Ekonomik Metalurji. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU 2012

Transkript

1 Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU 2012

2 Cevher hazırlama Öğütme ile cevher boyutunun ayarlanması Öğütme: sert bilyeler, çubuklar veya çekiçler ile yapılan mekanik darbe işlemidir. Kavanoz tipi değirmen

3 Cevher hazırlama Öğütme: σ = 2Er D Darbe gerilmesi malzemedeki kusurlara bağlıdır. Değirmen içerisine öğütücü bilyeler ve öğütülecek malzeme konur. Öğütme ile gevrek malzemelerin kırılması için gerekli darbe gerilmesi malzemenin kusur yapısına ve çatlak ilerleme davranışına bağlıdır. Sigma darbe gerilmesi, küçük partikülleri kırmak için gerekli darbe gerilmesi daha büyüktür. Dolayısı ile öğütme sırasında partikül boyutu küçüldükçe gerekli gerilme değeri artar. Belli bir boyuttan sonra daha uzun süre çalışılması boyutu değiştirmez. Dolayısı ile çok küçük tozların öğütülmesi zordur.

4 Cevher hazırlama Öğütme: Kavanozun dönme hızı önemli. Enerjinin büyük bir kısmı ses ve ısıya dönüşür, verim düşük En uygun öğütme için: Bilya çağı toz çapının yaklaşık 30 katı Bilyalar kavanozun yarısını doldurmalı Öğütülecek malzeme kavanozun yaklaşık %25 ini doldurmalı

5 Cevher hazırlama Öğütme: Mekanik ayırma sonucunda bir tozun partikül boyut dağılımında değişim. a orjinal partikül boyut dağılımı; b, c ve d öğütme süresinin artmasıyla partikül boyut dağılımında meydana gelen değişim (b>c>d).

6 Cevher hazırlama Öğütme için hız ve bilye miktarı Kritik hız V = 42,3 / (D-d) 1/2 D: kavanoz çapı (m) d: bilye çapı (m) Vc = V x %75 Vc = 0,75V rpm Bilye miktarı H: πxr 2 xl r: kavanozun yarı çapı (m) L: boy (m) Şarj miktarı % 50 olmalı Bilyeler arasındaki boşluk % 40

7 Ekonomi Demir Çelik Ham çelik üretimi

8 Ekonomi Demir Çelik

9 Ekonomi Demir Çelik Türkiye de Çelik

10 Ekonomi Demir Çelik Türkiye de Çelik Ülkemizde ham çelikten nihai mamul üreten üreticiler Marmara, Ege, Akdeniz, Karadeniz ve İç Anadolu bölgesinde faaliyet göstermekte olup, üreticilerin çoğunluğu Marmara, Ege, Akdeniz sahil şeridinde yer almaktadır. Demir çelik sektöründe yaklaşık 150 ye yakın firma faaliyet göstermektedir. Bunların içerisinde kapasiteleri ton ile ton arasında değişen Elektrik Ark Ocaklı tesis ile toplam kapasiteleri ton olan entegre tesis bulunmaktadır. Diğer tesisler ise sadece haddehane hüviyetinde olup, dışardan satın almış oldukları kütük ile profil, filmaşin, nervürlü ve yuvarlak inşaat demiri üreten tesislerdir.

11 Ekonomi Demir Çelik Türkiye de Çelik

12 Ekonomik Metalurji Maden potansiyelini oluşturan çeşitli malzeme grupları

13 Maden potansiyelini oluşturan çeşitli malzeme grupları 1. Enerji i 2. Çimento i 3. Demir Çelik i 4. Refrakter i 5. Demir Dışı Metal Madenleri 6. Soy Metaller 7. Kıymetli Madenler 8. Endüstriyel

14 Enerji i Ülkemizin hızla sanayileşmesine paralel olarak artan enerji ihtiyacı enerji hammaddelerine olan talebide arttırmaktadır. Yine bu grup içinde yer alan taş kömürüne ülkemizdeki demir çelik sektörünün talebi giderek artmaktadır. Yeterli rezerv olmasına rağmen bu talep halen yerli üretimle karşılanamamaktadır. % = Enerji tüketimin yerli üretimle karşılanması Yıllar %

15 Enerji i 1. Kömür 2. Uranyum 3. Toryum 4. Doğalgaz 5. Petrol

16 Enerji i, Kömür Bitkilerin zamanla sıcaklık-basınç altında değişim geçirmesi ile oluşur. Kömür karbon, hidrojen, oksijen ve azottan oluşan, kükürt ve mineral maddeleri içeren bir maddedir. Bitkiler öldükten sonra, bakteriler etkisi ile değişime uğrar. Eğer su altında kalarak değişime uğrarsa, karbon miktarı artarak kömürleşme başlar.

17 Enerji i, Kömür Turba: Kurumuş bitkilerin su veya çamur ile kaplanması ve böylece hava ile temasın kesilmesiyle gerçekleşen reaksiyonlarla oluşur. Karbon miktarı % 60. Linyit: Karbon miktarı % 70. Taş Kömürü: Karbon miktarı % Antrasit: Karbon miktarı % 95. En sert kömür türü olup yandığında diğerlerinden daha fazla ısı verir. Bu dönüşüm süreçleri sonucunda karbon oranı artarken hidrojen, azot ve oksijen gibi uçucu elementlerin miktarı azalır.

18 Enerji i, Kömür Kalori değerleri açısından kömürler sınıflandırılısa: Belli miktardaki kömürden elde edilen ısının, toplam kömür ağırlığına oranı şeklinde verilir. Islak olmayan bir kömür için ısıl değer kj/kg Antrasit için kj/kg

19 Enerji i, Kömür Kömür için yapılan analizler % olarak nem (H 2 O) Kül Ve Uçucu elementler belirlenir.

20 Enerji i, Kömür Satılabilir bir kömürde Kül oranı % 4-12 arasındadır Kül bileşiminde SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O, ve TiO2 bulunmaktadır. Kömürün elementel analizinde C, Hidrojen, azot ve kükürt oranları ölçülür. Kömürlerde kükürt oranı yaklaşık % 1 dir.

21 Enerji i, Kömür Odun kömürü Öte yandan ağacın havasız ortamda yavaş yavaş kısmen yakılmasıyla elde edilen kömür türü odur kömürü olarak adlandırılır. Hammaddesi daha çok meşe odunundan sağlanır. Kok kömürü Taş kömürünün havasız ortamda, bütün uçucu bileşenlerinin giderildiği yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılmasıyla elde edilene ise kok kömürü denir. Kok; gerçek anlamda bir kömür değildir. Tabiatta serbest halde bulunmaz, fabrikalarda taş kömürünün içindeki gazların çıkartılmasından sonra elde edilen kömürdür.

22 Enerji i, Kömür Koklaşma Prosesi: o C: Nemli kömür zonu, bu bölgenin sıcaklığı suyun buharlaşma sıcaklığına kadar uzanır o C: Kuru ancak değişime uğramamış kömür tabakası. Yapıda bulunan CO2, CH4 ve N2 gibi gazlar ile kristal suyu kömürden uzaklaşır o C: Kömürün yumuşaması, farklı hızlarda termik ayrışma reaksiyonları oluşur ve bunun sonucunda yapıda porozite meydana gelir. Yumuşamadan sonra kömür sertleşmeye başlar o C: yarı koklaşma olur. Sertleşme ile hacimsel değişim sonucu yapıda çatlaklar oluşur. Bu çatlaklar ile yüksek fırında kullanılan nihai kok tane boyutu elde edilir o C : Grafit kristal yapısına doğru dönüşüm gerçekleşir ve koklaşma prosesi sona erer.

23 Enerji i, Kömür Kömür elektrik üretiminde, demir-çelik ve çimento imalatında, endüstriyel proseslerde buhar üretmek ve ısınma amacı ile kullanılır. Dünya'da elektrik üretiminin yaklaşik olarak % 40'ı kömürden sağlanmaktadır. Birçok ülkede elektrik üretiminin önemli bir bölümü kömürden elde edilmektedir. Bu oran ABD'de ve Almanya'da (%53), Yunanistanda (%69), Çin de (%75), Danimarka da(%77), Avustrulya da (%83), Güney Afrika da (%93), Polonya da (%95) dir. Türkiyede elektrik enerjisinin (%32)'si kömür den elde edilmektedir.

24 Enerji i, Kömür Türkiye nin genel olarak dünya enerji kaynakları rezervi içindeki payı oldukça düşüktür. Türkiye de en fazla rezerv yaklaşık 8,2 milyar ton ile düşük kaliteli linyit kömüründe bulunmaktadır. Linyit dışında Zonguldak yöresinde 1 milyar ton civarında kaliteli taşkömürü rezervi bulunmaktadır. Toplam kömür rezervimiz dünya rezervinin binde beşinden azdır. Petrol rezervimiz ise daha da kısıtlıdır ( 50 milyon ton). Yeni ekonomik rezervler bulunmazsa kısa bir süre sonunda tükenecektir ve bununla ülke ihtiyacının %10 u karşılanmaktadır. Güngör TUNCER, Mehmet Faruk ESKİBALCI, İstanbul Üniv. Müh. Fak. Yerbilimleri Dergisi, C.16, S.1, SS.81-92, Y 2003

25 Enerji i, Kömür rezervleri, milyar ton Ülkeler Taş kömürü Linyit Asya Kuzey Amerika Eski SSCB ülkeleri Avrupa Afrika Orta ve güney Amerika Orta Doğu Türkiye

26 Enerji i, Kömür rezervleri, milyar ton TÜRKİYE TAŞKÖMÜRÜ KURUMUNCA ÜRETİLİP SATIŞA SUNULAN KÖMÜRLERİN KDV HARİÇ,DAHİL FOB/FOT/FOW SATIŞ FİYATLARI İLE ORTALAMA ANALİZ DEĞERLERİ ORTALAMA ANALİZ DEĞERLERİ 2012 O R J İ N A L K Ö M Ü R D E 03/ KASIM UÇUCU SABİT ŞİŞME TOPLAM ALT MÜESSESELER TL/TON TL/TO N NEM KÜL MADDE KARBON ENDEKSİ KÜKÜRT ISI FİYATI KDV HARİÇ % 18 KDV DAHİL % % % % % Kcal/Kg SANTRAL YAKITI 119,30 140,7 8 14± ±1 17±1 0, (KOKLAŞABİLİR ) 170 $ ±1 57± ,8 6500±150

27 Enerji i, Uranyum Günümüzde nükleer enerji hammaddeleri grubuna uranyum ve toryum girmektedir. Ancak, toryuma dayalı nükleer santralların henüz ekonomik boyutta devreye girmemeleri nedeniyle, toryum, halen sırasını bekleyen bir nükleer yakıt hammaddesi durumundadır. Simge: U Erime Noktası ( C): 1132 Yogunluk (gr/cm 3 ): 19,07 0,5 kg U ile elde edilen enerji 350 tonluk kömür enerjisine denk gelmektedir. Nükleer enerji hammaddeleri esas olarak nükleer reaktörde elektrik enerjisi elde etmek için yakıt olarak kullanılmaktadır. Dolayısıyla tüketimi, kurulu nükleer enerji kapasiteleri belirlemektedir.

28 Enerji i, Uranyum Tabiatta hiçbir zaman serbest olarak bulunmayan uranyum, çesitli elementlerle birleserek uranyum minerallerini meydana getirir. En kolay oksijenle birlesir. Hemen her tip kayaç içerisinde ve sularda eser miktarda da olsa bulunabilir.

29 Enerji i, Uranyum Yerkabuğunda yüzlerce uranyum minerali vardır; ancak bunların büyük çoğunluğu ekonomik boyutta uranyum içermezler. Ekonomik yatak oluşturan mineraller, Uraninit Autinit Tobernit Koffinit tir. YIL $ / k g U , , , , , , , , , , , , , Mayıs 75, Ekim 81,25

30 Enerji i, Uranyum Doğada bulunan uranyumun büyük çoğunluğu (%99,284) Uranyum 238 izotopundan oluşur. Zincirleme fisyon gerçekleştirme kabiliyeti bulunan tek uranyum izotopu Uranyum 235 dir. Tüm uranyum rezervleri içindeki payı sadece % 0,72 dir. Bu nedenle nükleer yakıt olarak kullanılabilmesi için Uranyum 235 izotopunun uranyum karışımı içindeki oranının arttırılması gerekir. Zenginleştirilmiş uranyum sivil amaçla elektrik üretimi için ve Askeri amaçla nükleer silah amacıyla kullanılır.

31 Enerji i, Uranyum Zenginleştirilmiş uranyum: İçindeki Uranyum 235 oranı belirli yöntemlerle doğal seviyelerin üzerine çıkarılmış uranyum karışımıdır. Zenginleştirme işleminden arta kalan Uranyum 238 e zayıflatılmış uranyum denir. Az zenginleştirilmiş uranyum: U235 oranı % 0.9 ile % 2 arasındadır. Reaktörlerde kullanılır. Orta zenginleştirilmiş uranyum: U235 oranı % 2 ile % 20 arasındadır. Reaktörlerde kullanılır. Yüksek zenginleştirilmiş uranyum: U235 oranı % 20 den fazladır. Nükleer silahlarda bulunan zincirleme fisyon oluşturmaya uygun yakıt genellikle % 85 veya daha fazla U235 içerir. Bunlar uçak gemileri ve bazı deniz altılar itmede kullanılan reaktörlerde yakıt olarak kullanılır.

32 Enerji i, Uranyum Nükleer enerji ile çalışan gemiler yıl boyunca hiç yakıt yenilemeden ilerleyebilmektedirler. ABD nin 2005 yılı elektrik maliyetleri: Nükleer : 1.9 cent/kw Kömür: 2.2 Doğal gaz: 7.5 Petrol: 8

33 Enerji i, Uranyum Türkiye'de uranyum aramalarına 1990 yılı sonuna kadar devam edilmiş ve 5 yatakta toplam ton görünür uranyum rezervi ortaya konulmuştur yılından sonra zaman zaman yapılan aramalar kısıtlı bütçe ile sınırlı alanlarda yapılmıştır. Bu 5 yatağın ortalama tenör ve rezervleri, aranıp bulundukları yıllarda, dünyaca kabul edilen ekonomik sınırlarda olmalarına rağmen, bugün için, bu değerler söz konusu sınırların oldukça altında kalmıştır. Bunun nedeni, son yıllarda nükleer santral planlamalarındaki önemli değişmeler ve özellikle Kanada ve Avustralya'da yüksek tenörlü, üretim maliyetleri çok düşük uranyum yataklarının bulunmasıdır.

34 Enerji i, Uranyum Uranyumun diğer madenler gibi kolayca alınıp satılamaması, nakliyesinin çok sıkı kurallara, ülkeler arasındaki bazı anlaşmalara ve de uluslararası denetime bağlı olması nedeniyle, nükleer santral kuran veya kurmayı planlayan ülkeler, kendi uranyum kaynaklarını bularak değerlendirmeyi amaçlamaktadırlar.

35 Enerji i, Toryum Toryum: Th, Yerkabuğunun %0,0007 lik kısmını oluşturur. Yoğunluk: 11.7 g/cm3 Ergime derecesi: 1700 oc Radyoaktif bir elementtir. Toryum nükleer santrallerin en temiz yakıtı olarak kabul edilir. Çevreye daha az zarar vermesi açısından ileriki yıllarda uranyumun yerine kullanılması planlanmaktadır. Toryumun nükleer yakıt olarak kullanılması ile ilgili çalışmalar halen devam etmektedir. Ancak günümüzde toryumla çalışan ticari ölçekli bir nükleer reaktör bulunmamaktadır.

36 Enerji i, Toryum Toryum tabiatta uranyumdan yaklaşık 3 kat daha fazla bulunmaktadır. Mineralleri: Torit ve monazit Türkiye toryum madenlerinin yaklaşık dörtte birine sahiptir. Dünya toryum rezervi 1 milyon 780 bin ton Türkiye nin toryum rezervi 798 bin ton Türkiye nin sahip olduğu toryum rezervi enerji üretimi açısından 120 trilyon dolarlık petrole eşdeğer!!! Toryum geleceğin nükleer enerji hammaddesidir. Bugün için uranyum ve plütonyum ile elde edilen nükleer enerji için gelecekte toryum kullanılması planlanmaktadır. Toryum ile çalışan prototip santrallerde deneme üretimleri yapılmaktadır.

37 Enerji i, Toryum 1 gr toryum 7500 galon benzine denk enerji verir. 1 galon: 3.79 litre Sistemde bulunacak 8 gr toryum aracın tüm ömrü içinde yakıt ihtiyacını karşılayacaktır.