarçın rengindedir. Gerek gri bağlama kili ve gerekse kahverengi bağlama killerinin ana minerali kaolinit kil mineralidir. Ayrıca serbest halde silis, karbonlu madde ve az miktarda alkali bulundururlar.

Şamot Killeri: Şamot killeri genellikle gri ve açık bej renkli ve yer yer de açık kahverengi renktedir. Plastik olmaması ve suda hemen dağılması ile kolayca tanınır. Ateş zayiatı bünyedeki organik madde ve sudan ileri gelmekte ve Al₂O₃ içeriğine bağlı olarak değişmektedir. Islak rengi koyu gri olan kil açık renge dönüşmekte ve çok kırılgan olmaktadır. Kuruduğunda parmaklar arasında kolayca ufalanıp dağılmaktadır. Devamlılığı yoktur, yanal ve düşey yönde süreksizlik gösterir. Şamot killerinin demir oksit ve alkali oksitleri ihtiva etmesi halinde refrakterliğinin (SK) düşmesine neden olur. Şamot kili yataklarındaki ana kil minerali kaolinit (Al₂O₃ . 2 SiO₂ . 2H₂O) ve  gibsit (Al₂O₃ . 3 H₂O) olup yer yer birlikte bulunurlar. Refrakter killerde kaliteyi bozan mineraller olarak pirit (linyit tabakalarının içinde disemine halde organik kökenli sekonder oluşum), siderit (şamot killerinin altındaki seviyede mercimek boyutunda saçılmış taneler halinde rastlanan demir karbonattır), organik atıklar, montmorillonitik kil katkıları, alkali bileşikler ve karbonatları sayabiliriz.

Şiferton (Ateş Kili): Şiferton plastik olmayan, Paleozoyik yaşlı refrakter kildir. Karasal tatlı su göllerinde, durgun sularda teşekkül etmiştir. Alkali ve demir mineralleri bakımından fakir killer refrakter özellikler gösterir. Şiferton hammaddesinde alüminyum oksit ve silisyum oksit mineralleri hakim minerallerdir. Tabiatta şiferton tabakalarına, karbonifer, taş kömürü (genel olarak Westfaliyen-C)  damarlarının bazılarının tabanında, bazen aralarında çok az olarak da ince bir seviye halinde üzerinde (tavanında) rastlanılmaktadır. Kömürü teşekkül ettiren karbonifer bitkilerinden meydana gelen hümik asitleri tabanda bulunan elverişli killerde bazı kimyasal değişiklikler meydana getirmektedir. Bilindiği gibi hümik asitleri killerdeki demir minerallerini ve alkali oksitleri kimyasal değişikliğe uğratarak beraberinde daha derinlere götürürler. Asit tesirine daha fazla maruz kalan üst seviyelerde ateşe mukavemet derecesi daha yüksektir. Asit tesirinin azalmasıyla birlikte ateşe mukavemet dereceleri düşer. Hümik asitlerinin miktarıyla doğru orantılıdır. Ocaklardaki şiferton aynasında iyi kalite A, aynanın tabanına doğru B, sonra C kalite şiferton bulunmasının sebebi budur. Karboniferde mevcut her kömür damarının tabanında şiferton teşekkül etmemiştir. Prodüktif seviye olarak kabul edilen Westfaliyen-C serileri ise genel olarak kömür bakımından prodüktif kabul edilmemektedir. Karbonifer havzasındaki Westfaliyen-C serisinde bulunan kömür damarlarından Çınarlı damarı, Kuru dere damarı gibi isimler şiferton damarları ortaya çıkmıştır. Şiferton teşekkülü için sularda pH durumunun elverişli olması, etraftan gelen malzemenin kimya bileşimlerinin uygun olması, alkali ve demir bileşiklerinin fakir olması, Al₂O₃ ve SiO₂ oranının refrakter özellik için belirli yüzdede bulunması gerekir. Taneler çok ince, uzun zaman süspansiyon halinde sularda kalmalı ve yavaş yavaş çökelmelidir. Suların durgun olması, fırtınalı olmaması ve tuzlu olmaması gereklidir. Tuzlu sularda çökelme hızlıdır. Arzu edilen ekonomik şiferton damarı aşağıda izah edildiği şekilde tabiatta teşekkül etmiş olmalıdır. Tavanda kömür damarı bulunmalıdır. Bu damar oldukça sert olmalı ve tavan basıncını mümkün olduğu kadar karşılayabilmelidir. Şiferton damarı yataya yakın bir şekilde bulunmalıdır. Şifertonun kalite sınıflaması aşağıda belirtilen şeklindedir;

1-A Kalite Şiferton: (SK 35 veya daha yukarı, rengi siyah, midye kabuğu şeklinde kırılma gösterir. Sert, kaya gibi).

2- B Kalite Şiferton: A kalite şifertonun altında bulunur. SK 34, SK 33 (1730-1755 °C) koyu gri renklidir.

3- C Kalite Şiferton: B kalite şifertonun altındadır. SK 32, 31, 30 olup (1695-1710 °C) koyu kahverengi renklidir.

4- D Kalite Şiferton: C kalite şifertonun altındadır. SK 29, 28, 27, 26 (1585-1680 °C) açık kahverengi, kirli sarı, beyazımsı renktedir. Yukarıda tavandan tabana doğru dört kaliteye ayırdığımız şiferton damarının tabanında gre seviyesi vardır. Bu damarın kalınlığı 3-4 metre arasında olmalıdır. Kimyasal analiz sonuçlarına göre şiferton hammaddesinde bulunan bileşikler ve yüzdeleri ortalama olarak aşağıda belirtilmiştir.

SiO₂                           % 40-50

Al₂O₃                        % 25-40

 

Fe₂O₃ max               % 3

MgO                           % 0,5-1

CaO                            % 0,5-1

Bu bileşimde bulunan kil içinde alkali oksitler olmamalıdır. Killerin endüstride birçok kullanım alanı vardır. Kullanım alanları kilin kimyasal bileşimine bağlı olarak çeşitli sınırlamalar getirmektedir. Genellikle refrakter malzeme olarak kullanılacak killerde, kile refrakterlik özelliği veren alümina miktarının yüksek olması istenir. Alümina içeriğinin artırılması, silis veya demir içeriğinin düşürülmesi ile sağlanabilir. Bunun için killer fiziksel veya gerektiğinde kimyasal zenginleştirme işlemine tabi tutulurlar. Killerin zenginleştirilmesi yaş veya kuru işlemle yapılabilir.

Şiferton Oluşumu: Şiferton kaolinitik kökenli bir kil olduğuna göre kaolinitik killerin oluşum evrelerine ek olarak diyanez aşamasında  girmiştir. Kaolinitik killerin oluşabilmesi için çevrede öncelikle feldispatça zengin kayaçların tüflerin varlığı gereklidir.

• Aşınma ve taşıma il havzada sedimantasyona uğrayan feldispat ve tüflerin çökelimi esnasında topoğrafyanın oldukça düzleşmiş peneplenleşmiş olması,
• Tektonik olayların yavaşlamış olması,
• İklimin sıcak ve yağışlı olması (Yıllık sıcaklık değişimi 16-18),
• Sedimantasyonun yıllık 1000 mm yi aşmaması , ortamın PH değerinin 6,6-4 sınırları arasında olması ve kaolinleşmenin artık ürünlerinin (K+ , Na+ , Ca++ , Mg++ , birazda SiO₂) ortamdan uzaklaşması ile feldispatlar – tüfler bozuşarak kaoline dönüşmektedir.

Taşkömür havzasında organik artıkların kömürleşmesi aşamasında açığa çıkan hümik asitler kaolinitik killerin oluşumunda katalizör (hızlandırıcı) rol oynamaktadır.Bu olaylar kimyasal olarak şu şekilde gelişmektedir. Erasmurs ‘ e göre hümik asitlerin , kömür ve metan gazının oluşumu;

1- (C₁₂H₂₀O₁₀)₂ + O₂ -> C₂₄H₁₈O₁₁ + 11 H₂O + 310 kalori

Selüloz + Oksijen -> Hümikasit + Su + Isı

2- C₂₄H₁₈O₁₁ -> C₂₂H₁₆O₆  + 2CO₂ +  H₂O + 10 kalori

Hümikasit ® Linyit + Karbondioksit + Su + Isı

3- C₂₂H₁₆O₆ -> C₂₀H₁₆O₂  + 2CO₂  + 10 kalori

Linyit -> Taşkömürü + Gaz + Isı

4- C₂₀H₁₆O₂ -> C₁₆H₈O_0,25 + 2CH₄ + 2O  CO₂  + 230 kalori

Taşkömürü -> Antrasit + Metan + Karbondioksit + Isı

Kaolinleşme ise en kısa tarifi ile Alüminyum silikatlardan alüminyum alkali silikatların meydana gelmesidir. Bu olay kimyasal olarak hümik asitlerin etkisi ile uygun ortamlarda şöyle gelişir.

HİDROLİZ
K₂O + Al₂O₃ .6 SiO₂ .H₂O  ->   Al₂O₃ . 6 SiO₂ + H₂O  2KO

DESİLİKASYON
Al₂O₃  6 SiO₂  .H₂O  ->   Al₂O₃  .2 SiO₂   H₂O+ 4 SiO₂

HİDRATASYON
Al₂O₃ . 2  SiO₂    .H₂O   ->   Al₂O₃  .2 SiO₂  .2 H₂O + Kaolinit   

Feldispatların sulu ortamda ayrışarak kaolinleşmesi olayının feldispat minerali olan ortozun kimyasal bilişimi ile kaolinitin kimyasal bileşimi karşılaştırarak oranlarsak; Ortoz ®Kaolinleşme®Kaolinit SiO₂  %65,63 azalarak %54-%43,60  Al₂O₃  %18,49 artarak %30,00-%40,00 K₂O %16,88 uzaklaşmakta %1-2 ve daha az Su (H₂O) %11-%14,30

Bütün bu oluşum evrelerinin sakın duraylı bir ortamda feldispatca zengin tüf gibi çevre kayaçlarını sedimantasyonu ile oluşmuştur. Westfaliyen C yaşında havzanın sakin ve duyarlı olduğunu şiferton damarlarının etkileyen tektoniğin daha sonra etkin olduğu sonuçu çıkabilir. Karbonifer sonlarında su üstüne çıkarak erozyonu etkisinde kalan şifertonlu seviyelerin kısmen aşınıp gittikleri kretase örtüsünde yapılan sondajlarda da görülmüştür. Şiferton aramalarında en üst seviyedeki açık kahve renkli şiferton kılavuz seviyenin altındaki puding (konglomera) de şifertonlu zonun tabanında yer aldığı için kılavuz kabul edilmiştir.

Metan Gazı Oluşumu:  Kömür  orijinli metan (CH₄) gazı kömürün olgunlaşma evrelerinin ürünüdür. Sahada metan gazı gelişleri antiklinanin tepe noktasına yakın yerlerde ve faylı zonların oluşturduğu kapanlarda korunmuştur. Sondajlarda metan çıkışları önce %90-100 oranlarında olmak üzere basınçlı ve çalışmaları aksatacak ölçüde hatta yangın ve patlamaya yol açan boyutlarda olmuştur.

Disten Sillimanit ve Andaluzit: Sillimanit, disten ve andaluzit yaygın olarak susuz alüminyum silikat polimorflarını oluştururlar. Bu tip mineraller yüksek sıcaklıklarda ısıya dayanıklı yüksek performanslı mullit fazını (3 Al₂O₃.2 SiO₂) oluşturabildiklerinden refrakter endüstrisinde kullanılırlar. Bu mineraller her ne kadar aynı kimyasal bileşime sahipse de (Al₂O₃.SiO₂) farklı mineralojik özellikler göstermektedirler. Bu tip mineraller genellikle metamorfik süreçlere maruz kalmış killi kaynak kayaçlardan veya birincil çökellerin ayrışmasından türemiş alüvyal birikimlerde oluşabilmektedir. Metamorfizma sırasında geçerli sıcaklık ve basınç dereceleri kaynak kayaç içerisinde hangi minerallerin kristalleşeceğini belirtmektedir. Andaluzit, oldukça yüksek sıcaklıklar ve düşük basınç koşullarında oluşur. Sillimanit daha yüksek sıcaklık ve basınç koşullarında oluşur ve termal metamorfizmanın en iç zonlarının karakteristik kayaçları olan gnays ve hornfels'lerde yaygın olarak kristalleşirler. Yüksek-orta sıcaklık ve maksimum 6 kb basınç  koşullarında bölgesel metamorfizma geçirmiş aluminyumca zengin pelitik kayaçlardan itibaren oluşan tipik bir mineraldir. Bu mineraller mercek veya çakıllar şeklinde veya şist ve gnayslar içinde saçılmış taneler şeklinde görülürler. Plaj kumu ve alüvyon çökelleri şeklinde de oluşur ve mineral kumu işletmelerinde yan ürün olarak elde edilebilir. Kimyasal bileşimi Al₂SiO₅ veya Al₂O₃.SiO₂ olarak gösterilen disten, sillimanit ve andaluzit mineralleri saf halde % 62,98 Al₂O₃ ve % 37,02 SiO₂ ihtiva eder. Bu grubun kimyasal bileşimi aynı olan üç minerali vardır.

1. Sillimanit (Fibrolit olarak da bilinmektedir)

2. Disten (Kiyanit olarak da bilinmektedir)

3. Andaluzit (Kiyastolit ve Viridin olarak isimlendirilen türleri vardır)

Sillimanit, andaluzit ve disten ortosilikatlardır. Yani içinde serbest halde (SiO₄)^-4 iyonları bulunur.  Kimyasal formüllerinde bu durum görünmez fakat bu oksijen atomlarının da silisyum atomuyla bağlanması zorunlu değildir. Üç mineralde de Al atomlarının yarısının koordinasyon sayısı 6, diğer yarısının 4, 5 ve 6'dır. (Sillimanitte 4, Andaluzitte 5, Distende 6) bunun sonucunda disten kompakt bir kristal sistemine sahiptir. Üç mineralin kristal sistem yapılarındaki değişiklik ısıl işlemlerde de farklılıklar yaratır.

Distenin tuğla terkibine girmeden önce genelde1350 °C'de ısıl işleme tabi tutulması gerekir. Bu hammaddenin yüksek sıcaklıkta (1350 °C) geri dönüşümsüz bir hacimsel genleşmesi vardır. Bu yüzden küçülme engelleyici durumların dışında ham olarak kullanılması avantajlı değildir.

Sillimanit grubu minerallerin hepsi mullit teşekkülü yapar. Yani ısıl işlemde mullit ve SiO₂'e dönüşürler. Distende bu işlem daha çabuk olur. Parçalanma 1310 °C'de başlar ve hızlı bir şekilde 1350-1380°C'de %17 hacimsel genleşme ile son bulur. Andaluzitte parçalanma 1380-1400 °C'de ve % 5-6 hacimsel genleşme, Sillimanitte parçalanma 1545 °C'de ve % 5-6 hacimsel genleşme maydana gelir.

Bu reaksiyonlardan oluşan mullit kristalleri (keçeleşmiş ve büyümüş kristaller) sintere büyük mukavemet kazandırır. Kalsine edilmiş disten çeşitli seramik reçetelere ilave edilir ve onlara mukavemet kazandırır. Dünyanın en önemli rezervlerine sahip ülkeler Güney Afrika (Sillimanit-Disten-Andaluzit), Hindistan (Sillimanit-Disten) ve Amerika Birleşik Devletleri'dir (Disten ve Andaluzit). Japonya'da ise önemli rezervler yoktur, ihtiyacın hemen hemen tamamı ithalat yoluyla karşılamaktadır. Distenin bir miktar B₂O₃  ihtiva eden cinsine dumortierit adı verilmektedir. Mevcut B₂O₃ erken mullit oluşumunu sağlar. Literatürde Nevada dumortieritlerininrefrakter malzeme imalinde kullanıldığı belirtilmektedir. Kırmızı renkli Bitlis dumortierit cevherine Koltik mezrasında rastlanmıştır; tenörü %30'dur.

Refrakter Killerin Tüketim alanları : Refrakter killerle ilgili olarak dünya üretimi, tüketimi ve taleplerinin belirlenmesine yarayacak bilgiler kil kapsamındadır. Refrakter killer yüksek sıcaklıkta çalışan fırın ve benzeri ünitelerin yapımında veya içinin kaplanmasında kullanılan, sıcaklık altında fiziksel ve kimyasal nitelikte çeşitli aşındırıcı etkilere karşı erimeden ve fiziksel özelliklerini koruyarak dayanabilen refrakter malzemelerden alümina silikat grubunun imalinde kullanılırlar. İSO Uluslararası Standart Teşkilatı tarafından refrakter malzemelerin tanımı şöyle yapılmaktadır. Refrakter (Ateşe dayanıklı) malzemeler, bünyelerinin tamamı metal veya alaşım olmayan ve fakat metalik bir bileşime sahip olabilen ve refrakterliği asgari 1500°C olan malzeme ve mamullerdir. Bir diğer tanım ise "Yüksek sıcaklıklara ve bu sıcaklıklarda katı, sıvı ve gazların fiziksel ve kimyasal etkilerine karşı koyabilme özelliğine sahip malzemeler" olarak yapılabilir. Tanımdan da anlaşılacağı üzere kömür sobasından çeşitli ağır sanayii fırınlarına kadar her yerde refrakter malzemelerin kullanımı söz konusudur. Farklı kullanım yerleri nedeniyle refrakter malzemeden beklenen özellikler de çeşitlenmektedir. Günümüzde refrakter malzeme özellikleri son derece gelişmiş, türleri ve kullanım yerleri artmıştır. Refrakter malzemeler, ISO Uluslararası Standart Teşkilatı'nca iki grupta incelenmektedir. Buna göre;

a) Şekilli Refrakter Mamüller:

• Yüksek Alüminalı Mamüller (Tuğlalar)
• Şamot Tuğlalar
• Düşük Alüminalı ve Silisli Tuğlalar (Sömi-Silika)
• Bazik Tuğlalar (Manyezit, Manyezit-Krom, Krom-Manyezit, Dolomit, Kromit)
• Özel Tuğlalar (Zirkonya, Zirkon, Karbon, Grafit, Silisyum Karbür, Nitrürler, Borürler vb.)

b) Şekilsiz Refrakter Malzemeler:

• Dövme Malzemeler
• Dökme Malzemeler
• Örgü Harçları
• Plastik Malzemeler
• Püskürtme Malzemeleri

Türkiye'de refrakter malzeme kullanımının sanayi kollarına göre dağılımı;

Demir-çelik sanayii	% 67,80
Çimento sanayii	%   7,20
Ferro alaşımları-Bakır-Alüminyum, Çinko, Kurşun	%   4,49
Seramik, Refrakter, Cam, Soda, Boraks	%   2,40
Kağıt, Şeker, Termik Santral, Gazhaneler	%   2,81
Diğerleri	% 15,30

Kullanım Yerleri: Çalışma şartlarının ağır olduğu demir-çelik, çimento, petrokimya sanayiinde ağır hizmet tuğlaları, cam sanayiinde ve kok fırınlarında silika asidik ortamlarda asit tuğlaları diğer çalışma ortamlarında genel hizmet ve hafif hizmet tuğlaları kullanılır. Refrakter malzemelerin belirli bir kullanım ömrü olduğundan belirli aralıklarla fırın ve benzeri yerlerdeki örgü ve örtülerinin yenilenmesi gerekmektedir. Bu nedenle bir sanayi tesisi kullanacağı tip ve kalitedeki refrakter malzemeyi herhangi bir sebeple zamanında temin edemez ise tüm üretimini durdurmak zorunda kalır. Bir ülke refrakter malzemeyi ve refrakter malzeme imalatında kullandığı ara ürünleri ithalat yoluyla karşılıyorsa ithalatın herhangi bir nedenle kesilmesi durumunda ülke sanayinin tamamının durmasına yol açacağı ortadadır. Bu açıdan refrakter malzemeler stratejik önem taşırlar. Killer homojenlik, plastiklik, nem ve kuru mukavemet ile diğer teknolojik özelliklerinin farklılığından dolayı çeşitli kullanım alanlarına sahiptir. Dünya kil üretiminin yaklaşık % 79'i pişirilen ve şekillendirilen seramik ürünlerinin imalatında kullanılmaktadır. Dünya kil üretiminin geriye kalan % 21'i ise killerin özelliklerine göre refrakter sanayiinde, çimento, sondaj çamuru, dolgu ve kaplama malzemesi olarak, temizlik, deterjan, gıda ve ilaç sanayiinde kullanılmaktadır.

Refrakter killer refrakter sanayiinin ana hammaddesini teşkil eder. Kullanımı gittikçe artmakta buna bağlı olarak özellik arz eden yeni kullanım alanları genişlemektedir. Dünyada üretim ve tüketimi özellikler arzetmesi nedeniyle (ileri teknoloji malzemeler olarak adlandırılan özel refrakterler) daha çok iç piyasaya yönelik olarak yapılmaktadır. Son yıllarda firmaların kapasite artırımı ve döner fırınlarda sinterleme kapasite artımı sonucunda yurtdışı ithalatları da artmaktadır. Clays, Mineral Facts and Problems 1985'e göre 1983'de dünya kil kaolen ve bentonit talebi 560 milyon ton olmuştur. Ancak bu killerin büyük bir kısmı refrakter sanayiinin dışında kullanılmaktadır. Geçmiş yıllarda özellikle çelik sanayinin hızla geliştiği yıllarda dünya refrakter tüketimi yılda ortalama % 8 arttığı, gelecekte refrakter kil, şamot yerine daha iyi performans veren kalsine boksit, sentetik mullit, andaluzit, kalsine disten gibi daha yüksek alüminalı hammadde arzında görülen gelişmeler sonucunda refrakter kil talebini etkileyecektir.

Disten Sillimanit ve Andaluzitin Tüketim Alanları : Sillimanit, andaluzit ve disten susuz alüminyum silikat polimorflarını içerirler ve genel olarak sillimanit grubu mineralleri olarak bilinirler. Bu mineraller, yüksek sıcaklıkta oluşan yüksek refrakter performanslı mullit fazlarını oluşturdukları için çoğunlukla refrakter endüstrisinde tüketilirler. Bu faz yüksek sıcaklık dayanımı ile kimyasal ve fiziksel aşınma direnci gösterir. Bu özellikler yüksek sıcaklık ve kimyasal aşınma direnci refrakter sanayiinde istenen özelliklerdir. Refrakter tuğla, monolitik uygulamaları, çelik ve cam endüstrisinde uygulamaları yaygındır. Çimento fırınlarında, demir çelik fırınlarında, petrokimya endüstrisinde ve seramik endüstrisinde kullanımı genişlemektedir. A.B.D., Güney Afrika ve Fransa büyük üretim alanlarına sahiptir. Hindistan büyük bir üretici olmasına karşılık üretimin büyük bir bölümünü tüketimde kullanmakta ve çok az bir kısmını Japonya'ya ihraç etmektedir. Disten ısıtıldığında önemli derecede genleşir. Bu özelliği hem avantaj hem de dezavantaj olabilir. Bağlama kili kullanılan refrakterlerde yüksek sıcaklıklarda küçülme olur, bu küçülmeyi dengelemek üzere ham disten katkısı ile stabilite sağlanabilir.

3Al₂O₃.SiO₂          ->      3 Al₂O₃.2 SiO₂ + SiO₂ 
(Sillimanit Grubu)               (Mullit)          (Kuvars)

Mullit üretiminin yarısı demir-çelik endüstrisinde, yüksek fırınlarda, büyük kapasiteli potalarda, brülör gövdeleri, çimento fırınlarında, bakır tavlama fırınlarında, cam fırınlarda, seramik üreten fırınlarda kullanılmaktadır. Distenin monolitik malzeme üretiminde yaygın olarak kullanımı bulunmaktadır. Andaluzit mükemmel mekanik dayanımı ve sürtünme dayanımı yanısıra refrakter tuğla imalinde daha az enerji maliyeti, hacimsel kararlılık, curufa ve ısıl şoka karşı iyi direnç gösteren özelliklere sahiptir. Dünya kil üretiminin büyük bir kısmı, modern açık işletme ekipmanlarının kullanıldığı, açık işletme yöntemleriyle yapılmaktadır. Daha az miktarda kil üretimi ise kapalı (yeraltı) işletme yöntemleri ile yapılmaktadır. Özellikle yurdumuzda şiferton üretimi tamamen yeraltı üretim yöntemiyle yapılmaktadır. Gerek açık işletme, gerekse kapalı işletme yöntemlerinde, kil damarı kalınlığına göre makine ve ekipmanlarının yanında emek yoğun bir şekilde üretim yapılmaktadır. Kilin oluşum sırasındaki şartlara bağlı olarak çok kısa mesafede yatay ve dikey değişmeler göstermesi nedeniyle kullanılmadan önce killerin harmanlanması ve homojenleştirilmesi gerekmektedir.

Üretimi yapılan kilin kalitesine bağlı olarak tüvenan olarak kullanıldığı gibi, kullanım amacına göre kilin zenginleştirilmesi, ateş killerinde ve şamotlarda kalsine edilmesi gereklidir. Üretilen killer kırma işleminden sonra havuzlarda su içerisinde karıştırıcılar yardımıyla çözünür, daha sonra ilkel yıkama, süzme veya hidrosiklonlar vasıtasıyla zenginleştirme işlemine tabi tutulurlar. Filtre preslerden ve kurutuculardan sonra ateş killeri ve şamotlar döner fırın veya dikey fırınlarda sinterleme (kalsine) işlemine tabi tutulurlar. Bu işlemler ana hammaddelerden biri olan şamot (şamot kili ve şiferton) hammaddesinin sinterlenmesi ile, bağlama kilinin (% 5 rutubete kadar) kurutulması ve öğütülmesini içerir. Refrakter malzemelerde istenilmeyen en önemli maddelerden biri demirdir. Şiferton hammaddesindeki demir miktarını azaltmak ve mümkün olan en düşük değere indirmek için ön yakma işlemine tabi tutulur. Malzeme 900 °C'de ateş zayiatı % 2'nin altına düşürülür ve şifertonun içindeki manyetik olmayan bünye demirlerinin manyetik hale gelmesi sağlanır. Manyetik seperatörlerde demir oksit istenen değere düşürülür. Manyetik seperatörlerden alınan konsantre şiferton sinterlenerek düşük ateş zayiatı ve poroziteye sahip sinter elde edilir. Ön yakma ve manyetik seperatör ünitelerinde hazırlanan malzemeler yüksek maliyet nedeniyle ekonomik olmaktan çıkmıştır.

Disten Sillimanit ve Andaluzit Üretimi : Andaluzit'te Güney Afrika dünya rezervinin % 52'sine, batı dünyasındaki rezervlerin ise % 89'una sahiptir. Bu değerlerin hesabında Çin'in Kroning eyaletindeki son zamanlarda bulunan yaklaşık 50 milyon ton rezerv dikkate alınmamıştır. Güney Afrika en büyük andaluzit üreticisidir. Üretim Pretoria'da en eski üç jeolojik bölgede yoğunlaşmıştır. Timeball Hill, Daspoort ve Magaliesberg yatakları, Bushveld volkanik külleriyle karışmış metamorfik katmanlarda oluşmuşlardır.  Alüvyal rezervler olması ve kolay zenginleştirme sonucu yataklar değerlidir. Alüvyal rezervlerde Al₂O₃ değeri % 52-54 arasında, Fe₂O₃ oranı % 1,5-2 arasında değişen dar aralıklarda çalışılır. Mevcut pazarın kalite talebi % 56-58 Al₂O₃ ve max %1 Fe₂O₃'tür. % 53-54 Al₂O₃  ve % 1,5-2 Fe₂O₃ tenörlü ilk üründen, uygulanan ağır ortam ayırımı sonucunda yüksek kaliteli konsantrasyonlar elde edilir. Daha yüksek kaliteli andaluziti üretmek mümkündür, ancak verimlilik düşük, maliyet çok yüksektir.

Andaluzitin en belli başlı zenginleştirme işlemleri;

• Madenden çıkarma,
• Kaba kırma,
• Öğütme,
• Eleme - Yıkama,
• Ağır-Ortam ayrıştırması,
• Magnetik ayırma.

Türkiye’de ki Tüketim Alanları : Refrakter killer yüksek sıcaklıkta çalışan fırın ve benzeri ünitelerin yapımında veya içinin kaplanmasında kullanılan, sıcaklık altında fiziksel ve kimyasal nitelikte çeşitli aşındırıcı etkilere karşı erimeden ve fiziksel özelliklerini koruyarak dayanabilen refrakter malzemelerden alümina silikat grubunun imalinde kullanılırlar. İSO Uluslararası Standart Teşkilatı tarafından refrakter malzemelerin tanımı şöyle yapılmaktadır. Refrakter (Ateşe dayanıklı) malzemeler, bünyelerinin tamamı metal veya alaşım olmayan ve fakat metalik bir bileşime sahip olabilen ve refrakterliği asgari 1500°C olan malzeme ve mamüllerdir. Bir diğer tanım ise "Yüksek sıcaklıklara ve bu sıcaklıklarda katı, sıvı ve gazların fiziksel ve kimyasal etkilerine karşı koyabilme özelliğine sahip malzemeler" olarak yapılabilir. Tanımdan da anlaşılacağı üzere kömür sobasından çeşitli ağır sanayii fırınlarına kadar her yerde refrakter malzemelerin kullanımı söz konusudur. Farklı kullanım yerleri nedeniyle refrakter malzemeden beklenen özellikler de çeşitlenmektedir. Günümüzde refrakter malzeme özellikleri son derece gelişmiş, türleri ve kullanım yerleri artmıştır. Refrakter malzemeler, İSO Uluslararası Standart Teşkilatı'nca iki grupta incelenmektedir. Buna göre;

a) Şekilli Refrakter Mamüller

• Yüksek Alüminalı Mamüller (Tuğlalar)
• Şamot Tuğlalar
• Düşük Alüminalı ve Silisli Tuğlalar (Sömi-Silika)
• Bazik Tuğlalar (Manyezit, Manyezit-Krom, Krom-Manyezit, Dolomit, Kromit)
• Özel Tuğlalar (Zirkonya, Zirkon, Karbon, Grafit, Silisyum Karbür, Nitrürler, Borürler vb.)

b) Şekilsiz Refrakter Malzemeler

• Dövme Malzemeler
• Dökme Malzemeler
• Örgü Harçları
• Plastik Malzemeler
• Püskürtme Malzemeleri