ĠNÖNÜ ÜNĠVERSĠTESĠ MADEN MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ CEVHER HAZIRLAMA LABORATUVARI ll

Transkript

1 ĠNÖNÜ ÜNĠVERSĠTESĠ MADEN MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ CEVHER HAZIRLAMA LABORATUVARI ll AĞIR ORTAM AYIRMASI AĞIR ORTAM HAZIRLAMA (l) DENEY HAZIRLIK SORULARI i) ArĢimet Ġlkesi ne ile ilgilidir ve neyi ifade etmektedir? AraĢtırınız. ii) Çözelti, karıģım, solüsyon, süspansiyon, pülp, terimlerini tanımlayınız ve bu terimlerin özelliklerini araģtırınız. ii) Areometre nedir ve ne iģe yarar? Areometre türleri nelerdir? AraĢtırınız. iv) Bir cevher zenginleģtirme terimi olarak ağır sıvı (ağır ortam) ne demektir? Ne iģe yarar? AraĢtırınız. v) Yüzdürme-batırma deneyinde kullanılmak üzere 500 gram çinko klorür (ZnCl 2 ) tozu 500 mililitre suda çözündürülerek bir ağır ortam elde ediliyor. Elde edilen bu ağır ortamın yoğunluğunu g/ml cinsinden hesaplayınız.(d çinkoklorür = 2,91 g/cm 3 ve d su =1,00 g/cm 3 ) 1. GĠRĠġ En basit ve anlaģılır tanımı ile CEVHER ZENGĠNLEġTĠRME, herhangi bir cevheri oluģturan minerallerden kazanılmak istenen hedef mineral(ler)in diğer mineral(ler)den olabildiğince ayıklanması iģlemidir. Hedef mineral(ler) çeģitli endüstriyel iģlemlerde kullanılabilecek nitelikte olan ve ekonomik getirisi bakımından bir kıymet arz eden mineral(ler)dir. Cevher içerisindeki ekonomik önemi olmayan diğer mineral(ler) ise kıymetsiz mineral(ler) ya da diğer adıyla gang mineral(ler)i sınıfında yer alır. Cevher hazırlama ve cevher zenginleģtirme iģlemlerinde her iki mineral grubu da bu prosesin içerisindedir ve zenginleģtirme iģlemleri bütün mineraller üzerinde etkili olmaktadır. ZenginleĢtirme iģlemleri sonucunda elde edilen ve kıymetli mineralin çoğunlukta olduğu ürün(ler)e KONSANTRE, gang minerallerinin çoğunlukta olduğu ürüne ise ARTIK/ATIK denilmektedir. Bir cevheri oluģturan çeģitli minerallerin birbirinden ayrılması, temelde, mineraller arasındaki herhangi bir özellik farkı farklılığına dayanılarak geliģtirilen birtakım zenginleģtirme yöntemlerinin uygulanması ile baģarılmaktadır. Bu zenginleģtirme yöntemleri üç genel kategoride toplanabilir: Mineraller arasındaki fiziksel özellik farkı farklılığına dayalı zenginleģtirme yöntemleri, Yarı fiziksel-yarı kimyasal özellik farkı farklılığına dayalı zenginleģtirme yöntemleri ve Kimyasal özellik farkı farklılığına dayalı zenginleģtirme yöntemleridir. Bu genel kategori içerisinde yer alan fiziksel zenginleģtirme yöntemlerinin baģında özgül ağırlık farkına dayalı zenginleģtirme yöntemleri gelmektedir. ZenginleĢtirme ortamına(ya da ayırma ortamı) bırakılan mineral tanelerinin, aralarındaki özgül ağırlık farklılığından dolayı, değiģik Ģekillerde hareket ederek birbirinden ayrılması Ģeklinde gerçekleģtirilen zenginleģtirmeye GRAVĠTE ZENGĠNLEġTĠRMESĠ denilir. Bu yöntem mineraller arasındaki özgül ağırlık farkı farklılığına dayanan bir yöntem olduğundan literatürde bazen Gravite ZenginleĢtirmesi ile aynı anlama gelen Özgül Ağırlık Farklı Ġle ZenginleĢtirme bazen de Yoğunluk Farklı Ġle ZenginleĢtirme ifadeleri de kullanılmaktadır. Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2018 Sayfa 1

2 Gravite zenginleģtirmesinde, mineral tanelerinin özgül ağırlığının yanı sıra, tanelerinin Ģekli, büyüklüğü, akıģkan ortamın türü, özgül ağırlığı ve viskozitesi de önemli rol oynamaktadır. Özgül ağırlık farkı ile zenginleģtirmede üç türlü ayırıcı ortam kullanılmaktadır. Bunlar; i) Hava ortam (kuru ortam) ii) Sulu ortam (yaģ ortam) iii) Ağır ortam (ağır-sıvı ortamı) Ġri boyutlu mineral tanelerinin aralarındaki özgül ağırlık farklılığına dayanılarak, ağır bir akıģkan ortam içerisinde yüzme ve batma yoluyla birbirinden ayrılması ile yapılan zenginleģtirme iģlemine Ağır Ortam Ayırması Ġle ZenginleĢtirme veya Yüzdürme-Batırma Ġle ZenginleĢtirme denilmektedir. Ağır ortam ayırması, belirli yoğunluktaki ağır sıvı içeren bir banyoya beslenen mineral tanelerinden özgül ağırlığı akıģkan ortam özgül ağırlığından büyük olanların batması, küçük olanların ise yüzmesi prensibine dayanmaktadır. Kesiksiz bir ağır ortam zenginleģtirmesi iģlemi genel akım Ģeması ġekil 1 de özetlenmiģtir. Ağır ortam ayırmasında baģlıca üç çeģit ağır ortam kullanılmaktadır. Bu ortamlar; a) Organik sıvılar b) Tuzların sulu çözeltileri c) Mineral katıların sulu süspansiyonları Bu ağır ortamların hazırlanmasında kullanılan baģlıca malzemeler Çizelge 1 de verilmiģtir. HazırlanmıĢ Cevher Yüzen Ağır Ortam Banyosu Batan Süzme Eleği ( - ) SüzülmüĢ ( - ) Ortam Süzme Eleği Yıkama Eleği ( - ) Kirli ve ( - ) SeyrelmiĢ ortam Yıkama Eleği ( + ) ( + ) YıkanmıĢ Yüzen Ürün Temizleme ve Ayarlama YıkanmıĢ Batan Ürün ġekil 1. Ağır ortam zenginleģtirmesi genel akım Ģeması Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2018 Sayfa 2

3 Metalik olm Metalik olanlar Çizelge 1. Ağır ortam hazırlamada kullanılan baģlıca malzemeler Ağır ortam maddesi ve adı BileĢim Yoğunluk Viskozite KarıĢtırıldığı madde Organik Sıvılar Metilen iyodür CH 2 I 2 3,310 2,6 Benzen, karbon tetraklorür Karbon tetra klorür CCl 4 1,585 - Bütün organik sıvılarla Tetra brom etan C 2 H 2 Br 4 2,960 3,4 Alkol, kloroform Bromoform CHBr 3 2,889 1,8 Alkol, karbon tetraklorür Ġnorganik Tuzlar Çinko klorür ZnCl 2 2,907 - Su (432 g/100 ml (25 C)) Kalsiyum klorür CaCl 2 2,150 - Su (74,5 g/100 ml (25 C)) Mineraller ve Katı Maddeler Ferrosilikon FeSi 6,3-7,5 - Su Manyetik Manyetit Fe 3 O 4 5,175-5,2 - Su Hematit Fe 2 O 3 5,26 - Su Non-Man Galen PbS 7,57-7,58 - Su Pirit FeS 2 5,0-5,1 - Su Doğal Barit BaSO 4 4,47-4,50 - Su Kum(kuvars) SiO 2 2,6 - Su Yüksek fırın curufu ĠĢlenmiĢ Flotasyon artıkları a) Organik Sıvılar Organik sıvılarla istenilen yoğunlukta ağır ortam elde edilebilmektedir. Ancak organik sıvılar pahalı olduklarından endüstriyel uygulamadan çok laboratuvar çalıģmalarında kullanılmaktadır. Ayrıca organik sıvıların insan sağlığı açısından birtakım zararlı etkileri vardır. Bu sıvıların buharlarının zehirleyici olması ve deri ile teması bazı sağlık sorunlarına sebebiyet verdiğinden bu sıvılarla dikkatli çalıģılmalı ve çalıģma ortamı çok iyi havalandırılmalıdır. b) Ġnorganik Tuzlar Çinko klorür (ZnCl 2 ) ve kalsiyum klorür (CaCl 2 ) gibi bazı tuzların sudaki çözeltileri ağır ortam olarak kullanılmaktadır. Özellikle kömürün yüzdürme-batırma testlerinde tercih edilen ortam ZnCl 2 veya CaCl 2 tuzlarının sulu çözeltileridir. Bu çözeltilerle elde edilebilecek en yüksek yoğunluk 1,92 g/cm 3 seviyesinde kalmakta; daha yüksek yoğunluk elde edilememektedir. Bu nedenle bu tür tuzların sudaki çözeltileri yalnızca kömür yıkamada kullanılmaktadır. Ġnorganik tuzlar ucuz ve kolay bulunabilmelerine karģın kömür yıkamada bazı olumsuzluklara neden olan dezavantajları bulunmaktadır. Bunlar; i) Viskoziteleri yüksektir ve bu nedenle ince taneli kömürlerde batması gereken tanelerin batmasına engel olurlar. ii) Gözenekli ve yüksek nem içerikli kömürlerin yıkanmasında, gözenekleri doldurarak kömür tanesinin görünür yoğunluğunun artmasına sebep olurlar. iii) Yıkama iģlemi sonunda kömür yüzeyinde kalan kalıntı çözeltinin kömürden uzaklaģtırılması zorunluluğu vardır. iv) Metal korozyonuna sebep olduğundan, çinko klorür kullanımında aģırı dikkat gerekmektedir. Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2018 Sayfa 3

4 c) Katı Maddeler/Mineraller Kömür yıkama tesislerinde ve cevherlerin ağır ortam ile endüstriyel olarak zenginleģtirilmesinde ağır ortam oluģturmada ince tane boyuna öğütülmüģ uygun katı bir malzemenin su içindeki süspansiyonu kullanılmaktadır. Bu süspansiyonu oluģturan katılar aģağıdaki özellikleri taģımalıdır: i) Kimyasal olarak stabil olmalı, suda çözünmemeli, kömür veya zenginleģtirilen cevherdeki herhangi bir mineralle reaksiyona girmemelidir. ii) Fiziksel olarak dengeli olmalı, proses süresince bozulmamalı, kolayca ufalanmamalıdır. iii) Viskozitenin uygun düzeyde kalması koģuluyla, istenilen ortam yoğunluğunu sağlayacak bir yoğunlukta olmalıdır. iv) Ayırma iģlemi sonucu kömür ve safsızlıklar üzerinden kolayca yıkanarak temizlenebilmelidir. v) Kullanıldıktan sonra tekrar geri kazanılabilmelidir. vi) Kolay temin edilebilmeli ve ucuz olmalıdır. Nispeten yüksek yoğunlukta süspansiyon oluģturmak ve bu süspansiyon içerisinde katıların hacimsel konsantrasyonu kabul edilebilir seviyede tutabilmenin yolu yüksek yoğunluğa sahip katılar kullanmaktır. Genellikle kabul edilebilir hacimsel katı konsantrasyonu %25-%45 arasındadır. Konsantrasyonun yanı sıra askıdaki katı partiküllerin yani ağır ortamı oluģturan malzemenin stabilitesi de çok önemlidir. Tane boyutu küçültüldüğünde tanelerin çökme hızları azalacağından stabilite artmaktadır. Ağır ortam süspansiyonlarında en çok kullanılan katı maddeler manyetit, ferrosilikon ve galen olup nadir olarak pirit, hematit, barit ve kuvars kumu kullanılmaktadır. Özgül ağırlığı ortalama 7,5 olan galenden en çok 4,3 özgül ağırlıklı süspansiyon hazırlanabilir. Genellikle 100 µm un altına öğütülerek kullanılan galen flotasyonla geri kazanılabilmektedir. Özgül ağırlığı 5,1-5,2 olan manyetit ile 2,5 ve daha düģük özgül ağırlıklı manyetit+su süspansiyonu hazırlanabilmektedir. Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2018 Sayfa 4

5 2. AĞIR ORTAM HAZIRLAMA ĠġLEMLERĠ 2.1. Amaç Bir sonraki yüzdürme-batırma deneyinde kullanılmak üzere farklı yoğunluklarda bir dizi ağır sıvı/ortam hazırlamak bu çalıģmanın genel amacıdır Ağır Ortam Malzemesi Yüzdürme-batırma deneyi için ağır ortam malzemesi olarak çinko klorür tuzunun(zncl 2 ) sulu çözeltisi kullanılacaktır. Ayrıca manyetitin(fe 3 O 4 ) sulu süspansiyonu hazırlanacaktır Ağır Ortam Hazırlama ĠĢlemleri i) Gerekli malzeme ve araç-gereç temin edilir. ii) Seçilen yoğunluklarda ağır sıvılar (Örneğin, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800 kg/m 3 ) çinko klorürün sulu çözeltisi ile hazırlanır. Bu iģlemde yeterli miktarda ve istenilen yoğunlukta ağır sıvı hazırlamak için öncelikle gerekli teorik madde miktarları belirlenir. Teorik madde miktarlarının hesaplanmasında aģağıdaki gibi basit bir hesaplama çizelgesi oluģturulup bileģenlerin yoğunluk, kütle ve hacmi kolaylıkla hesaplanabilir. BileĢenler Yoğunluk (d) Kütle (m) Hacim (v) Katı d k m k v k Sıvı d s m s v s Ağır ortam d m v m k d k, vk m o s d s, vs m o m o d o, o k s vo o m m ve vo vk vs gibi basit bağıntılar kurulabilir. iii) Teorik madde miktarlarına göre hazırlanan her bir ağır sıvının yoğunluğu uygun bir densimetre yardımıyla pratik olarak ölçülür, ağır sıvının yoğunluğu istenilen yoğunluk değerine ayarlanarak sabitlenir. iv) Yoğunlukları ayarlanmıģ her bir ağır sıvı ağzı kapalı plastik ĢiĢelerde etiketlendirilerek bir sonraki yüzdürme-batırma deneyinde kullanılmak üzere muhafaza edilir. v) ÇalıĢmanın ikinci aģamasında, ince tane boyuna öğütülmüģ (-53 µm veya -45 µm) manyetit minerali kullanılarak seçilen yoğunlukta ve istenilen miktarda bir ağır ortam hazırlığı yapılır. Bu iģlem için gerekli manyetit ve su miktarı hesapla bulunur ve ağır ortam ayırması ile zenginleģtirme deneyinde kullanılmak üzere muhafaza edilir Değerlendirme Soruları 1) Teorik madde miktarları kullanılarak hesapladığınız ağır sıvı yoğunluk değerleri ile densimetre yoğunluk ölçüm okumalarını karģılaģtırınız. Farklı değerler elde edilmiģ ise nedenleri neler olabilir? 2) HazırlamıĢ olduğunuz ağır sıvılar metalik cevherlerin zenginleģtirilmesi amacıyla kullanılabilir mi? TartıĢınız. 3) Serbest çökme nedir? Engelli çökme nedir? Ağır ortam ayırmasında hangi çökme koģulları geçerlidir ve neden? Belirtiniz. 4) Ağır ortam ayırması ile zenginleģtirmenin endüstriyel uygulamalarında ağır ortam malzemesi olarak özellikle manyetitin tercih edilmesinin nedenleri nelerdir? Belirtiniz. Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2018 Sayfa 5

6 ĠNÖNÜ ÜNĠVERSĠTESĠ MADEN MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ CEVHER HAZIRLAMA LABORATUVARI ll AĞIR ORTAM AYIRMASI YÜZDÜRME-BATIRMA TESTLERĠ (ll) DENEY HAZIRLIK SORULARI i) ZenginleĢtirme oranı (Taggart kriteri) nedir? Ne amaçla kullanılır? Cevher zenginleģtirme açısından önemini kısaca tartıģınız. ii) Ağır ortam ayırmasında etkili olan kuvvetler nelerdir? AraĢtırınız. iii) Kömür nedir? Kömür bir mineral midir? Neden? Kömürü meydana getiren bileģenler nelerdir? iv) Kömürün kaç farklı ölçülebilen yoğunluğu vardır? Bu yoğunluk türleri hangileridir? Bunlar hangi yöntem(ler)le ve nasıl ölçülmektedir? AraĢtırınız. v) Kömür yıkama ne demektir? Kömür niçin ve nasıl yıkanır? AraĢtırınız. 1. GĠRĠġ AkıĢkan bir ortam içine bırakılan mineral tanelerinin, aralarındaki yoğunluk farkından dolayı farklı Ģekillerde hareket ederek, birbirinden ayrılması Ģeklinde gerçekleģen zenginleģtirmeye Gravite zenginleştirmesi veya Özgül ağırlık farkı ile zenginleştirme denilmektedir. Ġri boyutlu mineral tanelerinin aralarındaki özgül ağırlık farkları farklılığına dayanılarak ağır bir akıģkan ortam içinde yüzme-batma yoluyla birbirlerinden ayrılması ile gerçekleģtirilen zenginleģtirme iģlemine ise Ağır-ortam ayırması ile zenginleştirme veya Ağır-sıvı ayırması ile zenginleştirme veya Yüzdürme-batırma yoluyla zenginleştirme denilmektedir. Ağır ortam ayırması ile zenginleģtirme yönteminin uygulanabilmesi için, ayrılacak mineraller arasında en az 0,1 g/cm 3 özgül ağırlık farkı olması ve ayırmayı etkileyecek ölçüde gözeneklilik olmaması gerekir. Özgül ağırlık farkına dayalı olarak gerçekleģtirilen zenginleģtirme iģlemlerinde baģarılı bir ayırım için tane boyu son derece önemli olmaktadır. Bu bakımdan ağır ortam ayırmasında, cevherin birbirine yakın boyutlu tanelerden oluģan boyut gruplarına ayrılması ve her grubun ayrı bir ağır ortam banyosunda iģleme girmesi gerekir. Ağır ortamın sağladığı fayda Taggart Kriteri değerinin değiģimiyle kolayca anlaģılabilir. Örneğin, yoğunlukları 3,1 g/cm 3 ve 2,6 g/cm 3 olan iki mineralin su içinde birbirinden ayrılma durumu Taggart Kriteri, k 1 ile ifade edilirse; 3,1 1 2,1 k 1 1,31 değeri elde edilir. 2,6 1 1,6 Bu sonuca göre ayırma güçtür. Fakat, su yerine 2 g/cm 3 yoğunluğunda bir ağır ortam kullanılması durumunda Taggart Kriteri, k 2 3,1 2 1,1 k 2 1,83 değerini alır. 2,6 2 0,6 Buna göre ayırma kolaylaģmakta ve genel olarak 0,1-0,2 mm tane boyutuna kadar uygulama yapılabilmektedir. Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2018 Sayfa 6

7 1.2. Ağır Ortam Ayırmasında Yüzdürme-Batırma Testleri Ağır-ortam ayırmasının en tipik laboratuvar uygulaması kömüre uygulanan yüzdürme-batırma testidir. Bu test sonucunda kömür farklı yoğunluk gruplarına ayrılmakta ve kömür yoğunluğu ile kömür külü arasındaki iliģki ortaya konulmaktadır. Kömür, karbon bakımından zengin, organik malzeme kökenli ve yanabilen özellikte tortul bir kayaçtır. Kömürler, genellikle, üretildikleri tüvenan Ģekliyle ekonomiktirler. Ancak, bu kömürlerin ekonomikliğini daha da arttırmak ve bazen de çeģitli tüketim alanlarının istediği özelliklere sahip kaliteli kömür hazırlamak gerekebilmektedir. Kaliteli kömür, kömürün çeģitli niteliklerinin fiziksel, kimyasal ve ısıl iģlemlerle istenilen Ģekilde değiģtirilmesi veya iyileģtirilmesi ile elde edilmektedir. Bu niteliklerin baģında kömürün ısıl değeri, kül ve kükürt oranı gelmektedir. Kömür yakıldıktan sonra arta kalan malzemeye kömür külü denilir. Kömür külünün iki kaynağı vardır. Birincisi yanıcı organik malzeme kaynaklı kül ki, bu küle bünye külü veya organik kül olarak ifade edilmektedir. Ġkincisi ise yanıcı olmayan malzeme kaynaklı kül ki, bu küle de yabancı kül veya inorganik kül denilmektedir. Genelde kül(veya Ģist) olarak adlandırılan söz konusu yanıcı olamayan inorganik bileģikler ve mineral maddeler kömürle değiģik Ģekillerde bulunabilmektedir. Bu mineral maddeler kaynağına göre sınıflandırıldığında: i. Primer mineral maddeler(inherent mineral matter): KömürleĢme sırasında, kömürü oluģturan bitkilerin yapılarında bulunan ve kömürlerin organik yapısına kimyasal olarak bağlanan mineral maddelerdir. Kömürdeki toplam mineral madde içeriğinin %0,5-2 kadarlık çok az bir kısmını oluģturur. ii. Sekonder mineral maddeler(adventitious mineral matter): Kömüre organik olarak bağlı olmayan(bitki kaynaklı olmayan), kömüre sonradan karıģan(dıģtan gelen) mineral maddelerdir. Kömürdeki toplam mineral madde içeriğinin ve kömür külünün büyük çoğunluğunu bu tür mineral maddeler oluģturmaktadır. Sekonder mineral maddelerin de iki kaynağı vardır: a. KömürleĢme sırasında kömüre karıģan mineral maddeler(syngenetic mineral matter ) b. KömürleĢmeden sonra kömüre karıģan mineral maddeler(epigenetic mineral matter ) ÇeĢitli kömür yıkama yöntemleriyle bu kül yapıcı bileģenlerin bir kısmı kolayca kömürden uzaklaģtırılabilmektedir. Ancak, kömüre kimyasal olarak bağlı bileģenlerin fiziksel yöntemlerle uzaklaģtırılması imkansızdır. Saf kömür ile mineral maddeler arasındaki en önemli fark yoğunluktur. Saf kömürün özgül ağırlığı karbon (C) içeriği arttıkça artmaktadır. Aynı sınıflardaki kömürlerin yoğunlukları arasındaki fark, esas olarak, bunların içerdiği farklı bünye küllerinden ileri gelmektedir. Bünye külü miktarı arttıkça kömür yoğunluğu da artar. Ancak külün kömür yoğunluğu üzerindeki etkisi kül yapıcı maddelerin cinsine göre değiģir. Örneğin, alüminyumlu külün yoğunluğu demirli külün yoğunluğundan daha azdır. Tablo 1. Kömür türüne göre ortalama kömür yoğunlukları Kömür Türü Yoğunluk, g/cm 3 Linyit Bitümlü Kömürler Antrasit 0,05-1,30 1,15-1,50 1,40-1,70 Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2018 Sayfa 7

8 Kömürdeki esas kül yapıcı ve kükürt taģıyıcı mineral maddelerin yoğunlukları kömürün yoğunluğundan çok daha yüksektir. AĢağıda kömürde sıkça rastlanan mineral maddelerden yalnızca birkaçının yoğunlukları verilmiģtir. Tablo 2. Kömürdeki bazı mineral maddeler ve yoğunlukları Mineral madde Yoğunluk, g/cm 3 Mineral madde Yoğunluk, g/cm 3 Galen Pirit/markazit Limonit Siderit Dolomit 7,2-7,6 4,8-5,2 2,9-4,3 3,7-3,9 2,8-2,9 Boksit Killer(kaolinit, illit vd.) Kalsit Kuvars Jips 2,3-2,7 2,1-3,5 2,7 2,6 2,3 Saf kömür ile mineral maddeler arasındaki yoğunluk farkı kömür yıkama teknolojisi yönünden çok büyük önem taģır. Flotasyon dıģındaki kömür yıkamada kullanılan yöntemlerin tamamı gravite ayırma yöntemlerine dayanmaktadır. Ancak lavvar ölçeğinde yıkama iģlemine geçmeden önce, kömürün yıkanabilme durumu ve karakteristiğini laboratuvarda yüzdürme-batırma deneyleri ile saptanması gerekmektedir. Yüzdürme-batırma testleri, kömürün hangi yoğunlukta külünden ayrılabileceğini, ayırma iģlemi sonucunda elde edilecek yüzen kısmın(temiz kömür veya lave) miktarının belirlenmesi ve kül oranının tayin edilmesini sağlar. Yüzdürme-batırma deney sonuçlarının değerlendirilmesiyle: kömürün yıkanabilirlik kolaylığı veya zorluğu, arzu edilen kül oranına göre hangi yoğunlukta yıkamanın yapılması gerektiği, yıkama iģleminde kullanılacak ünite ve cihazların kapasitelerinin saptanması gibi önemli bilgiler elde edilmektedir. Yüzdürme-batırma testleri, yoğunlukları belirli değerlerde olan durgun ağır sıvı banyolarında yapılır. Ağır sıvı olarak genellikle farklı konsantrasyonlarda hazırlanan çinko klorür (ZnCl 2 ) veya kalsiyum klorür (CaCl 2 ) sulu çözeltileri kullanılır. Hazırlanacak ağır sıvı sayısı ve ağır sıvı yoğunluk değerleri kömürün cinsine ve deneyin amacına göre belirlenir. Yüzdürme batırma testleri için seçilen yoğunluklar genellikle 1300 kg/m 3 den baģlayarak 100 kg/m 3 artıģlarla 2000 kg/m 3 e kadar ayarlanabilir. Test yapılacak kömürün cinsine ve tüvenan kömür içindeki ara ürün (mikst) miktarına bağlı olarak bazen söz konusu yoğunluklar 1200 kg/m 3 den baģlayarak 1800 veya 1900 kg/m 3 e kadar 100 kg/m 3 artıģlarla, bazen de deneyin amacı ve yine kömür özelliklerine bağlı olarak 50 kg/m 3 artıģlarla hazırlanabilir. Yüzdürme-batırma testlerinde kullanılacak kömür numunesi, kömürün kullanım alanları dikkate alınarak, tane boyuna göre sınıflandırılmıģ olmalıdır. Testlerde kullanılacak numune miktarı, kömür numunesinin tane iriliğine bağlı olarak değiģir. Ancak tüvenan kömürde Ģist ve mikst miktarı arttıkça örnek miktarının da artırılması gerekir. AĢağıda, kömürün tane iriliğine bağlı olarak yüzdürme batırma testinde kullanılacak yaklaģık numune miktarları verilmiģtir. Tablo 3. Kömür tane iriliğine bağlı pratik numune miktarı Kömür Tane Ġriliği, mm ,0 1,0-0,5-0,5 Numune Miktarı, kg ,2 0,5 Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2018 Sayfa 8

9 1.3. Yüzdürme Batırma Test Sonuçlarının Değerlendirilmesi Yüzdürme batırma testi için hazırlanan kömür numunesi ya en düģük ya da en yüksek yoğunluktaki ağır sıvıdan baģlayarak her bir ağır sıvıda yüzdürme-batırma iģlemine tabi tutulur. Genellikle, kömür numunesinin en düģük yoğunlukta yüzen oranı fazla ise en düģük yoğunluktan, en yüksek yoğunlukta batan oranı fazla ise yüzdürme batırma iģlemine en yüksek yoğunluktan baģlanması iģlemlerde kolaylık sağlar. Her iki durumda da aynı sonuçlar elde edilir. En düģük yoğunluktan baģlanması durumunda, kömür numunesi önce en düģük yoğunluklu ilk ağır sıvı içine konulur. Kömür numunesinde bulunan ve yoğunluğu ağır sıvının yoğunluğundan fazla olan taneler batarken, ağır sıvı yoğunluğundan daha düģük yoğunluğa sahip taneler yüzer. Yüzen kısım bir kenara ayrılırken, batan kısım yoğunluğu daha yüksek olan bir sonraki ağır sıvıya beslenir. Burada, yoğunluğu bir önceki ağır sıvı yoğunluğundan daha yüksek ancak ikinci sıvı yoğunluğundan daha düģük yoğunluktaki taneler yüzerken, yoğunluğu ikinci sıvı yoğunluğundan da daha fazla yoğunluğa sahip taneler batar ve bu taneler bir sonraki sıvıya beslenir. Böylece bütün sıvılarda yüzen ve en yüksek yoğunluklu son sıvıda batan kısım olmak üzere kullanılan ağır sıvı adedinden bir fazlası kadar ürün elde edilmiģ olur. Bütün ağır sıvılarda yüzdürme-batırma iģlemleri tamamlandıktan sonra elde edilen bütün ürünler kurutulur ve tartılır. ÇeĢitli yoğunluk aralıklarında olan bu ürünlerin her birinin kül analizi yapılarak kül oranları saptanır (istenirse külden baģka kükürt, uçucu madde vd. analizleri de yapılabilir). Böylece, kömür yıkanabilme özelliğini karakterize edebilecek veriler elde edilmiģ olur. Elde edilen bu veriler Yüzdürme-Batırma Çizelgesi adı verilen bir çizelge halinde gösterilir. Çizelge, esasen, her bir yoğunluk aralığındaki kömür miktarı ve kül oranları temel alınarak hazırlanmaktadır. Yüzdürme-batırma çizelgesindeki değerler yalnızca kullanılan ağır sıvı yoğunluklarına ait olduğundan, çizelgeden sağlanan bilgiler sınırlı kalmaktadır. Bu yüzden, eldeki yıkama verilerini grafiksel olarak eğriler Ģeklinde göstermek daha yararlı olmaktadır. Bu amaçla çizilen eğriler beģ adettir ve Kömür Yıkama Eğrileri olarak bilinirler. Bunlar; Yüzen Eğrisi Batan Eğrisi Yoğunluk Eğrisi Parça Külü Eğrisi Dağılım Eğrisi Kömür yıkama eğrileri, kömürün yıkanabilme yoğunluğu, yıkama sonunda elde edilecek ürünlerin miktarı ve külü, yıkama verimi ve proses seçimi hakkında önemli bilgiler sunar. Örneğin, parça külü eğrisinin yanı sıra kümülatif yüzen ve kümülatif batan eğrileri de kömürün yıkanabilme özelliği hakkında önemli fikir vermektedir. Ġyi yıkama özelliği gösteren kömürlerde, bu eğriler yukarıda aģağı doğru dike yakın bir eğimle inerler. Bu eğriler yardımıyla belirli bir kül oranında temiz kömür elde etmek istendiğinde ayrım yoğunluğunun ne olacağı, verimin nasıl olacağı, artıkta kalan kısmın kül oranının ne olacağı bulunabilir. Bu bakımdan yıkama proses seçiminde ve proses sonucu elde edilecek ürünlerin özelliklerinin saptanmasında yıkama eğrilerinin yapısı oldukça önemli olmaktadır. Yüzdürme-batırma testlerine iliģkin örnek bir uygulama aģağıda özetlenmiģtir. Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2018 Sayfa 9

10 Tablo 4. Yüzdürme-batırma testleri değerlendirme çizelgesi Yoğunluk Aralığı (g/cm 3 ) Yoğunluk Aralığındaki Malzeme Toplam Yüzen Malzeme Toplam Batan Malzeme Ağırlk (g) % Ağ. % Kül Kül Ġçeriği % Ağ. Kül Ġçeriği % Kül % Ağ. Kül Ġçeriği % Kül Parça Kül %Ağ. Y = a 0 + a 1 /2 ±0,1 g/cm 3 Yoğunluktaki Malzeme Yoğ %Ağ. (a) 1 (b) ,40 656,5 43,77 9,28 406,2 43,77 406,2 9,28 100, ,4 39,53 21,88 1, ,40-1,50 146,7 9,78 20,96 205,0 53,55 611,2 11,41 56, ,2 63,08 48,66 1,50 14,80 +1,50-1,60 75,3 5,02 30,68 154,0 58,57 765,2 13,07 46, ,2 71,95 56,06 1,60 7,90 +1,60-1,70 43,2 2,88 39,24 113,0 61,45 878,2 14,29 41, ,2 76,95 60,01 1,70 4,86 +1,70-1,80 29,7 1,98 46,97 93,0 63,43 971,2 15,31 38, ,2 79,77 62,44 1,80 3,60 +1,80-1,90 24,3 1,62 54,32 88,0 65, ,2 16,28 36, ,2 81,54 64,24 1,90 3,38 +1,90-2,00 26,4 1,76 60,42 106,3 66, ,5 17,44 34, ,2 82,81 65,93 2, ,00 497,9 33,19 84, ,9 100, ,4 39,53 33, ,9 84,00 83,41 Toplam 1500,0 100,00 39, ,4 ġekil 1: Kömür yıkama eğrileri Kolon No 1,2, HesaplanıĢ ġekli Yüzdürme-batırma deneylerinden Kolon(2) nin% ye dönüģtürülmesiyle Kolon (3) ile Kolon (4) ün çarpımıyla Kolon (3) ün yukarıdan aģağı toplanmasıyla Kolon (5) in alt alta toplanmasıyla Kolon (7) nin Kolon (6) ya bölünmesiyle Kolon (3) ün aģağıdan yukarı doğru toplanmasıyla Kolon (5) in aģağıdan yukarı doğru toplanmasıyla Kolon (10) un Kolon (9) a bölünmesiyle Kolon (6) deki birinci değere Kolon (3) deki bir sonraki değerin yarısı eklenerek Kolon (1) deki yoğunluklar En düģük ve en yüksek yoğunluklar atıldıktan sonra kalan yoğunluklarda bir alt ve bir üst yoğunluktaki malzemenin toplam miktarı Kömür Yıkama Eğrileri 1. Kümülatif yüzen eğrisi(k.y.e) 2. Kümülatif batan eğrisi(k.b.e) 3. Yoğunluk eğrisi(y.e.) 4. Parça külü eğrisi(k.k.e) (Kül karakteristik eğrisi) 5. Dağılım eğrisi(d.e.) ( ±0,1 yoğunluk eğrisi) X Ekseni Y Ekseni Kolon (8) Kolon (6) Kolon (11) Kolon (9) Kolon (1) Kolon (6) Kolon (4) Kolon (12) Kolon (13) Kolon (14) Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2018 Sayfa 10

11 2. YÜZDÜRME-BATIRMA DENEYĠ 2.1. Deneyin Genel Amacı Bu deney kapsamında, bir miktar kömür numunesinin yoğunluk analizi yüzdürme-batırma testleriyle gerçekleģtirilecek ve kömür yoğunluğu ile kömür külü arasındaki değiģim incelenecektir Malzeme ve Donanım Yüzdürme-batırma testlerine tabi tutulacak kömür numunesi. Yüzdürme-batırma deney seti(ağır sıvı olarak çeģitli yoğunluklarda çinko klorür çözeltileri, ürün toplama ve süzme-yıkama aparatları vd.). Kül analiz donanımı (kül fırını, hassas terazi, porselen kroze vs.) 2.3. Deney ĠĢlem Basamakları i. Kömür numunesi temini ve deney setinin kurulması, ii. Yüzdürme-batırma deneyine tabi tutulacak kömür numunesinin hazırlanması(kırma, sınıflandırma, suyla yıkama ve süzme, kurulama gibi iģlemlerden geçirilmesi), iii. Daha önce hazırlanmıģ olan ağır sıvıların yoğunluklarının kontrol edilerek ayarlanması, iv. Yüzdürme-batırma testine en düģük (veya en yüksek) yoğunluktaki ağır sıvıdan baģlanılması, En düģük yoğunluğa sahip ağır sıvıdan baģlanılması durumunda, kömür numunesi en düģük yoğunluktaki ağır sıvı banyosuna boģaltılarak karıģtırılır ve yüzen kısım uygun bir aparat yardımıyla (süzgeç, kepçe, kaģık gibi) bir kenara alınır. Yüzen bu kısım, yüzdüğü ağır sıvının yoğunluğundan daha düģük yoğunluktaki ürün olarak adlandırılır. Batan kısım ise yoğunluğu daha yüksek olan bir sonraki ağır sıvıya beslenir. Bu ağır sıvıda yüzen kısım, yoğunluğu bir önceki ağır sıvı yoğunluğundan daha yüksek ancak ikinci sıvı yoğunluğundan daha düģük yoğunluktaki taneler olarak adlandırılır. Yoğunluğu ikinci sıvı yoğunluğundan da daha fazla yoğunluğa sahip tanelerin oluģturduğu batan kısım ise bir sonraki sıvıya beslenir. Aynı iģlem daha yüksek yoğunluklu ağır sıvılarda tekrarlanır ve en yüksek yoğunluktaki ağır sıvıda son bulur. Elde edilen yoğunluk aralığındaki ürünler ılık suyla yıkanarak çinko klorürden arındırılır. AĢağıdaki Ģekilde yüzdürme-batırma testinin uygulaması özetlenmiģtir. Besleme Yüzen -d 1 +d 1 -d 2 Besleme Yüzen - d - d Batan d 1 d 2 Bir sonraki ağır sıvı. Batan d a d b Bir sonraki ağır sıvı. +d 1 +d 2 +d +d b -d a En düģük yoğunluktan baģlanması durumunda(d 1 < d 2 ) En yüksek yoğunluktan baģlanması durumunda(d a >d b ) v. Yüzdürme-batırma iģlemi sonucu elde edilen yüzen ürünlerin ve batan ürünün süzülmesi, ılık su ile yıkanması ve kurumaya bırakılması, vi. KurutulmuĢ ürünlerin tartım yoluyla ağırlığının bulunması ve bu ürünlerin her birinden ayrı örnekler alınarak kül analizleri yapılması, vi. Test sonunda elde edilen ağırlık ve kül analizi değerleriyle yüzdürme-batırma çizelgesinin oluģturulması ve bu çizelge yardımıyla kömür yıkanabilirliğini gösteren yıkama eğrileri çizilmesi, vii. Deneyin değerlendirilmesi. Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2018 Sayfa 11

12 2.4. Değerlendirme Soruları 1) AĢağıdaki soruların her birini gerçekleģtirilmiģ olan yüzdürme-batırma deneyine göre cevaplandırınız. 1.1) Yüzdürme-batırma testinde kömür numunesine uygulanan iģlem aģamalarını uygun bir akım Ģeması üzerinde sırasıyla gösteriniz. 1.2) Elde ettiğiniz test sonuçlarına göre Ek1 de verilen yüzdürme-batırma değerlendirme çizelgesini tamamlayınız ve çizelgedeki verileri kullanarak aģağıdaki soruları cevaplandırınız. i) Yüzdürme-batırma testine giren kömür miktarı ne kadardır? ii) Yüzdürme-batırma testine giren kömürün kül oranı nedir? iii) Yalnızca 1,5 g/cm 3 yoğunluğundaki ağır sıvıda ayırım yapıldığında yüzen kömür miktarını ve kül oranını bulunuz. iv) Yoğunluğu 1,4 ile 1,6 g/cm 3 aralığında olan (-1,4+1,6) kömürün miktarını ve kül oranını bulunuz. 2) Yüzdürme-batırma deneyinde dikkat edilmesi gereken önemli noktaları ve yıkama sonuçlarına olabilecek etkilerini açıklayınız. 3) Kömür yoğunluğu ile kömür külü arasında nasıl bir genel iliģkiden söz edilebilir? Bu durumun neden(ler)ini tartıģınız. 4) Mineral mühendisliğinde metalik cevherler için Cevher Zenginleştirme terimi kullanılıyorken, bu terim kömürlerin değerlendirilmesi söz konusu olduğunda Kömür Yıkama biçimine dönüģmektedir. Ġki terim arasında uygulama ve temel iģlemler bakımından ne gibi farklılıklar vardır? Belirtiniz. Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2018 Sayfa 12

13 Ek 1: Yüzdürme-batırma deney veri çizelgesi ve yıkama eğrileri grafiği Yoğunluk Aralığı (g/cm 3 ) Yoğunluk Aralığındaki Malzeme Toplam Yüzen Malzeme Toplam Batan Malzeme Ağırlk (g) % Ağ. % Kül Kül Ġçeriği % Ağ. Kül Ġçeriği % Kül % Ağ. Kül Ġçeriği % Kül Parça Kül %Ağ. Y = a 0 + a 1 /2 1 Yoğunluktaki Malzeme Yoğ %Ağ. (a) 1 (b) Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2018 Sayfa 13

14 DENEY DEĞERLENDĠRME KRĠTERLERĠ VE DENEY BAġARI NOTU Ağır ortam hazırlama ve yüzdürme-batırma testlerini içeren ağır ortam ayırması deneyinin değerlendirilmesinde ve deney baģarı notunun oluģturulmasında Kısa Sınav(Kuiz) Notu ile Deney Değerlendirme Sınav Notu dikkate alınacaktır. Deney baģarı notu Ģu Ģekilde hesaplanacaktır. Deney Başarı Notu= Deney Kısa Sınav Notu (%40) + Deney Değerlendirme Sınav Notu (%60) 1. Kısa Sınav (Kuiz): Deney haftasında ve ilgili ders saatinin herhangi bir bölümünde yapılabilecektir. Kısa sınav uygulaması klasik yazılı sınav (ve/veya sözlü notu Ģeklinde de) olabilecektir. Yazılı sınav soruları deney konusunun kuramsal temelleriyle ilgili olacaktır. Ayrıca ders iģleyiģi sırasında derse aktif katılımı olan ve sözlü sorulara verilen yeterli cevaplar, cevabı veren öğrencinin sözlü sınav notu olarak değerlendirilebilecektir. Kısa sınavlardan başarılı olabilmek için en azından deney föyleri dikkatlice okunmalı, deney föyünde bulunan Deney Hazırlık Soruları özellikle cevaplandırılmış olmalıdır. Gerekli durumlarda deney konusu ile ilgili başka kaynaklara da başvurulmalı, her öğrenci o gün yapacağı deneye tümüyle hazırlıklı gelmelidir. 2. Deney Değerlendirme Sınavı: Ağır ortam ayırması deneyi için ayrıca deney raporu istenmeyecektir. Deney raporu yerine Deney Değerlendirme Sınavı yapılacaktır. Ancak bu sınava girebilmek için ilgili deneyin kısa sınavına girmiş ve deney uygulamasına da katılmış olmak koşulu vardır. Bu koģulu sağlamayan öğrenciler deney değerlendirme sınavına girme haklarını kaybetmiģ olacaklardır. Deney değerlendirme sınavı klasik yazılı sınav Ģeklinde olabileceği gibi deney uygulaması ve/veya sözlü soru-cevap Ģeklinde de olabilecektir. Deney değerlendirme sınavı üç soru grubundan oluģacaktır: (i) Birinci grup sorular ağırlıklı olarak deney konusunun dayandığı genel prensipleri ve kuramsal temelleriyle ilgili olacaktır. Bu soru grubu, cevher hazırlamanın ana ilkelerini ve temel mantığını kavramıģ her öğrencinin rahatlıkla cevaplandırabileceği sorulardan oluģacaktır. Birinci grup soruların tam olarak cevaplandırılması için her öğrencinin deney konusunun kuramsal temellerini çeşitli kaynaklara başvurarak araştırmasının ve öğrenmesinin gerekli olduğu unutulmamalıdır. Ayrıca, her öğrencinin deney ders saatinde anlatılanları dikkatle ve ilgiyle takip etmesi, çeşitli sorular sorması, gerektiğinde kısa notlar alması önem taşımaktadır! (ii) Ġkinci grup sorular ise doğrudan doğruya gerçekleģtirilen deneyin pratik uygulamasıyla ilgili olacaktır. Örneğin, gerçekleģtirilmiģ olan deneyin amacı nedir? Amaçlara ne ölçüde ulaģılmıģtır? Deney malzemesi olarak ne kullanılmıģtır, bu malzemenin özellikleri nelerdir? Deneyde hangi iģlem aģamaları uygulanmıģtır? Deney sonucunda hangi bulgulara ulaģılmıģtır? Deneyin kritik noktaları nelerdi? ve benzeri. İkinci grup soruların tam olarak cevaplandırılmasında her öğrencinin deneye aktif katılımının, deney uygulamasını ve işlem aşamalarını iyi takip etmesinin, deneysel gözlemlerde bulunmasının ve kısa notlar almasının mutlaka gerekli olduğu unutmamalıdır! (iii) Üçüncü grup sorular, deneyden elde edilen nicel verilerin kullanılabilmesine yönelik soru grubudur. Nicel veriler bir deneyin sayılabilir, ölçülebilir özelliğini veren verilerdir. Sayısal verilerin çözümlenmesi, tabloların oluģturulması, eğrilerin çizilmesi, sonuçların grafiksel gösterimi, çözümlemelerden çeģitli sonuçların çıkarılarak yorumlanması, bulguların tartıģılması gibi matematiksel iģlem ağırlıklı soru grubudur. Bu grup soruların tamamı veya bir kısmı doğrudan doğruya deneyden elde edilen verilerin çözümlenmesine yönelik olacaktır. Üçüncü grup soruların tam olarak cevaplandırılabilmesi için her öğrencinin temel matematik bilgisi alt yapısına sahip olması, dört işlem çözümlemelerinde sorunsuz olması, veri çözümlemede işlem adımlarını iyi bilmesi, özellikle birimleri ve birim dönüşümlerini iyi öğrenmesi, grafik çizme ve okuma becerisini geliştirmiş olması, sınav öncesi örnek uygulamalar üzerinde çalışılmış olması, deney föyünde verilmiş olan Deney Değerlendirme Soruları nın, bilhassa sınavdan önce, doğru ve eksiksiz bir şekilde çözümlemiş olması kilit rol oynamaktadır! Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2018 Ek Sayfa (i)

15 1 Özgül Ağırlık Farkı veya Gravite ile Zenginleştirme 1. Özgül Ağırlık Farkı İle Zenginleştirmenin Genel Tanımı Mineral tanelerinin, aralarındaki özgül ağırlık farklılığının neden olduğu, akışkan ortamlardaki hareket farklılığına dayanılarak, birbirlerinden ayrılması ile gerçekleştirilen zenginleştirmeye, özgül ağırlık farkı ile zenginleştirme veya gravite zenginleştirmesi denir. Özgül ağırlık farkı ile zenginleştirmede akışkan ortam olarak su, çok nadiren ağır (yoğun) bir akışkan ve bazen de kullanılır. Özgül ağırlık farkı ile zenginleştirmede mineral tanelerinin ayrılmasında aşağıdaki özellikler etkilidir: Ayrılması istenen mineraller arasında özgül ağırlık farkı, Minerallerin akışkan ortamlardaki hareket hızları ve davranışları, Minerallerin şekli, Tane büyüklüğü, Akışkan ortamın akış rejimi, viskozitesi ve özgül ağırlığı, İçinde zenginleştirme yapılan aygıtın yapı ve çalışma şekli, Genel hidrodinamik özellikler. 2. 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; ( )

16 2 Stokes bölgesinin (Laminer akış) özellikleri Geçerli tane boyutu ortalama 0.1 mm nin altındadır. Viskoz direnç yüksektir, Basınç direnci yoktur, Tanelerin hareket hızı düşüktür. 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.

17 3. Konsantrasyon Kriteri (K): Türbülans akıştaki Eşit Çökme Oranı, Taggart tarafından Zenginleştirme (konsantrasyon) kriteri olarak tarifleşmiştir. Konsantrasyon kriterinin değeri; Özgül ağırlık farkı ile zenginleştirmenin hangi boyutlarda yapılacağını, Hangi yöntem veya yöntemlerin uygulanabileceği hakkında genel bir fikir vermektedir. Konsantrasyon Kriteri Kons. Kriteri Değeri (K) Uygulama Tane Boyutu Uygulama Derecesi Uygulanabilen Zenginleştirme Yöntemleri K > 2.5 Çok küçük boyutlar Çok kolay Serbestleşme boyutuna bağlı olarak Tüm Yöntemler 2.5 > K > mm Kolay Serbestleşme boyutuna bağlı olarak Tüm Yöntemler 1.75 > K > mm Güç Ağır-Ortam, Jig 1.5 > K > mm Oldukça Güç Ağır-Ortam, Jig 1.25 > K Mümkün Değil Akışkanın yoğunluğu arttırılmalıdır Özgül ağırlık farkı ile zenginleştirmede genellikle üç türlü akışkan ortam kullanılmaktadır : Durgun ortam (Ağır-Ortam) Düşey hareketli ortam (jig) Tabaka halinde akan ortam (oluk, spiral, masa vs). 4. JİG ile ZENGİNLEŞTİRME Bir cevherdeki farklı yoğunluktaki minerallerin düşey hareketli bir akışkan ortamda tabakalar halinde ayrılması yoluyla yapılan mineral ayrımına ya da cevher zenginleştirme işlemine jig ile zenginleştirme denir. Diğer bir tanım ise taban elekli bir kasada, periyodik olarak düşey hareket eden akışkan bir ortam içinde, malzemelerin yoğunluklarına göre tabakalaşmaları olarak ifade edilmektedir. Zenginleştirme işleminin yapıldığı aygıta da jig denir. Jigde kullanılan akışkan ortam çoğunlukla su, bazen hava, çok nadir olarak da ağır bir sıvıdır. Jigler, daha çok iri boylardaki cevherlerin (ağır cevher mm, kömür mm), özellikle kömürlerin yıkanmasında kullanılan aygıtlardır. Jigler teknolojik olarak geliştirilerek daha ince tane boylu cevherlerin de zenginleştirilmesinde kullanılmaya başlamıştır Jigde Zenginleştirmenin Esasları Karışık bir ayırma mekanizmasına dayanan jig ile zenginleştirmede, farklı özgül ağırlıktaki tabakaların oluşumu 4 nedene bağlanmaktadır: a) Çöküş başlangıcında ivme farklılığı: Akışkan bir ortamdaki çökme hareketinin başladığı anda, harekete karşı herhangi bir direnç bulunmadığından, ağır taneler hafif tanelere göre daha büyük bir ivme ve hızla hareket etmektedir. Jigde çöküş koşulları, jig hareketi nedeni ile, sürekli tekrarlandığından, farklı özgül ağırlıktaki taneler terminal hızlarına ulaşamadan, başlangıç ivmelerine göre çökmektedir. Başlangıç ivmeleri yalnızca özgül ağırlıkla ilgili olduğundan, ağır mineral çok kısa sürede çok hızlı çökerek alt tabakalarda toplanmaktadır. b) Engelli çöküş klasifikasyonu: Ağır bir mineral tanesinin hafif mineral tanesinden daha hızlı çökeleceği gerçeğine dayanan engelli çökelme etkisidir. Süspansiyonda katı oranı %15 in üstünde olduğunda, eşit çöken taneler engelli çöküş koşullarında hareket ederler. Engelli çöküş oranı ( ). Jiglerde suyun yukarı doğru hareketi (basma), tabakaları açarak yarı akışkan engelli çöküş ortamının meydana gelmesine neden olurlar. Suyun yukarı doğru hareketi (basma) sonu ile aşağı doğru hareketinin (emme) başlangıcında, meydana gelen engelli çöküş klasifikasyonu, ağır tanelerin hafiflere göre daha hızlı olarak aşağı doğru hareketini sağlamaktadır. Bunun sonucu olarak mineral teneleri ağırdan hafife doğru jig eleği üzerinde sıralanmaktadır. Jig içindeki süspansiyonun katı içeriği arttıkça, süspansiyonun özgül ağırlığı artacağından, engelli çöküş oranı yükselmekte ve özgül ağırlık farklılığına dayanan ayırma etkinliği artmaktadır (Taggart zenginleştirme kriteri). 3

18 c) Çöküş sonunda ara boşluklardan sızma: Emme hareketi sırasında ve engelli çöküş klasifikasyonunun iri taneleri çökelip tabakalardaki yerini almalarıyla, küçük boyutlu taneler ara boşluklardan çökmeye devam ederler. 4 Şekil 2. Üç farklı olayın birlikte etkisi sonucu jigde tabakalaşma mekanizması d) Tanelerin potansiyel enerjilerinin kinetik enerjiye gelme eğilimleri: 4.2. Jigin Yapısı ve Ayırmayı Etkileyen Faktörler Jiglerin temel yapısı Şekil 2 de verilmektedir. Jigler özgül ağırlıkları farklı minerallerin, ortamın veya jig eleğinin hareketi ile sağlanan pulsasyon hareketleri vasıtasıyla, ağırlığı yüksek minerallerin alt tabakada, hafif minerallerin ise üst tabakada olmak üzere tabakalaşma yoluyla ayrılma gerçekleşmektedir. Bu şekilde oluşturulan tabakaların ayrı yollarda alınması sonucu zenginleştirme gerçekleştirilir. Şekil 2. Bir jigin yapısal unsurları ve çalışma biçimi

19 Ayrılacak mineraller arasındaki özgül ağırlıkk farkı az olduğunda, ayırma etkinliğini artırmak için cevherin dar aralıklarda sınıflandırılarak beslenmesi gerekmektedir. Jiglerde ayırmayı etkileyen başlıca yapısal ve jige beslenen cevher özellikler olarak 3 ye ayrılmaktadır: Jig yapısına bağlı faktörler: Tabaka kalınlığı, pulsasyon (emme-basma) özellikleri, ürünlerin jigden boşaltılması, bölme (kompartıman) sayısı, elek yapısı ve şekli gibi faktörler en önemli parametrelerdir. Jige beslenen malzemeye bağlı faktörler: Jige beslenen mineraller arasındaki özgül ağırlık farkı arttıkça ayırma hassasiyeti artmaktadır. Tüm gravite cihazlarda olduğu gibi, dar tane boyutunda (birbirine yakın boyutta) besleme, tane şekli de önemlidir. Jigin çalışma koşullarına bağlı faktörler: Jige beslenen malzemenin besleme hızı, su miktarı, ayırma yoğunluğu gibi faktörler sıralanabilir Jig tipleri Jiglerde ayırma olayının gerçekleştiği akışkan ortamın hareketini sağlayan sistemin yöntemi jigin tiplerini belirlemektedir. Hareketli elekli jigler Pistonlu jigler Diyaframlı (Membranlı) jigler Hava kamaralı jigler 5. Jig ile Zenginleştirme Deneyi Bu deneyin amacı, farklı yoğunluklara sahip minerallerden oluşan cevherlerin düşey hareketli bir akış ortamındaki zenginleştirilme işlemini gözlemlemek ve Denver tipi bir jig kullanarak cevher zenginleştirme işlemini gerçekleştirmektir Deneyin Yapılışı Ayrılacak mineral olarak kırılmış ve sınıflandırılmış ağır cevher veya kömür örneği kullanılmaktadır. Çalıştırmadan önce Denver jigi su ile doldurulur. Tekne suyu beslemesi için makine durgun bir su deposuna bağlanmalıdır. Jig makinesi çalıştırılır ve su taşması duruncaya kadar beklenir. Jige elek açıklığından daha iri boylarda ve sınıflandırılmış cevher beslemesi yapılır. Tabakalaşma gözlemleninceye kadar makine çalıştırılır. Jig makinesi durdurup, ürünleri elle ayrı kaplara alınarak, gözlemlenir. Aynı deneyi yapay yatak kullanılarak gerçekleştiriniz. Yapay yatağın etkisini gözlemleyiniz. Jig ürünlerin miktarları ve kimyasal analizleri yapılarak zenginleştirme verimi belirlenir ve deney sonucu yorumlanır. 6. Değerlendirme ve Çalışma Soruları 1. Deneysel gözlemlerinizi, bulgularınızı ve yorumlarınızı yazınız. 2. Jigin yapısal ve çalışma faktörleri ile beslenen malzemeye bağlı faktörleri açıklayınız. 3. Endüstride kullanılan jig tiplerinin şekillerini çizerek, kısaca açıklayınız. 4. Jigde ayırmayı verimini arttırmak için neler yapılabilir, tartışarak açıklayınız? 5. Jiglerde yapay yatak kullanılmasının sağladığı üstünlükler nelerdir, açıklayınız? 6. Günde 850 ton galen ve kuvarstan oluşan kurşun cevheri işleyen bir jig zenginleştirme tesisinden %33.6 Pb tenörlü konsantre %93.7 metal kazanma verimi ile elde edilmektedir. Zenginleştirme tesisine beslenen cevher %18.3 Pb tenörüne sahiptir. Bu tesiste zenginleştirme işlemi iki kademe halinde gerçekleştirilmektedir. 1.kademede -10 mm altına indirilen cevher iri jig zenginleştirme işlemine tabi tutularak %27.9 Pb içeren bir iri konsantre ve ağırlıkça %65 oranında kaba artık elde edilmektedir. 2.kademe zenginleştirme işlemi ise cevher -2 mm altına indirildikten sonra sallantılı masalarda gerçekleştirilmiştir. 2.kademe zenginleştirme işleminden sonra %2.7 Pb içeren bir artık elde edilmektedir. Buna göre; a) Zenginleştirme tesisinin akım şemasını çiziniz. b) İnce konsantre miktar ve tenörü ile artığın miktarını bulunuz. Tesisin zenginleştirme oranını hesaplayınız. 5

20 İnönü Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü 322 Cevher Hazırlama Laboratuarı II Yoğunluk Farkına göre Zenginleştirme SARSINTILI MASA ile ZENGİNLEŞTİRME 1. Giriş Sarsıntılı masalar, yoğunluk farkı ile zenginleştirmenin günümüzde en çok kullanılan makineleridir. Sarsıntılı masa, temel olarak, üzerinde tabaka halinde akışkan akışı olan, kabaca dikdörtgen şekilli ve hareketli bir masa yüzeyidir. Yatayla birkaç derecelik açı yapacak şekilde eğimli olan masa yüzeyi, uygun bir hareket mekanizmasıyla, masanın uzun ekseni doğrultusunda ve geriye doğru olan hareketi daha hızlı olmak üzere, ileri-geri hareket ettirilir. Masa yüzeyi genellikle dar ve uzun eşiklerle kaplanmıştır. Sarsıntılı masa yüzeyinde bulunan mineral taneleri, tabaka halinde akan akışkan hareketi ile akış yönüne dik olan asimetrik hareketin bileşke etkisi altında hareket ederler. Şekil 1 de gösterildiği gibi, tabaka içinde en hızlı hareket eden en hafif-en iri tane masa hareketi doğrultusunda en kısa yolu alır. Akışkan tabaka içinde en yavaş hareket eden en ağır-en ince tane ise masa hareketi doğrultusunda en uzun yolu alır. Yuvarlanma hareketinin etkisi de göz önüne alındığında, farklı yoğunluklardaki ve farklı tane boylarındaki tanelerin akan su tabakası içinde akış doğrultusundaki dizilişleri Şekil 2 dekine benzer şekilde olacaktır. Yuvarlanma hareketi, en çok, iri taneler üzerinde etkili olduğundan en iri ve en hafif tane en hızlı; en küçük ve en ağır tane ise en yavaş harekete sahip olur. Şekil 1. Farklı yoğunluk ve büyüklükteki tanelerin akan su tabakası içindeki dizilişleri. Masa üzerindeki eşiklerin ön tarafında suyun eşiğe çarpmasıyla oluşan türbülans akış, engelli çöküş koşullarının oluşmasına neden olarak, birlikte hareket eden iri-ağır ve ince-hafif tanelerin birbirinden ayrılmasını sağlar. Eşikler arasında jigdekine benzer şekilde bir tabakalaşma meydana gelir (Şekil 3). Ağır taneler eşik tabanına doğru toplanırken, hafif taneler eşiği aşarak suyla birlikte akmaya devam ederler. Sayfa 1

21 İnönü Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü Şekil 2. Farklı yoğunluk ve boydaki tanelerin masa hareketi doğrultusundaki dizilimi. Şekil 3. Akan su tabakası içindeki katı hareketi üzerindeki eşik etkisi. Masa yüzeyinde sağlanan iki hareketin (kuvvetin) uygun şekilde birleşmesi sonucunda ve eşik etkisiyle masada tane boyu ve yoğunluğa bağlı olarak iri-hafif, ince-hafif+iri-ağır ve ince-ağır mineral tanelerini içeren üç ayrı kuşak oluşur. Bu kuşakların masa yüzeyinden ayrı yerlerden alınmasıyla sarsıntılı masada zenginleştirme yapılmış olur. Sarsıntılı masayla zenginleştirmede minerallerin birbirinden ayrılmasını etkileyen ve ayarlanması gereken birçok değişken vardır. Bunlar, i. Hareket hızı ve genliği, ii. Masa eğimi, iii. Yıkama suyu miktarı, iv. Beslenen cevher ve su miktarı, v. Ürün toplama oluklarının konumu, vi. Eşik tipi ve yerleşimi. Cevher boyutu ve zenginleştirme aşamasına bağlı olarak da şu ayarlar yapılabilir. İri boyutlu cevher: Uzun genlik, düşük hız, fazla eğim, yüksek eşik, fazla besleme, fazla yıkama ve besleme suyu. İnce boyutlu cevher: Kısa genlik, yüksek hız, yataya yakın eğim, alçak eşik veya eşiksiz, az besleme, az yıkama ve besleme suyu. Kaba zenginleştirme: Uzun genlik, düşük hız, fazla eğim, fazla besleme, fazla yıkama ve besleme suyu. Son zenginleştirme: Kısa genlik, yüksek hız, az eğim, az besleme, az yıkama ve besleme suyu. Sayfa 2

22 İnönü Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü 2. Sarsıntılı Masa ile Zenginleştirme Deneyi 2.1. Amaç Bu deneyin amacı, farklı yoğunluklara sahip minerallerden oluşan cevherlerin yatay hareketli bir akış ortamındaki zenginleştirilme işlemini gözlemlemek ve sarsıntılı masa kullanarak cevher zenginleştirme işlemini gerçekleştirmektir Deneyin Yapılışı Malzeme ve Donanım Kırılmış, öğütülmüş ve sınıflandırılmış cevher veya kömür örnekleri, Sarsıntılı masa makinası ve çevre donanımları. İşlem 1. Sarsıntılı masayı çalıştırmadan önce makinenin (a) masa hareket sistemini, (b) Eğim kontrol sistemini ve (c) Su dağıtım sistemini tanıyınız. 2. Sarsıntılı masayı çalıştırıp masa üzerine bir kağıt parçası koyunuz. Kağıt üzerine bir kalemin ucuyla harekete dik yönde bir çizgi çizmeye çalışınız. Böylece sarsıntılı masanın kağıt üzerindeki izi masanın genliği hakkında bilgi verecektir. Belirli bir süredeki genlik sayısı ise masanın sarsıntı frekansını verecektir. 3. Makinayı çalıştırın, az fakat düzgün bir şekilde su dağıtım sistemini açın. 4. Masanın besleme yerinden daha önce hazırlamış olduğunuz cevheri boşaltmaya başlayın. Beslenen malzemenin hareketini gözlemleyin. 5. Masa üzerinde artık, ara ürün ve konsantre kuşaklarını oluşturmak üzere masanın ayarlarını ve su miktarını değiştirin. Kuşaklar oluşunca masa kenarındaki uygun yerlere kovalar yerleştirerek ürünleri toplayın. 6. Masada ürün toplama işlemi bitince masayı durdurun, yıkayın. Ürünleri kurutup inceleyin. Sayfa 3

23 İnönü Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü Eti Krom A.Ş. Elazığ Kef Dağı Konsantratörü, Üç katlı sarsıntılı masalar. 3. Değerlendirme ve Çalışma Soruları 1. Deneysel gözlemlerinizi, bulgularınızı ve yorumlarınızı yazınız. 2. Sarsıntılı masaya yeterince sınıflandırılmamış cevher ya da kömür beslenmesinin yol açacağı sorunlar neler olabilir? Tartışmalı bir açıklama yazınız. 3. Sarsıntılı masada zenginleştirilecek cevherler için öğütme ve sınıflandırmada göz önüne alınabilecek ön koşullar var mıdır? Gerekçeli olarak açıklayınız. 4. Sarsıntılı masalara beslenmek üzere bir cevher nasıl hazırlanmalıdır? Öğütücü ve sınıflandırıcı önerileri yapınız. Sayfa 4

24 1. Giriş 322 Cevher Hazırlama Laboratuarı II Yoğunluk Farkına göre Zenginleştirme HUMPREY SPİRALİ ile ZENGİNLEŞTİRME Küçük boyutlu mineral tanelerinin yataya yakın eğimdeki bir yüzey üzerinde, ince bir tabaka halinde akan akışkan ortam içerisinde birbirleri arasındaki özgül ağırlık farkına göre ayrılmasıyla gerçekleştirilen zenginleştirme işlemine, tabaka halinde akan akışkan ortamda zenginleştirme denir. Tabaka halinde akan akışkan ile ayırmada, sabit oluk, kadifeli oluk, daralan oluk, hareketli oluk, sabit masa, sarsıntılı masa, yuvarlak masa, vanner, koni, spiral gibi ayırıcı cihazlar kullanılmaktadır. Bunlardan sallantılı masa, koni ve spiral günümüzde en yaygın kullanılanlardır. Humphrey spirali, basit bir açıklamayla, bir oluğun, düzenli şekilde spiral olarak kıvrılmasıyla üretilmiştir. Diğer bir ifadeyle, Humprey spirali modifiye edilmiş yarı dairesel kesitli, helis şeklinde uzun bir oluktan oluşmaktadır. Ortalama cm hatve yarıçapına sahip olmakla birlikte hatveler arasında cm yükseklik farkı ve bir spiralde en az 5 hatve bulunmaktadır. Humphrey spiralinde zenginleştirme mekanizması karışık olmakla birlikte, farklı yoğunluktaki minerallerin ayrılması, tabaka halinde akan su ve merkezkaç kuvvetinin birlikte etkisi söz konusudur. Bunun yanında tanelerin farklı terminal çökelme hızları, akan malzeme yatağında ara boşluklardan sızma ve engelli çöküş şartlarında ayrılma gerçekleştirilmektedir. 1 Şekil 1. Spiral hatvesinde tanelerin bulunuş yerleri. Spiralin üstünde bulunan besleme oluğundan homojen bir şekilde beslenen cevher-su karışımı ya da pülp, tabaka halinde aşağıya doğru akar. Merkezkaç kuvvetinin etkisiyle, aşağıya doğru akan tabaka kalınlığı, hatve merkezine yakın kısımlarda ince, merkeze uzak yan kısımlarda ise kalındır. Bu durumda iri ve ağır mineral taneleri merkeze yakın kısımda toplanırken, ince ve hafif mineral taneleri ise dış duvarlara doğru hareket ederler. Ağır minerallerin arasına karışan hafif mineralleri uzaklaştırmak amacıyla merkezden yana doğru yıkama suyu verilmektedir.

25 Spiraller tesislerde, kömür zenginleştirmenin yanı sıra krom, demir, tunsgten ve kalay cevherleriyle, sahil kumlarındaki zirkon, rutil, monazit gibi ağır minerallerin zenginleştirilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Spirallere kömürde 3-0,1 mm, ağır cevherde 1-0,075 mm boyutlarında pülp halinde beslenmektedir. Beslenen pülp içerisindeki katı oranı % arasındadır. Spiral ile cevher zenginleştirme işlemi sırasında ürün toplama mandallarının ayar konumlarına göre, konsantre, ara ürün ve artık olmak üzere üç ayrı ürün elde edilebilmektedir. Tek bir spiral ile yeterli konsatre tenörü alınamadığından, paralel ve seri halde bağlanan çok sayıda spiralden oluşan bataryalar halinde çalıştırılmaktadır. Endüstriyel ölçekte ince kömürün zenginleştirilmesinde kullanılan pek çok spiral çeşidi (örneğin Reichert, Humphrey, Multotec, MD gibi) bulunmaktadır. İnce kömür zenginleştirmede Reichert spirali kullanmanın avantajları, düşük yatırım ve işletme maliyetleri, az enerji ihtiyacı, daha az yer gereksinimi, hareketli parçaların olmaması ve dolayısıyla arızaların az olması olarak sayılabilir. Reichert spirallerinde çalışma şartlarına bağlı olarak, kömür ayırmada spiral ayırma yoğunluğu gr/cm 3 arasında değişmekte, beslenen kömürdeki ince malzemenin miktarı arttıkça spirallerde ayırma yoğunluğu artmakta ve ince boyutta olan artık (şist) temiz ürüne karışmaktadır. Beslenen kömürde pülpte katı oranını, tüvenan kömürdeki kül içeriği ve şlam oranı etkilemektedir. Kömürdeki şlam, spiralde temiz kömür ile birlikte hareket ettiğinden, besleme öncesi kömürdeki şlamın uzaklaştırılması ayırma etkinliğini ve veriminin artmasına olumlu yönde etki yapmaktadır. Reichert spiralleri endüstriyel ölçekte genellikle hatveli olup 8 veya 16 adetlik bataryalar halinde çalıştırılmaktadır. İki spiral iç içe sarılarak çift sargılı olarak da üretilebilmektedir. Aşınmaya dayanıklı poliüretan malzemelerden imal edilirler. 2 Mineral Kömür Şekil 2. Tesis ölçekte Humphrey spiralinin görünümü.

26 Spirallerde yapısal ve cevhere bağlı olarak çalışma parametreleri bulunmaktadır. Bu parametrelerin belirlenmesi spiral verimi ve performansı açısından önemlidir. Yapısal parametreler: Hatve sayısı, hatve çapı, hatve eğimi, ayırma bıçak ayarı, yıkama suyu miktarı, pülp besleme hızı Cevhere bağlı parametreler: Ayırma yoğunluğu, ayrılacak mineraller arasında yoğunluk farkı, dar tane boyut aralığı, pülpte katı oranı, şlam miktarı 3 Şekil 2. Humphrey spiralinin laboratuarda ve tesiste görünümü. 2. Humprey Spirali ile Zenginleştirme Deneyi 2.1. Amaç Bu deneyin amacı, farklı yoğunluklara sahip minerallerden oluşan cevherlerin tabaka halinde akan sarmal bir akış ortamındaki hareketlerini gözlemlemek ve Humphrey Spirali kullanarak cevher zenginleştirme işlemini gerçekleştirmektir Deneyin Yapılışı Malzeme ve Donanım Kırılmış, öğütülmüş ve sınıflandırılmış cevher veya kömür örnekleri, Humphrey Spirali Makinesi ve çevre donanımları İşlem a) Deneyde kullanılacak malzeme ve donanımın hazırlanması, b) Humphrey Spiralinin sadece su kullanılarak çalıştırılarak hatve yüzeylerinin ıslatılması,

27 4 c) Ürün toplama mandallarının ayarlanması ve ürün toplama kovalarının yerleştirilmesi, d) Ağırlıkça %35 katı içerecek şekilde pülp hazırlanması, e) Pülpün spirale pompalanması, f) Ürün toplama kovaları yardımıyla, konsantre, ara ürün ve artığın toplanması, g) Pülp beslemesi bitince, spiral temizleninceye kadar spiralin yıkanması, h) Ürünlerin susuzlaştırılması, i) Ürünlerin incelenmesi. Değerlendirme soruları mm tane boyundaki 4600, 2650 ve 1600 kg/m 3 yoğunluğundaki minerallerden oluşan bir cevher, tabaka halinde akan bir su ortamına bırakıldığında tanelerin akış içerisindeki dizilimlerini çiziniz. Tanelerin tamamının tekdüze ve 0,5 mm boyunda olması durumunda tane dizilimleri nasıldır. Bu durumda tanelerin terminal hızlarını hesaplayınız. (m: 2/3) 2. Spiral ayırıcılarda zenginleştirme sırasında tanelere etki eden kuvvetleri şekil çizerek gösteriniz. 3. Spiraller sınıflandırıcı olarak kullanılabilirler mi? Gerekçeli olarak açıklayınız. 4. Spirallerde hatve yarıçapının ve hatve eğiminin zenginleştirme üzerindeki etkilerini açıklayınız. 5. Reichert spirali ile Humphrey spirali arasında yapısal farklılıkları açıklayınız. 6. Endüstride kullanılan spiral çeşitlerini şekleri ile birlikte açıklayınız. 7. Maksimum tane boyutu 40 cm kromit ve serpantinden oluşan cevherin boyutu 3 mm altına indirildikten sonra temiz bir artık atılmakta, nihai zenginleştirme ise 0.5 mm boyutunun altında gerçekleştirilmektedir. Kromiti zenginleştirecek tesisin akım şemasını çiziniz, kullanılan aygıtları belirtiniz mm altında bulunan kömürün zenginleştirilmesinde kullanılan gravite yöntemlerini akım şeması üzerinde alternatifleri de göz önünde bulundurarak çiziniz.

28 0322 CEVHER HAZIRLAMA LAB. II DÜŞÜK ALAN ŞİDDETLİ KURU ve YAŞ MANYETİK AYIRMA 1. DENEYİN AMACI Düşük alan şiddetli manyetik ayırıcıda ferromanyetik bir mineralin diğerlerinden ayrılma işleminin gerçekleştirilmesidir. 2. GİRİŞ Manyetik ayırma, bir mıknatısın oluşturduğu manyetik alanda çeşitli kuvvetlerin etkisi ile manyetik olan ve manyetik olmayan tanelerin birbirinden ayrılması işlemidir. Manyetik ayırmanın temelinde, oluşturulan manyetik alanın rolü büyük olup, manyetik alan şiddeti ayrılacak olan mineralin manyetik duyarlılığına göre değişiklik göstermektedir. Minerallerin büyük bir bölümünü kapsayan ve zayıf manyetik özellik gösteren mineraller olan paramanyetikler için yüksek alan şiddetli manyetik ayırıcılar, güçlü manyetik özellik gösteren mineraller olan ferromanyetikler için düşük alan şiddetli manyetik ayırıcılar kullanılmaktadır. Manyetik özelliği olmayan taneler ise diamanyetik mineraller olarak tanımlanmakta ve oluşturulan manyetik alandan etkilenmemektedir. Bu tip mineraller ancak paramanyetik sıvılarla muamele edildikten sonra manyetik özellik kazanabilmekte ve manyetik alanda zenginleştirilebilmektedir. Bazı uygulamalarda ise düşük manyetik özelliği olan taneler, ısıtılarak yüksek manyetik özelliği olan tanelere dönüştürülebilmektedir. Koloidal yapıdaki ultra ince tanelere manyetik salkımlaştırma yapılarak boyutunun büyütülmesi ve takribinde manyetik ayırıcı ile ayrılabilmesi bir diğer alternatif ayırma yöntemidir. Kısacası günümüzde ekonomik olması koşulu ile hemen hemen her minerali, çeşitli işlemlerden geçirerek manyetik ayırıcılarla ayırmamız mümkün olmaktadır. Manyetik ayırıcılar, aşağıdaki şekilden görülebileceği üzere başlıca 3 ana alanda kullanılmaktadır.

29 Cevher zenginleştirme amacıyla kullanılan manyetik ayırıcılar en yaygın kullanım alanına sahip olan manyetik ayırıcı tipleridir. Başta manyetit olmak üzere, nadir toprak elementleri, nikel, elmas, krom, kalay, tungsten, titanyum, manganez, alüminyum, baryum, molibden, germanyum, kil, kum ve seramik hammaddeleri gibi pek çok mineralin zenginleştirilmesinde başarı ile kullanılmaktadır. Geri kazanma amaçlı olarak, ağır ortam esaslı kömür yıkama tesislerindeki manyetit veya ferrosilikonun geri kazanılması örneği verilebilir. Ağır ortamla çalışan kömür yıkama tesislerinde, ağır ortam oluşturucu olarak kullanılan toz manyetit tambur tipi manyetik ayırıcılar ile geri kazanılmaktadır. Genellikle 5000 Guuss un altında bir manyetik alan şiddetli bu ayırıcılar ile manyetit %99 oranında geri kazanılabilmektedir. Geri kazanma amaçlı bir diğer uygulama ise katı atıklar içerisinden demirli parçaların evsel veya endüstriyel atıklardan geri kazanılmasıdır. Özellikle hurda sanayisinde demirli parçaların alüminyum ve plastik gibi diğer paramanyetik veya diamanyetik malzemelerden ayrılması için kullanılabilmektedir. Şekil 1. Koruyucu amaçlı manyetik ayırma Manyetik ayırıcılar ayırma ortamının hava olması durumunda kuru manyetik ayırıcı, su olması durumunda ise yaş manyetik ayırıcı adını almaktadır. Demir, manyetit, ferrosilikon, pirotin gibi ferromanyetik mineraller düşük alan şiddetli manyetik ayırıcılar yardımıyla, birlikte bulundukları diamanyetik maddelerden kolayca ayrışabilmektedirler.

30 Düşük alan şiddetli kuru manyetik ayırıcılar tamburlu ve bantlı olmak üzere iki tipte imal edilmektedirler. Tamburlu manyetik ayırıcılar manyetitin kuru olarak zenginleştirilmesinde en çok kullanılan makinalardır. Genel olarak tek veya çift tamburlu, hareketsiz veya döner mıknatıslı olarak tasarlanırlar. Manyetik alan sabit veya elektro mıknatıs kullanılarak sağlanır. Şekil 2. Bant tipi manyetik ayırıcı (Metso) Şekil 3.Düşük alan şiddetli tambur tipi kuru manyetik ayırıcı tipleri. Şekil 4. Düşük alan şiddetli tambur tipi yaş manyetik ayırıcı

31 Hareketsiz Mıknatıslı Kuru manyetik Ayırıcı: Bu manyetik ayırıcılar, yatay bir eksen etrafında dönen ve manyetik olmayan bir malzemeden (pirinç, bronz gibi) imal edilmiş bir tamburdan oluşmaktadır. Tamburun içinde hareketsiz ve tambur çevresinin 1/2 veya 2/3 ünü kaplayan ve sıra ile kuzey ve güney kutupları dışarı dönük olan mıknatıslar yer almaktadır. Küçük makinalarda sabit, büyüklerde ise elektro mıknatıslar kullanılır. Cevher, besleyici veya bant ile homojen bir şekilde tambur üzerine beslenir. Manyetik olan taneler tambur yüzeyine yapışarak tamburla birlikte hareket ederler. Manyetik olmayan taneler, yer çekimi ve merkezkaç kuvvetlerinin etkisiyle parabolik bir yörünge ile düşerler. Yan yana olan mıknatıs kısımları farklı olduğundan (kuzey-güney) tambura yapışan taneler dönerek hareket ederler ve aralarına sıkışan manyetik olmayan tanelerin düşmesini sağlarlar. Tamburla birlikte hareket eden taneler (manyetik ürün) manyetik alandan çıktıktan sonra düşerek manyetik konsantreyi oluştururlar. Şekil 5. Sabit mıknatıslı tamburlu kuru manyetik ayırıcı.

32 3. DENEYİN YAPILIŞI DÜŞÜK ALAN ŞİDDETLİ KURU MANYETİK AYIRMA Deneye başlamadan önce makina üzerinde önceki deneylerden ürünlerin kalıp kalmadığı kontrol edilmelidir. i) Kırılmış manyetit ve kalsit minerallerini eşit miktarlarda tartıp karıştırın. ii) Manyetik ayırıcı üzerinde gerekli ayarlamaları (besleme ağız açıklığı, seperatörler vs) yapın. iii) Manyetik ve manyetik olmayan ürünlerin toplanacağı yerlere toplama kaplarını yerleştirin. iv) Manyetik ayırma tamburunu çalıştırın ve tambur dönüş hızını ayarlayın. v) Mineral karışımını küçük bir kürek yardımıyla yavaşça besleyin ve ayırma işlemini gözlemleyin. vi) Besleme tamamlandıktan sonra makinayı durdurun ve manyetik ve manyetik olmayan ürünleri ayrı ayrı tartın. vii) Makinayı ve çalışma alanını iyice temizleyin. DÜŞÜK ALAN ŞİDDETLİ YAŞ MANYETİK AYIRMA Deneye başlamadan önce makina üzerinde önceki deneylerden kalma ürünlerin kalıp kalmadığı kontrol edilmelidir. i) Kırılmış manyetit ve kalsit minerallerini eşit miktarlarda tartıp karıştırın. ii) Hazırlanan karışımı % 15 katı oranıyla makinanın besleme havuzuna boşaltın. iii) Makinanın karıştırma motorunu çalıştırın ve malzemelerin karışmasını sağlayın. iv) Besleme pompasını açmadan önce kısa vana devresinin tamamıyla açık; besleme vanasının ise tamamıyla kapalı olamasını sağlayın. v) Manyetik ayırıcı tamburunu çalıştırın ve tambur hızını ayarlayın. vi) Besleme pompasını çalıştırın (Bu durumda iken malzemenin tamamının kısa devre vanasından geliyor olması gerekir) ve besleme vanasını yavaşça açarak besleme yapın. vii) Besleme başladıktan sonra manyetik ürünlerin tambur üzerinde toplandığını gözlemleyin. Malzemenin tamburda birikmesine izin verin. viii) Manyetik malzeme birikimi artınca piset yardımıyla ürünü bir tavada toplayın. ix) Tamburda malzeme kalmayıncaya kadar işleme devam edin.

33 x) İşlem tamamlanınca karıştırma havuzunun altındaki kapağı açarak manyetik olmayan ürünü toplayın. xi) Elde edilen manyetik ve manyetik olmayan iki ürünüde ayrı ayrı kurutup tartın. 4. RAPOR 1. Metalurjik denge çizelgesini hazırlayınız 2. Konsantrasyon oranı ve konsantre verimini hesaplayınız 3. Kayıp miktarını ve yüzdesini hesaplayınız. 5. ARAŞTIRMA SORUSU 1. Kullandığınız kuru manyetik ayırıcı üzerinde yapılan ayarlar hangileridir ve bu ayarların ayırmaya etkileri nelerdir? 2. Yaş manyetik ayırıcı üzerinde yaptığınız ayarlar hangileridir ve bu ayarların ayırmaya etkileri nelerdir?

34 0322 CEVHER HAZIRLAMA LAB. II MANYETİK AYIRMA DENEYİ (YÜKSEK ALAN ŞİDDETLI YAŞ MANYETİK AYIRMA) 1. AMAÇ: Paramanyetik özellikteki minerallerin diyamanyetik veya manyetik olmayan minerallerden ayrılmasında kullanılan kesikli yaş yüksek alan şiddetli bir manyetik ayırıcının çalışmasını gözlemlemek. 2. GiRiŞ Oldukça düşük paramanyetik özellikteki mineraller yüksek alan şiddetli bir manyetik alanda zenginleştirilebilirler. Yüksek alan şiddetli manyetik ayırıcıda Gauss a kadar bir manyetik alan elde edilebilmekte ve paramanyetik mineraller kuru ya da yaş olarak bu makinalarda zenginleştirilebilmektedir. 3. MALZEME VE DONANIMLAR i) Paramanyetik (kromit, ilmenit, wolframit gibi) ve diyamanyetik (kuvars, kalsit, feldispat gibi) özellik gösteren mineralleri içeren bir cevher. ii) Yüksek alan şiddetli yaş manyetik ayırıcı. iii) Tavalar, piset vs. iv) Elek 4. DENEYİN YAPILIŞI Deneye başlamadan önce besleme malzemesi içerisinde ferromanyetik özellik gösteren maddelerin olup olmadığı mıknatısla kontrol edilmeli ve varsa ayıklanmalıdır. i) Kromit ve kalsitlerden eşit miktarlarda tartıp yapay bir mineral karışımı elde edin. ii) Bu karışımı % 25 katı oranında pulp haline getirin. iii) Kromit için gerekli manyetik alan şiddetini çizelgeden saptayıp ayırım için manyetik kutuplara uygulanması gerekli amper miktarını hesaplayın. iv) Manyetik ayırıcının denetim panosundaki ayar kolunu hesaplanan akım miktarına kadar çevirin. Bir kaç dakika akım miktarının dengeye gelmesini bekleyin. v) Sulu cevher karışımını yavaşça ve taşırmadan makinaya besleyin. vi) Besleme bittikten sonar alta geçen sulu malzemeyi alın.

35 vii) Alt tarafa boş bir plastik tava koyarak makinanın akım kolunu sıfıra getirin (böylece manyetik alan ortadan kalmış olacaktır). Bir piset yardımıyla ızgarada toplanan mineralleri yıkayıp aşağıdaki kapta toplayın. viii) Her iki ürünü kurutup tartın. 5. RAPOR 1. Metalurjik denge çizelgesini hazırlayınız 2. Konsantrasyon oranı ve konsantre verimini hesaplayınız 3. Kayıp miktarını ve yüzdesini hesaplayınız. 4. Beslemenin ağırlıkça katı yüzdesini hesaplayınız. 6. ARAŞTIRMA SORULARI i) Yüksek alan şiddetli yaş manyetik ayırıcı üzerinde yapılan ayarlar hangileridir ve bu ayarların ayırmaya etkileri nelerdir? Açıklayınız. ii) Manyetik salkımlaşma nedir? Araştırınız.

36

37

38 TANE BOYUNA GÖRE SINIFLANDIRMA İLE ZENGİNLEŞTİRME ARAŞTIRMA-TARTIŞMA SORULARI i) Cevher zenginleştirme ne demektir, nasıl gerçekleştirilir? Cevherler niçin zenginleştirilir. ii) Profillit, vermikülit, kuvars ne tür minerallerdir? Bu minerallerin fiziksel özelliklerini araştırınız. iii) Ortalama yoğunluğu 2,65 g/cm 3 olan bir cevherle hazırlanan pülpün 1 litresi 2,15 kg gelmektedir. Buna göre bu pülpün ağırlıkça katı oranını bulunuz. 1. GİRİŞ Cevher zenginleştirme işlemleri aslında ilk olarak cevherin maden ocağından çıkarılmasıyla başlamaktadır. Ancak gerçek anlamda zenginleştirme işlemleri cevher hazırlama/zenginleştirme tesislerinde gerçekleştirilmektedir. Bu zenginleştirme süreci, elde edilen konsantrenin izabe tesisine nakliyle son bulmaktadır. Daha ziyade kıymetli mineral ya da element içerikli konsantrenin eldesi işlemi birtakım cevher hazırlama ve cevher zenginleştirme işlemlerini içermektedir. Cevher hazırlamada ve özellikle zenginleştirme işlemlerinde minerallerin fiziksel, kimyasal ve fiziko-kimyasal özelliklerinden yararlanılmaktadır. Kıymetli mineral(ler)in gang minerallerinden ya da kıymetli minerallerin birbirinden ayrılması, bu mineraller arasındaki özellik farklarına dayanılarak gerçekleştirilmektedir. Dolayısıyla cevher zenginleştirme yöntemi veya yöntemleri belirlenirken öncelikle o cevheri oluşturan minerallerin bilinen bütün özelliklerinin tespit edilmesi gerekmektedir. Bunun için çoğu zaman çok kapsamlı fiziksel ve kimyasal testlere gereksinim duyulmaktadır. Bu fiziksel testler ve kimyasal analizlerden elde edilen bulgular ışığında minerallerin birbirinden ayrılmasında yararlanılabilecek özellik farklılıkları ortaya konulmakta ve bu özellik farklılıklarına göre teknik ve ekononik açıdan uygun olan yöntem(ler) seçilmektedir. Cevherlerin farklı özellikteki minerallerden teşekkül etmesi sebebiyle boyut küçültme işlemleri sırasında her bir cevher minerali farklı büyüklük ve şekilde kırılıp ufalanabilir. Örneğin bir mineralin daha sert diğerinin daha yumuşak veya bir mineralin kırılgan ötekinin daha sağlam olması iri veya ince tanelerde bir mineralin zenginleşmesini mümkün kılabilir. Bazen değerli mineral iri kalırken gang mineral(ler)i daha fazla ufalanabilir; bazen de bu durumun tam tersi olabilir. Yani gang mineral(ler)i iri kalırken değerli mineral(ler) daha fazla ince boyuta geçebilir. Her iki durumda da boyut küçültme işlemini takiben yapılacak bir sınıflandırmayla iri ve ince tane boylarında belirli ölçüde bir zenginleşme sağlanmış olabilir. Böylece sınıflandırma işlemi bir anlamda zenginleştirme işlemine dönüşmüş olmakta; iri ve ince ürünün her biri konsantre veya atık niteliği kazanmış olmaktadır. 1

39 Zenginleşmeyi sağlayan tane boyutuna göre sınıflandırma cevher özelliklerine bağlı olarakya doğrudan doğruya boyut küçültmeden sonra ya da karıştırma-dağıtma-yıkama gibi işlemlerden sonra uygulanmaktadır. Boyut küçültmeden sonra yıkama ve dağıtma özellikle killi cevherlere uygulanmaktadır. Bu tip cevherlerde yıkama ve dağıtma işlemi, değerli mineralin yüzeylerinden kilin yıkanarak temizlenmesi ya da ince tane boylarında kil eldesi amacıyla uygulanmaktadır. Karıştırma ile dağıtma yapan aygıtların başlıcaları yalaklı yıkayıcılar, pervaneli dağıtıcılar ve kütüklü yıkayıcılardır. Bunlar arasında günümüzde en çok kullanılanı pervaneli dağıtıcılardır (Şekil 1). Bu aygıt temelde bir tank ve bu tank içerisine çeşitli şekillerde konumlandırılmış karıştırıcı pervane(ler)den ibarettir. Pervaneler belirli bir hızda döndürüldüğünde, taneler arasında çarpışmasürtünme-aşınma-dağılma etkisi gözlenir. Pervaneli dağıtıcılara beslenen cevherler genellikle 4-5 mm tane boyunun altında ve %70-80 katı içeren pülp halinde olmaktadır. Tank içerisinde yeteri kadar dağılmış pülp, tanktan dışarı alınarak uygun bir sınıflandırma ünitesine aktarılır. Sınıflandırma işleminde elekler ve/veya klasifikatörler kullanılmaktadır. Tane boyuna göre sınıflandırma ile zenginleştirme, diğer zenginleştirme yöntemlerine kıyasla nispeten basit ve düşük maliyetli bir zenginleştirme yöntemi olması nedeniyle, cevher zenginleştirme tesislerinde önemli yer tutmaktadır. Bu yöntem bazen cevher hazırlama, bazen ön zenginleştirme, bazen de nihai zenginleştirme işlemi olarak günümüzde başarıyla uygulanmaktadır. Tane boyuna göre sınıflandırma ile zenginleştirmeye ait iki farklı uygulama örneği Şekil 2 ve Şekil 3 te verilmiştir. Pervaneli karıştırıcının yapısal elemanları 1. Tahrik mekanizması 2. Karıştırıcı mil 3. Pervane 4. Çarpma plakaları (baffle) 5. Karıştırma tankı 6. Dayanıklı iç astar 7. Pülp besleme kutusu 8. Pülp deşarj kutusu Pervaneli karıştırıcının çalışma koşulları 1. Besleme tane boyu 2. Beslemenin pülpte katı oranı 3. Karıştırma hızı 4. Karıştırma süresi 5. Dağıtıcı kimyasal türü ve miktarı Şekil 1. Bir aşındırmalı yıkayıcının (attrition scrubber) boyuna kesiti ve yapısal elemanları 2

40 Şekil 2. Boyut küçültme sonrası sınıflandırma ile zenginleştirmeye ait örnek bir akım şeması Şekil 3. Aşındırmalı yıkama işlemini de içeren zenginleştirme akım şeması 3

41 2. AŞINDIRMALI YIKAMA İLE ZENGİNLEŞTİRME DENEYİ 2.1. Amaç Mineraller arasındaki kırılganlık farkından yararlanarak kıymetli ve gang minerallerinin belirli bir boyutun altında ya da üstünde birbirinden ayrılması ile kıymetli mineral bakımından bir zenginleşme elde etmektir Malzeme ve Donanım Deney malzemesi olarak, boyut küçültme sonrası sınıflandırma ile zenginleştirilebilecek özellikte cevher örnekleri kullanılacaktır. Boyut küçültme işlemlerinde çeneli ve çekiçli kırıcılar, sınıflandırmada ise uygun bir elek takımı kullanılacaktır. Aşındırma-yıkama işlemi 1 litrelik bir hücre içerisinde mekanik karıştırma ile sağlanacaktır Deneyin Yapılışı Her bir zenginleştirme deneyi üç aşamada bitirilecektir. Bu aşamalar sırasıyla boyut küçültme, karıştırma-dağıtma ve eleme/sınıflandırma işlemlerini içermektedir. Deneysel çalışma sırasında şu işlem basamakları takip edilecektir: i) Parça örneklerin belirli bir tane boyutuna kırılması, ii) Kırılmış malzemeden yeteri miktarda numunenin azaltılması, iii) Azaltılmış numune ile daha önce belirlenen katı oranında pülpün hazırlanması, iv) Hazırlanan pülpün karıştırma-dağıtma hücresine aktarılması, v) Karıştırma-dağıtma hücresine aktarılan pülpün seçilen karıştırma hızında belirli bir süre karıştırılması, vi) Karıştırıcının durdurulması ve pülpün hücre dışına alınması, vii) Hücre dışına alınan malzemenin elek veya elek setinden geçirilmesi, yaş olarak elenmesi, viii) Elek üstü ürün(ler)in kurutulduktan sonra tartılması, elek analizinin oluşturulması, ix) Elek üstü fraksiyonların kıymetli mineral, bileşik tenörü analizlerinin yapılması 2.4. Değerlendirme Soruları i) Yapmış olduğunuz işlemlerini tümünü içeren anlaşılır bir zenginleştirme akım şeması çiziniz ve elde edilen ürünleri akım şeması üzerinde gösteriniz. ii) Deney verilerinden yararlanarak zenginleştirme tablosunu(ya da metalurjik denge tablosunu) oluşturunuz. iii) Aşındırmalı yıkamada etkili olan faktörler nelerdir? Bu faktörlerden çalışma koşullarının zenginleştirme üzerine nasıl bir etkisi olabilir? Belirtiniz. iv) Yapmış olduğunuz zenginleştirme deneyinin endüstriyel uygulanabilirliğini araştırınız. Kullanılan cevherin genel kullanım alanları da dikkate alındığında elde edilen elek fraksiyonları(ya da ürünler) üzerinde ne tür analiz veya testlerin mutlaka yapılması gerekir. v) Kullanıldığınız deney malzemesi dışında, başka ne tür cevherler boyut küçültme sonrası sınıflandırma ile zenginleştirilebilmektedir? Bu tip cevher oluşumlarına örnekler veriniz. 4

42 1. Giriş 322 Cevher Hazırlama Laboratuarı II Yoğunluk Farkına göre Zenginleştirme FALCON KONSANTRATÖR ile ZENGİNLEŞTİRME Falcon cihazı temel olarak bir ayırma oluğu ile devamlı çalışan bir santrifüjün kombinasyonudur. Çok yüksek dönme hızı ve buna bağlı olarak yüksek G kuvveti (G Evrensel çekim sabiti Nm 2 /kg 2 ) nedeni ile farklı yoğunlukta olan çok küçük tanelerin (10 mikron altı) ayrımında kullanılır. Cihazın dönen kovasına beslenen pülp kova içinde yukarı doğru akarken içindeki ağır taneler merkezkaç kuvvetinden hafif tanelere kıyasla daha fazla etkilenirler. Bunun sonunda ağır taneler kovanın yüzeyine doğru hareket ederken hafif taneler pülp kımının üst tabakasında cihazı terk ederler. Ayırma pülp tabakasının alt bölgesinde biriken ağır tanelerin cihazın toplama yarıklarından dışarıya alınması ile gerçekleşir. Konsantre akımı kontrollü bir şekilde açılıp kapanan valfler vasıtasıyla sağlanır. Artıklar ana pülp akımı ile cihaz dışına alınır. 1 Falcon cihazı çalışma parametreleri Dönme hızı: Yüksek dönüş hızı G kuvvetini ve bu sayede malzeme üzerine etki eden ayırma gücünü arttırmaktadır. Konsantre orifislerinin(valf) açma/kapama frekansı: Yüksek frekans, sık açılma ve kapama konsantre ağırlık miktarını arttırmaktadır. Besleme debisi ve yoğunluğu: Çok yüksek debi ve yoğunluk ayırmayı olumsuz yönde etkilemektedir. Besleme Konsantre kontrol vanası Besleme Dönme odası Hafif Ürün Ağır Ürün Hafif Ürün Ağır Ürün Şekil 1. Spiral hatvesinde tanelerin bulunuş yerleri.

43 2 Falcon Konsantratör Kullanımının Avantajları mikrona kadar gravite ayırımı yapılabilir, Mekanik olarak basit ve sağlam yapıdadır. Yüksek kapasiteye sahiptir. Kullanım kolaydır. Falcon Konsantratör Kullanımının Dezavantajları Çok yüksek hızdan dolayı düşük zenginleştirme faktörü Ayırma yüzeylerini görmek mümkün değildir. Beslenen malzeme içinde bulunan tanelerin konsantre orifis (valf) çapından büyük olmaması gerekiyor. Dolayısıyla bu tanelerin Falcona beslenmemesi gerekmektedir. 2. Falcon Konsantratör Tipleri Falcon SB Serisi Falcon C Serisi Falcon UF Serisi 2.1. Otomatik Olarak Kesikli İşlem Yapan SB Modeli Kesikli işlem yapan konsantratörlerdir. Bu seri konsantratörlere pülp halinde beslenen malzeme içindeki en yoğun taneleri zenginleştirmek için yapılmışlardır. Bu nedenle beslenen malzemenin çok az bir kısmını çok yüksek tenörlü konsantre miktarı olarak vermektedir. Alınan bu değerli konsantre besleme malının yaklaşık %1 ne denk gelmektedir. Elde edilen metal konsantrelerinin tenörleri çok yüksektir. Ancak miktarları çok düşüktür. Kesikli olarak çalışan Falcon SB serisi konsantratörü başarılı bir şekilde altın, gümüş zenginleştirilmesinde kullanılmaktadır. Ayrıca SB serisi konsantratörler besleme malı içinde bulunan 6 mm boyuta kadar kaba taneleri zenginleştirebilir. Ancak besleme malı 6 mm ye ayarlı bir elekten geçirilmelidir. 200G santrifüj kuvveti üretebilmektedir.

44 3 Besleme Durulama Suyu Hafif Ürün Ağır Ürün Proses Suyu Şekli Teknik Resmi Şekil 2. Tesis ölçekte Humphrey spiralinin görünümü Sürekli İşlem Yapan C Modeli 300G kuvvetine kadar çıkan santrifüj kuvvetlerinde çalışırlar. Falcon C serisi konsantratörler sürekli çalışan tipte konsantratörlerdir. Sürekli devreye konsantre akışı sağlarlar, operasyon değişkenlerine bağlı olarak beslenen malzemenin kütlesinin %40 kadar konsantre akışı sağlamaktadırlar. Sıvılaştırma suyu olmadan çalışan Falcon C serisi konsantratörler, ince tane sınıfında beslenen pulp halindeki malzemeyi yoğunluk farkına göre, yüksek yoğunluk ve düşük yoğunluklu ürünler olarak ayırmaktadır. Beslenen malzeme diğer konsantratörlerde ki gibi sıvılaştırma suyuna ihityaç duyulmadan yüksek verimlikte zenginleştirilmektedir.

45 4 Besleme Durulama Suyu Hafif Ürün Ağır Ürün Basınçlı Hava Uygulaması Şekli Teknik Resmi Genel uygulamalar Falcon Konsantartör ilk olarak plaserlerden ve değirmen devrelerinden ince altının kazanımında kullanım olanağı bulmuştur. Son olarak, süpürme, birinci veya ikinci devresi olarak çoğu gravite uygulamasında etkin olarak kullanılmaktadır. Kullanım alanlarından bazıları şunlardır: ALTIN: Ana olarak kazanım ve ergitme düzeyine getirmek için temizleme, Ergitme seviyesine getirmek için ikinci temizleme, Artık süpürme, Sülfür süpürme, kalsine ürünleri TEMEL METALLER: Öğütme işleminden sonra serbest altının kazanımı, Ergitme seviyesine getirmek için altın konsantresinin tenörünü yükseltme, Artık ve orta ürünlerin süpürme işlemi ve tenör yükseltme, Artıklardan altın süpürme. DİĞER MİNERALLER: Ana kazanım ve temizleme, Artık ve orta ürünlerin süpürme işlemi ve tenör yükseltme, Kalay, Demir, Titanyum, İnce elmas ATIK İŞLEME: Tehlikeli atıkların kazanımı ve konsantrasyonu, Toprak temizleme, Belediye atıklarından metal kazanımı DİĞER UYGULAMALAR: İnce kömürden sülfürün giderilmesi, Yağ kumları metal süpürme ve atımı.

46 3. Falcon Konsantratör ile Zenginleştirme Deneyi 2.1. Amaç Bu deneyin amacı, farklı yoğunluklara sahip minerallerden oluşan cevherlerin yüksek hızda merkezkaç kuvvetinde ayrılmalarını gözlemlemektir. Bu ayırma işlemi Falcon konsantratör içerisinde gerçekleştirilmektedir Deneyin Yapılışı Malzeme ve Donanım Kırılmış, öğütülmüş ve sınıflandırılmış metalik cevher veya kömür örnekleri, Falcon konsantratör ve çevre donanımları İşlem a) Deneyde kullanılacak malzeme ve donanımın hazırlanması (Genellikle 100 mikron altı malzemeler) b) Falcon konsantratörün tanıtımı ve parçalarının gösterilmesi, c) Ürün alma yerlerinin gösterilmesi, ve taşan ürünün kovalara alınması, d) Ağırlıkça %20 katı içerecek şekilde basınçlı suyun ayarlanması, e) G kuvvetinin kontrol panelinden ayarlanması, f) Falcon konsantratörüne malzeme beslenmesi, g) Deney sonunda konsantratör içindeki yatağın gmzlenmesi, h) Falcon konsantratör yatağı içindeki ağır malzemenin alınması, i) Ürünlerin incelenmesi. Değerlendirme soruları 1. G kuvveti nedir, nasıl hesaplanır? Deney sırasında kullanılan G kuvvetleri kaç m/sn ye tekabül etmektedir? 2. Falkon konsantratör içinde bir taneye etki eden kuvvetleri şekil üzerinde gösteriniz. 3. Falcon konsantratörün çalışma parametrelerini yazarak kısaca açıklayınız. 4. Falcon konsantratörün şeklini çizerek, çalışma şeklini kısaca açıklayınız. 5. Falcon konsantratörün kullanıldığı bir zenginleştirme tesisi akım şeması çiziniz.

47 MADEN MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ CEVHER HAZIRLAMA LAB. II SEDİMANTASYON VE TİKİNER TASARIMI DENEYİ AMAÇ Su içerisindeki katı tanelerin çökelme özelliklerini incelemek ve çökelme verilerinden yararlanarak katı/sıvı ayırımında kullanılan tikiner (koyulaştırıcı) tasarımı yapmak. GENEL BİLGİLER Su içerisindeki katı tanelerin sedimantasyon özellikleri cevher hazırlamada sınıflandırmadan zenginleştirmeye ve katı/sıvı ayırımına kadar pek çok adımda önemlidir. Su içerisindeki tanelerin serbest veya yapışık olması da katıların sedimantasyon özelliklerini etkilediklerinden önemli olmaktadır. Su içerisindeki katı taneler serbest ve birbirlerinden bağımsız oldukları zaman sistemin dağılmış ancak taneler birbirlerini etkiliyor ve yapışık topaklar (agrega) oluşturmuş ise sistemin topaklı (floculated (floküle) veya coagulated (koagüle) olduğu söylenir. Dağılmış sistemler genellikle farklı özelliklerdeki taneleri birbirlerinden ayırma işlemlerinde (örneğin sınıflandırma ve yer çekimi ile zenginleştirmede) arzu edilirken floküle sistemler genellikle sedimantasyon ve filtrasyon gibi katı/sıvı ayırma süreçlerinde arzu edilirler. Suyun içerisindeki ince katı tanelerden arındırılması için berraklaştırıcılar (clarifiers), koyulaştırıcılar (thickeners) veya çökelme havuzları kullanılabilmektedir. İnce tanelerin yavaş çökelme özelliklerinden ve süspansiyon miktarının çok fazla olmasından dolayı tikinerler çok büyük hacimlerde olurlar. Hesaplanandan daha küçük yapılan tikinerler tüm tesis kapasitesini sınırlandırırken, daha büyük tikinerler tesiste çok daha fazla yer işgal eder ve maliyeti arttırır. Tikinerler sürekli çalışan yani sürekli pülp beslenen ve alt ve üst kısımlardan iki ürünün alındığı cihazlardır. Tikinerlere pülp beslendiğinde katılar çökelmeye başlar ve tikinerlerin alt açıklığından katı derişimi yüksek pülp alınırken, üst akımından içerisinde az miktarda ince katı bulunduran su akar. Tikinerin alanı katı tanelerin çökelmesine izin verecek büyüklükte olmalıdır, aksi durumda katıların bir kısmı su ile beraber üst akımdan akar. Tikiner alanı pülp (süspansiyon) içersisindeki katıların çökelme hızına bağlı olarak hesaplanır. Katıların çökelme hızları ise tanelerin boyu, yoğunluğu, pülpteki katı derişimi ve katıların birbirlerini çekme-itme kuvvetleri gibi parametrelere bağlıdır. İnce taneler yüzeylerindeki elektriksel yüklerden ve bu yüklerin birbirlerini itmelerinden dolayı su içerisinde dağılabilirler. Bu yüklerin ve itme kuvvetlerinin büyüklüğü ortamın ph ı gibi bazı değişkenlere bağlıdır. Örneğin, ortamda elektrolit gibi bazı kimyasalların bulunması durumunda katı yüzeyindeki

48 yükler zıt işaretli iyonlarla nötr duruma getirilebilir. Böylece taneler birbirlerine kolayca yaklaşıp topak oluşturabilirler ve süspansiyon topaklı (flocculated veya coagulated) sisteme dönüşür. Elektrolitlerin topak oluşturma etkisi katıların yüzeyindeki yükün miktarına ve işaretine (+ veya -) bağlı olduğundan eksi yüklü katılar katyonlardan tarafından ve artı yüklü katılar ise anyonlar tarafından daha çok etkilenirler. Sistemin topaklanması düşünüldüğünde çok değerlikli iyonlar (Ca 2+, Fe 3+, Al 3+ gibi) tek değerlikli iyonlardan her zaman daha etkilidirler. Flokülasyon işlemlerinde geleneksel olarak kireç (Ca 2+ iyonu kaynağı olarak) ve alum (Al 3+ ve SO 2-4 iyonları kaynağı olarak) kullanılırken, son zamanlarda uzun zincirli organik polimerler flokülant olarak kullanılmaya başlanmıştır. YÖNTEM Yöntem, hazırlanan 250 ml lik süspansiyon içerisindeki katıların bir dereceli silindir içerisinde çökelme hızının gözlemlenmesine dayanır. Bunun için; 1. Katı numunesini -106 μm tane boyuna indiriniz ve 50 gr katı numunesi alınız. 2. Numuneyi 400 ml hacimli behere koyunuz. 3. Üzerine 200 ml kadar saf su ilave edip süspansiyon oluşturunuz ve süspansiyonu iyice karıştırınız. 4. Katı tanelerin tam olarak dağılması için gerekirse ultrasonik banyo kullanınız 5. Süspansiyonun ph ayarlamasını asit veya baz ekleyerek yapınız. Başka deneyler yapılacaksa, o deneylerde ph ayarlayıcılar yerine değişik flokülantlar kullanınız. 6. Süspansiyonu iyice karıştırıp tekrar ph kontrolü (gerekiyorsa ayarlaması) yapınız. 7. Süspansiyonun tamamını 250 ml hacimli bir dereceli silindir içerisine aktarınız ve 250 ml ye tamamlayınız. 8. Süspansiyonu tekrar çalkaladıktan sonra dereceli düz bir zemin üzerine bırakınız. 9. Süspansiyon içerisindeki katıların oluşturdukları arayüzeyleri dikkatlice gözlemleyerek katıların çökelme mesafelerini zamana bağlı olarak okuyunuz. 10. Katıların çökelmesi tamamlanınca 5 dakika kadar bekleyiniz ve sonra son çökelme yüksekliğini not ediniz. 11. Verileri çökelme yüksekliği(y-ekseni)/zaman (x-ekseni) grafiğine çiziniz. 12. Grafiğin eğiminden katı çökelme hızını hesaplayınız. 13. Çökelen kısımdaki (bölümdeki) katı ve sıvı miktarlarını hesaplayınız. 14. Aşağıdaki eşitliği kullanarak gerekli tikiner alanı, tikiner çapı ve tikiner derinliği hesaplamalarını yapınız.

49 ( ) A = Tikiner alanı, m 2 F = Beslemedeki seyreltme oranı (sıvı ağırlığı/katı ağırlığı) D = Çökelen kısımdaki seyreltme oranı (sıvı ağırlığı/katı ağırlığı) R = Süspansiyondaki katıların çökelme hızı, m/saat S = Süspansiyon sıvısının yoğunluğu, ton/m 3 W = Tikinere beslenen katı miktarı, ton/saat Rapor i) Bütün çökelme verilerini tabloya yazınız ve çökelme mesafesi-zaman grafiğini çiziniz. ii) Eklenen kimyasalların amacını ve etkisini açıklayınız. iii) En hızlı ve en yavaş çökelmeler hangi şartlarda olmuştur? Nedenini kısaca açıklayınız. iv) Bütün deneyler için 50 ton/saat katı beslemesine göre tikiner alanı hesaplamalarını yapınız ve sonuçları karşılaştırınız. Sorular 1. Dispersant, koagülant ve flokülant nedir? Araştırınız 2. Kritik misel derişimi nedir? Araştırınız.