MADEN MÜHENDĐSLĐĞĐ ANABĐLĐM DALI

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ YÜKSEK LĐSANS TEZĐ Ufuk TOPÇU KĐREÇ FABRĐKASI BACA TOZUNDAN YANMAMIŞ KARBONUN FLOTASYON ĐLE GERĐ KAZANIMI MADEN MÜHENDĐSLĐĞĐ ANABĐLĐM DALI ADANA

2 ÖZ YÜKSEK LĐSANS TEZĐ KĐREÇ FABRĐKASI BACA TOZUNDAN YANMAMIŞ KARBONUN FLOTASYON ĐLE GERĐ KAZANIMI Ufuk TOPÇU ÇUKUROVA ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ MADEN MÜHENDĐSLĐĞĐ ANA BĐLĐM DALI Danışman: Prof. Dr. Oktay BAYAT Yıl: 2007, Sayfa: 63 Jüri: Prof. Dr. Oktay BAYAT Prof. Dr. Vedat ARSLAN Doç. Dr. Mehmet YILDIRIM Yrd. Doç. Dr. Metin UÇURUM Öğr. Gör. Dr. Hüseyin VAPUR Bu çalışmada, kireç fabrikası atıklarındaki yanmamış karbonun geri kazanımı flotasyon yöntemi kullanılarak araştırılmıştır. Kireç fabrikası atıklarının (petrokok) içerisinde bulunan yanmamış karbon tespiti için gerekli analizler yapılmıştır. Jameson Flotasyon kolonu ile yapılan bu deneysel çalışmalarda; katı oranı, yağ asidi/gazyağı oranı, downcomer dalış derinliği ve yıkama suyu hızları deneysel parametreler olarak ölçülmüştür. Deneysel çalışmalarda reaktif olarak Mar-SA yağ fabrikasından alınan atık yağ asidi ile gazyağı karışımı kullanılmıştır. Optimum şartlarda (6-6.5 ph, %10 katı oranı ile, 3/1 yağ asidi/gazyağı oranı, 40 cm downcomer dalış derinliği ve 0.6 L/dk yıkama suyu hızı) yapılan deneylerde %98.90 yanabilir madde verimi ile %31.28 küllü ürün elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Flotasyon, Jameson Flotasyonu, Yağ Asidi, Petrokok I

3 ABSTRACT MSc THESIS RECOVERY UNBURNED CARBON FROM LIME KILN PLANT DUSTS BY FLOTATION Ufuk TOPÇU DEPARTMENT OF MINING ENGINEERING INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF CUKUROVA Supervisor: Prof. Dr. Oktay BAYAT Year: 2007, Pages: 63 Jury: Prof. Dr. Oktay BAYAT Prof. Dr. Vedat ARSLAN Assoc. Prof. Dr. Mehmet YILDIRIM Asistant Prof. Dr. Metin UÇURUM Instructor Dr. Hüseyin VAPUR In this study, recovery of unburned carbon from lime kiln plant dusts was investigated applying flotation method. Analyses were conducted to determine unburned carbon in the dust samples (petroleum coke). In these experimental studies with Jameson flotation column; pulp density, oil/kerosene ratio, downcomer immersion depth and different speeds of washing water rates as experimental parameters were determined. A mixture of kerosene and oil acid from Mar-SA were used for experimental studies as a reagent. A product was optained with 98.90% combustible recovery and 31.28% ash at the optimum conditions (6-6.5 ph, 10% solids, 3/1 oil/kerosene ratio, 40 cm downcomer immersion depth and 0.6 L/min washing water rate). Key Words: Flotation, Jameson Flotation, Oil Acid, Petroleum Coke II

4 TEŞEKKÜR Bu çalışmayı yapmama yönlendiren ve çalışmamın her aşamasında benden yardımlarını esirgemeyen hocam Prof. Dr. Oktay BAYAT a en içten teşekkürlerimi sunarım. Çalışmalarımda uygun çalışma koşullarını sağlayan Maden Mühendisliği Bölüm Başkanı Prof. Dr. Mesut ANIL a teşekkür ederim. Yüksek lisans tez çalışmam sırasında tavsiyeleri ile yönlendiren Yrd. Doç. Dr. Metin UÇURUM a ve Öğr. Gör. Dr. Hüseyin VAPUR a teşekkür ederim. Laboratuar çalışmalarım sırasındaki tüm analizlerde bana yardımcı olan ve yol gösteren Arş. Gör. Volkan ARSLAN a ve Arş. Gör. Mehmet TÜRKMENOĞLU na teşekkür ederim. Çalışmalarım sırasında zaman zaman ihmal ettiğim, yaşamımın her döneminde benden maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen aileme teşekkür ederim. III

5 ĐÇĐNDEKĐLER SAYFA ÖZ...I ABSTRACT..II TEŞEKKÜR.III ĐÇĐNDEKĐLER IV ÇĐZELGELER DĐZĐNĐ...VI ŞEKĐLLER DĐZĐNĐ...VII RESĐM DĐZĐNĐ...IX SĐMGELER VE KISALTMALAR...X 1.GĐRĐŞ Petrokok Çeşitleri Ufak Đğne Şeklinde Kok Kalsine Edilmiş Petrokok Yakıt Cinsi Petrokok Petrokok un Avantaj ve Dezavantajları Kömür Hazırlama Teknolojileri Đri Boyutlu Kömürün Zenginleştirilmesi Đnce Boyutlu Kömürün Zenginleştirilmesi Çok Đnce Boyutlu Kömürün Zenginleştirilmesi Flotasyon Flotasyon Reaktifleri (a). Toplayıcılar (b). Kontrol Reaktifleri (c). Köpük Yapıcı Reaktifler Jameson Flotasyon Hücresi Çalışma Prensibi Jameson Flotasyon Kolonunda Verime Etki Eden Parametreler IV

6 Köpük Derinliği Kesitsel Hava Hızı (J g ) Kabarcık Boyutu Hava Miktarının Besleme Miktarına Oranı Yıkama Suyu Oranı Reaktifler Kolon Đçerisindeki Hacimsel Hava Miktarı Taşıma Kapasitesi Klasik Kolon Flotasyonu Đle Jameson Flotasyonunun Karşılaştırılması ÖNCEKĐ ÇALIŞMALAR MATERYAL VE YÖNTEM Materyal Metod Elek Analizi Jameson Flotasyon Deneyleri Kül Analizi ARAŞTIRMA BULGULARI Pülp-Katı Oranı nın Etkisi Yağ Asidi/Gazyağı Oranı nın Etkisi Downcomer Dalış Miktarının Etkisi Yıkama Suyu Hızının Etkisi SONUÇLAR KAYNAKLAR ÖZGEÇMĐŞ EKLER V

7 ÇĐZELGELER DĐZĐNĐ SAYFA Çizelge 2.1. Flotasyon Deneyleri Optimum Değerleri Çizelge 3.1. KAKSAN Kireç Fabrikası Baca Filtre Tozu Kimyasal Analizi...24 Çizelge 3.2. Jameson Flotasyon Cihazı Özellikleri Ve Deney Şartları VI

8 ŞEKĐLLER DĐZĐNĐ SAYFA Şekil 1.1. Jameson Flotasyon Kolonu Şekil 1.2. Klasik Kolon Đle Jameson Kolonunun Tane Boyutu Ve Kül Yüzdesi Bakımından Karşılaştırılması Şekil 1.3. Jameson Kolonu Đle Klasik Kolonun Boyutsal Đncelenmesi...18 Şekil 1.4. Klasik Kolon Đle Jameson Kolonunun Tenör Ve Verim Üzerindeki Etkisi...19 Şekil 3.1. KAKSAN Kireç Fabrikası Baca Filtre Tozu Tane Đrilik Dağılımı...25 Şekil 4.1. %5 Katı Oranında Flotasyon Süresi Yanabilir Madde Đlişkisi...30 Şekil 4.2. %10 Katı Oranında Flotasyon Süresi Yanabilir Madde Đlişkisi...31 Şekil 4.3. %15 Katı Oranında Flotasyon Süresi Yanabilir Madde Đlişkisi...31 Şekil 4.4. %20 Katı Oranında Flotasyon Süresi Yanabilir Madde Đlişkisi...32 Şekil /1 Yağ Asidi/Gazyağı Oranında Flotasyon Süresi Yanabilir Madde Đlişkisi Şekil /3 Yağ Asidi/Gazyağı Oranında Flotasyon Süresi Yanabilir Madde Đlişkisi..33 Şekil /3 Yağ Asidi/Gazyağı Oranında Flotasyon Süresi Yanabilir Madde Đlişkisi Şekil /2 Yağ Asidi/Gazyağı Oranında Flotasyon Süresi Yanabilir Madde Đlişkisi Şekil /1 Yağ Asidi/Gazyağı Oranında Flotasyon Süresi Yanabilir Madde Đlişkisi..35 Şekil Downcomer Dalış Miktarında (30 cm) Flotasyon Süresi Yanabilir Madde Đlişkisi...36 Şekil Downcomer Dalış Miktarında (40 cm) Flotasyon Süresi Yanabilir Madde Đlişkisi Şekil Downcomer Dalış Miktarı (50 cm) Flotasyon Süresi Yanabilir Madde Đlişkisi VII

9 Şekil Downcomer Dalış Miktarı (60 cm) Flotasyon Süresi Yanabilir Madde Đlişkisi Şekil Yıkama Suyu Hızı Etkisinde (0.3 L/dk) Flotasyon Süresi Yanabilir Madde Đlişkisi Şekil Yıkama Suyu Hızı Etkisinde (0.6 L/dk) Flotasyon Süresi Yanabilir Madde Đlişkisi Şekil Yıkama Suyu Hızı Etkisinde (1 L/dk) Flotasyon Süresi Yanabilir Madde Đlişkisi VIII

10 RESĐM DĐZĐNĐ SAYFA Resim 3.1. Laboratuar Çaplı Jameson Flotasyon Cihazı Resim 3.2. Deneylerde Kullanılan Filtre Aleti Resim 3.3. Deneylerde Kullanılan Etüv Resim 3.4. Deneylerde Kullanılan Kül Fırını.. 29 IX

11 SĐMGELER VE KISALTMALAR DĐZĐNĐ kcal/kg MJ/kg Cp g g/cm 3 d/dk dk t m 3 /s cm 2 cm/s ε ρ L J b Q ww Q ww A c mg/l KPa C a α d 80 ρ p YMV YM : Kalorifik Değer : Alt Isıl Değer : Viskozite : Gram :Yoğunluk : Karıştırma Hızı : Karıştırma Süresi : Ton : Hacimsel Hava Hızı : Kesit Alanı : Kesitsel Hava Hızı : Hacimsel hava miktarı : Pülp yoğunluğu : Bias hızı : Yıkama suyu akış hızı : Konsantre suyu akış hızı : Hücre kesit alanı : Köpürtücü Miktarı : Giriş-Çıkış Basıncı : Taşıma kapasitesi : Sabit sayı : Toplam katı malzemenin %80 inin geçtiği elek boyutu : Katı malzemenin yoğunluğu : Yanabilir Madde Verimi : Yanabilir Madde X

12 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU 1. GĐRĐŞ Petrokok katı ve koyu renkli bir karbon ürünüdür. Ağır likit hidrokarbonların termal olarak bozundurulması ve polimerizasyonuyla elde edilmektedir. Kaynağını ham petrol oluşturmaktadır. Siyah ve gri renkli bir ürün olan petrokok C de plastik özellik kazanmaktadır. Suda çözünmemektedir. Kimyasal olarak normal koşullarda stabl özelliktedir. Reaksiyona girmez ve polimerize olmaz. Yanması sonucunda kükürt ve karbon oksitleri ortaya çıkmaktadır. Yetersiz yanma da karbon monoksit çıkmaktadır. Etkin yanmanın son ürünü karbondioksittir. Tipine bağlı olarak %85-99 arasında karbon içermektedir. Kükürt, nitrojen, oksijen ve hidrojen de bulundurabilmektedir. Eser miktarda demir manganez, magnezyum, sodyum ve kalsiyum da içerebilmektedir. Đçerisindeki kükürt oranının %15 lere varabildiği de belirtilmektedir. Kapalı üretim süreci kok oluşumuyla ilgili ortam kirlemesinde özel bir sorun yaratmamaktadır. Ancak tozların havaya yayılmasını önleyebilmek için depolama bölgelerinin çevresinin kapalı olması gerekmektedir. Yükleme sırasında yükleyici kişilerin toz etkisinde kalmamaları ve tozların hava akımlarıyla yayılmaması için gerekli önlemlerin alınması gerekmektedir (Çobanoğlu, 1997). Petrokok, kolay nakledilip kullanılabilen, kül oranı düşük ve kalori oranı yüksek bir katı yakıttır. Kendine özgü avantajlarından dolayı enerji tüketimleri fazla olan termik santraller, çimento fabrikaları, tuğla fabrikaları, manyezit işletmeleri ve kireç imalathanelerinde kullanılır. Böylelikle bazı düşük değerli yakıtları ısı değeri petrokok ile karıştırılarak yükseltilir (Madencilik Sektörü Enerji Hammaddeleri Özel Đhtisas Komisyon Raporu, 1991). Bazı durumlarda, tabii gaz ve fuel-oil ile aynı derecede verim alabilen tek katı yakıttır. Türkiye linyitlerinin kalitesini yükseltmek ve ortalama kül yüzdesini azaltmak için kullanılan bir yakıttır. Petrokok üretimi, hafif-petro ürünlerine olan talebin artmasıyla son yüzyılda başlamıştır. Rafineri işlemi sırasında hafif ve ağır ürünler üretilmekte, hafif ürünlerin artması ağır ürünlerin de fazlalaşmasına neden olmaktadır. Ağır ürünler için pazar bulmak zor olduğundan ağır petrol ürünlerini daha hafif ürünlere çevirmek için 1

13 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU gayret sarf edilmiştir (Madencilik Sektörü Enerji Hammaddeleri Özel Đhtisas Komisyon Raporu, 1991) Petrokok Çeşitleri Ufak iğne şeklinde kok Bu cins kok yüksek kaloriye sahip olup gayet az yabancı madde içerir. Ayrıca kendine has elektriksel özelliklere (direnç) ve yapıya sahiptir. Bütün dünyada çeşitli elektrik ark fırınlarında kullanılan grafit elektrot eldesi için basit bir hammaddedir (Madencilik Sektörü Enerji Hammaddeleri Özel Đhtisas Komisyon Raporu, 1991) Kalsine edilmiş petrokok Kalsine petrokok, dönen büyük fırınlarda nem ve uçucu maddeleri alınarak C de hazırlanır. Dünyada bugün kalsine edilmiş kok, alüminyum tasfiye fırınlarında hammadde olarak kullanılmaktadır. Alüminyum tasfiye fırınlarında ortalama kok tüketimi bir ton alüminyum için 450 kg dır (Madencilik Sektörü Enerji Hammaddeleri Özel Đhtisas Komisyon Raporu, 1991) Yakıt cinsi petrokok Ufak iğne şeklinde kok ve kalsine edilmiş kok olarak kullanılmayan petrokok bu sınıfa girerler. Direnç, iletkenlik, saflık ve reaksiyona girme hızı bakımından istenilen özellikleri göstermezler (Madencilik Sektörü Enerji Hammaddeleri Özel Đhtisas Komisyon Raporu, 1991). Yakıt cinsi petrokok özellikleri; Sabit karbon : Ortalama %88 (kuru bazda) Uçucu maddeler : minimum %8 (kuru bazda) Nem : maksimum %8 2

14 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU Alt ısı değeri : 35 MJ/kg (kuru bazda) : 31 MJ/kg (orijinal bazda) Öğütülebilirlik indeksi : minimum 45 Kül : Ortalama %0.5 maksimum %1 Kükürt : maksimum %5.5 (kuru bazda) Tane Boyutu : 0-50 mm 1.2. Petrokok un Avantaj ve Dezavantajları Petrokok un en önemli avantajları, ısı değerinin bütün katı yakıtlar arasında en yüksek olması ve diğeri ise kül oranının düşük olmasıdır. Đyi yıkanmış bir taşkömürünün bile yüzdesi daha fazladır mm tane büyüklüğünde petrokok, kömür gibi kullanılır. Normal kamyonlar, nehir mavnaları, şilepler vasıtasıyla nakledilebilir ve açık havada problemsiz olarak bırakılabilir. Kömürlerde olduğu gibi oksidasyon ve kendi kendine tutuşma tehlikesi yoktur. Böylece uzun zaman enerji kaybı olmaksızın açık havada kalabilir. Kükürdün yüksek olması ise bir dezavantaj yaratır Kömür Hazırlama Teknolojileri Günümüzde hala önemini koruyan kömür, sanayi devriminin gerçekleşmesinde ana faktör olmuştur. Kömür kaynaklarını yeterince değerlendiren ülkeler, bugünün gelişmiş ülkeleri konumuna gelmişlerdir. Gelişmiş ülkelerde bugün, kömür üretildikten sonra doğrudan kullanılmamaktadır. Kömürlerin nitelikleri, uygulanan fiziksel, kimyasal ve ısıl işlemlerle değiştirilmekte, sanayi ve ısınma amaçlı kullanıma en uygun, havayı en az kirleten, külü, kükürdü ve rutubeti azaltılmış ve kalorisi yükseltilmiş olarak kullanıma sunulmaktadır. Kömürlerin iyileştirilmesine yönelik fiziksel, kimyasal ve ısıl işlem yöntemleriyle yıkanmış kömür, kok, gaz, semi kok, briket, pülverize kömür ve sıvı yakıt gibi ürünler elde edilmektedir (7. Beş Yıllık Kalkınma Planı Özel Đhtisas Komisyonu Çalışma Grubu Raporu, 1996). 3

15 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU Đri Boyutlu Kömürün Zenginleştirilmesi Đri kömür, 6 18 mm boyutunda iri kısım olarak tanımlayabilir. Đnce boyut oranı düşük olan kömürlerde ucuz bir yöntem olarak, sadece iri boyuta yıkama işlemi uygulanır. Kuru eleme ile 6 18 mm arasında seçilen bir alt boyutun altına geçen malzeme, kömür ve yan taşın yapısına bağlı olarak, yüksek oranda kül içeriyorsa doğrudan atılır. Bu malzemenin kül oranı düşük ise, ya ince kömür olarak veya yıkanmış iri kömürle harmanlanarak depolanır. Đşlem öncesinde üretimden gelen kömür yapıya bağlı olarak, mm arasında değişen bir üst boyuta kırılmalıdır. Bu amaçla birinci kısım açıklanan kırma işlemi yapılarak, kömürün belirlenen üst boyutun altına geçmesi sağlanır. Döner kırıcıdan iri fraksiyon olarak ayrılan kısım ise, özelliklerine ya şist olarak atılır veya elle ayıklama ile zenginleştirilir. Maksimum boyut olarak seçilen boyutta 6 18 mm gibi bir minimum boyut arasında kalan malzemeye uygulanabilecek zenginleştirme yöntemleri bu bölümde incelenmektedir (Yıldırım, 2005). Yoğunluğu temiz kömürde istenilen kül yüzdesine göre ayarlanmış ağır ortamda kömürün yüzmesi ve şistin batması sağlanarak zenginleştirme yapılır. Ağır ortamın hazırlanmasında, temizleme ve yeniden kazanma kolaylığı dolayısı ile genellikle manyetit süspansiyonu tercih edilir. Ağır ortam cihazı tambur, koni veya tekne şeklinde olabilir. Sistem genelde basittir fakat ürünlerin alınması, süzülmesi, yıkanması, ağır ortamın depolanması, temizlenmesi, istenen yoğunluğa getirilerek tulumbalarla sevki, geniş ölçüde yan işlemleri gerektirir. Bu nedenle ağır ortamlarda zenginleştirme, hassas ayırma istenen yerlerde ve temizlenmesi güç olan kömürlere uygulanır. Ağır ortamda zenginleştirme yöntemi mm arası kömüre ayrı tekne içimde uygulanabilir. Bazı durumlarda alt limitin 0.5 mm ye kadar indirilmesi mümkündür. Gerektiğinde ikinci yoğunlukta bir cihazda kullanılması ile mikst (ara ürün) üretimi yapılabilir (Yıldırım, 2005). Jigler iri kömürün zenginleştirilmesinde geçmişten bugüne geniş ölçüde kullanılan cihazlardır. Suyun pülsasyon hareketi ile kömürün yoğunluğa göre tabakalaşmasına dayanan bu yöntemde genellikle Baum ve Batac jigleri kullanılır. Bu jiglerde su hareketi basınçlı hava ile sağlanır. Baum jiglerinde basınçlı hava, jig 4

16 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU eleği yanındaki hava odasından verilirken, Batac jiginde elek altına yerleştirilmiş hava odalarından sağlanır. Tabakalaşma sonunda dipte toplanan yüksek küllü malzeme, otomatik olarak çalışan bir sistem yardımı ile jig teknesinde alınır ve elavatörlerle mikst ve şist adı altında cihazdan çıkarılır. Kömür ise, su ile taşarak alınır. Đyi bir tabakalaşmanın sağlanması hava basıncına, pülsasayon frekansı ve genliğine, pülsasyonlar arası zaman aralığına bağlıdır. Ağır minerallerin tahliyesi bugün uzaktan kontrollü otomatik sistemlerde yapılmaktadır (Yıldırım, 2005) Đnce Boyutlu Kömürün Zenginleştirilmesi Kömür hazırlama tesislerine beslenen kömürün veya iri yıkanmış kömürün 6 18 mm arasında seçilen bir elekten elenmesi ile ayrılan ince malzemeye ince kömür denir. Đnce kömürde alt boyut bazen süzme eleklerinin üstü olarak sınırlanmıştır. Böylece ince kömür 6 18 mm gibi bir üst sınırla 0.5 mm gibi bir alt sınırın arası olarak da tanımlanabilir. Đnce kömüre uygulanabilecek belli başlı hazırlama yöntemleri bu kısımda incelenmektedir (Yıldırım, 2005). Ağır ortam siklonunda ince kömür, belirli yoğunluğa getirilmiş manyetit süspansiyonu ile birlikte siklona beslenir. Böylece gravite kuvveti yerine, bunun 20 katına kadar çıkabilen merkezkaç kuvvetinin etkisi ile şistin alt ürün, kömürün ise üst ürün olarak ayrılması sağlanır. Diğer ağır ortam cihazlarında olduğu gibi, siklonlarda da işlem olmakla beraber, önemli ölçüde yan teçhizatı gerektirmektedir. Bu yan işlemleri azaltmak bakımından istenen yoğunluk sağlanabildiği takdirde, kömürün kendisini veya artık malzemeyi ağır ortam olarak kullanılan Otojen Siklonlar la da ayırma yapılabilir. Bu amaçla koni açısı geniş olan siklonlar kullanılır. Günümüzde, siklon yapısının ve iç astarı değiştirilmesi ile ağır ortam siklonlarına beslenen üst boyut 45 mm ye kadar çıkarılabilmektedir. Böylece kömürün 45 mm altına kırılması ve tek bir kademede zenginleştirilmesi mümkün olmaktadır (Yıldırım, 2005). Bazı firmalarca özel olarak imal edilen masalar, ince kömürün hazırlanmasında kullanılabilirler. Cevher zenginleştirmede kullanılan masalara oranla bunların yüzeyleri daha büyük olup, eşik yapıları ve yükseklikleri farklıdır. 5

17 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU Masaların yıkama tesisinde fazla yer kaplamalarını önlemek amacı ile iki üç katlı olarak kullanılabilmektedirler (Yıldırım, 2005). Düz veya dairesel oluklar, ince kömürün yıkanmasında kullanılırlar. Bazı yıkama tesislerinde kırma işlemini takiben iri ve ince kömür zenginleştirilir fakat çok ince boyut grubu olarak nitelendirilen süzme elekleri altına geçen kısma ilave bir işlem uygulanmaz. Bu boyut grubu proses suyu ile karışmış durumda sistemde bulunduğundan, yıkanmış kömürlerin süzme eleklerinden geçirilmesi ile ayrılan proses suyu koniler ve çöktürme havuzlarına gönderilerek temizlenmelidir. Ayrılan katılar ise, susuzdandırılıdıktan sonra, kül oranına bağlı olarak temiz kömüre karıştırılabilir, ikinci ürün olarak kullanıma arz edilebilir veya büyük oranda kül içeriyorlarsa, artık olarak atılırlar (Yıldırım, 2005) Çok Đnce Boyutlu Kömürün Zenginleştirilmesi Yıkama tesislerinde çok kere 0.5 mm den ince boyutu oluşturan çok ince kömürün de zenginleştirilmesi söz konusudur. Đlk üç işlemin uygulanması ile belirli boyuta kırılarak iri ve ince boyut grupları temizlenen kömür 0.5 mm açıklıklı süzme eleklerinden geçirilerek proses suyu ayrılır. Bu proses suyu, çöktürme havuzlarından arındırılarak tekrar yıkama devrelerine gönderilir. Toz kömür olarak isimlendirilen katılar ise aşağıda belirtilen yöntemlerle temizlenir (Yıldırım, 2005) Flotasyon En kısa ifadeyle cevherleri yüzdürme yoluyla zenginleştirme yöntemidir. Sulu ortamda bir cevherin içinde bulunan minerallerden bazılarını oluşturulan köpük ile yüzdürmek vasıtasıyla pülp içinde kalan diğer minerallerden ayırma işlemidir. Sudan ağır olan minerallerin tanelerinin suyun yüzeyine çıkabilmeleri mineral tanelerinin yüzey geriliminin etkisi ile sağlanır, bu da mineral yüzeyinin ne dereceye kadar ıslanmama özelliğinde olduğuna bağlıdır. Mineralin yoğunluğu ve bunun gibi tamamıyla fiziksel olaylar flotasyon ayırmasında önemli rol oynamazlar. Tane büyüklüğü 100 veya 150 mikrondan daha küçük olan ince öğütülmüş cevherler için 6

18 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU en iyi zenginleştirme metodu ve en çok kullanılan metod flotasyon metodudur (Seyrankaya, 2003). Flotasyon yöntemini oluşturan fiziksel olaylar şunlardır: ince öğütülmüş bir cevherin su ile karışması ile meydana gelen pülpe hava kabarcıkları (köpükler) sokulursa hidrofob mineraller hava kabarcıklarına yapışırlar, diğer mineraller ise (hidrofil) bu özelliği göstermez ve pülp içinde oldukları gibi kalırlar. Pülpün içinde yukarıya doğru çıkan hava kabarcıkları kendilerine yapışan mineralleri de yukarıya çıkarırlar. Bu köpük tabakası uygun bir araç ile toplanır ve toplanan köpüğe flotasyon konsantresi denir. Cevherin durumuna göre bir veya birkaç konsantre elde edilebilir. Ortak flotasyon özellikleri olan ve birbirine benzer minerallerin birlikte flotasyonuna kollektif flotasyon, benzer flotasyon özellikleri olan minerallerin birbirinden ayrılması için yapılan flotasyona ise selektif flotasyon denir (Seyrankaya, 2003). Köpük, film ve yağ flotasyonu olmak üzere üç tip flotasyon yöntemi bulunmaktadır. Flotasyonun en çok kullanıldığı alan, sülfürlü cevherlerin zenginleştirilmesidir (Seyrankaya, 2003) Flotasyon Reaktifleri (a). Toplayıcılar Toplayıcı reaktifler (motorin, gaz yağı, karosen tipi yağlar, petrol ürünleri vb.), yüzdürülmek istenen minerallere hidrofob özellik vermek için ya da hidrofobluğu arttırmak için kullanılan karmaşık moleküler yapılı organik maddelerdir. Đstenen moleküllerin köpükte toplanmasını sağlarlar. Bu nedenle toplayıcı molekül, su içinde dağılabilmeli veya eriyerek çözelti meydana getirebilmelidir, hidrokarbon grubu içermelidir; istenen molekülün yüzeyi ile kimyasal veya fizikokimyasal bakımdan ilişkili olmalıdır ve flotasyon reaktifi olarak kullanılabilmesi için ucuz olmalıdır (Seyrankaya, 2003). 7

19 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU (b). Kontrol reaktifleri Minerallerin toplayıcı tarafından seçimli olarak kaplanmasını sağlamak ve birbirlerinden ayrılmasını kolaylaştırmak amacıyla pülpe ilave edilirler (Seyrankaya, 2003). i. ph Kontrol Reaktifleri Minerallerin yüzdürülme özelliklerine göre asidik ortamda çalışmak gerekir. Bunun içinde ph azaltılır veya çoğaltılır. ph düşürmede sülfirik asit, yükseltmede ise genellikle kireç, soda ve sodyum hidroksit kullanılır (Seyrankaya, 2003). ii. Bastırıcı Reaktifler Birbirine benzeyen moleküllerin seçici flotasyonunda, bu minerallerden birinin köpükte toplanmasına engel olmak ve dipte kalmasını sağlamak için kullanılır. Bastırıcı reaktifler inorganik maddelerdir. Bu reaktifler istenilen mineral yüzeylerinde değişiklik meydana getirerek bu mineralleri toplayıcı reaktifin etkisinden kurtarırlar. Örneğin, inorganik asitlerin tuzları ve elektrolit özellik taşımayan maddeler vb. Baz-metal flotasyonunda cevherdeki pirit, kireç ilave etmekle bastırılır. Ama kireç miktarına dikkat edilmelidir, fazla kireç sülfür minerallerini de (örneğin galen) bastırabilir (Seyrankaya, 2003). iii. Canlandırıcı Reaktifler Toplayıcı reaktiflerin yüzmesi istenen minerallerle reaksiyon yapmasını kolaylaştırırlar. Örneğin toprak alkali metaller kurşun, çinko, bakır, demir tuzları ile canlandırılarak ksantat, sülfonat ve yağ asitleriyle yüzdürülebilir (Seyrankaya, 2003). 8

20 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU iv. Sülfürleştirici Reaktifler Bu reaktif yardımı ile mineral yüzeyi kendisine karşılık gelen sülfür mineral yüzeyine benzer ve aynı flotasyon özelliklerini kazanır. En çok kullanılanı sodyum sülfürdür (NaS). Fakat fazla kullanılırsa flotasyona tamamıyla engel olabilir (Seyrankaya, 2003). v. Koruyucu Reaktifler Bunların görevi flotasyon olayına engel olan unsurları (flotasyon zehirleri) zararsız hale getirmektir. Bunlar ya cevherle birlikte devreye girmekte ya da kullanılan suda (genellikle hümik asidi) doğal olarak bulunmaktadır. Alüminyum tuzları ise flotasyona durdurucu etki gösterirler. Koruyuculardan istenen, bu durumların her birine yerine göre engel koymaktır (Seyrankaya, 2003). vi. Dağıtıcı Reaktifler Genellikle cevherlerin pulplarında bulunan kil tabakası, minerallerinin üstünü kaplayarak flotasyona tamamen engel olur. Bu durumu ortadan kaldırmak için dağıtıcı reaktifler olarak özellikle alkaliler kullanılır. En çok kullanılan dağıtıcı reaktif sodyum silikattır (Seyrankaya, 2003) (c). Köpük Yapıcı Reaktifler En çok kullanılan köpürtücü reaktifler; çam yağı, kresilik asit (kömür katranından elde edilir), propilen, glikol, trietoksibutandır. Köpürtücü, toplayıcılık özelliği göstermemelidir ve ucuz olmalıdır (Seyrankaya, 2003) Jameson Flotasyon Hücresi Jameson Flotasyon Kolonu 1980 li yıllardan itibaren geliştirilen bir teknolojidir. Avustralya Newcastle Üniversitesi Kimya Bölümün de görevli Prof. Dr. 9

21 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU Greame Jameson tarafından tasarlanmış olan bu flotasyon kolonu, 1989 yılında Jameson Flotasyon Kolonu adı altında piyasaya sürülmüştür. Jameson flotasyon kolonunda ilk endüstriyel uygulama, yine Avustralya da Mount Isa Mines şirketin tesislerinde kurşun-çinko konsantratöründe başlatılmış ve klasik kolon flotasyonu yerine kullanılmaya başlanmıştır (Jameson, 1993). Bu proses; hava kabarcığı-parçacık çarpışmasını farklı bir biçimde incelemektedir (Jameson ve Manlapig, 1991). Jameson flotasyon kolonu ile ince taneli ve kompleks yapılı cevherler kolaylıkla yüzdürülebilmektedir. MIM şirketinde elde edilen veriler, Jameson teknolojisinin klasik uygulamalara göre önemli avantajları olduğunu ortaya koymuştur. Özellikle klasik kolon flotasyonuna göre avantajları yönünden hem kömür hem de metal endüstrisinde kullanılabilmektedir (Ünal, 1999) Çalışma Prensibi Jameson kolon flotasyonu Yüksek yoğunluklu kolon flotasyonu olarak da adlandırılır (Şekil 1.1). Bu kolon iki ana kısımdan oluşur. Birinci kısım parçacıkhava kabarcığı çarpışmasını sağlayan downcomer yani düşey boru, ikinci kısım ise konsantrenin köpükten ayrılmasını sağlayan tank kısmıdır (Jameson, 1991). Bu proseste hava düşey boruda pülp ile karıştırılarak flotasyon hücresine verilir. Düşey aşırı yük boşalması, havanın sürüklenerek hava kabarcığı ile dolu bir düşük basınç zonu oluşmasını sağlar. Buradaki önemli hadise, bu zonda içi sabunlu su ile dolu bir kovaya hortumla su püskürtülmesi gibi bir etkinin elde edilmesidir. Ayrıca hava akış hızı yaklaşık olarak pülp akış hızına eşit olduğundan düşey borunun içindeki köpük %50-60 oranında boş alan içerir. Bu köpüklü karışım besleme borusundan kolona geçtiğinde ayrışma mekanizması devreye girer. Katı tanecikleri taşıyan kabarcıklar flotasyon kolonunun üst kısmında bir köpük zonu oluşturmak üzere yukarıyı doğru hareketlenirler. Kabarcıklara yapışmayan hidrofilik malzeme ise, kolonun dibine doğru düşer. Kabarcıkların arasında yukarıya doğru taşınan ve konsantreye karışması istenmeyen artık malzeme kolonun hemen üzerinden yağmurlama sistemi verilen yıkama 10

22 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU suyunun yardımı ile tekrar dibe doğru hareketlenir. Köpükle birlikte gelen hidrofobik tanecikler kendiliğinden konsantre toplama bölümüne dökülür (Ata ve Önder, 1997). Şekil 1.1. Jameson Flotasyon Kolonu (Ata ve Önder, 1997) Jameson Flotasyon Kolonunda Verime Etki Eden Parametreler Köpük Derinliği Köpük fazı derinliği, diğer klasik flotasyon kolonlarında olduğu gibi, Jameson kolonunda da kontrol altında tutulmalıdır. Eğer köpük derinliği gereğinden az olursa (200 mm den daha az) kazanma verimi yüksek ama tenörü düşük bir konsantre elde edilir. Eğer köpük derinliği fazla olursa (1000 mm den daha fazla) yüksek tenörlü konsantre elde edilir. Ancak, kazanma verimi göreceli olarak düşüktür. Ayrıca sığ köpük fazlarında 10 µm daha küçük artık mineral tanelerinin konsantre içerisine girmesi de söz konusudur. Makul bir köpük derinliği elde 11

23 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU edilmesi ve köpüğün normal bir kolondaki gibi yükselebilmesi için Jameson kolonu ortalama 1 m olarak dizayn edilir (Ata ve Önder, 1997) Kesitsel Hava Hızı (J g ) Kesitsel hava hızı, havanın flotasyon kolonu içerisinde aşağıdan yukarıya doğru olan net hızıdır. Jameson kolonunda kesitsel hava hızı, besleme borusundaki havanın hacimsel hızının (m 3 /s) kolon kesit alanına (cm 2 ) bölünmesiyle bulunur. Uygulamada kesitsel hava hızı değeri, genellikle cm/s arasında değişmektedir. Kesitsel hava hızının artması ile konsantre taşıma hızı artmakta dolayısıyla yüksek verim elde etmek mümkün olmaktadır. Kullanılacak olan kesitsel hava hızı Jameson kolonunun boyutlandırılmasında önemli bir etkendir. Bu kesitsel hız belirlenirken, kolonun uygulama alanı ve daha önceki proseslerden gelen artık reaktif konsantrasyonları göz önünde bulundurulmalıdır. Çünkü bu faktörler kesitsel hava hızını etkilemektedir (Ünal, 1999). Ayrıca, köpük kabarmasını engellemek için daha düşük kesitsel hava hızı uygulanmalıdır. Temizleme flotasyonunda beslemenin büyük çoğunluğu konsantreden oluştuğu için, oluşan köpük daha fazla tane ile kaplanacaktır. Bunun sonucu olarak köpük üzerine binen yükte artacaktır. Köpüğün taşma hızı, göreceli olarak tanelerdeki konsantrasyon miktarı ile ilgilidir. Buna bağlı olarak yüksek tenörün amaçlandığı uygulamalarda daha düşük kesitsel hava hızı değerleri kullanılmalıdır. Bu sayede gang minerallerine, köpük fazından sıyrılarak aşağıya düşmek için zaman kalacaktır. Kaba flotasyon uygulamalarında ise temizleme flotasyonunun aksine beslemenin küçük bir bölümü konsantreden meydana gelmektedir. Gangın köpük içerisinde sürüklenmesi önemli bir sorun olmadığından daha yüksek bir kesitsel hava hızı ile çalışmaktadır. Konsantre ile birlikte alınan gang daha sonraki temizleme evresinde konsantreden ayrılmaktadır. Bu durumda, kaba flotasyon için kullanılan Jameson kolonu daha yüksek kesitsel hava hızı ile çalıştırılmalıdır. Temizleme flotasyonunda ise daha düşük kesitsel hava hızı kullanılmalıdır (Ata ve Önder, 1997). 12

24 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU Kabarcık Boyutu Jameson kolonları üzerine yapılan çalışmalar sonucunda, optimum ortalama köpük kabarcığı çapının 300 ile 600 mikron arasında olması gerektiği bulunmuştur. Jameson kolonundaki kabarcık boyutunun küçük olması toplam köpük yüzey alanının artmasına, böylece flotasyon veriminde veya katı malzeme kazanım oranında önemli bir artışa neden olmaktadır (Ata ve Önder, 1997). Ayrıca, ince taneli cevherlerin flotasyonunda sorun olan ve flotasyon verimini düşüren, düşük tane-hava kabarcığı çarpışma olasılığı artmaktadır. Bunun sonucunda hem tenör hem de verim artmaktadır Hava Miktarının Besleme Miktarına Oranı Kullanılan tane boyutuna, uygulama alanına ve daha pek çok değişkene bağlı olarak, kısaca hava/besleme diye tanımlanabilen bu oran, 0.3 ile 1.2 arasında değişmektedir. Yapılan araştırmalarda çıkan sonuçlar incelendiğinde optimum hava/besleme oranının arasında olması gerektiği görülmüştür (Ata ve Önder, 1997) Yıkama Suyu Oranı Yıkama suyu oranı, yıkama suyu hızının konsantredeki su miktarına bölünmesi olarak ifade edilebilir. Diğer bir ifadeyle bütün sistemdeki net su akış miktarının, yani bias miktarının, hesaplanmasıdır (Ata ve Önder, 1997). Sistemin tümündeki toplam bias miktarını bulmak için aşağıdaki eşitlik kullanılabilir: J b = ( Q ww Q wc ) / A c (1.1) Bu eşitlikte; J b = Bias hızı ( m/s ), Q ww = Yıkama suyu akış hızı ( m 3 / s ), 13

25 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU Q ww = Konsantre suyu akış hızı ( m 3 / s ), A c = Hücre kesit alanı ( m 2 ). Yıkama suyu oranı, yıkama suyu biası şeklinde ifade edilebilmektedir. Ancak genellikle gerekli olan suyun direkt olarak ölçülmesi şeklinde tanımlanabilir. Yıkama suyunun amacı, sürüklenerek köpüğe gelen gangı temiz su ile köpükten uzaklaştırmaktır Reaktifler Jameson kolonu ile yapılan çalışmalar sonucunda en yüksek kazanım oranı MIBC (metilizobütilkarbinol) olarak adlandırılan köpürtücü kullanılarak elde edilmiştir. Kullanılan diğer köpürtücüler uzun zincirli alkoller, poliglikol propilenler ve poliglikol eterlerdir. Besleme tankına katılan optimum köpürtücü miktarı 5 mg/l ile 25 mg/l arasındadır (Ünal, 1999 ). Temizleme flotasyonunda, kaba flotasyon devresinden gelen köpürtücü konsantrasyonu nedeni ile köpürtücü ilavesine gerek kalmazken, bazı durumlarda aşırı köpürtücü konsantrasyonu Jameson kolonunda uygulanan maksimum kesitsel hava hızında bir azalma meydana gelmektedir. Ayrıca aşırı köpürtücü konsantrasyonunun daha küçük çaplı hava kabarcığı oluşturması nedeni ile daha düşük hızlarda köpük taşıması meydana gelmektedir (Atkinson, 1993; Evans, 1995) Kolon Đçerisindeki Hacimsel Hava Miktarı Jameson Flotasyon Kolonu nda besleme borusu içindeki hacimsel hava miktarı flotasyon sürecinde önemli bir değişken olarak görülmektedir. Buradaki hacimsel hava miktarı toplam hacmin %50 si ile %60 ı arasında değişmektedir. Besleme borusundaki hacimsel hava miktarı, yalıtım ya da konduktivite yöntemleri ile doğrudan ölçülebilmektedir. Hacimsel hava miktarını aşağıdaki eşitlikle hesaplamak mümkündür (Ünal, 1999). 14

26 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU ε = 1- [ (P 2 -P 1 ) / ρ L X g X h ] (1.2) Burada; ε = Hacimsel hava miktarı, P 1 veya P 2 = Giriş ve çıkış basıncı (KPa ), ρ L = Pülp yoğunluğu (kg/m 3 ), g = Yerçekimi ivmesi (9,81 m/ s 2 ), h = Toplam yüksekliktir (m) Taşıma Kapasitesi Taşıma kapasitesi, birim hücre kesit alanı başına düşen en yüksek konsantre üretim oranı olarak açıklanmaktadır (gr/dak/cm 2 ) ( Ünal, 1999 ). Bilindiği üzere kabarcıklar tarafından taşınan hidrofobik tanecik miktarı, kabarcıkların toplam yüzey alanları ile doğrudan ilgilidir. Diğer önemli etken ise tane boyutudur. Aşağıdaki eşitlik kabarcığın taşıma kapasitesini doğrudan vermektedir (Ünal, 1999). C a = α X d 80 X ρ p (1.3) Burada; C a = Taşıma kapasitesi (gr/dak/cm 2 ), α = Sabit sayı, d 80 = Toplam katı malzemenin %80 inin geçtiği elek boyutu, cm) ρ p = Katı malzemenin yoğunluğu (kg/cm 3 ). Yukarıdaki eşitlik aslında klasik kolon flotasyonları için kullanılmaktaysa da Jameson flotasyon kolonları ile yapılan çalışmalarda da bu eşitlik kullanılmış ve herhangi bir aksaklık görülmemiştir (Evans, 1995). α sabit sayısı doğrudan Jameson kolonunun çapı ile ilgilidir. Çapı 50 cm ye kadar olan hücrelerde bu sayı 0,068 olarak tanımlanabilir (Ünal, 1999). Çapı 1 15

27 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU m ye kadar olan hücrelerde 0.05 (Ünal, 1999) ve çapı 2 m den büyük flotasyon hücrelerinde ise olarak alınır (Ünal, 1999) Klasik Kolon Flotasyonu Đle Jameson Kolon Flotasyonunun Karşılaştırılması Jameson kolonunda, hava ile pülp düşey borunun içerisinde karıştırılarak verilir. Klasik kolonda ise besleme, köpük zonunun hemen altından, hava ise hücrenin alt kısmından kompresörle verilmektedir. Jameson kolonunun çalışması sırasında hiçbir şekilde herhangi bir hava kompresörüne gerek yoktur. Sistemin tasarımı nedeni ile hava kendiliğinden ve doğal olarak downcomer içerisine girer. Düşey borudaki açık yük boşalması, havanın sürüklenerek hava kabarcığı ile dolu bir düşük basınç zonu oluşmasını sağlar. Burada dikkati çeken olay, bu zonda içi sabunlu su ile dolu bir kovaya hortumla su püskürtülmesi gibi bir etkinin elde edilmesidir (Ata ve Önder,1997). Klasik kolonda hava kabarcıkları tarafından oluşturulan mikro türbülans değeri düşüktür. Bu yüzden klasik flotasyon kolonu iri tanelerin flotasyonu için daha idealdir. Jameson kolonunda çok sayıda hava kabarcığı sıvı içinde aşağıya doğru sürüklenmektedir. Eğer sıvıda köpürtücü varsa daha fazla köpükle sonuç daha iyi olabilmektedir. Böylece hidrofobik tanelerin kabarcıklara yapışması için daha elverişli bir ortam oluşur (Ata ve Önder, 1997). Jameson kolonunun diğer bir özelliği ise çok geniş tane boyut aralığına sahip olmasıdır. Farklı bir deyişle, çok iri ya da çok ince taneciklerle çalışabilme becerisine sahiptir. Her türlü tane boyutunda yüksek verim elde edilir. Bunun nedeni, diğer flotasyon aletlerine göre daha küçük kabarcık boyutunun elde edilebilmesidir. Jameson kolonunda klasik kolonuna göre kömür flotasyonunda yüksek kazanım ve düşük kül yüzdesi elde edilebilir. Şekil 1.2 de klasik ve Jameson kolonunun kömür flotasyonu açısından karşılaştırılması verilmiştir (Ata ve Önder,1997). 16

28 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU Şekil 1.2. Klasik kolon ile Jameson kolonunun tane boyutu ve kül yüzdesi bakımından karşılaştırılması (Ata ve Önder,1997). Klasik kolon kapladığı alan bakımından küçük görünebilir fakat kolon uzunluğu çok yüksektir. Jameson kolonu ise kapladığı alan ve yükseklik bakımından klasik kolona göre çok daha fazla avantajlıdır. Şekil 1.3 de aynı kapasiteye sahip bir klasik ve Jameson kolonunun boyutsal karşılaştırılması yapılmıştır. 17

29 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU Şekil 1.3. Jameson kolonu ile klasik kolonun boyutsal incelenmesi (Ata ve Önder,1997). Jameson kolonunun test sonuçlarına bakıldığında, elde edilen değerlerin klasik kolona göre daha iyi olduğu gözlenmiştir (Şekil 1.4). Cevher tanelerinin hücre içerisinde kalma zamanlarının çok kısa olduğu belirlenmiştir. Düşey boru içerisinde geçirilen ortalama zaman 10 sn ve hücrenin tümündeki işlem süresi toplam 20 dakikadır. Klasik kolonda ise kolon uzunluğunun aşırı yüksek olması nedeniyle cevher tanelerinin hücre içerisindeki işlem zamanı daha fazladır. Bazı kolay okside olan cevher parçacıkları klasik kolonun uzun olması nedeniyle okside olabilmektedirler. Oksidasyona uğramış parçacıkların flotasyonu çok daha zordur (Ata ve Önder,1997). 18

30 1. GĐRĐŞ Ufuk TOPÇU Şekil 1.4. Klasik kolon ile Jameson kolonunun tenör ve verim üzerindeki etkisi (Ata ve Önder, 1997) Jameson kolonu, klasik kolonlarla karşılaştırıldığında pek çok yönden avantaja sahip olduğu görülmektedir. Bunlardan bazıları; Klasik kolona göre ilk yatırım masrafları oldukça düşüktür. Ayrıca sistem kurulduktan ve çalıştırılmaya başlandıktan sonra fazla bir müdahale gerektirmez. Bu yüzden Jameson kolonunun işçilik masrafları daha düşüktür. Jameson kolonunun besleme pompası dışında hareketli bir parçası yoktur. Bu nedenle bakım ve onarım masrafları klasik kolona göre daha azdır. Klasik kolonda hem besleme hem de hava kompresörüne ihtiyaç vardır. Jameson kolonunda ise hava kendiliğinden ortama karıştığı için yalnız besleme için kompresöre ihtiyaç vardır. Bu da enerji masraflarını oldukça düşürmektedir. Jameson kolonunun klasik kolona göre daha kısa olması nedeni ile tanelerin hava kabarcığı ile karşılaşma, çarpışma, bağlı kalma gibi olaylar daha kısa sürede gerçekleşmektedir. Ayrıca Jameson kolonunda bütün sistemi kontrol etmek klasik kolona göre daha kolaydır (Ata ve Önder,1997). 19

31 2. ÖNCEKĐ ÇALIŞMALAR Ufuk TOPÇU 2. ÖNCEKĐ ÇALIŞMALAR Gence (2005), Zonguldak bitümlü kömürlerinden topladığı örneklerden, yağ aglo-flotasyonu yöntemi ile kömür kazanımı gerçekleştirmiştir. Bu çalışmada 2 yöntem kullanılmıştır. Birinci yöntemde her bir örneğe aglomerasyon uygulanmıştır. Bu çalışmada 400 ml lik damıtılmış suya 16 g lık kömür eklenerek magnetik karıştırıcı ile karıştırılmıştır. Atıktan ayrılan bu ürünler ve kül kurumaya bırakılmış ve kuruduktan sonra yağ tipi, yağ dozajı, uygulama zamanı, karıştırma hızı, aglomerasyon zamanı ve hızı, sıcaklık, ph, kül içerisindeki Na 2 SiO 3 ve yanıcı kısım miktarı incelenmiştir. Đkinci çalışmada ise aglo-flotasyon prosesi uygulanmıştır. Bu test çalışmasında ise, pulp olarak hazırlanan karışım bir flotasyon hücresine transfer edilmiştir. Flotasyon işlemi sonrasında aglomerat ürünleri köpüklü ürün olarak elde edilmiştir. Buradaki parametreler ise, pülp yoğunluğu, yağ dozajı, kondüsyon zamanı, flotasyon zamanı, ph, kül içerisindeki Na 2 SiO 3 ve pülp sıcaklığıdır. Bu iki deneyde petrol ürünü olarak hekzan, heptan, toluen, pentan bağlayıcı ve ayırıcı olarak kullanılmıştır (Çizelge 2.1). Valdes ve ark. (2006), Đspanya kömür tozu artıklarının kullanılmasıyla aglomerasyon sonucu yanıcı kısmın geri kazanımı üzerine çalışmışlardır. Bu çalışmada yoğunluk, viskozite, yağ ve suyun arayüzey gerilimleri üzerinde durulmuştur. Deneyde 1000 ml lik cam beher içerisine konulan yağ ve malzeme d/dk lık karıştırıcıda 5 dk boyunca karıştırılmıştır. Uygulama %5-50 katı-sıvı oranlarıyla yapılmıştır. Aglomerasyon sonucu elde edilen ürünlere flotasyon uygulanarak zenginleştirme işlemi yapılmıştır. %5 katı-sıvı oranında %29-30 kül ve kcal/kg içeren yanmamış ürün elde edilmiştir. Ünal ve ark. (2005), Sivas linyit kömürlerinin aglomerasyon yolu ile zenginleştirme prosesinde mikrodalga enerjisi kullanarak parça büyüklüğü ve yağ bağının etkisini araştırmışlardır. Aglomerasyon deneyleri silindirik 1000 ml lik kaplar içerisinde yapılmıştır. Deneyin başlangıcında 200 g lık arıtılmış su cam kaba konulmuş ve üzerine aglomerat yağı eklenerek 1700 d/dk da karıştırılmıştır. 30 g lık (-43, -53, -63, -125, -250 µm tane boyutlarında) örnekler eklenerek aynı hızda 3 dk boyunca karıştırılarak tanelerin arayüzeylerinin ıslanması sağlanmıştır. Elde edilen 20

32 2. ÖNCEKĐ ÇALIŞMALAR Ufuk TOPÇU bu pülp 10 dk boyunca karıştırılarak kabın dibinde kalan maddelerle su arasındaki bağın aglomeratlar sayesinde oluştuğu gözlenmiştir. Oluşturulan bu temiz ürün açık havada 24 saat bırakılarak suyun buharlaşması sağlanmış ve zengin mineralin kazanılmasını sağlamıştır. Bu zengin linyite toluen eklenerek sıvılaştırılmış ve Pyrex reaktörü kullanılarak mikrodalga enerjisi 4, 8 ve 10 dk lık periyodlarla uygulanmıştır. Yapılan bu çalışmada üretilen zengin minerallerin tane boyu, yağ miktarı, atık kül miktarı, atık yağ miktarı ve seri kazanım koşulları irdelenmiştir. En iyi kazanım % koşulunu sağlayan tane boyutu -125 µm dir. Çizelge 2.1. Aglomerasyon ve Aglo-flotasyon Deneyleri Optimum Değerleri (Gence, 2005) Aglomerasyon Sonucu Optimum Aglo-flotasyon Sonucu Optimum Değerler Yağ tipi: Hekzan Yağ dozajı: 1750 g/t ( g/t arasında çalışılmıştır). Pülp-Katı Oranı: %25 (%10-35) arasında çalışılmıştır. Yarı denge zamanı ve karıştırma hızı: 7 dk-1000 d/dk (1-10 dk ve d/dk arasında çalışılmıştır). Aglomerasyon zamanı ve karıştırma hızı: 15 dk-1000 d/dk (5-20 dk ve d/dk arasında çalışılmıştır). Pülp sıcaklığı: 35 arasında çalışılmıştır). 0 C ( C Pülp ph: 7 (6-10 arasında çalışılmıştır). Na 2 SiO 3 : 400 g/t ( g/t arasında) Değerler Yağ tipi: Hekzan Yağ dozajı: 1750 g/t Pülp ph: 7 Pülp-Katı Oranı: %25 Na 2 SiO 3 : 400 g/t Geri Kazanım: %92.17 Kül Đçeriği: %10.87 Dengeleme Zamanı: 7 dk Kalorifik Değer: 5864 kcal/kg Flotasyon zamanı: 4 dk Pülp sıcaklığı: 35 0 C 21

33 2. ÖNCEKĐ ÇALIŞMALAR Ufuk TOPÇU Abakay ve Ayhan (2004), selektif yağ aglomerasyonu ile Şırnak asfaltitlerinin zenginleştirilmesini araştırmışlardır. Alınan cevherin tane boyu -0.2 mm dir. Bu deneyde 25 g asfaltit ve 250 ml su beher içerisine konur, mekanik karıştırıcı kullanarak beher kenarında bir türbülans yaratılarak zenginleştirme yapılmıştır. Bu işlemde 1800 d/dk da 30 dakika boyunca karıştırma işlemi uygulanmıştır. Sonra uygun miktarda yağ eklenerek aynı hızda 10 dk boyunca karıştırmaya devam edilmiştir. Karıştırmanın ardından mm lik süspansiyon yüzeyi transfer edilmiştir. Süspansiyon yüzeyindekiler ürün, altındakiler ise artık olarak elde edilmiştir. Yüzeydeki ürünler filtreden geçirildikten sonra C de kurutulmuştur ve ortamın ph ı 7 olarak ölçülmüştür. %100 kerosen, %50 kerosen + %50 fuel oil, %50 kerosen + %30 fuel oil + %20 2-etil hekzanol, hekzan ve ayçiçeği bağlayıcı olarak kullanılmıştır. Kullanılan bu bağlayıcıların yağ miktarları sırası ile 0.78, 0.84, 0.82, 0.78, 0.91 gr/cm 3 tür. Sonuç olarak en iyi aglomerat %50 kerosen + %50 fuel oil karışımı olduğu gözlenmiştir ve konsantrasyonun %90 arttığı gözlenmiştir. Diğer bağlayıcılarla kömür eldesi gözlenmemiştir. En iyi katı/sıvı oranı %12.5 tir. En iyi devir sayısı 1800 d/dk dır. Alonso ve ark. (2001), Kuzey-Batı Đspanya kömürleri üzerine çalışmışlardır. Bu çalışmada karıştırma 7 hızlı Varing karıştırıcısıyla yapılmıştır. Deneyde 1000 ml lik cam kap kullanılmıştır. Cam kap içerisine 400 ml damıtılmış su ve 16 g örnek konulmuş ve d/dk da 5 dk boyunca taneler birbirinden ayrışıncaya kadar karıştırılmıştır. Daha sonra yağ oranı %5-50 arasında aglomerat eklenerek aynı hızda 1 dk daha karıştırılmıştır. Sonuçta oluşan aglomerat ürünleri 1 L lik hücre kapasitesine sahip flotasyon makineleri içerisine konularak flotasyon işlemine tabi tutulmuşlardır. Flotasyon cihazında ile 2700 d/dk da 30 sn boyunca karıştırılan malzeme 3 dk boyunca hava akımına tabi tutulur. Buradan yanıcı madde eldesi gerçekleştirilmiş olur. Artık kısım ise yağ içerisinde kalır. Aglomeratlar filtre edilerek ethanol, perkloriketil ve etil eterle yıkanır. En son suyla yıkanan malzeme 50 C ye kurumaya bırakılır. Düşük konsantrasyonlu soya yağı veya ayçiçek yağı kullanarak önemli miktarda enerji içeren ürün eldesi yapılabilir. Üretilen ürünün kalitesi yağ konsantrasyonuna bağlı olarak artar. Elde edilen üründe 5735 kcal/kg lık kalorifik değer gözlenmiştir. 22

34 2. ÖNCEKĐ ÇALIŞMALAR Ufuk TOPÇU Güleç (1999), Zonguldak bitümlü kömürünün yağ aglomerasyonunda kalite ve geri kazanımın parçacık boyutu ile değişimini incelemiş ve artan parçacık boyutu ile kalitenin optimum değerine ulaşıncaya kadar arttığını ve çok büyük parçacık boyutlarında kömürün yeterince temizlenmediğini göstermiştir. Abdel Khalek ve Parekh (2001), yağ aglomerasyonu tekniğini kullanarak Mısır daki Maghara kömürünün kükürt ve kül içeriğinin düşürülmesini amaçlamışlardır. Kükürt ve kül içeriği düşürüldüğünde kömürün kalitesi de artmıştır. Kullanılan bağlayıcı tipi (gazyağı ve parafin yağı), yağ derişimi ve parçacık boyutunun etkileri incelenmiştir. Zeta potansiyeli ve aglomerasyon performansına aniyonik ve katyonik yüzey aktif maddelerin etkisi incelenmiştir. Optimum şartlarda; -2 mm boyutlu fraksiyonda geri kazanımı %77 olan, %0.82 toplam kükürt ve %1.85 kül içeren temiz kömür elde edilmiştir. Szymocha (2003), -200 µm boyutundaki Southeast Alberta düşük ranklı kömürü ile %5 katı içeriği ve katı içeriğinin %25 i kadar petrol bazlı bir bağlayıcı yağ kullanarak yağ aglomerasyonu performansını araştırmış ve kömürün kül içeriğini %23.5 den %10.82 e düşürmeyi başarmıştır. Ancak bağlayıcı yağdan ileri gelen kirlilikler nedeni ile toplam kükürt içeriği %0.2 den %0.5 e çıkmıştır. Bu nedenle aglomerasyon sırasında kullanılan bağlayıcı yağın, elde edilen aglomeratın kalitesi açısından çok önemli olduğu söylenebilir. 23

35 3. MATERYAL VE YÖNTEM Ufuk TOPÇU 3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1. Materyal Deneysel çalışmalarda Adana da faaliyet gösteren KAKSAN Kireç Fabrikasına ait yanmamış karbon içeren Baca Filtre Tozu ve Mar-SA yağ fabrikasından alınan yağ asidi numunesi kullanılmıştır. Yaklaşık 50 kg numune konileme-dörtleme ile azaltılarak deneylerde kullanılmak üzere azaltılmıştır. Numunenin kimyasal analizi Çizelge 3.1 de, tane irilik dağılımı ise Şekil 3.1 de verilmiştir Çizelge 3.1. KAKSAN Kireç Fabrikası Baca Filtre Tozu Kimyasal Analizi Element % Ağırlıkça S 3.18 SiO P 0.03 CaO Na 2 O 0.06 MgO 0.12 K 2 O 0.01 Al 2 O TiO Adana Đli, Karaisalı Đlçesi, Selampınar Mahallesi, Hacılıbelen Mevkii nde, 1984 yılında Özel Đdare ve yerel halkın katılımı ile kurulan KAKSAN Karaisalı Kireç Fabrikası, çeşitli nedenlerle işletilememiş, 1993 yılında Beyazıt Şirketler Topluluğu na bağlı Paksan Kireç Sanayi A.Ş. tarafından satın alınmıştır yılında tesis devreye alınmış ve halen üretim faaliyetine devam etmektedir. Fabrikaya 900 m mesafede bulunan ocakta, Wagondrill ile elde edilen dik deliklerin patlatılması sonucu elde edilen kireçtaşı (kalker) %96-98 CaCO 3 ihtiva etmektedir. Paralel yerleşimli iki adet primer konkasör, bir adet darbeli (kübik) kırıcının bulunduğu kırıcı ünitesinde istenilen boyutlarda (fırın için mm) kırılan kalker 24

36 3. MATERYAL VE YÖNTEM Ufuk TOPÇU fırına beslenmektedir. 30 mm altının ikinci bir kırma işleminden geçirilmesi sonucu elde edilen mıcır ise yol yapımında ve dolgu amacı ile kullanılmaktadır Kümülatif Ağırlık (%) Kümülatif E.A. (%) Kümülatif E.Ü. (%) Tane Đriliği (mikron) Şekil 3.1. KAKSAN Kireç Fabrikası Baca Filtre Tozu Tane Đrilik Dağılımı Yakıt olarak özel tahsisli petrokok kullanılmakta olup, ortalama kalori değeri kcal/kg dır. Fırında istenilen yanmanın sağlanabilmesi ve pülverize edilebilmesi için kömür hazırlama ünitesinde, kurutma (%2 maksimum nem) ve öğütme (+90 µm oranı, maksimum %15) işlemlerine tabi tutulmaktadır. Fabrikada 1 adet dikey şaftlı, paralel akışlı ısı reküperatörlü 150 t/gün üretim kapasiteli Maerz tipi kireç fırını bulunmaktadır. Fırına beslenen kalker, CaCO 3 + ısı ( o C) CaO + CO 2 (3.1) reaksiyonu sonucu %98-99 oranında klasine edilmekte olup, üretilen kireç 0 70 mm boyutlarında, 2 5 dakika T 60 değerinde olup %85 92 aktif CaO içermektedir. Fırından çıkan kirecin bir kısmı söndürme ünitesinde söndürülmektedir. Bir kısmı ise Demir Çelik Endüstrisinde kullanılmak üzere parça kireç (dökme) olarak 25

37 3. MATERYAL VE YÖNTEM Ufuk TOPÇU kamyonlarla sevk edilmektedir. 15 t/saat üretim kapasitesine sahip söndürme ünitesinde su ile karıştırılıp hidrate edilerek; CaO + H 2 O Ca(OH) kcal/kg (3.2) söndürülen 0-10 mm ebatlarındaki kireçler tamamen kapalı şekilde dinamik seperatörlerde boyutlara ayrılmakta ve öğütmeye ihtiyaç olmayan boyuttaki kısımlar paketleme silosuna gönderilirken daha iri boyuttakiler bilyeli değirmende öğütülerek standart boyutlara indirgenmektedir. Sönmüş kireç üretimi ortalama %89 Ca(OH) 2 ihtiva etmektedir. Mevcut paketleme kapasitesi t/saat olan döner kantarın bulunduğu paketleme ünitesinde 10, 20 ve 25 kg lık torbalama yapılmakta, ayrıca dökme sanayi kireci silobaza yüklenebilmektedir. Fabrika bünyesinde, taş ocağında hammaddeden itibaren bütün üretim aşamalarında analizleri yapılabilen laboratuar bulunmaktadır Metod Elek Analizi Numunenin boyut dağılımının belirlenmesi için yapılan elek analizi Çukurova Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü Cevher Hazırlama laboratuarlarında Retsch marka elek serisi kullanılarak yapılmıştır Jameson Flotasyon Deneyleri Deneyler, Jameson flotasyon hücresinde gerçekleştirilmiştir. Jameson flotasyon cihazında, optimum pülp katı oranı, yağ asidi/gazyağı oranı, downcomer yüksekliği ve yıkama suyu hızı parametreleri belirlenmiştir. Jameson flotasyonu makinesi, 2 cm çapında 100 cm boyunda downcomer lı, 10 cm çaplı 75 cm boyundaki hücreye sahip olup (Resim 3.1), flotasyon deney şartları ise Çizelge 3.2 de verilmiştir. 26

38 3. MATERYAL VE YÖNTEM Ufuk TOPÇU Resim 3.1. Laboratuar Çaplı Jameson Flotasyon Cihazı Çizelge 3.2. Jameson Flotasyon Cihazı Özellikleri Ve Deney Şartları Downcomer Boyu 100 cm Downcomer Çapı 2 cm Kolon Boyu 75 cm Kolon Çapı 10 cm ph (H 2 SO 4 ile koşullandırma) Yağ/Gazyağı Oranı 1/1, 1/3, 3/1, 2/3, 3/2 Yıkama Suyu Hızı (L/dk) 0.3 L/dk, 0.6 L/dk, 1 L/dk Flotasyon Süresi (dk) 1,2,3,5,8 dk Downcomer Dalış Miktarı (cm) 30, 40, 50, 60 cm Pülp katı oranı (% ağırlıkça) 5, 10, 15, 20 Reaktif Miktarları 3500 g/t, 7000 g/t, g/t, g/t Jameson Flotasyonu deneyleri Çukurova Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Cevher Hazırlama laboratuarlarında gerçekleştirilmiştir. Jameson flotasyonu deneylerinde 500 µm daki 350 g malzeme (%5 katı oranı) ile ilk 27