00321 Cevher Hazırlama Laboratuvarı I Deney Föyleri

Transkript

1 İNÖNÜ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MADEN MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ Cevher Hazırlama Laboratuvarı I Deney Föyleri Deneyler 1. Örnek Azaltma 2. Yoğunluk Saptanması 3. Kırma İşlemi ve Değerlendirilmesi 4. Öğütme 5. Elek Analizi 6. Serbestleşme Tane Boyu Saptanması 7. Hidrolik Sınıflandırma 8. Hidrosiklon ile Sınıflandırma 9. Andreasan Pipette Yöntemi ile Tane Boyu Dağılımının Belirlenmesi Hazırlayanlar Prof. Dr. Musa SARIKAYA Prof. Dr. Murat ERDEMOĞLU Prof. Dr. Hikmet SİS Doç. Dr. İsmail BENTLİ Dr. Öğr. Üyesi Mustafa BİRİNCİ Dr. Turan UYSAL Eylül-2018

2 00321 Cevher Hazırlama Laboratuvarı l Deney Programı Deney Haftası l. Grup ll. Grup 1. Hafta 26 Eylül 2018 Genel Kurallar ve Tanıtım 2. Hafta 03 Ekim Hafta 10 Ekim Hafta 17 Ekim Hafta 24 Ekim Hafta 31 Ekim Hafta 07 Kasım Hafta 14 Kasım Hafta 21 Kasım Hafta 05 Aralık Hafta 12 Aralık 2018 Kırma İşlemi (Z-7) İ. Bentli Örnek Alma (Z-13) M. Erdemoğlu Öğütme İşlemi (Z-7) M. Birinci Öğütme İşlemi (Z-7) M. Birinci Yoğunluk (Z-13) M. Erdemoğlu Tane Serbestleşmesi (Z-13) M. Sarıkaya Eleme İşlemi (Z-13) M. Erdemoğlu Hidrosiklon (Z-7) H. Sis Hidrosiklon (Z-7) H. Sis Hidrolik Sınıflandırma (Z-7) İ. Bentli Tane Serbestleşmesi (Z-13) M. Sarıkaya Kırma İşlemi (Z-7) İ. Bentli Örnek Alma (Z-13) M. Erdemoğlu Yoğunluk (Z-13) M. Erdemoğlu Öğütme İşlemi (Z-7) M. Birinci Öğütme İşlemi (Z-7) M. Birinci Hidrolik Sınıflandırma (Z-7) İ. Bentli Andreasen Pipet (Z-13) M. Sarıkaya Eleme İşlemi (Z-13) M. Erdemoğlu Hidrosiklon (Z-13) H. Sis 13. Hafta 19 Aralık Hafta 26 Aralık Hafta 28 Aralık 2018 Andreasen Pipet (Z-13) M. Sarıkaya Telafi Deneyi ARA SINAV Hidrosiklon (Z-13) H. Sis (Z-7) : Kaya Mekaniği Laboratuvarı (Z-13) : Cevher Zenginleştirme Laboratuvarı II

3 CEVHER HAZIRLAMA LABORATUARI DENEYLERİ İLE İLGİLİ GENEL BİLGİLER 1- Cevher Hazırlama Laboratuarı dersine devam zorunluluğu olmayan öğrenciler deney çalışmalarına katılmayabilir. Bu öğrencilerin geçmiş dönemlere ait deney rapor notları göz önünde bulundurulacaktır. Ancak, herhangi bir deney raporu notunu değiştirmek isteyen ya da geçmiş yılara ait eksik raporu bulunan öğrenciler deney çalışmalarına katılıp rapor verebilirler. 2- Cevher Hazırlama Lab. I dersine %80 devam zorunluluğu vardır. Laboratuar dersine devamsızlık limitini aşan (%20) öğrenciye FF (Devamsız) notu verilir. 3- Herhangi bir deneye katılmayan öğrencinin o deney rapor notu, rapor verse bile, 0 (sıfır) puanla değerlendirilir. Belgelendirilmiş geçerli bir nedenden dolayı deneysel çalışmaya katılmayan öğrencinin en fazla bir rapor notu ortalamaya dahil edilmez. 4- Deney raporları deney sonuçlarının alındığı günden itibaren bir hafta içerisinde laboratuar sorumlusu öğretim elemanına teslim edilmelidir. 5- Laboratuarda yapılan deneysel çalışmalar teorik derslerde öğrenilenleri pekiştirme, bireysel beceri ve pratik kazanma, çeşitli araç-gereçleri tanıma ve kullanma açısından önemli faaliyetlerdir. Deneysel çalışmalardan azamı ölçüde verim alabilmek, öğrencinin ilgisine ve katılımına bağlıdır. Bir hafta önceden size verilecek deney föylerini okumanız, föylerdeki araştırma-tartışma sorularına cevaplar aramanız, deneyle ilgili teorik derste öğrenilenleri tekrar etmeniz deneye hazırlıklı gelip gelmediğinizin göstergesi olacaktır. 6- Laboratuar çalışmalarımızın verimli geçebilmesi kişisel tutumlarınız ve aşağıdaki laboratuar kurallarına riayet etmenizle mümkün olacaktır. - Laboratuarda bulunan araç-gereçlerin laboratuar sorumlusu öğretim elemanının izni olmadan hiçbir şekilde kullanılmaması, - Tüm laboratuar çalışmalarında önlük giyilmesi, - Tüm laboratuar çalışmalarında hesap makinesi ile gelinmesi, - Laboratuar, malzeme, araç-gereç tertip-düzen ve temizliğine özen gösterilmesi. (Her deney sonrası laboratuar sorumlusu öğretim elemanının belirleyeceği öğrenciler deney malzemelerinin temizliğini yapacaklardır.) - Deney saatinde laboratuarda hazır bulunulması, - Deney çalışmaları için sizden yardım istenebilir. Deneysel çalışmalarda sorumlu öğretim elemanına yardımcı olunması. - Deney listesi (Bölümün web sayfasında; deney programı ve deney föyleri yayınlanmaktadır.) - Deney föyleri her yıl güncellenmekte olduğundan bölümün web sayfasından takip edilmesi, - Ders geçme koşulu; Deney Başarı Notu = Deney Rapor Notu(%50) + Deney Sınav Notu(%50) Ara Sınav Notu = Deney Başarı Notu(%70) + Ara Sınav(%30)

4 DENEY RAPORLARININ SUNULMASI Deney raporu, yapılan deneyin öğrenci tarafından kavranıp kavranmadığının sınandığı bir denetim aracıdır. Özenle hazırlanması ve özgün yorum getirmesi bu denetimden olumlu sonuç alındığı anlamına gelecektir. Bu nedenle deney raporlarının aşağıda anlatılan biçimde hazırlanması gerekmektedir. Cevher hazırlama laboratuvarı deneylerinden sonra hazırlanacak olan Deney Raporu aşağıda belirtilen esaslara göre hazırlanır. Kapak ve Başlık Raporun dış kapağına; deneyin adı, rapor sahibi öğrencinin üniversite kimlik bilgileri, deney sorumlusu öğretim elemanının adı ve deneyin yapıldığı tarih yazılmalıdır (Bkz. Ek 1). Deney Raporu dış kapak dışında aşağıdaki bölümlerden oluşur. 1. Deneyin Amacı Deneyin yapılmasındaki amaç net olarak belirtilmeli; deneyin gerçekleştirilmesiyle kazanılacak bilgi ve beceriler bir ya da iki cümle ile özetlenmelidir. Bu bölüme deneyin gerçekleştirilmesindeki amaç veya amaçlar yazılır. (Örneğin; geleneksel laboratuvar elekleriyle elenemeyecek kadar küçük tane boylu malzemelerinin tane boyu dağılımının belirlenmesi andreasan pipet deneyinin amacını oluşturmaktadır.) 2. Deneyin Kuramsal Temelleri (Teorik Bilgiler) Bu bölümde, çok ayrıntıya girmeden ve yalnızca deney konusu ile ilgili olarak özet bilgi verilmelidir. Deney yöntemi özetlenmeli ve deneyin dayandığı kuramsal temeller (veya teorik bilgiler) çeşitli kaynaklardan özetlenerek kısaca anlatılmalıdır. Deney yöntemiyle ilgili varsa önemli görülen eşitlik ve bağıntılar, şekil ve/veya akım şemaları, çizimler, çizelgeler gibi destekleyici bilgiler verilmelidir. Bu bölüme deneyle ilgili olarak derslerde verilen veya ilgili kaynaklardan derlenen bilgiler yazılır. Bu bölümde deney föyünden yararlanılabilir. 3. Deneyde Kullanılan Malzeme ve Donanım Deneyde kullanılan malzeme(ler), araç-gereçler, donanım ve düzenek(ler) özellikleriyle birlikte tanıtılmalıdır. Ayrıca, deney malzemesi olarak kullanılan cevher veya minerale ait özellikler (malzemenin adı, miktarı, tane boyutu, özgül ağırlığı gibi) verilmelidir.

5 4. Deneyin Yapılışı Deneyin yapılışı ayrıntılı olarak ve anlaşılır bir dille anlatılmalıdır. Deneyin yapılışı sırasında izlenen sıra ve işlem adımları sırasıyla anlatılmalıdır. Anlatım olanaklı ise bir çizim veya şekille desteklenmelidir. Kullanılan cümleler üçüncü şahıs ağzından ve mişli geçmiş zamanla kurulmalıdır. (. tartılmıştır.. hesaplanmıştır.. karıştırılmıştır. ölçülmüştür. gibi.). Deneyden elde edilen ham veriler, yerine göre deneyin yapılışı sırasında veya deneyin yapılışı anlatıldıktan sonra bir alt başlık oluşturularak verilmelidir. Deney verileri bir çizelge veya grafik üzerinde gösterilebilir. 5. Deney Sonuçları ve Tartışma Deneyde elde edilen ham/işlenmemiş veriler kullanılarak ve Kuramsal Temeller bölümünde verilen eşitliklerden yararlanarak gerekli hesaplamalar sonucu elde edilen değerler grafikler ve çizelgeler halinde sunulmalıdır. Gerekli hesaplamalar açık bir şekilde gösterilmelidir. Elde edilen sonuçlar mutlaka bir birimle ifade edilmelidir. Grafiklerin çizimi düzenli olmalı, eksenler ve birimler açık olarak gösterilmelidir. Deney sonuçları verildikten sonra raporun en önemli kısmı olan deney sonuçlarının tartışılması ve yorumlanmasına geçilir. Elde edilen sonuçlar ile verilen kuramsal temeller arasındaki ilişki saptanmalı, mühendislik bilimi mantığıyla ele alınıp irdelenmelidir. Elde edilen grafikler yorumlanır. Deney sonuçlarındaki sapmaların nedenleri, ölçüm ve gözlem hataları belirtilir; deney çalışma parametrelerinin deney sonuçlarına etkisi tartışılır. Bu bölümde son olarak deneyin gerçekleştirilmesiyle elde edilen sonuçlar ve yargılar, gözlem ve deneyimler, bilgi ve tecrübeler, varsa deneydeki mantıksal aksaklıklar ve eksiklikler, öneri ve tavsiyeler sıralanır. 6. Değerlendirme Soruları Deney föyünde verilmiş olan deneyle ilgili değerlendirme soruları bu bölümde cevaplandırılmalıdır. 7. Kaynaklar Rapor yazımı sırasında yararlanılan referanslar (kitap, dergi, makale, kişisel görüşmeler vs.) bu kısımda yazılmalıdır. Metin içinde verilen tüm kaynaklar, kaynaklar sayfasında yazılır. Yararlanılan kaynaklar metin içinde [ ] köşeli parantez içinde numaralandırılır. Tezde ilk verilen kaynak [1] numara ile başlar ve veriliş sırasına göre numaralandırılır. [1] O. Levenspiel, Chemical Reaction Engineering, Wiley, New York, 1992, [2] Anonymous. (2007). (Erişim tarihi: ).

6 Ek 1: Kapak ve Başlık T.C. İNÖNÜ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MADEN MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ CEVHER HAZIRLAMA LABORATUVARI I DENEYİN ADI (Deney Föyünde Belirtilen Deneyin Tam Adı) HAZIRLAYAN ADI ve SOYADI: ÖGRENCİ NO: GRUP NO: DENEY TARİHİ: DENEY SORUMLUSU (Deney Sorumlusu Öğretim Elemanının Ünvanı, Adı ve Soyadı)

7 İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü 321 Cevher Hazırlama Laboratuvarı I ÖRNEK AZALTMA DENEYİ Prof. Dr. Murat ERDEMOĞLU 1. GİRİŞ Bir cevherin niteliklerinin saptanmasında kullanılmak üzere temsili bir kısmının alınmasına örnek azaltma veya örnekleme denir. Örnekleme, madencilik etkinliklerinin her aşamasında gerekli olan ve sıkça başvurulan önemli bir işlemdir. Özellikle fizibilite aşamasında yapılan örnekleme işleminde gösterilecek titizlik ve bilimsel yöntemlerin uygulanmasıyla, alınan örneğin cevher kütlesinin veya yığınının tüm fiziksel ve kimyasal özelliklerini en az hatayla bulundurması sağlanmış olacaktır. Örnekleme sonucunda elde edilen örnek üzerinde yapılan işlemlerle saptanan kimyasal, fiziksel ve fizikokimyasal özellikleri temel alınarak cevher yatağının veya cevher yığınının teknik ve ekonomik yönden değerlendirilmesi yapılmaktadır. Bu nedenle gerekli titizlik gösterilmeden gelişigüzel alınan örnekle elde edilen bulgular cevher yatağının veya kütlesinin teknolojik ve ekonomik olarak yanlış değerlendirilmesine neden olacaktır. Örnekleme işlemine gösterilen özen ne kadar iyi olursa, örnek alma işlemi ne kadar hassas uygulanırsa temsil edilen maden yatağı ve cevher kütlesinin teknik ve ekonomik değerlendirilmesi o derece doğru olacaktır. Teorik ve pratik olarak cevher yığınının veya kütlesinin tüm özelliklerini aynen temsil edebilecek uygun bir örnek almak olanaksızdır. Aynı analizi birden fazla örnek üzerinde yaparak ve sonuçların karşılaştırılması ile cevher kütlesinin özelliğine yakın bir değer elde edilebilir. Örneklerin bölünerek azaltılması ve hazırlanması laboratuvar analizleri öncesi yapılması gereken önemli bir işlemdir. Örneklerin azaltılması işlemi bir tür örnekten örnek alma işlemi olup cevher kütlesinden ya da yığınından örnek alımında gösterilen özen, bu işlemde de gösterilmelidir. Hazırlanacak azaltılmış örnek sayısı ve miktarı yapılacak analiz türüne bağlıdır. Genel analizler için 0,2 mm lik elekten geçebilen öğütülmüş örnekten g uygun bir miktardır. Kimyasal analizler için ise en az 1 g lık örnek yeterli olmaktadır. Genel analizler için örnek hazırlama işlemi 3 aşamadan oluşur. 1. Boyut küçültme işlemi 2. Homojen bir karışım hazırlanması 3. Elle veya mekanik bölücülerle örnek miktarının azaltılması Örnek azaltma işlemi elle veya mekanik örnek bölme araçları ile yapılmaktadır. Ö r n e k A z a l t m a D e n e y F ö y ü Sayfa 1

8 1.2. Elle Örnek Azaltma Yöntemleri Kürekleme yöntemi En basit fakat kütle veya yığın özelliklerini temsil etmesi açısından en az güvenilirliğe sahip yöntemdir. Homojen yığın malzemeleri için bu örnekleme yöntemi uygundur. Yığının çeşitli yerlerinden gerekli miktarda örnek bir kürek yardımı ile alınarak biriktirilir. Şekil 1. Küreklemeyle örnek azaltma işlemi. Dikdörtgen yöntemi Çoğunlukla büyük miktarda alınmış olan tüvenan cevher örneklerine uygulanır. Örnek temiz bir zemin üzerine dikdörtgen bir şerit oluşturacak şekilde serilir. Sonra bir uçtan itibaren belirli aralıklarla işaretlenerek parsellere bölünür. Önce 1., 3. ve 5. parsellerdeki cevher alınır. 2., 4. ve 6. parsellerindeki cevher bir kenara çekilir. Alınan 1., 3. ve 5. parselleri karıştırarak tekrar bir dikdörtgen şerit haline getirilir ve bu kez 2., 4. ve 6. parsellerdeki cevher alınarak 1., 3. ve 5. bir kenara alınıp birinci artıkla birleştirilir. Bu işlem amaç ve azaltılacak örnek miktarına göre tekrar edilir ve işlem tamamlanır (Şekil 2). Konileme-dörtleme (Konileme-Çeyrekleme) yöntemi İşlem bakımından Dikdörtgen yöntemine benzer fakat yığına verilecek şekil farklıdır. Bu yöntem boyut bakımından homojen olan cevher örneklerine uygulanır. Malzeme düzgün bir yüzey üzerinde karıştırılır ve bir koni şeklini alacak şekilde yığınlanır. Koninin tepesi bir kürek ya da benzeri bir araç yardımıyla düzleştirilir ve taban tam bir daire biçimine getirildikten sonra eksenler çizilip dört çeyreğe bölünerek işaretlenir. Önce karşılıklı iki çeyrek (1., 3. veya 2., 4.) bir kürek kullanılarak alınır. Geri kalan iki çeyrek bir kenara çekilir (Şekil 3). Alınan iki karşılıklı çeyrek karıştırılıp, yığınlanıp düzleştirilerek tekrar dört çeyreğe bölünür. Konileme-dörtleme, gerekli olan örnek miktarına göre birkaç kez tekrarlanabilir. Ancak her işlemde kalan örneğin iyice karıştırılmasına dikkat edilmelidir. Ö r n e k A z a l t m a D e n e y F ö y ü Sayfa 2

9 Şekil 2. Dikdörtgen yöntemiyle örnek azaltma işlemi. Kareleme Yöntemi Oldukça büyük bir yığından konileme-dörtleme ya da bıçaklı bölücü kullanılarak azaltılan numuneden kimyasal analiz için en az 1 g kadar örnek alınması gerektiğinde Kareleme Yöntemi kullanılır. Azaltılmış örnek bir havan yardımıyla önce ince boyuta öğütülür. Bu boyut genelde -75 mikrondur. Boyut küçültme işlemi yapılmış malzeme yüksekliği en fazla 0,5 cm olacak şekilde temiz bir yüzey üzerine serilir. Bu biçimdeki malzeme bir spatula yardımı ile satranç tahtasına benzer şekilde karelere bölünür. Aynı ıspatula yardımı ile her bir karenin merkez noktasından bir miktar malzeme alınarak analiz kabına boşaltılır (Şekil 4). İstenen miktarda malzeme elde edilinceye kadar işlem tekrarlanır. Ö r n e k A z a l t m a D e n e y F ö y ü Sayfa 3

10 Şekil 3. Konileme-dörtleme yönteminin temel aşamaları. Şekil 4. Kareleme yöntemiyle örnek alma işlemi. Ö r n e k A z a l t m a D e n e y F ö y ü Sayfa 4

11 1.2. Mekanik Bölücülerle Örnek Azaltma Yöntemleri Oluklu Bölücü (Riffle splitter) Oluklu bölücü iki kenarı eşit bıçak aralığında V şekilli görünümlü ve çelik oluklar içerecek biçimde düzenlenmişlerdir. Malzeme, Ʌ şekilli oluk boyunca beslenip bölücüde ayrım sağlanarak oluğun kenarında yer alan iki kapta toplanır (Şekil 5). İstenilen miktarda örnek elde edilinceye kadar her yarı malzeme için önceki işlem yinelenerek aletteki her bölümdeki örnek azaltılır. Oluklu bölücüler farklı kapasitelerde üretilerek örneklemede daha düşük cevher ağırlıkları elde edilebilmektedir. Şekil 5. Oluklu Bölücü: Parçaları ve çalışma prensibi. Şekil 6. Döner örnekleyici: Parçaları ve çalışma prensibi. Ö r n e k A z a l t m a D e n e y F ö y ü Sayfa 5

12 Döner Diskli Örnekleyici (Rotary Disc Sampler) Örnek azaltma işleminin mekanik olarak döndürülen bir disk yardımıyla yapıldığı bir araçtır Şekil 6). Dönen disk üzerindeki örnek yuvalarına, üst taraftaki bir silodan titreşimli bir oluktan örnek akması sağlanır. Yığındaki örnek, disk üzerindeki yuva sayısı kadar parçaya ayrılır. Çok-Oluklu Bölücü (Multi-Chute Riffler) Masa örnekleyicisi de denilen çok-oluklu örnek bölücüde cevher bir hazneye boşaltılır (Şekil 7). Cevher eğimli masa yüzeyinden bir dizi yön saptırıcı kanallara doğru dökülmeye başlar. Yön saptırıcı kanallar dökülen cevherin daha aşağıdaki iki zıt yönlü oluk boyunca masayı ayrı ayrı terk etmesini sağlar. Bir kısım cevher masa sonuna kadar ilerleyip masayı terk ederken, kalan kısım ise saptırıcı kanallar arasındaki deliklerden masa altına dökülür. Böylece cevher iki parçaya ayrılmış olur. Çok oluklu bölücü örnekleyiciler ticari olarak bulunabilmekle birlikte yerini diğer mekanik bölücü cihazlara bırakmıştır. Dönen bir parçasının olmaması en önemli üstünlüğüdür. Şekil 7. Çok oluklu bölücü ve çalışma prensibi. Döner Konili Örnek Bölücü (Rotary Cone Sample Divider) Cevher bir titreşimli besleyici yardımıyla cihazın üst kısmındaki koni içerisine yavaş veya hızlı biçimde boşaltılır. Cevher koni içerisindeki giriş boyunca dökülür ve koni altında sürekli olarak dönmekte olan kaplarda birikir. Döner konili bölücüde örnek bölme hassasiyeti kütlece %1 den düşük olmaktadır. Şekil 8 laboratuvar tipi bir döner konili örnek bölücüyü göstermektedir. Ö r n e k A z a l t m a D e n e y F ö y ü Sayfa 6

13 Şekil 8. Laboratuvar tipi bir döner konili örnek bölücü ve çalışma prensibi. Döner Tüplü Bölücü (Rotary Tube Divider) Döner tüplü bölücüde örnek titreşimli bir besleyici yardımıyla bölücünün üst tarafındaki giriş konisine boşaltılır. Cevher giriş konisi boyunca aşağı doğru döner tüpün içine dökülür. Tüpün her dönüşüyle cevherin bir kısmı örnek toplama kolonuna dökülür. Kalanı ise bölücünün konik iç haznesi yüzeyi boyunca alttaki merkezi çıkış borusundan bölücüyü terk eder. Toz oluşumunun daha iyi kontrol edilebildiği bir örnekleyicidir. Şekil 9, laboratuvar tipi bir döner tüplü örnek bölücüyü göstermektedir. Şekil 9. Laboratuvar tipi bir döner tüplü örnek bölücü ve çalışma prensibi. Ö r n e k A z a l t m a D e n e y F ö y ü Sayfa 7

14 1.3. Çamur Akımlarından Örnek Alma Genelde kuru olarak elden geçirilen cevherlerin örneklenmesi amacıyla yukarıda anlatılan örnekleme aygıtları kullanılmaktayken, özellikle zenginleştirme işlemleri sırasında üretilen çamurlardan da sürekli olarak örnek alınması gerekmektedir. Tesislerde, genelde aşağıdaki işlemler sırasında ortaya çamurlardan örnek alınması gerekmektedir: - Tamburlu değirmen çamurları - Hidrosiklon üst akımı (Flotasyon beslemesi) - Nihai atıklar (Tikner alt akımı) - Metal konsantreleri (Filtre kekleri) - Tankta liç çamurları Bu çamurlardan süreklü örnek alımı için akım borularına çamur örnekleyici aygıtlar yerleştirilir. Örnek alınması gerektiğinde aygıt çalıştırılarak örnek bölücü çıkışından istenen miktarda çamur örneği toplanır. Bu amaçla kullanılan en yaygın örnekleyici Döner Çamur Bölücüsüdür. Silindirik bir gövde içerisinde ve ana akım sağlayıcı borudan ve bir motorla döndürülen örnek borusundan oluşur (Şekil 10). Ana silindir gövde basınçlı çamur akıntılarına karşı aşınmayı engelleyici kauçukla kaplanmıştır. Şekil 11 de ise yatay akımlı bir çamur borusundan saptırılan başka bir boru yardımıyla örnek alma düzeneği gösterilmektedir. Şekil 10. Döner çamur örnekleyicisi ve çalışma prensibi. Ö r n e k A z a l t m a D e n e y F ö y ü Sayfa 8

15 Şekil 11. Yatay akımlı borulardan çamur örnek alınması sistemi. Kuru Örnekleme Aygıtlarının Karşılaştırılması Yukarıda açıklanan örnekleme yöntemleriyle alınan örneklerin göreceli standart sapma değerlerinin bir karşılaştırması Çizelge 1 de verilmektedir. Görüldüğü gibi döner disk veya döner tüplü bölücülerle yapılan örnek bölme işlemi en iyi yöntemler olmaktadır. Kürekleme ve Konileme-Dörtleme yöntemlerinin her ikisinin performansı da oldukça zayıftır. Bunlar, ancak diğer aygıtların olmadığı durumlarda kullanılmalıdırlar. Çok kanallı bölücüler orta düzeyde performansa sahip olup, sıradan ve kritik olmayan örnekleme işleri için uygundur. Çizelge 1. %60 ince, %40 iri taneler içeren bir kum karışımından alınan örneklerin standart sapma değerleri (Allen ve Khan, 1970). Örnekleme Yöntemi Örneklerin Standart Sapması, % Konileme-Dörtleme 6,81 Kürekleme 5,14 Çok kanallı örnek bölücü 1,01 Döner Diskli Bölücü 0,125 Teorik olarak mükemmel bir örnekleyicinin Rastgele Dğişimi (Random variation) değeri 0,076 Ö r n e k A z a l t m a D e n e y F ö y ü Sayfa 9

16 2. ÖRNEK AZALTMA DENEYİ 2.1. Konileme-dörtleme 1. Kırılmış ve/veya öğütülmüş cevher yığını tartınız. Tartım sonucunu kaydediniz. 2. Tartılan cevheri karıştırıp koni şeklinde temiz bir yüzeye dökünüz. 3. Koniyi tepesinden itibaren, kenarları kendisini taşıyabilecek bir kalınlığa ulaşıncaya kadar (örneğin 5-10 cm) düzenli biçimde düzleştiriniz. 4. Düzlemi bir ip, tahta veya benzeri bir araçla dört eşit parçaya ayrılacak şekilde işaretleyiniz. 5. Her bir bölümü A, B, C ve D olarak adlandırınız. Ancak A kesimi C'nin, B kesimi D'nin karşısında olacak şekilde işaretleme yapınız. 6. A ve C kesimlerini bir kürek yardımıyla ayırıp örnekleme alanı dışında başka bir yerde birleştiriniz. Aynı işlemi B ve D kesimleri için uygulayınız. 7. A-C ve B-D kesimlerinin her birisini tarınız. Tartın sonucunu kaydediniz. 8. Altıncı adımda elde edilen malzemeler için yukarıdaki işlemleri tekrarlayınız Oluklu bölücüyle bölme 1. Konileme-Dörtleme deneyinde kullanılmış olan cevher yığını tekrar tartınız. Tartım sonucunu kaydediniz. 2. Tüm yığını kürek yardımıyla oluklu bölücüye dikkatli şekilde dökünüz. Malzeme, bölücünün A ve B kovalarına dökülerek iki/dört eşit parçaya ayrılacaktır. 3. Her bir kapta biriken cevher örneklerini tarınız. Tartımları kaydediniz. 4. Her bir kapta toplanan malzeme için yukarıdaki işlem tekrar edilerek istenilen sayıda azaltılmış örnek elde ediniz. 5. Her azaltma aşamasında kaplarda biriken malzemeyi tartarak sonuçları kaydediniz. 6. Her bir örneği ayrı torbalarda, torba üzerinde isimleri yazılı olarak saklayınız Kareleme 1. Oluklu bölücüden alınan bir kesim cevheri torbasından çıkarıp, gerekiyorsa bir havan yardımıyla kabaca öğüttükten sonra, temiz bir yüzeye (örneğin bir tepsi içine) dökünüz. Bu işlem tahta çıtaların bir kare alan oluşturacak şekilde yerleştirilip, cevherin bu çıtalar arasında düzleştirilmesi yoluyla da uygulanabilir. 2. Bir plaka yardımıyla malzemeyi her noktada eşit yükseklikte olacak şekilde düzleştiriniz. 3. Tepsi ya da tahta çıtalar içerisinde düzleştirilmiş malzemeyi bir cetvel yardımıyla en az 2x2 cm olacak şekilde karelere ayrılacak şekilde işaretleyiniz. 4. Uygun büyüklükte bir kaşık yardımıyla her bir karenin tam orta yerinden, her defasında eşit miktarda olacak şekilde bir miktar malzemeyi bir torba ya da başka bir tepsi içinde biriktiriniz. 5. Biriktirilen malzemeyi karıştırıp istenilen miktarda malzeme elde edilinceye kadar yukarıdaki işlemleri tekrarlayınız. Ö r n e k A z a l t m a D e n e y F ö y ü Sayfa 10

17 3. DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ 3.1. Konileme Dörtlemeyle örnekleme 1. Deney sırasında, her bir konileme-dörtleme işlemi aşamasında elde edilen cevher/kömür örneği çiftlerinin miktarlarını birbirleriyle karşılaştırınız. Her bir çift-çeyrek örnek miktarı arasındaki farkın nedenlerini tartışınız. 2. Deney sırasında, ilk konileme-dörtleme işlemi aşamasında elde edilen cevher/kömür örneği çiftlerinden, önce oluklu bölücü yardımıyla sonra da kareleme yoluyla örnek azaltarak kimyasal analiz örneği alınız. Her bir örneğin tenörünü/kül yüzdesini bulunuz. Sonuçları karşılaştırmalı olarak tartışınız Oluklu Bölücüyle örnekleme 1. Deney sırasında, her bir bölme işlemi aşamasında elde edilen cevher/kömür örneği çiftlerinin miktarlarını birbirleriyle karşılaştırınız. Her aşamada elde edilen örnek çiftlerinin miktarları arasındaki farkın nedenlerini tartışınız. 2. Deney sırasında, ilk bölme işlemi aşamasında elde edilen cevher/kömür örneği çiftlerinden, önce yine aynı oluklu bölücü yardımıyla sonra da kareleme yoluyla örnek azaltarak kimyasal analiz örneği alınız. Her bir örneğin tenörünü/kül yüzdesini bulunuz. Sonuçları karşılaştırmalı olarak tartışınız Karelemeyle örnekleme 1. Kareleme deneyinde kullanılan öğütülmüş cevher örneğinden, kareleme yöntemini uygulayarak en az üç kez örnek alınız. 2. Her bir örneğin tenörünü/kül yüzdesini bulunuz. Sonuçları karşılaştırmalı olarak tartışınız. Ö r n e k A z a l t m a D e n e y F ö y ü Sayfa 11

18 4. ÇALIŞMA SORULARI 4.1. Tenör belirlemek üzere cm tane boyuna ve 3500 kg/m 3 yığınsal yoğunluğa sahip 400 kg lık bir cevher yığınından yaklaşık 0,5 kg örnek alınmak istenmektedir. Örnek azaltma işlemini son örnek alınıncaya kadar açıklayan bir akım şeması çiziniz. Şemanızda bir sonraki aşamaya geçen örnek yaklaşık miktarını göstermeyi unutmayınız Tane boyu -15 cm olan bir cevherden Kürekleme, Konileme-dörtleme ve kareleme işlemleri uygulanarak yaklaşık 1 kg örnek alınacaktır. Bu işlem sırasında cevher tane boyu büyülüğünün örnek özellikleri üzerine etkisinin olup olmayacağı konusunda açıklama yazınız Örnek azaltma yöntemlerinden kareleme yönteminin (A) hangi amaçlar için uygulandığını (B) yöntemin uygulanabilmesi için önce hangi ufalama yöntemlerinin uygulanması gerektiğini açıklayınız Örnek azaltma işleminin hassasiyetini etkileyen etkenler nelerdir? 4.5. Konileme-dörtleme yöntemi için akım şeması çiziniz ve her örneği adlandırınız Örnek azaltma işlemi öncesi tane boyu küçültmenin amacını açıklayınız Mekanik örnek bölücülerle elde edilen örneklerin gerçek cevheri temsil etme performansları hakkında yorum yapınız. 5. YARARLANILAN KAYNAKLAR Allen, T., Khan, A.A., 1970, Critical evaluation of powder sampling procedures. The Chemical Engineer, May, (Erişim tarihi: ). (Erişim tarihi: ). (Erişim tarihi: ). (Erişim tarihi: ). Weiss, N. L. (Editör), SME Mineral Processing Handbook, 2 Cilt, SME Yayınları, New York, Wills, B. A., Mineral Processing Technology, 6. Baskı., Butterworth Heinemann, Oxford, Ö r n e k A z a l t m a D e n e y F ö y ü Sayfa 12

19 İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü 321 Cevher Hazırlama Laboratuvarı I YOĞUNLUK SAPTANMASI DENEYİ Prof. Dr. Murat ERDEMOĞLU 1. GİRİŞ 1.1. Yoğunluk (rho) sembolü ile gösterilen kütle yoğunluğu, daha yaygın kullanılan biçimiyle yoğunluk veya başka adıyla özkütle, birim hacmin kütlesi olarak tanımlanır ve bir sistem içerisindeki bir kütleyi karakterize etmek üzere kullanılır. Kütle ve hacim değiştikçe değişen bir özellik olduğundan, yoğunluk maddenin kapasite özelliğidir. Yoğunluk sıcaklıkla değişir. Deniz seviyesinde suyun yoğunluğu 999,8 kg/m 3 iken 100 C ta 958,4 kg/m 3 tür. İngiliz Birim Sisteminde yoğunluk birimi slugs/ft 3, Uluslararası Birim Sisteminde (SI) ise kg/m 3 tür. Bunun yanında, g/cm 3, g/cc, g/l, kg/l, ton/m 3 gibi birimler de kullanılmaktadır. Özgül hacim, v, birim kütlenin hacmidir. Yani dolayısıyla yoğunluğun tersidir (1/ ). Çoğunlukla termodinamik hesaplamalarda kullanılır Özgül (veya Birim) Ağırlık (gamma) sembolü ile gösterilen özgül ağırlık veya yaygın bilinen adıyla birim ağırlık, birim hacmin ağırlığı olarak tanımlanır. Birim ağırlığın İngilizcede karşılığı Specific Weight olmaktadır. Birim ağırlık ile yoğunluk arasında, = g bağıntısı vardır. Bu ifadede g yerel yer çekimi ivmesidir. Bir sistemdeki ağırlığı karakterize etmek üzere kullanılmaktadır. İngiliz Birim Sisteminde nın birimi lb/ft 3, SI da ise N/m 3 tür Bağıl Yoğunluk (Relative Density veya Specific Gravity) Bir cismin bağıl yoğunluğu SG, o cismin ağırlığının, standart olarak kabul edilen bir maddenin eşit hacimdeki ağırlığına oranı olarak tanımlanır. Çağdaş bilimsel kullanımda bağıl yoğunluk terimi daha yaygın kullanılmaktadır. Katılar ve sıvılar için su (20 C de) standart olarak; gazlar için ise genellikle içinde karbon dioksit bulunmayan hava veya hidrojen (0 C de ve 1 atm ya da 101,3 kpa basınçta) standart olarak alınmaktadır. Bir maddenin bağıl yoğunluğu, SG = Maddenin ağırlığı / Eşit hacimli suyun ağırlığı SG = Maddenin özgül ağırlığı / Suyun özgül ağırlığı SG = Maddenin yoğunluğu / Suyun yoğunluğu Eşitliklerinden biri yoluyla kolaylıkla hesaplanabilir ve birimsizdir. Y o ğ u n l u k S a p t a n m a s ı D e n e y F ö y ü Sayfa 1

20 Görüldüğü gibi, Yoğunluk, Birim Ağırlık ve Bağıl yoğunluk birbiriyle bağlantılı özellikler olduğundan, bu üçünden bir tanesi bilinirse diğerleri kolaylıkla hesaplanabilmektedir Uygulamalarda Yoğunluk Özellikle, cevher hazırlama ve zenginleştirme aygıtlarının kapasitelerinin ya da silo hacimlerinin hesaplanmasında cevherin yoğunluğuna ya da özgül ağırlığına ait bilgilere ihtiyaç duyulmaktadır. Bundan başka yerçekimi yardımıyla zenginleştirmenin uygulandığı örneğin sallantılı masa zenginleştirmesinde cevher ve gang mineralleri arasındaki özgül ağırlık farkının bilinmesi gerekmektedir. Örneğin, cevherlerin bant konveyörlerle veya kamyonlarla taşınması aşamalarında veya silolarda depolanması işlemleri sırasında teknik veya ticari birçok nedenden dolayı yığın miktarının hesaplanması gerekir. Bir cevherin yığın hacmi ve yığın yoğunluğu biliniyorsa, banttaki veya kamyondaki anlık cevher miktarı kolaylıkla hesaplanabilir. Cevher hazırlama mühendisliğinde, bundan başka, katı-su sitemlerinin (pulp yoğunluğu) hazırlanmasında, tesislerin katı-su dengesi hesaplamalarında; tikiner gibi susuzlandırma donanımlarının ve atık barajlarının boyutlandırılması hesaplamalarında gerçek yoğunluk değerinin bilinmesi gerekir. Böylece, bir tesiste elden geçirilen taneli malzemelerin yığın (bulk) yoğunluğu, kaba veya parça yoğunluğu ve gerçek yoğunluğu olmak üzere üç farklı yoğunluğunun saptanması gerekir. Aynı cevhere ait üç yoğunluk değeri arasındaki farkın kaynağı taneye ve tanelerin bir araya gelerek oluşturduğu yığının hacimsel özellikler olmaktadır. Şekil 1 de, bir mineral tanesindeki açık ve kapalı boşluklar ve bir yığındaki tanelerarası boşluklar gösterilmektedir. Şekil 1. Mineral tanesinde ve mineral yığınında boşluk biçimleri. Tanımlanan bu farklı hacimler basit fiziksel yöntemlerle kolayca hesaplanabilirler. Bu hesaba dayalı olarak bir cevher yığınının yoğunluğu, yığını oluşturan tanelerin yoğunluğu ve cevherin kendisinin yoğunluğu kabaca ve hassas biçimde belirlenebilmektedir. Bu deney sırasında çoğunlukla birden fazla mineral içeren cevher örnekleri kullanılacağından, bulunan değerler, tek bir minerale değil, cevhere ait yoğunluk değeri olacaktır. Y o ğ u n l u k S a p t a n m a s ı D e n e y F ö y ü Sayfa 2

21 1.4.1.Yığın yoğunluğunun bulunması Yığın yoğunluğu, ρ yığın = Yığındaki cevherin kütlesi / Yığın hacmi Bu denklemde yığın hacmi = Yığını oluşturan parçaların gerçek hacmi + Parçalardaki kapalı boşluk hacmi + Parçalardaki açık boşluk hacmi + Parçalar arasındaki boşluk hacmidir. Cevherden koni biçiminde bir yığın yapılır. Koninin yüksekliği ve çapı ölçülerek yığının hacmi hesaplanır. Bununla birlikte koniyi oluşturan cevher tartılarak kütlesi bulunur. ρ yığın = m yığı yığı denklemi cevherin yığın yoğunluğunu verir. Burada V yığın koninin kabaca ölçülecek olan hacmidir (⅓πr 2 x h). Şekil 2. Cevher yığını şeklinin koniye benzetilerek hacminin hesaplanması Kaba veya Parça yoğunluğunun bulunması ρ kaba = Tane ya da parçaların kütlesi / Parçaların hacmi Bu denklemde Parçaların hacmi = Parçaların gerçek hacmi + Parçalardaki açık boşluk hacmi + Parçalardaki kapalı boşluk hacmidir. Tartım yoluyla cevherden seçilmiş birkaç tanenin kütlesi (m k ) bulunur. Tartılan cevher taneleri bir kaba alınır ve bunları örtecek şekilde üzerine su konulup kaynatılır. Sonra cevher örneği kabının suyu dikkatlice boşaltılır. Cevher örneği parçalarının yüzey nemleri bir peçete yardımıyla dikkatlice kurulanır. Bu, açık boşluklarına su dolmuş örnek cevher parçaları ölçek kabına veya mezüre konularak hacim taşırması yoluyla kaba hacmi (V k ) saptanır (Şekil 3). ρ kaba = m k k denklemi cevherin kaba veya parça yoğunluğunu verir. Y o ğ u n l u k S a p t a n m a s ı D e n e y F ö y ü Sayfa 3

22 Şekil 3. Kaba yoğunluk hesaplanmasında cevher hacminin bulunması Gerçek yoğunluğun bulunması ρ gerçek = Cevher parçalarının kütlesi / Parçaların hacmi Taneli malzemelerin gerçek yoğunluklarının saptanmasında "piknometre" kullanılır. Piknometre ağzında kılcal oluklu camdan bir başlık yerleştirilmiş küçük bir balondur (Şekil 4). Piknometre ile yoğunluk saptanırken hidratlanmayan örnekler için su; hidratlanan örnekler için ise genellikle alkol kullanılmaktadır. Gerçek yoğunluğu saptanacak cevherden örnek alınır ve ince boylara kırılıp iri öğütülür. Öğütülmüş örnekler eleme yoluyla sınıflandırılır. Şekil ml hacimli bir Piknometre Gerçek yoğunluk saptanması için kullanılacak piknometre kılcal başlıkla birlikte önce 25 C de kurutulur ve tartılarak kütlesi (M p ) bulunur. Sonra su ile doldurulur ve aynı sıcaklıkta kurutulup tartılarak kütlesi (M ps ) saptanır. Piknometrenin suyu boşaltılıp içindeki nemi kurutulur ve içinde g kadar kuru örnek konur. Tartılarak M öp saptanır. Sonra su ile yavaşça doldurulur ve aralıklı olarak çalkalanarak taneler arasında hava kabarcıklarının kalmaması sağlanır. Sonra kılcal başlıkla birlikte 25 C de kurutulup ağırlığı (M öps ) saptanır. Piknometre kullanılarak yapılan tartımların (Şekil 5) bir özeti aşağıda verilmiştir. Y o ğ u n l u k S a p t a n m a s ı D e n e y F ö y ü Sayfa 4

23 Şekil 5. Gerçek yoğunluk saptanmasında piknometre ile yapılan tartımların şematik görünümü. M p = Boş piknometre kütlesi, M ps = Sıvı ile dolu piknometre kütlesi, M öp = Örnek + piknometre kütlesi, M öps = Örnek + sıvı ile dolu piknometre kütlesi. Bu durumda, tüm bilinmeyenler saptanmış olduğundan gerçek yoğunluk artık hesaplanabilir durumdadır. Buna göre, M öp - M p = G ö kuru örnek kütlesini, [(M öp + M ps ) - (M p +M öps )] = V h örnek tarafından yer değiştiren suyun kütlesini verir. Suyun yoğunluğu 1000 kg/m 3 olduğu kabul edildiğinde, örnek tarafından yer değiştiren suyun kütlesi değerinden örnek hacmi kolaylıkla hesaplanabilir. Böylece; ρ gerçek = M öp - M p (M öp +M ps ) - (M p +M öps ) denklemi cevher örneğinin gerçek yoğunluğunu verir. Deneysel hatalardan kaynaklanan sapmaları engellemek için deney tekrarlanmalı ve bir ortalama değer bulunmalıdır Porozite veya Boşluk kesri Eğer kaba ve yığın ölçülmüşse, cevher yığınının porozitesi veya boşluk kesri, hesaplama yoluyla bulunabilir: ( ) Y o ğ u n l u k S a p t a n m a s ı D e n e y F ö y ü Sayfa 5

24 2. DENEY 2.1. Yığın Yoğunluğunun Saptanması Deneyi 1. Deney konusu cevherden yeterli bir miktar alarak temiz ve düz bir zemin üzerine ~50 cm yüksekliğinde düzgün bir koni yapınız. 2. Koninin son yüksekliğini ve çapını ölçünüz. 3. Koniyi oluşturan malzemeyi tartınız. 4. Yukarıdaki işlemleri başka bir tane boyu grubundaki cevher örneği için tekrarlayınız Kaba Yoğunluk Saptanması Deneyi 1. Kaba yoğunluğu saptanacak cevherden temsili örnek alınız. 2. Örneği uygun iri elekler yardımıyla çeşitli tane boyu gruplarına ayırınız. 3. Belirli bir tane boyu grubundaki cevher örneğinden yaklaşık 200 g örnek tartınız. 4. Cevher örneği parçalarını su içerisinde kaynatarak açık boşluklara su yerleşmesini sağlayınız. 5. Kaynatma suyunu yavaşça boşaltınız. 6. Uygun büyüklükte bir mezür seçiniz. Mezür içerisine, tartımı yapılmış cevher örneklerinin üzerini örtecek miktarda su doldurunuz. Su hacmini kaydediniz. 7. Üzerlerindeki ıslaklık bir peçete yardımıyla giderilmiş cevher parçaları, yavaşça içinde su bulunan mezüre boşaltınız. 8. Mezürdeki hacim değişikliğini ölçünüz. 9. Yukarıdaki işlemleri başka bir tane boyu grubundaki cevher örneği için tekrarlayınız Gerçek Yoğunluk Saptanması Deneyi 1. Cevher örneğini öğütünüz. 2. Öğütülmüş cevher örneğini laboratuvardaki koşullara göre çeşitli tane boyu gruplarına ayırınız. Örnekleri mümkün olduğunca tozsuz olarak hazırlayınız. 3. Sınıflandırılmış cevher örneğinden g örnekleme yapınız. 4. Piknometreyi kılcal başlığı ile birlikte 25 C de kurutunuz. Kurutulmuş halde tartınız ve tartımı kaydediniz. 5. Kuru piknometre içerisine yaklaşık 50 g cevher örneği koyunuz. Kılcal başlık ile birlikte tartıp, tartımı kaydediniz. 6. İçerisinde bir önceki adımda cevher örneği eklenip tartılmış piknometreyi yarıya kadar yavaşça saf su ile doldurunuz. Tanelerdeki açık boşluklara ve taneler arasına su girmesini sağlamak üzere içerisinde cevher örneği ve bir miktar su bulunan piknometreyi bir ısıtıcı tabla yardımıyla, su içerisinde gaz kabarcıkları bitinceye kadar ısıtınız. 7. Piknometreyi ısıtıcı üzerinden alıp tamamıyla saf suyla doldurunuz. Kılcal başlığı yavaşça kapatınız. Kurulayınız. Piknometreyi 25 C de kurutunuz. Tartıp sonucu kaydediniz. 8. Boşaltılmış piknometreyi saf su ile doldurun. Kılcal başlığı kapatın. Kurulayın. 25 C de kurutunuz. Tartıp, tartımı kaydediniz. 9. Piknometreyi boşaltıp kurutunuz. Kılcal kapağı ile birlikte korumaya alınız. 10. Yukarıdaki işlemleri başka bir tane boyu grubundaki cevher örneği için tekrarlayınız. Y o ğ u n l u k S a p t a n m a s ı D e n e y F ö y ü Sayfa 6

25 3. DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ 3.1.Yığın Yoğunluğunun Hesaplanması Yığın yoğunluğu saptanması deneyinde ölçülen kütleyi, koni yüksekliğini ve koni çapı yardımıyla yığın yoğunluğunu formüllerde göstererek açık olarak hesaplayınız. Örnek Adı YIĞIN YOĞUNLUĞU SAPTANMASI DENEYİ Tane Boyu* ρ yığın, kg/m 3 Ölçüm sonuçları Ölçüm 1 Ölçüm 2 Ölçüm 3 Ölçüm 4 Ölçüm 5 Ortalama mm mm -10 mm Tane boyu farklı örneklerin ortalama yığın yoğunluğu * Tane boyu aralıkları temsili olarak verilmiştir Kaba Yoğunluğun Hesaplanması Kaba yoğunluk deneyinde ölçülen kütle ve kaba hacımdan kaba yoğunluğu formüllerle göstererek açık olarak hesaplayınız. Örnek Adı KABA YOĞUNLUK SAPTANMASI DENEYİ Tane Boyu* kaba, kg/m 3 Ölçüm sonuçları Ölçüm 1 Ölçüm 2 Ölçüm 3 Ölçüm 4 Ölçüm 5 Ortalama mm mm mm Tane boyu farklı örneklerin ortalama kaba yoğunluğu * Tane boyu aralıkları temsili olarak verilmiştir Gerçek Yoğunluğun Hesaplanması Gerçek yoğunluk deneyinde saptanan tartım sonuçları yardımıyla örneğin gerçek yoğunluğunu formüllerle göstererek açık olarak hesaplayınız. Y o ğ u n l u k S a p t a n m a s ı D e n e y F ö y ü Sayfa 7

26 GERÇEK YOĞUNLUK SAPTANMASI DENEYİ Örnek Adı Tane Boyu* mm ,6 mm -0,6 + 0,3 mm gerçek, kg/m 3 Ölçüm sonuçları Ölçüm 1 Ölçüm 2 Ölçüm 3 Ölçüm 4 Ölçüm 5 Ortalama Tane boyu farklı örneklerin ortalama gerçek yoğunluğu * Tane boyu aralıkları temsili olarak verilmiştir. Tane boyu değerleri laboratuvar koşullarına göre değişebilmekle birlikte aşağıdaki çizelgedeki boşlukları dolduracak biçimde deneyi tekrarlayınız. Çizelgelerde elde edilen yoğunluk değerlerinin tane boyu ile değişimi hakkında yorum yapınız Sonuçların Genel Değerlendirilmesi Aşağıda verilen çizelgedeki boşlukları doldurunuz ve yorumlarınızı yazınız. Genel Sonuçlar Cevher/Mineral/Malzeme Adı Cevher/Mineral/Malzeme Genel Özellikleri Yoğunluk, kg/m 3 Yığın Yoğunluğu Kaba Yoğunluk Gerçek Yoğunluk Yorumlar Y o ğ u n l u k S a p t a n m a s ı D e n e y F ö y ü Sayfa 8

27 4. DEĞERLENDİRME SORULARI 4.1. (a) Bir maddenin yoğunluk değeri sıcaklıkla değişir. Neden? (b) Yığın yoğunluğu da sıcaklıkla değişir mi? 4.2. Platin bir kürenin çapı 4,05 cm dir. Platinin ve alüminyumun yoğunluğu sırasıyla kg/m 3 ve 2700 kg/m 3 olarak veriliyor. Aynı kütledeki alüminyum kürenin çapını hesaplayınız Kütlesel çekim ivmesinin (g) 10 m/s 2 olduğu Yer de yoğunluğu 6500 kg/m 3 olan bir maddenin, kütlesel çekim ivmesinin 6,5 m/s 2 olduğu Ay daki yoğunluğu ne kadardır? Yer ve Ay 4.4. Bir yığındaki boşluk oranını (%) hesaplayan bir eşitlik geliştiriniz Hidrometre, sıvıların suya göre (bağıl) yoğunluğunu ölçmek amacıyla kullanılır. Hidrometre, bir sıvının bağıl yoğunluğunu 1,15 olarak göstermektedir. Buna göre, sıvının yoğunluğu ve birim ağırlığını SI birim sisteminde ifade ediniz. Ölçüm sırasında bir hidrometre 4.6. Bir cevherin yığın, kaba ve gerçek yoğunluk değerleri birbirinden farklı mıdır? Nedenlerini gerekçeli olarak açıklayınız Yığın, kaba ve gerçek yoğunluk değerleri hangi amaçlar için daha kullanışlıdır? Gerekçeli olarak açıklayınız Yığın yoğunluğunu, koni şekilli yığın hacmi ölçümüne dayalı olarak hesaplama işleminden başka hangi yöntemlerle de hesaplayabilirsiniz? Y o ğ u n l u k S a p t a n m a s ı D e n e y F ö y ü Sayfa 9

28 4.9. Yığın yoğunluğu 3000 kg/m 3 olarak hesaplanan kırılmış bir cevherin tonluk bir miktarının stoklanması için her biri dairesel kesitli 3 adet beton silo inşa edilecektir. Emniyet gerekçesiyle, her bir silonun yüksekliğinin en çok 20 m olması ve her bir silonun hacimce ancak %90 ının doldurulması gerektiğine göre, siloların kaplayacağı en az alanı, duvar kalınlığını ihmal ederek hesaplayınız. Bir cevher silo Birincil kırıcıdan alınan kırılmış cevher, ikincil kırma tesisine beslenmeden önce yüksekliği 10 m olan konik bir yığın yapılarak stoklanacaktır. Stokta tutulmak istenen cevher miktarı 5000 ton olduğuna göre stok sahası için gerekli en küçük dairesel alan büyüklüğünü (m 2 ) hesaplayınız. Açıklama: Bu cevher için yığın, kaba ve gerçek yoğunluk değerleri ölçülmüş ve sırasıyla, 2500, 3000 ve 3500 kg/m 3 olarak bulunmuştur. Bir cevher yığını Y o ğ u n l u k S a p t a n m a s ı D e n e y F ö y ü Sayfa 10

29 5. YARARLANILAN KAYNAKLAR Atkins, P., Jones, L., Temel Kimya, Moleküller, Maddeler ve Değişimler, 2 Cilt (Çeviri Editörleri: E. Kılıç, F. Köseoğlu, H. Yılmaz), Bilim Yayıncılık, Ankara, Fishbane, P. M., Gasiorowicz, S., Thornton, S., T., Temel Fizik, 2 Cilt, (Yayına Hazırlayan: C. Yalçın), 2. Baskı, Arkadaş Yayınevi, Ankara, (Erişim tarihi: 23 Eylül 2014). (Erişim tarihi: 23 Eylül 2014). Kousaka, Y., Endo, Y., Particle Density. Powder Technology, Fundamentals of Particles, Powder Beds, and Particle Generation (Editörler: H. Masuda, K. Higashitani, H. Yoshida) CRC Press, Londra, Mular, A.L., Bhappu, R. B., Mineral Processing Plant Design, 2. Baskı, SME Yayınları, New York, Weiss, N. L. (Editör), SME Mineral Processing Handbook, 2 Cilt, SME Yayınları, New York, Wills, B. A., Mineral Processing Technology, 6. Baskı., Butterworth Heinemann, Oxford, Yıldız, N., Cevher Hazırlama ve Zenginleştirme, 2 cilt., Ertem Basım ve Cilt, Ankara, Young., D. F., Munson, B. R., Okiishi, T. H., Huebsch, W. W., Akışkanlar Mekaniğine Giriş (Çev.: N. Yücel, H. Türkoğlu, Z. Altaç, N. Dinler), 5. Baskıdan Çeviri, Nobel Akdemik Yayıncılık, Ankara, Y o ğ u n l u k S a p t a n m a s ı D e n e y F ö y ü Sayfa 11

30 6. EKLER EK 1. Bazı çok bilinen katıların yoğunluk ( ) değerleri Yoğunluk Katı Madde g/cm 3, g/ml, kg/l, x10 3 kg/m 3 veya ton/m 3 lb/ft 3 * Agat 2,5-2, Akrilik 1,05 74 Albit 2,6-2, Altın 19,29 Alümina (alüminyum oksit) 3,95-4, Alüminyum 2,7 167 Andezit 2, Anortit 2,74-2, Antimon, döküm 6,7 418 Asbest 2, Asfalt, kırılmış 0,72 45 Asfalt, sıkıştırılmış 2, Ateş tuğlası 1,8-2,2 Bakır 8,79 Barit, kırılmış 2, Baryum 3, Bazalt 2,4-3, Beton, hafif 0,45-1,0 Beton, orta 1,3-1,7 Beton, yoğun 2,0-2,4 Biyotit 2,7-3, Bizmut 9,8 607 Boksit, kırılmış 1,28 80 Boraks, ince 0,85 53 Buz 0,917 57,2 Cam, adi 2,4-2, Cam, Pyreks 2,21 Cam-yünü 0,025 Cüruf 2-3, Çakmak taşı 2,6 164 Çelik 7,82 Çimento, Portland 1,5 94 Çimento, set 2, Çinko 7,12 Demir 7, Demir, Döküm 7,2 Deri, kuru 0,86 54 Dolomit 2,8 177 Elmas 3-3, Feldspat 2,6-2, Y o ğ u n l u k S a p t a n m a s ı D e n e y F ö y ü Sayfa 12

31 Katı Madde Yoğunluk g/cm 3, g/ml, kg/l, x10 3 kg/m 3 veya ton/m 3 lb/ft 3 * Fildişi 1,8-1, Florit 3,2 198 Galen 7,3-7, Germanyum 5, Grafit 2,3-2, Granit 2,6-2, Gümüş 10,5 Hematit 4,9-5, Hornblent Jips 2,3 144 Kağıt 0,7-1, Kar 0,1 Katran 1,05 66 Kauçuk, ticari yumuşak 1,1 69 Kaya tuzu 2,2 136 Kemik 1,7-2, Kil 1,8-2, Kireçtaşı 2,7-2, Kok 1-1, Korundum 4,0 247 Kömür, antrasit 1,4-1, Kömür, bitümlü 1,2-1, Kömür, tüvanan 1,35 Krom 7,1 Krom oksit 5,21 Kum 1,4-1,6 Kumtaşı 2,1-2, Kurşun 11,35 Kuvars 2, Kükürt, kristal 2,0 Kül 0,65 41 Lityum 0,53 Manyezit 3,2-3,6 Magnezyum 1,74 Malakit 3,7-4, Manganez 7,43 Manyetit 4,9-5, Mermer 2,6-2, Mika 2,6-3, Nikel 8,9 Nylon-6 1,12-1,17 Nylon-66 1,13-1,15 Parafin 0,9 55 Y o ğ u n l u k S a p t a n m a s ı D e n e y F ö y ü Sayfa 13

32 Katı Madde Yoğunluk g/cm 3, g/ml, kg/l, x10 3 kg/m 3 veya ton/m 3 lb/ft 3 * Pirinç, alaşım 8,48 Pirit 4,9-5, Platin 21,5 Polietilen, PE 0,91-0,97 Polikarbonatlar 1,2 Polipropilen 0,9 Polisitiren 1,03 Politetrafloroetilen, PTFE, teflon 2,17 Poliüretan köpük 0,03 Polivinil klorür, P C 1,39 Porselen 2,3-2, Rodyum 12,3 Silika 2,1 129 Silisyum 2, Talk 2,7-2, Taş 2,3-2,8 Tereyağı 0,87 53 Titanyum 4,5 Topaz 3,5-3, Tuğla 1,4-2, Tungsten 19,2 Uranyum 19,1 Vaks, mum 1,8 112 Vanadyum 6,1 Yapay yün 1,5 Zinober 8,1 507 * Her ne kadar lb/ft 3 (pounds per cubic foot) A.B.D de yoğunluk birimi olarak kullanılsa da, pounds aslında, kütle değil kuvvet birimidir. Kütlenin doğru birimi slugs tır. Slugs türünden kaba bir değer elde etmek için lb/ft 3 değerini 32,2 ye bölünüz. Y o ğ u n l u k S a p t a n m a s ı D e n e y F ö y ü Sayfa 14

33 EK 2. Bazı malzemelerin Özgül Ağırlık ( ) değerleri Özgül Ağırlık - γ Malzeme lb/ft 3 kn/m 3 Alüminyum Bakır Cıva ,7 Demir, Dövme Deniz suyu 64 10,1 Etil Alkol 49,3 7,74 Gazolin 42,5 6,67 Gliserin 78,6 12,4 Paslanmaz Çelik Pirinç Alaşım ,5 SAE 20 Yağ 57 8,95 Su 62,4 9,81 Y o ğ u n l u k S a p t a n m a s ı D e n e y F ö y ü Sayfa 15

34 EK 3. Bazı maddelerin +4 C deki suyun yoğunluğuna göre bağıl yoğunluk (SG) değerleri. Madde Bağıl Yoğunluk Alkol 0,82 Alüminyum 2,72 Asetilen 0,0017 Azot 0,00125 Bakır 8,79 Civa 13,59 Çelik 7,82 Çinko 7,12 Demir, Döküm 7,20 Hava, kuru 0,0013 Hidrojen 0,00009 Kadmiyum 8,57 Kalay 7,28 Karbon dioksit 0,00198 Karbon monoksit 0,00126 Kauçuk 0,96 Krom 7,03 Kurşun 11,35 Nikel 8,73 Nylon 1,12 Oksijen 0,00143 Parafin 0,80 Petrol 0,72 Pirinç alaşım 8,48 PVC 1,36 Su (4 o C) 1,00 Su, deniz 1,02 Y o ğ u n l u k S a p t a n m a s ı D e n e y F ö y ü Sayfa 16

35 Cevher Hazırlama Laboratuvarı I Kırma İşlemi ve Değerlendirilmesi Araştırma ve Tartışma Soruları a) Tek istinat kollu üstten mafsallı bir çeneli kırıcı ile çekiçli kırıcının basit şekillerini çizerek çalışma prensiplerini anlatınız. b) Boyut küçültme ile minerallerin kristal yapılarında bir değişme olup olmadığını araştırınız. c) Açık ve kapalı kırma devrelerinde kırıcı kapasitelerini şekil çizerek açıklayınız. 1. Deneyin amacı Kırma işlemini ve kırıcıları tanıma, cevher özellikleri ile kırma işlemi arasındaki ilişkiyi kavrayabilme, cevher özelliklerine göre kırıcı seçimi yapabilme, kırma devrelerini tanıma ve çözümleme deneyin amacını oluşturmaktadır. 2. Ufalama Ufalamanın amacı bağlı bulunan gang mineralleri ile değerli minerallerin birbirinden serbestleşmesini sağlamaktır. Ufalamanın mümkün olabilmesi için, dışarıdan kuvvet uygulayarak cisimleri birbirine bağlı tutan iç kuvvetlerin yenilmesi gerekir. Bu kuvvetler darbe, baskı (sıkıştırma) ve kesme (aşındırma) kuvvetleri şeklindedir. Ufalama ocakta patlatmayla başlamakta, kırma ve öğütme ile devam etmektedir. Kırma işlemleri Boyut Küçültme Oranı (BKO) 3-6 arasında kuru olarak yapılmaktadır. Ufalamayla birlikte yüzey alanı büyümektedir. Örneğin küp şeklindeki bir tane (x m 2 ) 8 eşit küpe bölündüğünde yüzey alanı (2x m 2 ) iki kat artmaktadır. Beslenen malzemenin max tan eboyutu Boyut Küçültme Oranı( BKO) Ufalanmıf malzemenin max tan eboyutu Ufalama iri kırma (1 m -10 cm), ince kırma (10 cm 1 cm) ve öğütme (-1 cm) şeklinde gerçekleştirilmektedir. Kırma boyut küçültme işleminin ilk basamağını meydana getirmektedir Ufalamanın Gayeleri Mineralleri serbest hale getirmek, Cevher zenginleştirme işlemi gerçekleştirebilmek için minerallerin serbest hale getirilmesi zorunludur. Aksi durumda zenginleştirme yapmak mümkün olmamaktadır. Zenginleştirme sırasında alınan Ara Ürünler çoğunlukla bağlı tanelerden oluşmaktadır. Dolayısıyla ara ürünler tesislerde genellikle tekrar boyut küçültme işlemine tabi tutulmaktadır. Hammaddenin aşırı ufalanmaya tabi tutulması ise maliyet arttırtıcı etkinin yanında zenginleştirme işlemine olumsuz etki (şlam oluşturma) yapmaktadır. Bu nedenle tane boyutunun istenen oranda küçültülmesi gerekmektedir. Zenginleştirme yöntemleri için istenen belirli büyüklük ve şekildeki tanelerin üretimi, Tane boyutunun önemli olduğu hususlarda endüstrinin istediği boyutta hammadde üretimi, Tanelerin yüzey alanını arttırmak, Taşımada kolaylık, şeklinde sıralanabilir.

36 Ufalamanın temel prensipleri Katılar genellikle farklı eksenler boyunca farklı özellikler gösteren homojen olmayan bir yapıda (kristal ve amorf yapı) bulunurlar. Minerallerin ve metallerin çoğu bulunu kristal yapıda (atomik ve moleküler kristal) bulunur. Kristal yapıda atom ve moleküllerin dizilişleri onları birlikte tutan fiziksel ve kimyasal bağların (iyonik bağ, kovalent bağ, hidrojen bağı, metalik bağ, Van der Waals bağı) büyüklük ve tipine bağlıdır. Ufalanmaya tabi tutulan malzemenin kırılabilmesi için gerekli kuvvet teorik olarak hesaplanırken iki varsayımdan hareket edilir. Kırma için malzeme içindeki bütün bağlar belirli bir limit noktasına kadar uzarlar ve bu noktadan sonra katı cisim pek çok sayıda her biri bir atom kalınlıkta düzlemlere ayrılmaktadır. Sadece klivaj düzlemleri civarındaki bağlar gerilmeye tabi tutulmaktadır. Gerçekte ise katı cisimler birinci modelin kabul ettiği kırılma kuvvetinin çok altında, ikinci modelde hesaplanan kuvvetin ise çok üstünde bir değerde kırılmaktadır. Atomlar arası bağlar gerildikleri zaman enerji depo eden küçük yaylara benzetilebilir. Kopma olmadığında serbest bırakıldığında enerjiyi geri verirler. Gerilme ve bunun sonucu olan uzama pratikte basma veya çekme kuvveti olarak ifade edilmektedir. Kayacı oluşturan minerallerin mekanik özelliklerine bağlı olan bir kopma meydana gelmektedir. Gerilmeler kayaç içerisindeki çatlak ve yarıkların olduğu yerde toplanmaktadır. Kopma çatlak, süreksizlik, klivaj, zayıf noktalar veya yüzeyler bölgesinde gelişmektedir. İri boyularda çatlak bulma ihtimali daha fazla olduğundan daha kolay kırılmaktadır. Atomlar arası bağlar kırılmayacak kadar az gerilmeye tabi olduklarında Hook kanununa göre aldıkları enerjiyi geri vermektedirler. Elastisite ( E) Gerilme kuvveti BirimUzama Elastisite (E) Young Modülu olarak bilinir ve uzama miktarının tatbik edilen kuvvetle orantılı olduğunu ifade etmektedir. Kopma meydana geldiğinde ise depo edilmiş olan enerji, serbest yüzey enerjisine veya başka bir deyişle yeni meydana gelen yüzeylerdeki atomların potansiyel enerjisine dönüşmektedir. Griffith bu durama göre Çatlağın yayılması ile serbest bırakılan elastik gerilme enerjisi, meydana gelen yeni yüzeylerin yüzey enerjisine eşit olduğu zaman çatlak kayaç içinde yayılmaktadır.

37 4E F X l F x : malzemenin çekme kuvveti E : Elastisite (Young) modulü, : Yüzey enerjisi, L : Çatlak uzunluğu Buna göre; Malzemenin dayanımını etkileyen ana etkenler yüzey enerjisi ve çatlak uzunluğudur. Tane boyu küçüldükçe malzeme içinde büyük çatlak bulma olasılığı azalacağından tanelerin dayanımı, özgül yüzey alanı ve buna bağlı olarak yüzey enerjisi artacak ve tanenin mukavemeti artacaktır. İnce boyutlara inildikçe harcanacak enerji artacaktır. Enerji malzemenin şeklinin bozulması için harcanır (diskolasyon). Bu nedenle genellikle gevrek malzemeler parçalanır, sağlam malzemeler kopar. Tane içerisinde depo edilen enerjinin bir kısmı çatlağın yayılması ile serbest yüzey enerjisi haline geçmekte ve bu yüzeyler kimyasal olarak daha aktif, oksitlenmeye yatkın ve flotasyon reaktiflerine karşın duyarlılıkları yükselmektedir. Ufalama için gerekli enerji ortamda suyun bulunması halinde azalmaktadır. Katı yüzeyine bazı ilave kimyasal katkı maddelerinin yardımıyla enerji daha da azaltılabilmektedir. Bunun nedeni suyun ve kimyasal katkı maddelerinin yüzeye adsorplanması ve buradan çatlaklardaki bağları zayıflatması dolayısıyla kolay kırılmaya neden olmasıdır. Pratikte ufalama düzgün şekilde olmayan kayaçlara yapılmaktadır. Yükleme uniform olmayıp, çeşitli noktalardan uygulanmaktadır. Kırılma, basınç, gerilme ve kesme kuvvetleri etkisiyle olabilmektedir. Ufak parçaların azaltılması için baskı alanı küçültülmelidir. Bu durum kırıcılarda kırma yüzeylerinin oluklu yapılmasıyla sağlanmaktadır. Kırma yüzeyi kavisli olduğunda ise kırma zonu yukarı çıktığından daha çok ince malzeme üretilir. Şok ile kırmada oluşan taneler genellikle birbirine yakın boyuttadır. Aşındırma etkisiyle kırmada tanelerin birbirine teması sonucu görülür. Bu durum çok ince tanelerin oluşması nedeniyle cevher hazırlamada arzu edilmez. Örneğin kırıcıya yüksek besleme yapıldığında bu durum görülmektedir. Çarpma etkisiyle kırmada selektif bir kırma söz konusudur. Çünkü kırma sırasında parçalar özellikle zayıf olan yerlerden kırılmaktadır. Diskli kırıcılar örnek olarak verilebilir. Baskı zorlaması: Biri sabit biri hareketli ve zorlamayı ileten iki çalışan yüzey arasında taneler gidip gelme hareketi sırasında basınca tabi tutulurlar. Örneğin çeneli ve merdaneli kırıcılarda Kesme zorlaması: Nispeten küçük olan baskı kuvvetlerinin yanı sıra genellikle daha büyük ters yüklü kesme kuvvetlerinin etkisi altında gerçekleşir. Kesme zorlaması ile ufalamaya maruz kalan taneler birbirlerine göre ters yönlü hareket eden iki yüzey arasında bir gerilmeye maruz bırakılırlar. Un, kahve değirmeni gibi ufalayıcılar bu tip ufalanmaya örnektir. Ayrıca kendi ekseni etrafında dönen değirmenlerde (bilyalı ve çubuklu) kaskad çalışma şartlarında (değirmen hızı düşük) görülürler. Darbe zorlaması: Darbe yoluyla zorlama ya konik kırıcılarda olduğu gibi kırıcı koniler vasıtasıyla yada kendi ekseni etrafında dönen değirmenlerde (tambur) değirmenlerdeki gibi öğütücü ortam (katarakt) hareketidir. Çarpma zorlaması: Yüksek hızda serbest hareket eden tanelerin sabit bir çarpma elemanına veya diğerine çarpması halinde görülmektedir. Çarpma zorlaması ile ufalamada, parçalanma özellikle zayıf olan tane sınırları boyunca gerçekleşmektedir. Dolayısıyla selektif bir kırma söz konusudur. Örneğin şoklu, çekiçli kırıcı ve otojen öğütme verilebilir. 3

38 2.3. Kırma işlemi ve Kırma Devre Tertibinde Dikkat Edilecek Noktalar Beslenen malzemenin tek aşamada ince boyutlara ufalanması teknik olarak uygun değildir. Kırıcı yapısı ve cevher özelliklerine göre boyut küçültmenin kademeli yapılması gerekir. BKO kırıcı seçiminde göz önünde tutulması gerekli önemli parametrelerden biridir. Elle veya martapikorlerle kırma birinci kırma öncesi ızgaralarda yapılır. Laboratuarlarda bu işlemler balyoz, çekiç, tokmak veya havanla gerçekleştirilir. Buradaki amaç kırıcı girişine uygun büyüklükte malzeme üretmektir. Kırma devreleri aşamalı olarak açık veya kapalı devre olarak çalıştırılmaktadır. Diğer kırıcı tipleri ile karşılaştırılırsa, jiratör kırıcıların çok büyük serbest besleme açıklıkları mevcuttur. Kapasiteleri yüksektir (>900 t/h) ve kırıcıya beslenen malzemeyi kontrol etmeden direkt besleme yapılabilir. Şoklu ve darbeli kırıcılar çatlak ve zayıf yerlerden kırma yaparla. Sonuçta taneler kübik ve küremsi şekilli kırılırlar. Bu kırıcıların BKO yüksektir. 3. Kırıcılar ve Özellikleri Kırma işlemi ve Kırma Devre Tertibinde Dikkat Edilecek Noktalar Çok çeşitli ve boyutta kırıcılardan hangisinin uygun olacağı kırıcıya beslenecek maksimum tane boyutuna, boyut küçültme oranına (BKO), kırıcı kapasitesine ve cevher özelliklerine bağlıdır. Beslenen malzemenin tek aşamada ince boyutlara ufalanması teknik olarak uygun değildir. Kırıcı yapısı ve cevher özelliklerine göre boyut küçültmenin kademeli yapılması gerekir. BKO kırıcı seçiminde göz önünde tutulması gerekli önemli parametrelerden biridir. Elle veya martapikorlerle kırma birinci kırma öncesi ızgaralarda yapılır. Laboratuarlarda bu işlemler balyoz, çekiç, tokmak veya havanla gerçekleştirilir. Buradaki amaç kırıcı girişine uygun büyüklükte malzeme üretmektir. Kırma devreleri aşamalı olarak açık veya kapalı devre olarak çalıştırılmaktadır. Diğer kırıcı tipleri ile karşılaştırılırsa, jiratör kırıcıların çok büyük serbest besleme açıklıkları mevcuttur. Kapasiteleri yüksektir (>900 t/h) ve kırıcıya beslenen malzemeyi kontrol etmeden direkt besleme yapılabilir. Şoklu ve darbeli kırıcılar çatlak ve zayıf yerlerden kırma yaparla. Sonuçta taneler kübik ve küremsi şekilli kırılırlar. Bu kırıcıların BKO yüksektir. Genel olarak BKO>30 ise 3 kademe kırma, BKO<30 ise 2 kademe kırma tercih edilir. Son kademede boyut kontrolü için kapalı devre tertip edilir. Çeneli kırıcının BKO oranı 4-7 arasında değişir. Kırıcılar Kırmada kullanılan kırıcılar; Birincil kırıcılar (çeneli diğer adıyla konkasör, Jirator), İkincil kırıcılar (konik, çekiçli), Üçüncül kırıcılar (çekiçli, merdanleri) ve hatta dördüncül kırıcılar şeklinde sınıflandırmak mümkündür. Aynı makineler hem birincil kırmada hem de ikincil kırmada kullanılabilmektedir. Ancak birincil kırıcıların kapasiteleri ve boyutları ikincil kırıcılardan yüksektir. Kırıcılar kırmayı sağlayan hareketin cinsine göre de sınıflandırılmaktadır: En küçük parçaya en küçük hareketi yapan kırıcılar (çift istinat kollu çeneli kırıcı) En büyük parçaya en küçük hareketi yapan kırıcılar, Küçük ve büyük parçalara aynı hareketi yapan kırıcılar (univeral tip). 4

39 Birincil Kırıcılar Çeneli kırıcılar Mafsallarına göre sınıflandırılırlar. Blake tipi Dodge tipi Universal tip En küçük parçaya en büyük En büyük parçaya en büyük Bütün parçalara aynı hareketi hareketi yapar hareketi yapar yapar Çift istinat kollu çeneli kırıcı Tek istinat kollu çeneli kırıcı En küçük parçaya en küçük hareketi yapar. Salgı genliği aşağıya doğru arttığı için aletin tıkanması bir ölçüde azalmış olur. Daha hafif ve kompakt bir dizayn elde edilmiştir. Eksantrik milin dairesel yörüngeli salgı hareketi vardır. Oynar çene boyunca yukarıdan aşağıya doğru değişen ve eliptik salgı hareketi vardır. Daha büyük kapasitelidir. Tıkanıklı beslemeye uygundur. Aşınma fazla ve bakım masrafları fazladır. Yatırım maliyeti düşüktür. Ara kademe kırıcısıdır. Blake Tipi kırıcılarda Yapı Unsurları ve Özellikleri Gövde : Kırıcının bütün parçalarını bir arada tutar. Çeşitli kuvvet ve şoklara dayanıklıdır. Tek parça yerine montaj kolaylığı için birkaç parçadan imal edilir. Çene ve çene plakaları : Çene ve gövde aşınmalara karşı mangenezli çelik alaşımlı plakalardan üretilir. Plakalar düz, genellikle kavisli ve girintili yapılır. Kavisli çene plakası kullanmakla kırıcıdaki ince kırma zonu yukarı taşınmış ve böylece tıkanma önlenmiş olur. Volanlar : Kırma yapılmadığı sırada enerji volanlarda depo edilir. Kırma zou : Çene plakaları ile yan plakalar arasında ve parçaların kırıcıya girişi ve çıkışı arasında kalan bölgeye kırma bölgesi denir. Bütün çeneli kırıcılar ağır boyutları ile tanımlanır (25 x 50 cm). Çeneli kırıcıya verilecek en büyük tane boyutu ağız açıklığının (ağzın küçük boyutu) %80-90 ını geçmemelidir. Aksi durumda parça aşağı inemez ve çeneler tarafından kavranamamaktadır. Çeneli kırıcılarda genellikle o kavrama açısı kullanılmaktadır. 26 o üzerinde açılar kapasite kaybına ve aşınmalara neden olur.

40 6 2 tan 2 1 : Kavrama açısı : Plaka ile parça arasında sürtünme katsayısı (Taşla-Çelik arasında 0.3) Boğaz açıklık ayarı : Aşınmaları azaltmak amacıyla kırıcı üzerinde bulunan kamalı ayar mekanizmasıyla bir dereceye kadar ayar yapılabilir. Salgı genliği ve ayarı : Hareketli çenenin maksimum genliği kırılacak malzemeye bağlıdır (1-7 cm). Sağlam, plastik özellik gösteren malzemeler için büyük, sert ve kırılgan malzemeler için küçük genlikler kullanılır. Salgı genliği arttıkça tıkanmalar azalmasına rağmen, daha fazla ince ürün alınmaktadır. Salgı genliği çene boyunca değişiktir. Kırıcı salgı genliği boğazdan ölçülen genliktir. Küçük ayar istinat kolun dayandığı arka uç yatağı seviyesini alçaltıp yükseltmekle yapılırken, büyük ayar eksantrik tertibatın değişmesiyle yapılır. Hız ve hız ayarı: Hız çeneli kırıcının boyutu ile ters orantılıdır ( dev/dk). Kırılacak parçaların aşağı doğru yeni bir pozisyona hareket edip tekrar tutulmalarına yetecek kadar süre olmalıdır. Hız artışı düz çenelerde ürün ebadını değiştirmezken, kavisli çenelerde daha ince ürün alınmasına neden olur. Hız arttıkça kapasite de artmaktadır. Motor tahrik sistemini değiştirmekle belirli sınırlar içinde hız ayarlanabilir. Kapasite : Cevher özellikleri, kırıcı yapısı, tesis kuruluşu gibi bir çok değişkene bağlıdır. Taggart çeneli kırıcı kapasitesiyle ile ilgili ampirik bir formül vermiştir. T 0. 6xLxS T : Kapasite (ton/saat) L : Ağız açıklığı (inç) S : Çıkış açıklığı (inç) Çok büyük ve çok küçük kırıcılar haricinde bu formülün doğru sonuç verdiği iddia edilmektedir Jiroskopik Döner kırıcılar Çeneli kırıcılara göre daha fazla kapasite elde etmek için geliştirilmiştir. Ana mil: Köprü ortasında asılı ve alt kısmı hızla dönebilen ve sabit kırma zonu içinde eksantrik jiroskopik hareketi nedeniyle konik bir alanı taramaktadır. Göbek veya kırıcı kafa: Sert mangan çeliğinden yapılmıştır. Çan şeklinde ana mil ile birlikte dönmektedir. Gövde ve kabuk: Üst gövde iç yüzeyleri konkavlarla kaplı, ters koni şeklindedir. Alt kısım ise muhafaza ve taşıyıcı görevindedir.

41 7 Jiroskopik döner kırıcıların 2 ana tipi vardır. Oynar Milli Kırıcı ağzında küçük, boğaza doğru daha büyük bir salgı genliği yapılır. Tıkanma azdır. Sabit Milli Genlik sabittir. Küçük ve büyük parçalara aynı hareketi yapmaktadır. Kapasite yüksektir, tıkanmalar olur Döner kırıcıların pek çoğunda aşırı yükleme halinde hidrolik bir sistem vasıtasıyla ana mil aşağı doğru hareket ettirilerek, tıkanmaya neden olan parçaların aşağı düşmesi sağlanır. Jiroskopik kırıcılar tam süre ile kırma yaparlar. Bu nedenle kapasiteleri yüksektir. 900 t/h kapasitelerde bunlar seçilirler. Döner kırıcılar giriş açıklıkları ve kırıcı kafa alt çaplarıyla tanınırlar (42 x 70, 107 x 178 cm) Primer Kırıcıların Karşılaştırılması Bir tesiste çeneli veya döner kırıcının hangisinin kullanılacağına karar vermede en önemli faktörler, kırıcının kavraması istenen besleme malının maksimum tane büyüklüğü ve kapasitesidir. Döner kırıcıların kırma kapasiteleri yüksektir. Jiroskopik kırıcılar devamlı çalışırken, çeneli kırıcılar fasılalı olarak çalışırlar. Çenelik kırıcı bütün kırma yüzeyi ile yarı sürede kırma yaparken, döner kırıcılar yarım yüzeyleri ile tam sürede kırma yaparlar. Jiroskopik döner kırıcılar tıkanıklı beslemeye uygundur. Dolayısıyla kırma zonu sürekli dolu tutulabilmektedir. Döner kırıcılar büyük işletmeler için daha avantajlıdır. Maksimum kapasitesi ton cevher başına enerji sarfiyatı daha azdır. Çeneli kırıcılar kapasiteden ziyade kırıcı ağız açıklığının önemli olduğu hallerde daha avantajlıdır. Tesis dizaynında faydalı bir ampirik formül Taggart tarafından aşağıdaki şekilde verilmiştir; Kıırılacak cevher miktarı(t/h) Agiz 2 açikligi (m ) Çeneli kırıcı kullanmak aksi takdirde döner kırıcı kullanmak avantajlıdır Çeneli kırıcının ilk yatırım ve bakım masrafları döner kırıcıdan biraz daha düşüktür. Çeneli kırıcının bakım, montaj ve taşınma gibi avantajları vardır. Killi, rutubetli ve plastik özellik gösteren malzemelerin kırılmasında daha büyük salgı genliği nedeniyle çeneli kırıcı daha avantajlıdır. Döner kırıcılar daha ziyade sert, aşındırıcı malzemeler için tercih edilir. Hem çeneli kırıcının hem de döner kırıcıların ufalama oranları 3-11 arasında değişir.

42 İkincil Kırıcılar (Sekonder kırıcılar) Primer kırıcılardan daha küçük ve hafif kırıcılardır. Bu kırıcılara 15 cm den küçük boyutta malzeme beslenmektedir. Genel olarak ikincil (sekonder) kırıcılar aynı ufalama oranına sahip birincil kırıcılardan daha fazla enerji tüketir ve daha fazla aşınırlar. Sekonder kırma işlemlerinde en çok jiroskopik döner kırıcıların modifiye edilmiş şekli olan konik kırıcılar kullanılmaktadır. Çekiçli, çarpmalı ve darbeli kırıcılar ise kömür, kalker, çakıltaşı gibi kolay kırılan malzemeler, merdaneli kırıcılar ise özel uygulamalarda kullanılmaktadır Konik kırıcılar Oynar milli jiroskopik döner kırıcıya benzemektedir. Ana mil, kırıcı kafa ve göbek, kesik koni şeklinde 3 parçadan oluşur. Daha kısa olan ana mil, üstten asılma yerine kırıcı kafa altında bulunan alt gövdeyle irtibatlı küresel yatak tarafından taşınmaktadır. Geniş bir ağız açıklı gerekmediğinden üst gövde diğer döner kırıcılarda olduğu gibi, yukarıdan aşağıya daralan bir biçimde değil, genişleyen bir kesik koni şeklindedir. Kırılan malzeme için daha geniş bir boşalma alanı sağlar. Bu konik kırıcıya yüksek kapasite temin eder. Konik kırıcılar kırıcı kafa alt çapı ile tanınırlar. Göbek konisi salgı genliği primer kırıcılardan 5 kat daha fazla olabilir. Konik kırıcılarda yüksek dönme hızları ( dev/dk) kullanılır. Salgı genliği ve hız büyük olduğundan dolayı malzeme basınçtan ziyade darbe etkisiyle kırılır. Ufalama oranları 3-7 olmasına rağmen bazı durumlarda 28 e kadar çıkabilmektedir. Symons Konik kırıcısı Piyasada en çok tercih edilen kırıcıdır. İki tipi vardır. Standart tip: İkincil kırma işlemleri için tasarlanmıştır. Kısa kafalı tip: Daha ince veya üçüncül (tersiyer) kırma için tasarlanmıştır. İkisi arasındaki en önemli fark kırma zonundadır. Standart tipte kırma zonu basamak şeklinde astarlarla kaplıdır ve böylece daha iri besleme (0.5-6 cm) yapılabilir. Kısa kafalı tipte kırıcı kafanın konikliği daha diktir. Böylece ince malzemenin tıkanması önlenmiş olur.

43 Symons konik kırıcının önemli bir özelliği gövdenin çevresi boyunca eşit aralıkla yerleştirilmiş yaylar veya bir hidrolik sistemin, kırma zonuna sert bir parçanın girmesi durumunda kırıcının hasara uğramaması için üst gövdeye esneklik vermesidir. Ayrıca sert malzemenin kırılması sırasında yaylar devamlı açık kalırsa iri parçaların kaçma ihtimali artmaktadır Diskli kırıcılar Bu kırıcılar özel şekilli konik kırıcılardır. Çok ince ürün elde etmek için kullanılılar. Taş ocaklarında büyük miktarda -1 cm boyutunda kum veya çakılın ekonomik olarak elde edilmesinde uygulama alanı bulmuştur. Konik kırıcılardan temel farkı, kırma zonunun yapısıdır. Kırma hareketi, kırma zonunda tabakalı şekilde dizilen tanelerin darbe aşındırma yoluyla ufalanmasına dayanır. Kırma işlemi diğer konik kırıcılardaki tek tabaka halinde değildir. Tanelerin birbirleri üzerinde kırılması nedeniyle aletin çıkış açıklığı ayarı ile elde edilen ürün boyutu diğer kırıcılardaki gibi direkt ilişkili değildir. Taş ocaklarında açık devre halinde çalıştırıldıklarında, küp şeklinde -1cm altında belirli bir kum oranında mıcır üretilir Darbeli (impact) kırıcılar Hem birincil (primer) hem de ikilci (sekonder) kırma kademesinde kullanılır. Basınçla kırılan parçalarda iç gerilmeler daha sonra çatlamalara neden olurlar. Darbe ise ani kırılmalara neden olmakta ve parça içinde gerilme bırakmazlar. Bu durum tuğla yapımı, bina inşaatı, yol yapımı, çimento için önemlidir. Diğer önemli avantaj kübik yapıda ürün vermesidir. Taş ocaklarında mıcır üretiminde kullanılırlar. %15 den fazla silis olan cevherler için uygun değildir. Kömür, kalker, jips, çakıl ve beton agrega için uygundur. Yüksek ufalama oranı (BKO=40) istendiğinde, kırılan üründe fazla ince malzemenin zararlı olmadığı hallerde ve cevherin aşındırıcılığı fazla değilse primer kırma işlemlerinde kullanılabilirler. Çelikten yapılmış çeper içinde, yatay bir eksen etrafında dönen bir göbek ve bu göbeğin çevresine yerleştirilmiş çekiçler bulunmaktadır. Çekiçler mangan çeliği veya kromium karbit ihtiva eden nodüler dökme demirden aşınmaya dayanıklı olarak yapılmaktadır. Dik milli ve yatay milli olarak üretilirler. Dik milli olanların astar aşınması azdır. Dönen çekiçler üzerine parça önce çekiç darbesi ile sonra öğütme plakaları ve birbirlerine çarparak kırılırlar. Kırma bölgesinin altı açık veya bir elek-ızgara ile kaplıdır. 9

44 10 Çekiçli ve sabit paletli tipleri vardır. Sabit paletlide kırma rotorda, çekiçlide çekiçlerde gerçekleştirilmektedir. Rotor dönme hızları dev/dk arasında değişmektedir. Darbeli kırıcılar giriş ağız boyutlarıyla tanımlanır (45x60 cm) Merdaneli (rolls) kırıcılar Yatay ve paralel eksenler etrafında zıt yönlerde dönen iki silindirden ibarettir. Kırılacak parça bu iki tambur arasına girerek baskı zorlaması ile kırılır. Gövde (gergi çubuğu ve gergi yayı), merdaneler ve volanlar ana yapı unsurlarıdır. Merdaneli kırıcılar diğer kırıcılara nazaran daha az ince malzeme içeren ürün verirler ve ufalama oranları (BKO=2-4) düşüktür. Uygun bir ufalama oranı elde edebilmek amacıyla besleme malı boyutlarına göre çok büyük çaplı merdaneler yapılması gereği en önemli dezavantajıdır. Bu nedenle pahalı bir kırıcıdır. Gravite uygulanan tesislerde, çok kırılgan, yapışkan, kalker, kömür, jips, fosfat ve yumuşak demir cevherinde uygulama alanları bulunmaktadır. tan N olmalıdır. 2 N Cos 2 D S D d : Sürtünme katsayısı N : Kavrama açısı, D: Merdane yarıçapı, d : Tane yarıçapı, S : Merdaneler arası yarı mesafe, Cevher-merdane arası sürtünme katsayısı = olduğundan N max = 30 o yi geçmez. Düz yüzeyli merdaneler ince kırmada, oluklu ve dişli merdaneler iri kırmada tercih edilir. Yumuşak ve yapışkan demir cevheri, kırılgan kömür ve kireç taşı gibi malzemelerin iri kırmasında kullanılır. Merdaneli kırıcılar merdane çapları ve genişlikleriyle tanımlanırlar. Teorik kapasite; C 188.5* n* D* W * g * s C : Teorik kapasite, n : merdane hızı (dev/dk), D : merdane çapı (m), W : merdane genişliği (m), g : Besleme malının özgül ağırlığı (kg/m3), s : merdaneler arası mesafe (m) Pratik kapasite teorik kapasitenin %25 i kadardır.

45 11 4. Kırma Deneyi Sırasında Yapılacak İşlemler a) Deney hakkında bilgi, b) Araç, gereç ve malzeme hazırlığı, c) Kullanılacak kırıcılar hakkında bilgi, d) Kırılacak malzemenin özelliklerinin belirlenmesi, e) Çeneli kırıcının deney için hazırlanması, f) Serbestleşme boyutuna göre kırıcı ağız ve boğaz açıklıklarının belirlenmesi, g) Eleksiz açık devre kırma başlangıç süresinin belirlenmesi, h) Malzemenin çeneli kırıcıya beslenmesi ve kırmanın gerçekleştirilmesi, i) Kırma bitiş süresinin belirlenmesi, j) Malzemenin alınması ve çeneli kırıcının temizlenmesi, k) Çekiçli kırıcının deney için hazırlanması, l) Elekli açık devre kırma başlangıç süresinin belirlenmesi, m) Çeneli kırıcı ürünü malzemenin çekiçli kırıcıya beslenmesi ve kırma işlemi, n) Kırma bitiş süresinin belirlenmesi, o) Kırılmış ürünün çekiçli kırıcıdan alınması ve çekiçli kırıcının temizlenmesi. 5. Değerlendirme Soruları a) Deneysel çalışmalarda kullandığınız kırıcıların boyut küçültme oranlarını belirleyiniz. b) Deneysel çalışmalarda kullandığınız cevher için çeneli ve çekiçli kırıcının pratik kapasitelerini ton/saat (t/h) cinsinden hesaplayınız. c) Cevher özelliklerinin kırma işlemine ve kırıcıların kapasitelerine olan etkilerini açıklayınız. d) Deneyde uyguladığınız kırma işleminin aşamalarını, bir boyut küçültme akım şemasında gösteriniz. e) Bilyalı öğütmeye malzeme hazırlamak amacıyla üç kademeli kırma tesisi akım şeması çiziniz. f) Saatte 660 ton olan bir cevher ağız boyutları 160*210 cm olan kırıcıda ufalanmak isteniyor. Bu işlem için hangi birincil kırıcıyı seçersiniz, neden? g) Bir cevher 100 mm altına kırılmak isteniyor. Yeni besleme miktarı 250 ton/saat cevherde %65 oranında +100 mm (100 mm den iri) cevher mevcuttur. Kırıcıda çıkan kırılmış üründe +100 mm oranı %15 dir. Eleğin eleme verimini %92 kabul ederek; Kırıcının açık devre çalışma şeklini çizerek, kırıcıya ve eleğe gelen yükü hesaplayınız. Kırıcının kapalı devre çalışma şeklini çizerek, kırıcıya ve eleğe gelen toplam yükü hesaplayınız.

46 İNÖNÜ ÜNİVERSİTESİ MADEN MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ CEVHER HAZIRLAMA LABORATUVARI l ÖĞÜTME DENEYİ 1. ARAŞTIRMA-TARTIŞMA SORULARI a) Öğütme nedir? Öğütme tane boyu ne demektir? Cevher hazırlama ve zenginleştirme işlemleri açısından öğütmenin temel gayesi nedir? Belirtiniz. b) Boyu çapına eşit ve 20 cm ölçüsünde olan laboratuvar ölçekli ve silindir biçimli bir bilyalı değirmene,1 m 3 ünün ağırlığı 4600 kg olan öğütücü ortamdan (çelik bilya) değirmen iç hacminin %30 luk kısmını dolduracak kadar şarj edilecektir. Buna göre; i) Şarj edilmesi gereken öğütücü ortam miktarı kaç kg dır? ii) Bu işlem için çapı 2 cm ve yoğunluğu 7,5 g/cm 3 olan bilyalardan kaç adet kullanılması gerektiğini hesaplayınız. 2. GİRİŞ Kırma işlemine kıyasla daha küçük tane boylarında yapılan boyut küçültme işlemine öğütme denir. Öğütme, boyut küçültme işlemlerinin son aşamasıdır ve başarılı bir cevher zenginleştirme işleminin gerçekleştirilmesinde kilit rol oynamaktadır. Cevher hazırlama ve zenginleştirme işlemleri açısından boyut küçültmenin en önemli amaçlarından biri tane serbestleşmesini sağlamaktır. Çünkü, özellikle fiziksel zenginleştirme işlemlerinde, kazanılmak istenen mineral(ler)in serbestleşme boyutuna inildikten sonra ayırım/zenginleştirme yapılabilmektedir. Kırma işlemleriyle başlayan tane serbestleşme süreci öğütme ile tamamlanmaktadır. Öğütme, kırma gibi bir boyut küçültme işlemi olmasına rağmen; öğütme işleminin uygulandığı parçanın ve işlem sonrası ürünün boyutları kırmaya oranla daha küçük olduğundan kullanılan öğütücülerin yapıları da buna bağlı olarak kırıcılardan daha farklıdır. Değirmenlerde öğütücü yüzeylerin (boyut küçültücü elemanların) birbirleriyle temasını ancak araya giren parçalar/cevher taneleri önler; aksi durumda bu yüzeyler birbirleriyle temas halindedir. Kırıcılarda ise kırıcı yüzeyler hiç bir zaman birbirlerine temas etmezler. Öğütücülerin yapısal özellikleri bakımından dört çeşit öğütme sistemi vardır. a) Aktarılan ortam sistemi b) Yuvarlanan merdane sistemi c) Dönen disk sistemi d) Tokmakla dövme sistemi Günümüzde cevher hazırlama işlemlerinde en fazla kullanılan değirmenler, aktarılan ortamla çalışan değirmenlerdir. 1

47 Bilyalı değirmen Çubuklu değirmen Öğütülecek malzeme/cevher ile öğütücü ortamdan meydana gelen karışım, bir silindir içerisine yerleştirilir ve silindir belirli bir hızla döndürülür. Silindir dönerken, içindeki malzeme devamlı aktarılır. Bu şekilde çalışan değirmenlere aktarılan ortamla çalışan değirmenler denilmektedir. Aktarılan ortamla çalışan değirmenler, darbe ve sürtünme ile taneleri ufalar. Yuvarlanan ve kayan cisimlerin uyguladığı kuvvetlerden oluşan sürtünme ve makaslama kuvvetleri, tanelere basınç olarak uygulanan darbe kuvvetine göre daha ince ürün verme eğilimindedir. Öğütücü ortam olarak bilyalar, çubuklar, çakıllar ve iri cevher parçaları kullanılmaktadır. Bu tip değirmenler kullanılan öğütücü ortam cinsine göre adlandırılır. Örneğin, aktarılan ortam prensibine göre öğütme yapan bir değirmen, öğütücü otam olarak bilya kullanılıyorsa bilyalı değirmen ; çubuk kullanıyorsa çubuklu değirmen adını almaktadır. Öğütme işleminde besleme tane boyutu, çubuklu değirmenlerde 10 mm ye, otojen değirmenlerde ise 60 mm ye kadar çıkabilmektedir. Öğütme işlemi sonunda elde edilen ürünün tane boyu sınırı, teknik ve ekonomik duruma göre belirlenir. Öğütülen cevherin tane boyu inceldikçe minerallerin serbestleşmesi artarken, öğütme maliyetinde de önemli bir artış olduğu gözlenmektedir. Bu nedenle cevher içindeki değerli mineralleri optimum biçimde serbestleştirmek için (veya ekonomik serbestleşme boyutuna indirmek için) belirlenen tane boyutuna öğütme tane boyutu adı verilir. Aktarılan ortamla çalışan değirmenlerde öğütme tane boyutu şu faktörlere bağlıdır. a) Değirmen türü (bilyalı, çubuklu gb.) b) Öğütücü ortam cinsi ve miktarı c) Besleme malı(öğütülecek malzeme) tane boyu d) Besleme malı miktarı e) Öğütülen malzemenin özellikleri (sertliği, kırılganlığı, nem oranı, kil oranı, yoğunluğu vb.) f) Öğütme süresi g) Değirmen dönüş hızı 2

48 3. DENEY ÇALIŞMASI 3.1. Amaç Bu deneyin genel amacı, aktarılan ortam prensibine göre çalışan değirmenleri tanımak ve bazı çalışma parametrelerinin öğütme tane boyuna olan etkisini elek analiz sonuçlarıyla birlikte değerlendirmektir Malzeme Daha önce kırılmış cevher veya kömür örnekleri 3.3. Donanım Numune azaltma aparatları, değirmenler ve değirmen döndürme tamburu, öğütücü ortam 3.4. İşlem Öğütme deneyi sırasında aşağıdaki sıralanmış olan işlem aşamaları takip edilecektir. i) Kırma deneyinden elde ettiğiniz kırılmış cevherden yeteri miktarda temsili örnek alınız. Bu örnek öğütme deneyinde kullanılacak besleme malzemesidir. Geri kalan kırılmış örneği elek analizi için torbalayarak saklayınız. ii) Besleme malzemesini bıçaklı bölücüden geçirerek, bilyalı ve çubuklu değirmen beslemesi olmak üzere, ikiye ayırınız. iii) Bilyalı ve çubuklu değirmen silindirlerini, kapaklarıyla birlikte, temizleyiniz. iv) Bilyalı ve çubuklu değirmene şarj edilmesi gereken öğütücü ortam miktarını belirleyiniz ve bu işlem için gerekli hesaplamaları yapınız. Belirlemiş olduğunuz sayıdaki bilya ve çubuğu kuru öğütme için usulüne uygun bir şekilde temizledikten sonra değirmenlere özenle yerleştiriniz. v) Daha önce iki kısma bölmüş olduğunuz kırılmış malzeme örneğinin bir tanesini bilyalı değirmene, diğerini ise çubuklu değirmene boşaltınız ve değirmen kapaklarını sıkıca kapatınız. vi) Değirmenleri, değirmen döndürme tamburları arasına dikkatlice yerleştiriniz. vii) Uygun bir değirmen dönüş hızı belirleyiniz ve cihazınızı bu hıza ayarlayınız. viii) Öğütme başlangıç süresini kaydediniz ve değirmeni çalıştırınız. Öğütme süresini 3 dakika seçiniz ve 3 dakika öğütmeden sonra değirmeni durdurunuz. ix) Değirmeni tamamen boşaltıp öğütülmüş malzemeden g kadar örnekleme yapınız. Bu örnekleri (3 dakika öğütülmüş malzeme) daha sonra yapılacak olan elek analizi için saklayınız. x) Geri kalan malzemeyi tekrar değirmene boşaltınız ve değirmenleri çalıştırınız. xi) Dönme başlangıç zamanını kaydediniz ve 3 dakika sonra değirmeni durdurunuz. xii) Değirmeni tamamen boşaltıp öğütülmüş malzemeden g kadar ikinci bir örnekleme yapınız. Bu örnekleri (6 dakika öğütülmüş malzeme) daha sonra yapılacak olan elek analizi için saklayınız. xiii) Kullandığınız bütün makine ve araç-gereç vs. temizliğini yapınız Değerlendirme Soruları i) Bilyalı değirmenler ile çubuklu değirmenleri öğütme mekanizmaları ve verdikleri ürün tane boyutu bakımından karşılaştırınız. ii) Öğütmede kaskat etki, katrakt etki ne demektir? Araştırınız. 3

49 Ek 1: 4

50 İNÖNÜ ÜNİVERSİTESİ MADEN MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ CEVHER HAZIRLAMA LABORATUVARI l ELEK ANALİZİ DENEYİ ARAŞTIRMA-TARTIŞMA SORULARI a) Mineral mühendisliği bakımından tane ve tane boyutu ne demektir? Araştırınız. b) Elek analizi ne demektir? Bir malzemenin elek analizi nasıl yapılır? c) Elek açıklığı, tutan elek açıklığı, geçen elek açıklığı ve eleme verimi terimleri tanımlayınız. d) Meş(mesh) sayısı neyi ifade etmektedir, nasıl tanımlanır? Belirtiniz. e) Standart elek ne demektir? Bilinen elek standartları hangileridir? Araştırınız. 1. GİRİŞ Tane boyu analizi, cevher hazırlamanın her adımında kullanılan bir yöntemdir. Özellikle serbestleşmenin saptanmasında, kırma, öğütme, sınıflandırma ve susuzlandırma gibi birim işlemlerin tasarımında, performans analizinde veya prosesin kontrol ve anlaşılmasında başvurulan ana araçlardan biridir. Genel olarak boyut küçültme işlemlerinden geçirilmiş malzemelerde değişik şekillerde ve boyutlarda taneler bulunur. Tane boyut analizi, herhangi bir boyut grubunda (ya da tane boyutu aralığında) bulunan tanelerin boyutlarıyla miktarları arasındaki ilişkiyi verir. Tane boyut dağılımını belirlemek için birçok yöntem mevcuttur(şekil 1). Şekil 1. Tane boyutu analiz yöntemleri 1

51 Tane boyut dağılımı, bir numunede tanelerin boyutları ile miktarları arasındaki ilişkidir. Bir numunenin boyut dağılımı bu numunede hangi boyutta ne kadar miktar malzeme bulunduğunu gösterir. Malzemenin boyut dağılımının bilinmesinin çok çeşitli yararları vardır. Bu yararların birkaçı aşağıda sıralanmıştır: Boyut küçültme işlemlerinin denetimini sağlamak Bir cevherin çeşitli tane boylarında mineral serbestleşme derecelerini saptamak Boyut küçültme cihazlarını, verdikleri sonuçlar yönünden birbiriyle karşılaştırmak Cevherlerin kırılganlık ve ufalanabilirlik derecelerini saptamak Bir malzemede boyuta göre tenör dağılımlarını saptamak Kırılmış veya öğütülmüş malzemenin ortalama tane boyutunu bulmak Belli bir malzemeye ait boyut dağılımı özelliğinden yararlanarak, bu malzemenin herhangi bir boyut küçültme işleminden sonraki tane boyutu dağılımını tahmin etmek Tane boyu analizleri genellikle 38 mikrona kadar olan iri boylarda standart laboratuvar elekleri kullanılarak yapılmaktadır. Eleme, tanelerin belirli büyüklükteki delik veya açıklıklardan geçebilme veya geçememe özelliğine dayanarak yapılan bir tane büyüklüğüne göre sınıflandırma işlemidir. Elek analizi ya da elek çözümlemesi ise, farklı büyüklükteki tanelerden oluşan kırılmış ve/veya öğütülmüş malzemenin Tane Boyu Dağılımını saptamak için yapılmaktadır. Elek analizi işleminde, elek analizi için yeteri miktara azaltılmış numune elek açıklıkları birbirinden faklı olan bir dizi elekten geçirilir. Herhangi bir elek analizinde kullanılacak olan en iri elek açıklığı, elenecek numunedeki en iri tane boyutuna bağlı olarak seçilir. Kullanılacak en iri elek açıklığı, numunedeki en iri tane boyutundan biraz küçük olmaktadır. En iri eleği takip edecek diğer eleklerin elek açıklıklarının bir geometrik dizi oluşturması tercih edilir. Bunun için laboratuvar elemesi için imal edilmiş standart test elekleri kullanılır(şekil 2a ve Ek 1). Eleme işlemine en büyük delik açıklıklı elekten başlanır ve gittikçe küçülen delik açıklıklı eleklerle devam edilir. Eleme işlemi, elle veya otomatik olarak yapılabilir. Elle elemede, elekler teker teker kullanılır. Otomatik elemede ise bir elek sarsma makinesinden(ro-tap) yararlanılır(şekil 2b). Eleklerin, elek açıklıkları üstten alta doğru gittikçe küçülecek şekilde üst üste yerleştirilmesiyle hazırlanan elek seti(genellikle 6 elekten oluşur), eleme makinesine sıkıca yerleştirilir. Makine, eleklere sürekli titreşim+eliptik dönüş+darbe şeklinde hareket verir. Eleme işleminde malzeme kuru veya yaş olarak elenebilir. Kuru eleme, topaklanma ve yapışmanın olmadığı numunelere uygulanır. Yaş eleme ise genellikle kuru elemenin güç olduğu killi, yapışkan ve çok küçük boyutlu malzemelerin elenmesinde kullanılır. Sudan etkilenen malzemeler için sulu eleme yapılmaz. Eleme işlemi sonunda elekler çıkarılıp, herbir eleğin üstünde kalan miktar tartılır ve o tane boyuna ait ağırlık yüzdesi toplam malzeme miktarına oranla hesaplanır. Elde edilen sonuçlar grafiksel olarak değerlendirilir. 2

52 Elek seti a) Test eleği b) Elek sarsma makinesi Şekil 2. Standart test eleği ve elek sarsma makinesi Elemede duyarlı bir ayırım, eleme randımanının (veriminin) yüksek olmasıyla sağlanabilir. Ancak eleme randımanına etki eden birçok faktör vardır: Elenen malzemedeki tane boyutu dağılımı(elenen malzemedeki elek altı oranı önemli) Elenen malzemedeki tane şekilleri Elenen malzemedeki kritik boyutlu tane oranı (kritik boyutlu tane, elek açıklığının 1,25 ile 0,75 katı arasındaki tanelerdir.) Elenen malzeme miktarı Elenen malzemenin nem oranı, kil miktarı, yoğunluğu, kırılganlığı vb. özellikleri Eleme yöntemi (elle, otomatik, kuru, yaş) Elek açıklıklarının şekli ve büyüklüğü Elek yüzeyinin geometrik özellikleri(elek yüzeyi şekli, elek açıklık oranı gibi) Eleme sırasındaki numune kaybı (numune kaybı elenen malzemenin %0,5 ini geçmemeli) Eleme süresi Bir eleme işleminde elemenin başlangıcından itibaren elek altına geçen miktar sürekli olarak artar. Bu nedenle eleme işleminin tamamlanacağı sürenin saptanması zorunludur. Eleme süresi yukarıda sayılan ilk sekiz madde ile de yakından ilişkilidir. Eleme bitiş noktası denemelerle belirlenebilir. Elek altına geçen malzeme miktarı periyodik aralıklarla kontrol edilir. Kuru elemede eleme bitiş süresi, 1 dakikada elek elek altına geçen miktarın, başlangıçtaki malzeme miktarının %1 inden daha az olduğu zamandır. 3

53 Toplam elek altı (%) Elek Analiziyle İlgili Örnek Bir Uygulama: İkincil kırıcıda 2,5 mm nin altına kırılmış 300 g ağırlığındaki numunenin elek analizi yapılarak elde edilen sonuçlar Çizelge 1 deki Elek Analiz Tablosu nda verilmiştir. Çizelge 1. Elek Analiz Tablosu Tane Boyutu (mm) Miktar Toplam (Kümülatif) Gram % Elek Üstü (%) Elek Altı (%) -2,500 +1,700 15,30 5,10 5,10 100,00-1,700 +1,200 60,02 20,01 25,11 94,90-1,200 +0,850 60,91 20,30 45,41 74,89-0,850 +0,600 43,83 14,61 60,02 54,59-0,600 +0,425 35,38 11,79 71,81 39,98-0,425 +0,300 24,92 8,31 80,12 28,19-0,300 +0,212 15,74 5,25 85,37 19,88-0,212 +0,150 13,17 4,39 89,76 14,63-0,150 30,73 10,24 100,00 10,24 Toplam 300,00 100,00 Elek analiz tablosundan yararlanılarak, aritmetik olarak bölünmüş kâğıda (milimetrik kâğıt) veya logaritmik ölçekli kâğıda normal dağılım eğrisi, toplam elek üstü ve toplam elek altı eğrileri çizilebilir. Çizilen bu eğrilerden en çok kullanılanı toplam elek altı eğrisidir , Tane boyutu (mm) Şekil 3. Toplam elek altı eğrisi 4

54 2. DENEY ÇALIŞMASI 2.1. Amaç Çeşitli amaçlar için kırılmış ve/veya öğütülmüş cevher numunesinin tane boyut dağılımının elek analiz yöntemi ile belirlenmesi deneyin genel amacını oluşturmaktadır Malzeme Daha önce kırılmış ve öğütülmüş cevher veya kömür örnekleri 2.3. Donanım Laboratuvar test elekleri, elek sarsma makinesi, terazi, bıçaklı bölücü, su jeti vd İşlem El ile ve otomatik eleme makinesi yardımıyla gerçekleştirilecek kuru eleme sırasında aşağıdaki işlemler takip edilecektir. i) Elek analizi yapılacak kuru/kurutulmuş malzemeden g kadar temsili örnek alınız. ii) Elek analizinde kullanılacak eleklerin elek açıklığını belirleyiniz ve elek setinizi oluşturunuz. iii) El ile elemede, elekleri teker teker kullanınız ve eleme işine en iri elekten başlayınız. iv) Eleme bitiş noktasına ulaşıldıktan sonra, elek üstünde kalan malzemeyi (kayıp olmamasına dikkat ederek) temiz bir kağıt üzerine boşaltınız ve tartınız. Ölçülen miktarı kaydediniz. v) Elek altına geçen miktarı (tavada biriken malzeme), bir sonraki eleğe aktarınız ve bu malzemeyi de yeniden eleyiniz. Elle eleme işlemini, elek dizisindeki en ince eleğin üzerindeki malzeme eleninceye kadar devam ettiriniz. vi) Otomatik eleme işlemi için ise, daha önce elek açıklıkları belirlenen elekleri, elek açıklığı en büyük elek en üstte olacak şekilde üst üste sıralanarak birbirine geçiriniz. Bu şekilde oluşturulan elek setini, dikkatli bir şekilde eleme makinesi (Ro-Tap) üzerine yerleştiriniz. Makine üzerindeki otomatik zaman ayarlayıcıyı daha önceden tespit edilen eleme süresine ayarlayınız ve eleme makinesi çalıştırınız. vii) Eleme süresi tamamlandıktan sonra, elek setini eleme makinesinden çıkarınız ve düzgün bir yüzey üzerine özenle yerleştiriniz. viii) Herbir eleğin üstünde kalan malzeme ile elek tavasında toplanan en ince fraksiyonu ayrı ayrı tartınız, tartım sonuçlarını elek analiz tablosuna geçiriniz Değerlendirme Soruları i) Elek analizi öncesi tartılan numune miktarı ile elek analizi sonrası toplam numune miktarını karşılaştırınız. Herhangi bir fark oluşmuş ise, bu farkın sebepleri neler olabilir? Belirtiniz. ii) Her bir numune için elek analiz tablosunu oluşturunuz ve toplam elek altı eğrisini çiziniz. iii) Öğütücü ortam cinsinin(bilya-çubuk) tane boyu dağılımına etkisini (elek analiz sonuçlarını dikkate alarak) açıklayınız. iv) Öğütme süresinin tane boyu dağılımına etkisini (elek analiz sonuçlarını dikkate alarak) açıklayınız. v) Elek analizi yapılmış her bir numune için 75 mikrondan daha küçük boyutlu malzeme miktarını, toplam elek altı eğrilerinden yararlanarak, en iyi yaklaşımla tahmin ediniz. 5

55 Ek 1. TYLER ve ASTM Elek Serileri TYLER Elek Serisi ASTM Elek Serisi Başlangıç Noktası: 200 meş lik elek Başlangıç Noktası: 200 meş lik elek Sabit Oran: Elek Açıklığı (milimetre=mm) (mikrometre= µm ) Meş No 4,75 mm 4750 µm 4,00 mm 4000 µm 3,35 mm 3350 µm 2,80 mm 2800 µm 2,36 mm 2360 µm 2,00 mm 2000 µm 1,70 mm 1700 µm 1,40 mm 1400 µm 1,18 mm 1180 µm 1,00 mm 1000 µm 0,850 mm 850 µm 0,710 mm 710 µm 0,600 mm 600 µm 0,500 mm 500 µm 0,425 mm 425 µm 0,355 mm 355 µm 0,300 mm 300 µm 0,250 mm 250 µm 0,212 mm 212 µm 0,180 mm 180 µm 0,150 mm 150 µm 0,125 mm 125 µm 0,106 mm 106 µm 0,090 mm 90 µm 0,075 mm 75 µm 0,063 mm 63 µm 0,053 mm 53 µm 0,045 mm 45 µm 0,038 mm 38 µm 0,032 mm 32 µm 0,025 mm 25 µm 0,020 mm 20 µm Sabit Oran: Elek Açıklığı (milimetre=mm) (mikrometre= µm ) Meş No 4,75 mm 4750 µm 3,35 mm 3350 µm 2,36 mm 2360 µm 1,70 mm 1700 µm 1,18 mm 1180 µm 0,850 mm 850 µm 0,600 mm 600 µm 0,425 mm 425 µm 0,300 mm 300 µm 0,212 mm 212 µm 0,150 mm 150 µm 0,106 mm 106 µm 0,075 mm 75 µm 0,053 mm 53 µm 0,038 mm 38 µm 0,025 mm 25 µm

56 MADEN MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 0321 CEVHER HAZIRLAMA LAB. I SERBESTLEŞME TANE BOYU SAPTANMASI DENEYİ 1. DENEYİN AMACI Zenginleştirme işlem(ler)inin seçimine ışık tutacak biçimde bir cevherdeki değerli ve değersiz minerallerin hangi tane boyutunda birbirlerinden serbest duruma geldiklerinin saptanmasıdır. 2. GİRİŞ Cevher hazırlama işlemleri, serbestleştirme ve ayırma adımlarından oluşmaktadır. Serbestleşme; değerli minerallerin, değersiz minerallerden (gangtan) veya değerli minerallerin birbirinden, boyut küçültme (kırma ve öğütme) işlemleriyle serbest hale getirilmesidir. Değerli minerallerin, değersiz minerallerden yüksek verim ve yüksek tenörle ayrılabilmesi, ancak yeterli ölçüde bir serbestleşmenin sağlanabilmesi ile mümkündür. Kırılmış ve öğütülmüş cevher parçacıklarına tane denir. Taneler bir mineralden ibaretse serbest tane adını alır, Birden fazla mineralden meydana gelen tanelere bağlı taneler denir. Kırılmış ve öğütülmüş cevherde bulunan bir mineralin toplam miktarına göre, serbest tanelerinin yüzdesine mineralin serbestleşme derecesi denir. Diğer bir ifadeyle, bir mineralin serbestleşme derecesi; bu mineralin toplam miktarının yüzde kaçının serbest taneler halinde bulunduğunun ifadesidir. Zenginleştirme süreçlerinden önce serbestleşme boyunun saptanması, verimli bir zenginleştirme yapılabilmesi ve zenginleştirme işleminin seçimine ışık tutması bakımından zorunlu olmaktadır. En uygun tenör ve kazanma verimine sahip konsantrenin elde edildiği boyut serbestleşme tane boyutu olarak kabul edilir. Serbestleşme tane boyutu başlıca iki deneysel yöntemle saptanır. 1) Zenginleştirme yöntemi 2) Tane sayımı yöntemi Zenginleştirme yönteminde doğrudan serbestleşme boyutu belirlenirken; tane sayımı yönteminde öncelikle serbestleşme dereceleri, daha sonra serbestleşme derecelerine uygun serbestleşme boyutu belirlenir.

57 Zenginleştirme Yöntemi: Bu yöntemde, zenginleştirilecek cevherden alınan temsili örnekler değişik boylara indirilerek her örnek ile zenginleştirme deneyleri yapılır. Gerek konsantredeki değerli metal yüzdesi gerekse değerli metal kazanma verimi bakımından en iyi sonucu veren deneydeki cevher tane boyu serbestleşme tane boyu olarak kabul edilir. Zenginleştirme ile serbestleşme boyu saptanmasının labaratuvar uygulaması genellikle uygun bir ağır sıvı içinde yüzdürme-batırma şeklinde yapılmaktadır. Tane Sayımı Yöntemi: Mikroskopla yapılan ölçümler cevher içindeki minerallerin cinsi, yapısı ve tane büyüklüğü hakkında bilgi verirler. Zenginleştirme öncesinde elde edilen bu bilgiler verimli bir zenginleştirme yapılabilmesi ve zenginleştirme yönteminin seçimine (ekonomik ve teknolojik yönden) ışık tutması bakımından zorunlu olmaktadır. Bu yöntem ile farklı boylardaki cevher örneklerinin serbestleşme dereceleri bulunup en uygun serbestleşme derecesini veren tane boyutu saptanır. Tane sayımı yöntemi istatistiksel temele dayandığından çok sayıda tanenin sayılmasını gerektirmekte ayrıca sayım sırasında ilgili minerallerin tanınması; bağlı tanelerdeki mineral miktarlarının belirlenmesi; tane boyu veya mineral faz boylarının ölçülmesi zorunlu olmaktadır. Tane sayımı, cevherin boyuna bağlı olarak çıplak gözle, insan tarafından veya otomatik olarak optik mikroskopla ve X-ışınları mikro analiz yöntemi ile yapılabilmektedir. Şekil: Silis kumunun mikroskop altında görüntüsü ve opak minerallerden oluşan gabro örneğinin ince kesit görüntüsü Optik Mikroskop ile Sayım Yöntemi: Tanelerin serbestleşme derecesinin saptanmasında en kolay uygulanabilen sayım yöntemi olup kırılmış ve öğütülmüş cevher örneğinin elek çözümlemesi yapıldıktan sonra elek dizisindeki her eleğin üstünde kalan kıymetli ve kıymetsiz

58 serbest taneler ile birleşik tanelerin mikroskop altında sayılması esasına dayanır. Tane sayım işlemi tamamlandıktan sonra, her bir boyut grubunda serbestleşme dereceleri saptanır. Sayımı yapılacak örneğin boyuna ve sayılacak minerallerin cinsine bağlı olarak polarizan, metal veya stereo mikroskoplar kullanılabilir. Dış görünüşleri ile kolayca tanınabilen mineralleri içeren bir cevher örneği 75 mikron boyuna kadar stereo mikroskopla sayılabilir. Dış görünüşü ile tanınamayan ve 75 mikrondan küçük boylu; ışığı geçirmeyen (opak) mineraller metal mikroskobu ile aynı koşullardaki ışığı geçiren (saydam) mineraller de polarizan mikroskopla sayılabilirler. Örnekler biriketlenir veya ince kesit haline getirilir ve parlatılır. Stereo mikroskop için tanelerin bir cam üzerine serpiştirilmesi yeterli olmaktadır Numaralı İngiliz Standardına göre istatistiksel bakımdan en az hatalı sonuçlar için en az 625 tanenin sayılması gerekmektedir. Aynı standarda göre optik mikroskoplarda yapılan sayımlarda alt boy sınırı 8 mikrondur. Mikroskopta tek bir görüş alanında istenen sayıda tane sayılamadığı zaman görüş alanı değiştirilerek uygun tane sayısına ulaşılabilir. Kırma ve öğütme yoluyla boyu küçültülen örnek elek çözümlemesi yapılarak her elek ürünü ayrı ayrı sayıldığından bu ürünlerdeki tane boylarının birbirine eşit olduğu kabul edilmektedir. Sayım yapılırken mikroskop görüş alanında izlenen taneler sonradan yapılacak hesaplamalara temel olacak şekilde düzenli olarak bir çizelge üzerine yazılır (Bkz. Ek. Çizelge). Serbest taneler çizelgedeki serbest taneler kısmına; ikili taneler ikili bağlı taneler kısmına, üçlü taneler üçlü bağlı taneler kısmına yazılır. İkili bağlı tanelerde birinci olarak yazılan mineralin tanenin 20 de kaçını kapladığı tahmin edilerek çizelgeye yazılmalıdır (örneğin kuvars ve galenden oluşan bir tanecikte galen, taneciğin 7/20 sını oluşturuyorsa çizelgeye 7 yazılır). Üçlü bağlı tanelerde ise yine her mineralin tanenin 20 de kaçını oluşturduğu tahmin edilerek bulunan sayılar çizelgedeki ilgili minerallerin karşısına yazılır. (a) (b) (c) Şekil (a) Stereo mikroskop (b) Polarizan mikroskop (c) Metal Mikroskobu

59 Mikroskopla yapılan sayımda gerçekte serbest olan taneler daima serbest olarak görülürler. Bağlı tanelerin ise cam üzerine düşüş konumuna veya parlatılan yüzeyin durumuna bağlı olarak serbestleşmiş gibi görülebilme olasılığı vardır. Bu durumda gözlenerek belirlenen bağlı tane sayısı gerçektekinden az olabilir. Bu kaçınılmaz gözlem hatasını düzeltmek için belirlenen bağlı tane sayısı bir bağlılık etkeni ile çarpılarak arttırılır. Bağlı tanedeki mineral içeriği ile ilişkili olan ve matematik çözümleme ile saptanan bağlılık etkeni değeri 1.4 tür. Yani bağlı tane miktarı % 40 oranında arttırılmalıdır. İstatistiki hatanın ±%1 in altına inmesi çin, 6400 tanenin sayılması gerekir. Bununda insan tarafından yapılması, son derece yorucu ve zaman alıcı olmaktadır. Otomatik Optik Mikroskop Yöntemi: Ölçü hatası, ortalama ±%5 olup, 0,5 mm ile 0.005mm arasındaki tane ve fazlar ölçülebilmektedir. X-Işınları Mikroanaliz Yöntemi: Bu aygıtla 45dakikalık sürede civarında tane sayılabilmektedir. Gelişmiş tane serbestleşmesi analiz (Mineral Liberation Analizer, MLA) cihazları: Taramalı elektron mikroskopunu (SEM) ve X-ışınları spektrometri (EDS) analiz tekniklerini birleştiren sayısal mineraloji sistemidir (teknolojisidir). analiz örnekleri SEM mikroskobuna parlatılmış bloklar, parlatılmış ince kesit veya ince taneler olarak yerleştirilirler. SEM cihazından gelen grinin farklı tonlarındaki görüntüler (mineral görüntüleri) örnek içerisinde farklı minerallerin olduğunu gösterir. EDS cihazı ise örnek içerisinde farklı elementlerin bulunduğunu ve bu elementlerin miktarlarını belirler. SEM ve EDS cihazlarından gelen bu veriler bilgisayardaki imaj analizi programlarıyla değerlendirilir. Bu yöntemle hem tane (veya ince kesit) içerisindeki minerallerin adları, miktarları (fraksiyonları), tane boyları, diğer bir deyişle cevherin mineralojisi belirlenir. Bu verilerden minerallerin serbestleşme dereceleri de elde edilir. Bu yöntemin, analizi kısa sürede yapması ve iz miktardaki minerallerin de tespit edilmesi gibi avantajları vardır.

60 Şekil: Gelişmiş tane serbestleşmesi analiz (Mineral Liberation Analizer, MLA) cihazları görüntüsü 3. DENEYİN YAPILIŞI 1. Deneyde tamamı farklı boyut gruplarına sınıflandırılan numunelerin tane sayımı yapılacaktır. 2. Tane sayımı işlemine başlamadan önce, hem mineralleri tanımak hem de mikroskop ayarlarını öğrenmek amacıyla herhangi bir boyut grubunda incelemeler yapılır. 3. Daha sonra, her bir boyut grubundan yeterli miktarda numune milimetrik kağıtlara alınarak tek tek tanelerin görülebileceği şekilde kağıt üzerine yayılır. 4. Milimetrik kağıt üzerine alınmış numunedeki (konumu sayım sonuna kadar değiştirilmeden) kıymetli ve kıymetsiz serbest taneler ile bağlı taneler sayılarak, sonradan yapılacak hesaplamalara esas olacak şekilde sistemli olarak bir çizelgeye yazılır. Serbest tanelerin tek tek sayımına karşılık; bağlı tanelerde kıymetli mineral, görünen tane yüzeyinde 20 oranına göre ifade edilerek sayımı gerçekleştirilir. 5. Yapılan sayım sonuçlarına göre aşağıdaki sayım çizelgesi modeli ve formüllerden yararlanılarak değerlendirme yapılır.

61 4. ÖRNEK DENEY Galen (PbS), sfalerit (ZnS) ve kuvars (SiO 2 ) minerallerinden oluşan bir cevherin temsili örneğinin kırılıp öğütülmesi ve elek çözümlemesi sonucunda bir elek üstü ürünü üzerinde yapılan tane sayımı sonuçları örnek çizelgede verilmektedir. Bu sonuçlara dayanarak galenin ve sfaleritin serbestleşme dereceleri aşağıdaki gibi hesaplanır.

62 Galenin Serbestleşme Derecesi (S Galen ): Serbest galen tanesi sayısı :120 Galen-sfalerit bağlı tanelerdeki galen sayısı :437/20 = 21.9 Galen-kuvars bağlı tanelerdeki galen sayısı : 266/20 = 13.3 Üçlü bağlı tanelerdeki galen sayısı : 60/20 = 3.0 Toplam galen sayısı: (21.9x1.4) + (13.3x1.4) + (3.0x1.4) = S Galen = (Serbest Galen)/(Toplam Galen) 100 = 120/173,5 100 = % Sfaleritin Serbestleşme Derecesi (S Sfalerit ): Serbest sfalerit tanesi sayısı : 110 Galen-sfalerit bağlı tanelerdeki galen sayısı :563/20 = 28.1 Sfalerit-kuvars bağlı tanelerdeki galen sayısı :192/20 = 28.1 Üçlü bağlı tanelerdeki sfalerit sayısı : 44/20 = 2.2 Toplam sfalerit sayısı: (28.1x1.4) + (9.6x1.4) + (2.2x1.4) = S Sfalerit = (Serbest Sfalerit)/(Toplam Sfalerit) 100 = % Kuvarsın Serbestleşme derecesi (S Kuvars ): Serbest kuvars tanesi sayısı: 290 Galen-kuvars bağlı tanelerdeki kuvars sayısı : 334/20 = 16.7 Sfalerit-kuvars bağlı tanelerdeki kuvars sayısı : 208/20 = 10.4 Üçlü bağlı tanelerdeki kuvars sayısı :56/20 = 2.8 Toplam kuvars tansesi: (16.7x1.4) + (10.4x1.4) + (2.8x1.4) = S Kuvars = (Serbest Kuvars)/(Toplam Kuvars) 100 = % 87.44

63 Tane sayımı ile elde edilen sonuçlardan yararlanılarak, cevherin mineral ve buna bağlı olarak element içerikleri kabaca hesap edilebilir. Bu hesaplamada bağlı tanelerin sayısının bağlılık faktörü ile çarpılarak arttırılması gerekmez. Ancak minerallerin özgül ağırlıklarının gözönüne alınması daha sağlıklı sonuca ulaştırır. Kıymetli Mineral Miktarı (%) = (Toplam Kıymetli Mineral)/(Toplam Mineral) 100 = (Serbest + Bağlı Kıymetli Min) Yoğunluk (Serbest + Bağlı Kıymetli Min) Yoğunluk + (Serbest + Bağlı gang Min Yoğ) 100 Kıymetli Metalin Atom Ağırlığı Kıymetli Metal İçeriği= Kıymetli mineral miktarı* Kıymetli Mineralin Molekül Ağırlığı 5. Değerlendirme Soruları 1. Diğer grupların yaptığı deney sonuçlarını kullanarak serbestleşme derecesinin minerallerin tane boyu ile nasıl değiştiğini açıklayınız. 2. Cevheri oluşturan minerallerin yoğunluk değerlerini kullanarak cevherin yaklaşık tenörünü hesaplayınız.

64 TANE SAYIM ÇİZELGESİ SERBEST TANELER TANE SAYISI İKİLİ BAĞLI TANELER ÜÇLÜ BAĞLI TANELER TOPLAM TANE SAYISI

65 HİDROLİK SINIFLANDIRMA 1. Tanenin Akışkan İçerisindeki Hareket Bölgeleri Şekil 1. Akışkan ortamda çökelen küresel bir tane için, Reynolds sayısı (Re) ile Direnç Sabiti (C D ) arasındaki deneysel ilişki. Laminer akış bölgesi Re < 1 Transisyonel akış bölgesi 1 < Re < 1000 Türbülans akış bölgesi 1000 < Re < Süperkritik akış bölgesi Re > Laminer Akış (Stokes bölgesi): Bu tür akışlardaki katı hareketleri ilk kez Stokes tarafından incelendiğinden Stokes bölgesi de denilmektedir. Bu dirence Stokes direnci veya viskoz direnç de denilmektedir. Bu bölgede Terminal hız; ( ) Stokes bölgesinin (Laminer akış) özellikleri Geçerli tane boyutu ortalama 0.1 mm nin altındadır. Viskoz direnç yüksektir, Basınç direnci yoktur, Tanelerin hareket hızı düşüktür. 1

66 Türbülans Akış (Newton bölgesi): Küresel tanelerin bu akış bölgesindeki hareketleri ilk kez Newton tarafından incelendiği için, Newton bölgesi de denilmektedir. Küresel taneler için C D = 0.4 kabul edilerek Newton bölgesinde Terminal hız; ( ) Newton bölgesinin (Türbülans akış) özellikleri Newton bölgesi için geçerli tane boyutu 2 mm nin üstündedir. Basınç direnci yüksektir, Viskoz direnç ihmal edilecek kadar küçüktür. Tanelerin hareket hızı ise yüksektir. Transisyonel Akış (Geçiş) Bölgesi: Stokes ve Newton bölgeleri dışında kalan mm arasındaki tanelerin çökelmesinde geçerli olan akış bölgesidir. Pülpde katı oranı %15 e kadar olduğunda Serbest Çöküş, %15 den fazla olduğu zaman Engelli Çöküş meydana gelir. Zenginleştirme işlemlerinde engelli çöküş koşulları geçerlidir. Çok taneli bir sistemde cevherin akışkan bir ortamda çökelmesi sırasında, eşit terminal hıza sahip olan tanelere Eşit Çöken Taneler adı verilir. Eş Hızda Düşen Taneler (V TA =V TH ): Laminer akışta (Stokes bölgesi) ( ) ( ) ( ) Türbilans akışta (Newton bölgesi) ( ) ( ) Transisyonel akışta (Geçiş bölgesi) ( ) ( ) ( ) Şimdiye kadar incelenen hareket denklemleri, küresel şekilli bireysel tanelerin akışkan ortamlardaki davranışlarını açıklamaktadır. Akışkan ortamlarda uygulanan cevher zenginleştirme işlemlerinde ise değişik boyut, şekil ve özgül ağırlıktaki çok sayıda tanenin bir arada hareketi söz konusudur. Bu durumda mineral tanelerinin çökelme hızlarını etkileyen başlıca değişkenler; Pülpde katı oranı (katı-sıvı oranı), Pülpün görünür özgül ağırlığı, Pülpün görünür viskozitesidir. 2

67 2. Hidrolik Sınıfladırma Prensibleri Klasifikasyona ait genel kanunların yazı ile ifadeleri aşağıdaki gibidir: - Herhangi bir akışkan ortamda şekil ve özgül ağırlıkları ayrı olan tanelerden iri olan daha hızlı çöker, - Eğer taneler aynı şekil ve boyutta iseler çökme hızları özgül ağırlıkları ile doğru orantılıdır. - Belirli bir akışkan ortam içerisinde tane boyutundan başka tüm faktörler eşit ise; küçük boyutlu tanelerin çökelme hızı çaplarının karesi ile orantılı, iri tanelerin ise çapın karekökü ile orantılıdır. - Çökmeye karşı direnç, ortamın yoğunluğu ve vizkozitesi ile orantılıdır. - Eğer taneler aynı ağırlıkta fakat şekilleri farklı ise çökme hızlarıda farklı olmaktadır. Küresel taneler en hızlı, yassı ve düz taneler ise en yavaş çökerler. Klasifikasyonun dayandığı çökelme kanunlarında, bir taneciğin şekli küresel olarak varsayılmıştır. Ancak uygulamada tane şekilleri çok farklı olabilir. Dolayısıyla terminal çökme hızlarının hesaplanmasında şekil faktörleri göz önüne alınır. Bunun için ortalama çap denilen bir değer tarif edilmiştir. Tane hacmi K x d o 3 K cismin şekline göre değişen bir sabittir, d o Küresel taneler için : K = /6 Köşeli taneler için : K = 0.4 İzometrik taneler için : K = 0.5 alınır ve genelde K = Klasifikasyonda İstenen Şartlar Eğer klasifikatör ürünü bir gravite konsantrasyonuna tabi tutulacaksa minerallerin yoğunluk farklarının teorisine önem vermek gerekir. Böyle bir durumda yapılan klasifikasyon işlemi tane boyutuna göre değil daha ziyade minarellerin cinsine göre olmaktadır ve zenginleştirme işlemine basamak oluşturmaktadır. Bu tip klasifikas- yonda mümkün olduğu kadar engelli çökme şartlarının sağlanmasına çalışılır ve katı konsantrasyonu fazla olan süspansiyon (% pulp yoğunluğu) kullanılır. Klasifikatörler yalnız tane boyutuna göre sınıflandırma işleminde bilyalı değirmen ile kullanıldığında ise mineral yoğunlukları farkının tesiri minimuma indirilmelidir. Bu durum serbest çökme şartlarında (pulp yoğunluğu daha az) sağlanabilir. Tane boyutuna göre sınıflandırmada çok ince tanelerden oluşan süspansiyon kullanılıyorsa düşük pulp yoğunluğu kullanmak, yüksek çökme hızı sağlaması ve salkımlaşma ihtimalini azaltması açısından avantajlıdır. Endüstride akımlı klasifikatörlerle m gibi çok ince tanelerin oluşturduğu süspansiyonlarla çalışıldığında % 3-4, en iri tanelerle çalışıldığı (1-0.8 mm) hallerde ise bulamaç yoğunluğu % olarak alınır. Klasifikasyon daha ziyade tane boyutuna göre ayırma yapmakta ve başlıca şu amaçlar için kullanılmaktadır. - Kapalı değirmen devrelerinde, öğütme boyutundan iri taneleri tekrar değirmene vermek, - Zenginleştirme işlemleri için gerekli tane boyutlarında malzeme hazırlamak, - Herhangi bir amaçla, bir malzemenin irisini incesinden ayırmak. 3

68 3. Klasifikatör Tipleri Endüstride yapı bakımından çok çeşitli klasifikatörler bulunmasına rağmen 2 ana grupta toplamak mümkündür. - Düşey akımlı klasifikatörler - Yatay akımlı klasifikatörler 3.1. Düşey Akımlı Klasifikatörler Bu ayırıcılar, tiplerine göre ayırım yaparlar. Kısmen engelli çöküş şartları geçerlidir. Dıştan verilen ilave su ile sınıflandırma zonunda bir düşey kaldırma ve engelli çökme şartları sağlanır (Şekil 1) Evans Klasifikatörü Tabanı meyilli (% 10-12) oluk şeklindedir. Tabanında belirli aralıklarla dikdörtgen kutular bulunmaktadır. Bu kutuların bir kenarında boşalma deliği vardır ve kutu içerisine uzanan düşey borulardan kaldırma suyu beslenir. Oluğun giriş ucundan su ile beslenen malzeme, oluk meyili boyunca akarkan bir tabakalaşmaya tabi olur. Bu tabakada özgül ağırlığı en yüksek olan parçaların en irisi en altta, daha ince taneler üstte, aynı şekilde hafif malzemenin iri parçaları altta ve inceleri üstte olmak üzere bulunurlar. Alt kısımda toplanan malzeme boşaltma deliklerinden dışarı alınır. Kalan kısım ise oluk boyunca hareketine devam eder ve aynı işlem diğer kutularda da gerçekleşir. Böylece ilk kutudan en iri ve en ağır, son kutudan ise en hafif ve en ince malzeme alınır (Şekil 2) Richards Klasifikatörü Bu klasifikatör engelli çöküş şartlarına göre çalışmaktadır. Ancak burada basınçlı su silindir biçimli ve üst kısmı konik olan bölmelere teğet olabilir. Üçgen kesitli kutular kullanılır. Bu kutuların dibine yerleştirilmiş birer klasifikasyon kolonu bulunmaktadır (Şekil 3). Oluk akış esnasında tabakalaşan malzemeden her bir kutuda dipten itibaren belirli kısımlar alınarak malzeme çeşitli gruplara ayrılmış olur. Bu bakımdan öğütülmüş cevherin çeşitli tane büyüklüğü sınıflarına ayrılması bu tip klasifikatörlerde mümkündür Hidrosizer Klasifikatör gövdesi trapezoid biçimde bir tankdır. Gövde bir çok bölmelere ayrılmış olup genelde 5 tanedir (Şekil 4). Beslemenin akış yönünde birinci bölmeden en iri ve son bölmeden en ince taneli malzeme alınır. Her bölmedeki pulp, basıncı yeteri kadar yükselince bir yan borudaki su sütünü yükselerek bu bölmenin üstündeki diyaframı kaldırır. Böylece diyaframa bağlı olan sübap açılarak bölmenin dibinde biriken malzeme boşalır. Pulp yoğunluğunun azalmasıyla birlikte sübap otomotik olarak kapanır. Bölmedeki ince malzeme ise üstten taşarak yan bölmeye geçer. Pulp akıntısına ilave olarak alttan basınçlı su verilir. Sübabın hangi pulp yoğunluğunda açılacağı ayarlanabilir. Örneğin kuvars için pulp yoğunluğu yaklaşık % 64 katı iken, bu ağır mineraller için daha fazladır. 4

69 Şekil 1. Düşey akımlı klasifikasyon çalışma prensibi Şekil 2. Evans klasifikatörü Şekil 3. Richard klasifikatörü 5

70 Şekil 4. Hidrosizer klasifikatörü 3.2. Yatay Akımlı Klasifikatörler Bu klasifikatörler ikiye ayrılırlar: - Hareketli kısımları olmayan kum havuzları ve çökeltme havuzları - Hareketli kısımları olan mekanik klasifikatörler Hareketli kısımları olmayan kum havuzları ve çöktürme konileri Kum Havuzları: Belirli derinlikte dikdörtgen şeklindeki bir havuzun yanından besleme su ile birlikte verilir. Malzemenin bir kısmı havuz dibinde çökerek toplanır. Çökmeyen malzeme ise havuzun karşı tarafından havuzu terk eder. Havuzdan geçmekte olan tane bir yandan suyun yatay taşıma etkisine diğer yandan düşey bir çökme etkisine tabi olur. Bu iki bileşkenin etkisi doğrultusunda tane ya dibe çöker yada taşarak havuzu terk eder (Şekil 5). Havuzun inşasında beton, çelik saç, veya ahşap malzeme kullanılır. Çöktürme Konileri: Tepesi aşağıda ve tabanı yatay olan bir koninin ortasından beslenen su ile gelen malzeme, taban çevresine doğru yatay akımlı taşmaya sürüklenir ve belirli irilikteki taneler çökelmekte, çökmeyenler ise taşma ile kenardan alınmaktadır (Şekil 6). Koni inşasında beton, çelik saç veya ahşap malzeme kullanılır. Ancak en önemli husus tepe açısının malzemenin özelliğine göre seçilmesidir. İri malzeme için geniş tepe açıları, ince malzema için daha dar tepe açıları seçilir. Çökeltme konileri genellikle agregat sanayinde iri kum tanelerinin şlamının uzaklaştırılmasında kullanılmaktadır. Şekil 5. Kum havuzları 6

71 Şekil 6. Çöktürme konisi Hareketli Kısımları Olan Mekanik Klasifikatörler Mekanik klasifikatörler (Şekil 7) esas olarak yan kenarları birbirine paralel olan, dip tarafı meyilli bir çökelme tankı ve bu tank içinde mekanik bir tertip kullanarak pulpü karıştıran ve çöken kısmı taşıyan tertibe göre taraklı, spiralli veya bantlı diye adlandırılır. Bir mekanik klasifikatörün kullanılması aşağıdaki işlemlerin oluşmasını sağlamaktadır. - İstenen tane boyutundan daha iri olan malzemenin tank içinde çökmesi ve taşan kısımda iri malzemenin en az miktarda olmasını sağlamak, - Sınıflandırma sonrası uygulanacak işlem için yeterli katı oranına sahip iri malzemenin üretilmesi, - Pulpü karıştırarak birbirine yapışık halde olan tanelerin ayrılmasını sağlamak, - Çökelme tankında iri malzemenin suyunun azaltılması ve uzaklaştırılması, Bu klasifikatörlerin ana kullanım yeri kapalı devre yaş öğütmedir. Ancak son yıllarda hidrosiklon bu klasifikatörlerin yerini geniş ölçüde almaya başlamıştır. Hidrosiklon ilk yatırımın az olması ve daha az yer işgal etmesinin yanısıra yüksek katı oranlı ince malzemenin elde edilmesi hidrosiklon lehine avantaj sağlamaktadır. Öte yandan mekanik klasifikatörler daha az enerji tüketmesi, bakım masrafının daha az olmasının yanısıra elde edilen iri taneli malzeme daha fazla katı oranı içermesi ve daha az bağlı tanenin karışması gibi avantajlara sahiptir. Ayrıca daha yüksek ayırma hassasiyetinin olması ve kapalı devre öğütmede daha az devreden yükün olması gibi avantajları da mevcuttur. Mekanik klasifikatörlerin sınıflandırma dışında, su atımı, şlam atma ve yıkama gibi uygulama alanı da vardır. Dolayısıyla bu klasifikatörler susuzlandırma amacıyla aşağıda belirtilen kullanım yerlerinde uygulama alanı bulmaktadır. - Bant konveyörde taşınacak uygun katı oranlı malzeme için, - Kurutma masrafını azaltmak için su içeriği azaltılmış malzemenin eldesinde, - Suyu azaltılmış ve yıkanmış kumun devreye geri dönüşünde, - Kömür, kum, fosfat ve demir cevheri yıkama tesislerindeki ince taneli malzemenin kazanılmasında, - Sınıflandırma sonrası uygulanacak zenginleştirme işlemi sonrası kullanılan reaktiflerin süzülmesinde kullanılırlar. 7

72 Taraklı Klasifikatörler: Dışı düz ve belirli bir eğimle konulmuş kenarlı, dik bir çöktürme tankı içinde çalışan bir veya yan yana birkaç tarak mekanizmasından oluşmaktadır (Şekil 8). Tarak derinliği taşma ucunda az ve yakarı doğru artar. Taraklar uçlara yakın askı kollarından tahrik mekanizmasına bağlanmıştır. Tank çelik, beton ve ahşap olabilir ve yukarı ucu açık olup ince malzeme boşaltma ucu ise kapalıdır. Taraklar çelik veya demirden yapılmış olup iri malzemenin içine girerek kumu yukarı doğru sürükler. Kumu boşalttıkdan sonra tekrar yükselerek ilk duruma gelir. Çift veya üç taraklı olanlar aynı zamanda aynı hareketi yapmadığından sarsıntı azaltılmış olur. Taraklar kendi yüksekliklerinin % i kadar yukarı kalkabilir. Tank tabanının eğimi önemli olup ince taneli malzame için az eğimli (yaklaşık % 12) kullanılır. Klasifikatör genişliği m, uzunluğu ise 4-10 m olabilir. Spiral Klasifikatörler: Bunlarda da eğimli bir tank esas gövdeyi oluşturur. Gövde içinde bir veya birkaç mile monte edilmiş tek veya çift hazneli bir veya iki spiral bulunmaktadır (Şekil 9). Tek eksenli olanlara simpleks, çift eksenlilere dubleks denir. Tankın derinliği genellikle spiral çapının % si alınır. Üç tipte yapılırlar, bunlar; - Yüksek bantlı veya saçaklı tip: Bu en çok kullanılan tipdir. Çok yavaş çökmeyen 100 mesh veya daha iri malzemeler için genel öğütme devrelerinde kullanılır. - Batık spiral tip: Taşma ucunda spiralin belirli bir kısmı taşma seviyesinin altında kalabilecek şekildedir. Böylece oluk ve hacmi arttırılmış olur. Bu klasifikatörlerin ince taneleri ayırma kapasitesi daha fazladır. - Alçak saçaklı tip: Bu tipde oluk hacmi daha azdır ve genellikle susuzlandırma isleminde kullanılır. Spiral dönme hızı 6-20 dev/dk dır. Bantlı Klasiifikatör: Bunun en tipik örneği en eskilerden ve halen kullanılmakta olan Espezanza tipi klasifikatördür. Dikdörtgen şekilli eğimli çökeltme tankında band ve zincire takılmış cok sayıda kepçelerin bulamacı karıştırması, çöken iri malzemeyi taşıyıp suyunun azaltılmış halde tankdan uzaklaştırılması bu klasifikatörün çalışma şeklini ifade eder. Havuzlu Klasifikatörler: Bunun çöktürme tankı, yuvarlak dibi basık koni şeklinde ve diğerlerine nazaran daha büyüktür. Dibinde bulunan taraklar çöken malzemeyi ortaya doğru çeker ve orada bulunan çıkış deliğinden iri mal dışarı alınır. İnce malzeme ise havuzun çevresinden taşarak boşalır. Bu tip klasifikatörler daha geniş çöktürme alanına sahip oldukları için diğer klasifikatörlere nazaran daha ince taneli malzemenin ayırımı mümkün olmaktadır. Havuz çapı 8.4 m ile sınırlıdır (Şekil 10). Şekil 7. Mekanik klasifikatör 8

73 Şekil 8. Taraklı Klasifikatör Şekil 9. Spiral Klasifikatör Şekil 10. Havuzlu Klasifikatör 9

74 HİDDOLİK SINIFLANDIRMA İLE İLGİLİ SORULAR 1. Havuz da ve hidrolik sınıflandırma türleri nelerdir. 2. Bildiğiniz havalı sınıflandırıcıları nelerdir. Şekillerini çizerek tanımlayın. 3. Linatex ve Kolon hidrolik sınıflandırıcıları şekil çizerek tanımlayın. 4. Çanak, taraklı, spiral ve vida tipi sınıflandırıcıları şekil çizerek tanımlayın. 5. Mekanik sınıflandırıcılarda çökelme zonlarını şekil çizerek tanımlayın. 6. Richars, Evans, Stokes hidrolik sınıflandırıcıları şekil çizerek tanımlayın. 7. Elütrasyon test ekipmanını şekil çizerek tanımlayın µm boyutundaki tanenin %35 katı/sıvı oranındaki pülp içinden dikey 70 cm lik yüksekliği kaç saniyede düşmektedir, Re sayısını ve engelli çökelme hızını belirleyin. 10

75 1. GİRİŞ İnönü Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü 321 Cevher Hazırlama Laboratuvarı I HİDROSİKLON İLE SINIFLANDIRMA Hidrosiklon, hidrolik sınıflandırıcıda yerçekimiyle gerçekleşen ayırma işlemini, merkezkaç kuvvetten ve böylece taneciklerin boyutlarına ve kütlelerine bağlı olarak farklı oranlarda ivme kazanmalarından yararlanarak ayırma yapan bir sınıflandırma aygıtıdır. Cevher hazırlamada özellikle ince tane boyutundaki malzemelerin etkin bir ayrıma olanağı sağlayan bir sınıflandırıcı olarak oldukça geniş bir uygulama alanı bulmaktadır. Özellikle öğütme devrelerinde, değirmenin kapalı devre olarak çalıştırılmasında sınıflandırıcı olarak kullanılmaktadır. Bunun dışında, su uzaklaştırma, şlam ayırma gibi amaçlar için de kullanılan hidrosiklonlar, düşük maliyetli olmaları, kolay kurulabilmeleri, fazla bakım gerektirmemesi ve tesiste fazla yer kaplamamaları gibi özelliklerinden dolayı birçok alanda kullanılmaktadır. 2. HİDROSİKLONLARIN ÇALIŞMA PRENSİBİ Tipik bir hidrosiklon başlıca, ayırımın gerçekleştiği bir gövde, bu gövdeye bağlı ve beslemenin verildiği teğetsel bir giriş ve iri malzemenin çıktığı bir alt akım deliği ile, ince malzemenin çıktığı bir üst akım çıkış borusundan oluşur. Çamur haldeki besleme, pompayla ya da yerçekimi etkisiyle siklon içine silindirik kısımdan teğetsel olarak belirli bir basınç altında girer. Siklon yapısına bağlı olarak siklon içersinde aşağı doğru inen bir girdap akımı ve buna ters yönde yukarı doğru ve siklon merkezinde hareket eden ikinci bir girdap akımı oluşur. Ters yönde girdap akımı siklon içerisinde bir alçak basınç oluşturduğundan, merkezde hortum şeklinde bir hava boşluğu oluşur. Siklonda birbirine ters yönde oluşan bu girdap akımları, siklona giren taneciğe iki kuvvetin etkimesine yol açar: Taneciği siklon duvarına doğru yönlendiren merkezkaç kuvveti ve taneciği siklon merkezine doğru çeken sürüklenme/çekme kuvveti. Siklona beslenen malzeme içerisindeki taneler, kütlelerine ve boyutlarına göre farklı şekilde ivmelendiklerinden, merkezkaç kuvvet etkisiyle en iri taneler siklon duvarına doğru yönelirken, daha ince taneler, daha çok siklonun merkezine doğru yönelirler. Böylece, siklon duvarından merkeze doğru iri boydan ince boya doğru bir sıralanma oluşur. Siklon yapısı ve çalışma koşullarına bağlı olarak, böylece, belirli bir boydan ince olan taneler yukarı doğru yönelmiş merkezdeki girdap akımına kapılıp siklonun üst çıkışına, daha iri taneler ise aşağı yöndeki girdap akımına kapılıp alt çıkışına yönelirler. Sonuçta siklondan iki ürün alınır. H i d r o s i k l o n i l e S ı n ı f l a n d ı r m a D e n e y F ö y ü Sayfa 1

76 Tipik bir hidrosiklonun çalışma prensibini ve parçalarını gösteren kesit görüntüleri H i d r o s i k l o n i l e S ı n ı f l a n d ı r m a D e n e y F ö y ü Sayfa 2

77 Birden çok hidrosiklonun bir arada çalıştırıldığı multisiklon (üstakım çıkışları bağlanmamış) 3. SINIFLANDIRMANIN DENETİMİ VE DEĞERLENDİRİLMESİ Özellikle, akımlı sınıflandırıcılarda yapılan sınıflandırmada gerçek ayırma sınır tane boyunu belirlemek neredeyse olanaksız olduğundan, bu değeri bulabilmek amacıyla sınıflandırma sırasında besleme, alt akım ve üst akımdan örnekleme yapılır. Bu malzemelerin her birisi için elek analizi yapılır ve sonuçları değerlendirilir. Tromp a göre gerçek Ayırma Tane Boyu (d T ) Tromp a göre bir beslemenin içerdiği ortalama tane boyu fraksiyonlarının ayırım sayıları, bu beslemenin hangi oranda verilen/seçilen elek altına ve hangi oranda aynı elek üstüne gittiğini vermektedir. Besleme, alt akım ve üst akım ürünlerinin elek analizleri yardımıyla çizilen Tromp eğrisi sayesinde sınıflandırmanın tane boyu dağılımını belirlemek olanaklıdır. Tromp eğrisinin genel yapısı S eğrileri şeklindedir. Bu eğriyi çizerken ordinata ayırma oranı sayısı, apsise de tane boyu yerleştirilir. Bu şekildeki ayırma oranı sayısının %50 olduğu noktadan apsis eksenine çizilen paralelin Tromp eğrisini kestiği noktadan indirilen dikin apsisi kestiği tane boyu, Tromp a göre ayırma sınır tane boyudur (d T ). Sınıflandırma hassasiyetinin belirlenmesi için Tromp eğrisinden yararlanılır. Ayırma oranı sayısının %75 ve %25 olduğu noktalardan apsise çizilen paralelin eğriyi kestiği noktalardan indirilen diklerin apsisi kestiği noktalar d 75 ve d 25 olarak belirlenir. H i d r o s i k l o n i l e S ı n ı f l a n d ı r m a D e n e y F ö y ü Sayfa 3

78 d P d E Ayırma hassasiyeti olası sapma değeri E P ye bağlıdır. E P ne kadar küçük olursa ve Terra (Tromp) eğrisi ne kadar dik olursa ayırma o kadar iyi olur. Küçük d 50 değerleri elde etmek için hidrosiklon en küçük girdap oluşturucu çapı; düşük pulp yoğunluğu; yüksek giriş basıncı ile çalıştırılmalıdır. Büyük d 50 değerleri için ise en büyük girdap oluşturucu çağı; yüksek pulp yoğunluğu ve düşük giriş basıncı ile çalıştırılmalıdır. Tromp eğrisinin çizilmesi Ayırma işleminin hassasiyeti, eğrinin eğimi bulunarak belirlenebilir. Bu eğri ne kadar dikse ayırma o kadar başarılı olmuştur. Eğrinin yataya yakın veya yatay olması durumunda yapılan işlem tane boyuna göre ayırma değil, beslemenin iki parçaya bölüştürülmesi anlamına gelmektedir. Besleme, iri ve ince ürünlerin yalnızca elek analizi verilerine bağlı olarak hazırlanan aşağıdaki çizelgedeki sütunlardaki değerlerin anlamı şöyledir: 1. Tane boyu 2. Beslemenin elek analizi sonucu elde edilen fraksiyonlarının ağırlığı (gr); 3. Hesapla bulunan ağırlık (%); 4. Beslemenin kümülatif elek altı değerleri (%); 5. Üst akımın elek analizi sonucu elde edilen fraksiyonlarının ağırlıkları (gr); 6. Üst akımın tane boyu fraksiyonlarının miktarı (%); 7. Üst akımın toplam besleme miktarına göre hesaplanmış miktarı (%), 8. Alt akımın elek analizi sonucu elde edilen fraksiyonlarının ağırlıkları (gr); 9. Alt akımın tane boyu fraksiyonlarının miktarları (%); 10. Alt akımın toplam besleme miktarına göre hesaplanmış miktarı (%); 11. Alt akım ve üst akımın beslemeye göre hesaplanmış yüzde ağırlıklarının toplamı; 12. Fraksiyonların ortalama tane boyu (mm); ve 11. sütuna göre hesaplanmış ağırlık (%); ve 11. sütuna göre hesaplanmış ağırlık (%) H i d r o s i k l o n i l e S ı n ı f l a n d ı r m a D e n e y F ö y ü Sayfa 4

79 TROMP ve TERRA ya göre ayrıma sınır tane iriliği ve sınıflandırma hassalığını belirleme çizelgesi Tane Boyu Besleme Üst Akım (İnce Malzeme) Üst akımın Beslemeye Oranı Alt Akım (İri Malzeme) Alt akımın Beslemeye Oranı Ağırlık E.A. Ağırlık Ağırlık Ağırlık Ağırlık Üst ve alt akımın beslemeye göre hesaplanmış toplamı Ortalama tane boyu AYIRMA ORANI SAYILARI Alt akıma Giden Besleme mm g % g % % g % % % mm % % (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) Miktarı Üst akıma Giden Besleme Miktarı (2) 100 Σ(2) (5) Σ(3) 100 Σ(5) (5) 100 Σ(2) (8) 100 Σ(8) (8) 100 Σ(2) (10) (7) (10) 100 (11) (7) (11) , ,8 15,0 15,0 10, , , ,2 10,9 10,9 7, , , ,1 0, ,5 13,8 14,3 5,0 96,5 3, ,1 59,6 50 5,4 2, ,4 7,8 10,3 3,5 75,7 24, ,3 49, ,2 13,0 88 8,2 4,4 17,4 2,5 25,2 74, ,2 32, ,1 17,0 42 3,9 2,1 19,1 1,5 11,0 89,0 Toplam ( ) ,0 13, ,2 13, ,0 0,5 0, , ,0 100 H i d r o s i k l o n i l e S ı n ı f l a n d ı r m a D e n e y F ö y ü Sayfa 5

80 Ayırma Oranı Sayıları Alt akıma giden besleme miktarı d 75 = 3.5 mm d 50 = 2.8 mm d 25 = 2.3 mm E P = ( )/2 = Tane iriliği, mm Ayırma Oranı Sayıları Üst akıma giden besleme miktarı d 25 = 3.5 mm d 50 = 2.8 mm d 75 = 2.3 mm E P = ( )/2 = Tane iriliği, mm Alt akıma ve Üst akıma giden besleme miktarını gösteren Tromp eğrileri H i d r o s i k l o n i l e S ı n ı f l a n d ı r m a D e n e y F ö y ü Sayfa 6

81 4. DENEY Deneyde yarı pilot laboratuar tipi hidrosiklon kullanılacaktır. Aşağıda verilen uyarıları dikkate alarak deneysel çalışmayı tamamlayınız. - Karıştırıcının bulunduğu tankı suyla doldurun. - Karıştırıcıyı çalıştırın. - Hidrosiklonda ayrılması düşünülen malzemeden besleme malı elek analizi yapmak üzere örnek alın. - Çalışılması düşünülen katı-su oranında olacak şekilde, karıştırıcının çalışıyor olduğu bölüme malzemeyi boşaltın. - Siklon belirli bir rejime girdikten sonra, üst çıkış ve alt çıkıştan örnekler alın. - Çalışma tamamlandıktan sonra makineyi kapatıp temizleyin. - Besleme malı, alt çıkış ve üst çıkış örneklerinin ayrı ayrı, aynı elek serisini kullanarak elek analizlerini yapın. Deney sonuçlarının değerlendirilmesi - Elek analizlerinden yararlanarak endüstriyel sınıflandırma çizelgesini hazırlayın. - Üst akım ve alt akım için Tromp a göre sınıflandırma eğrilerini çizerek, bu eğrilerden elde edilebilecek değerleri belirleyin. - Deneyin yorumunu yaparak, sınıflandırmanın hassasiyeti hakkında açıklama yapın. H i d r o s i k l o n i l e S ı n ı f l a n d ı r m a D e n e y F ö y ü Sayfa 7

82 Tane Boyu Besleme Üst Akım (İnce Malzeme) Üst akımın Beslemeye Oranı Alt Akım (İri Malzeme) Alt akımın Beslemeye Oranı Ağırlık E.A. Ağırlık Ağırlık Ağırlık Ağırlık Üst ve alt akımın beslemeye göre hesaplanmış toplamı Ortalama tane boyu AYIRMA ORANI Alt akıma Giden Besleme Miktarı SAYILARI mm g % g % % g % % % mm % % (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) Üst akıma Giden Besleme Miktarı (2) 100 Σ(2) (5) Σ(3) 100 Σ(5) (5) 100 Σ(2) (8) 100 Σ(8) (8) 100 Σ(2) (10) (7) (10) 100 (11) (7) (11) 100 Toplam ( ) H i d r o s i k l o n i l e S ı n ı f l a n d ı r m a D e n e y F ö y ü Sayfa 8

83 100 Ayırma Oranı Sayıları Tane iriliği, mm 100 Ayırma Oranı Sayıları Tane iriliği, mm H i d r o s i k l o n i l e S ı n ı f l a n d ı r m a D e n e y F ö y ü Sayfa 9

84 MADEN MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 0321 CEVHER HAZIRLAMA LAB. I ANDREASEN PIPETTE YÖNTEMİ İLE TANE BOYU DAĞILIMININ BELİRLENMESİ 1. AMAÇ Geleneksel labaratuvar elekleriyle elenemeyecek kadar küçük tane boylu malzemelerin tane boyu dağılımının belirlenmesi deneyin amacını oluşturmaktadır. 2. GENEL Andreasen pipette yöntemi 63 mikrondan daha küçük tanelerin boy dağılımlarının belirlenmesinde yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Yöntemin fiziksel temeli Stokes Yasası na dayanır. Durgun bir akışkan içerisinde çöken 63 mikrondan küçük küresel taneciklerin çöküş hızları ölçülüyorsa tane çaplarının hesaplanması için kullanılan formüllerin çıkarılması aşağıda verilmektedir. Bir akışkan içerisinde çöken bir cisme, şekildede görüldüğü gibi, üç kuvvet etki eder. 1) Suyun kaldırma kuvveti (arşimet kuvveti), A, temelde katının sıvı içerisinde aşağı hareketi dolayısıyla sıvının yer değiştirmesinden kaynaklanır. 2) Sürüklenme kuvveti, (Drag force), F, sıvının viskozitesi veya akış turbulansı gibi dirençlerden kaynaklanır. 3) Yer çekimi kuvveti, G, dir. Bu kuvvetlerin matematiksel ifadesi şöyle yazılabilir. Stokes yasasına göre sürüklenme kuvveti tamamen sıvının vizkos direncinden kaynaklanır ve F 3 D v şeklinde ifade edilir. 3 4 D 4 D A s g ve G k g dv m dt F A G yazılabilir. Bu eşitliklerde; D = tane çapı = sıvının viskozitesi v = tanenin çökelme hızı m = tanenin ağırlığı 1

85 t = tanenin çökelme süresi s = sıvının yoğunluğu k = tanenin yoğunluğu g = yerçekimi sabiti Stokes yasasına göre hareket eden taneler çökmeye başlar başlamaz son hızlarına (terminal velocity) ulaşırlar ve çökme süresince hız sabit kalır. Bu durumda dv/dt = 0 (hız sabit dolayısıyla ivme sıfır) olacağından; G = F + A yazılabilir. Buna göre; 3 3 D v gd k s ve 6 2 D ( k s) g v bulunur. 18 Deneylerde tanenin hızı (v) tanelerin çökelme yüksekliği ve çökelme süresinden hesaplanabilmektedir, v = L/t. O halde, 18 L D yazılabilir. ( k s) gt Şekil: Bir akışkan içerisinde çöken bir taneye etki eden kuvvetler 2

86 3. DENEY 3.1 Gerekli malzemeler - Andreasen pipette cihazı - Uzun bir baget veya mekanik karıştırıcı - Saat camları veya petri dish - Kurutma fırını - Terazi - Beherler - Cevher örneği 3.2 Deney Hazırlığı - Andreasen pipette in cam silindiri ile pipeti ve 10 adet örnek kapları temizlenir ve numaralandırılır. - Örnek kapları etüvde 105 C da kurutulur ve sonra hassas bir şekilde tartılıp sonucu not edilir. - Cevher hazırlama ders notlarında önerilen yöntemlere uyarak tane boyu dağılımı belirlenecek taneli malzemeden 100 gr temsili örnek alınır. - Bu örnek 53 mikronluk elek üzerine konularak elle elenir. - Elek altı ve elek üstü kesimleri hassas olarak tartılarak tartım sonucu not edilir. - Elek altı fraksiyonundan hassas olarak 5 gr örnek alınır ve bir cam beher içerisine aktarılır. 3.3 Deneyin Yapılışı - Üzerine 250 ml saf su ilave edilir ve topakları dağıtmak ve homojen bir dağılım elde etmek için cam bagetle iyice karıştırılır. - Dağılımın iyi olması için beher içerisine bir kaç damla dispersant (Calgon veya sodyum silikat) çözeltisi ilave edilir. - Beher, ultrasonik banyo içerisine konur ve 2 dakika bekletilir. - Beher içinde iyice dağıtılan malzeme Andreasen silindirine aktarılır. - Beher içerisinde kalan taneler piset yardımı ile silindir içerisine yıkanır. - Andreasen silindirine boşaltılan malzeme üzerine saf su ekleneren silindirin işaret çizgisine kadar dolması sağlanır. - Silindirin üzerine silindir kapağı (pipet ve 10 ml lik örnek hazinesi beraber) yerleştirilir. - Daha sonra silindir, kapağından ve altından tutularak 1 dakika süreyle alt-üst edilerek süspansiyon iyice karıştırılır. - Silindir düzgün bir zemin üzerine oturtulur ve zaman saniye duyarlılığında başlatılır. 3

87 - 10 ml lik süspansiyonlar belirlenen aralıklarda pipetlenir (pipetleme çabuk,20 saniye içerisinde ve hassas olmalıdır). - Pipetlem işlemi 1, 2, 4, 8, 16, 30, 60, 120, 240, 480 ve 960 dakika aralığında yapılmalıdır. - Pipetlenen örnekler daraları alınmış ve numaralandırılmış saat camlarına boşaltılır ve kurutulmak üzere etüve konur. - Herbir örneğin tane boyu Stokes yasasına göre hesaplanır. - Kurutulan örnek tartılır ve tartım değerine karşılık gelen tane boyu sırasına yazılır. - Tane boyu dağılımı hesaplanır ve sonuçlar Gaudin-Schuhmann grafik kağıdına çizilir. 3.4 Tane Boyu Dağılımının Hesaplanması Her tane boyuna karşılık gelen Elek Altı Ağırlık Yüzdeleri aşağıdaki formüle göre hesaplanır. Ci mi / vi mi * v Küm.. Elekaltı,% x100 Küm. Elekaltı,% x100 Küm. Elekaltı,% 0 x100 C m / v m * v 0 Burada, C i : t zamanında alınan örneğin konsantrasyonu C 0 : hazırlanan örneğin konsantrasyonu m i = t zamanında alınan 10 ml lik örnekteki katı ağırlığı, m 0 = kullanılan katının toplam ağırlığı, v i = pipetten alınan örneğin hacmi, 10 ml, v 0 = silindirdeki toplam (katı + sıvı) hacim i ARAŞTIRMA SORUSU 1. Katı tanelerin tane boyunu ölçmek ve dağılımını belirlemek (tane boyu analizi yapmak) için uygulanan yöntemleri araştırınız ve sadece adlarını yazınız. 4