ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ ÇATALAĞIZI TERMİK SANTRALİNDE (ÇATES) KULLANILAN LAVVAR ARTIKLARINDAKİ KÖMÜRÜN KAZANIMINDA OPTİMUM FLOTASYON KOŞULLARININ ARAŞTIRILMASI MADEN MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ADANA, 2010

2 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ÇATALAĞIZI TERMİK SANTRALİNDE (ÇATES) KULLANILAN LAVVAR ARTIKLARINDAKİ KÖMÜRÜN KAZANIMINDA OPTİMUM FLOTASYON KOŞULLARININ ARAŞTIRILMASI YÜKSEK LİSANS TEZİ MADEN MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Bu tez 07/05/2010 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir.... Yrd. Doç.Dr. Hüseyin VAPUR Prof. Dr. Oktay BAYAT Doç. Dr. Mehmet YILDIRIM Danışman Üye Üye.. Öğr.Gör.Dr. Arif HESENOV Üye.. Öğr. Gör. Dr. Nil YAPICI Üye Bu tez Enstitümüz Maden Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No : Prof. Dr. İlhami YEĞİNGİL Enstitü Müdürü Bu çalışma Ç.Ü. Araştırma Projeleri Birimleri Tarafından Desteklenmiştir. Proje No: MMF2009YL47 Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ ÇATALAĞIZI TERMİK SANTRALİNDE (ÇATES) KULLANILAN LAVVAR ARTIKLARINDAKİ KÖMÜRÜN KAZANIMINDA OPTİMUM FLOTASYON KOŞULLARININ ARAŞTIRILMASI ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MADEN MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Danışman : Yrd. Doç. Dr. Hüseyin VAPUR Yıl : 2010, Sayfa: 81 Jüri : Prof. Dr. Oktay BAYAT Doç. Dr. Mehmet YILDIRIM Yrd. Doç. Dr. Hüseyin VAPUR Öğr. Gör. Dr. Arif HESENOV Öğr. Gör. Dr. Nil YAPICI Bu çalışmada, ÇATES (Çatalağzı Termik Santrali) ne beslenen lavuar artıklarının optimum flotasyon şartlarında zenginleştirilmesi araştırılmıştır. Flotasyon hücresi (1 litre) ile yapılan bu deneysel çalışmalarda katı oranı, toplayıcı, köpürtücü oranı ve devir sayısı deneysel parametreler olarak ölçülmüştür.. Optimum şartlarda ph arası alınmıştır. Katı oranı %10-30 arası, toplayıcı grl/ton Köpürtücü ,5 grl/ton Devir sayısı 1300 ile 1500 arası seçilmiştir. Yapılan çalışma sonunda optimum flotasyon şartlarında%96,91 oranında verime ulaşılmıştır. Elde edilen veriler Yates yöntemi kullanılarak düzenlenmiştir. Sonuç olarak ÇATES te kullanılan kömürün flotasyonla kok kömür derecesinde kalorifik değere ulaştığı görülmüştür. Ayrıca optimizasyon deneyleri yapılmıştır. Anahtar Kelimeler: Artık, Koklaşabilir Kömür, Flotasyon, ÇATES, Yates Yöntemi I

4 ABSTRACT MSc THESIS INVESTIGATION OF OPTIMUM FLOTATION CONDITIONS FOR THE TAILINGS OF COAL PREPARATION PLANT USING FOR CATALAGIZI THERMAL POWER PLANT (CATES) DEPARMENT OF MINING ENGINEERING INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY ÇUKUROVA Supervisor: Asst.Prof. Dr. Hüseyin VAPUR Year : 2010, Pages :81 Jury : Prof. Dr. Oktay BAYAT Assoc.Prof. Dr. Mehmet YILDIRIM Asst.Prof. Dr. Hüseyin VAPUR Inst. Dr. Arif HESENOV Inst Dr. Nil YAPICI In this study, the optimum flotation conditions to enrich the tailings of coal preparation plant (lavuar) feeding Cates (Çatalağzı Thermal Power Plant) were investigated. In this experimental work using the flotation cell (1 liter) solid rate, collector dosage, frother dosage and agitation speed are measured as the experimental parameters. Optimum ph conditions were used for Solid weight ratio between 10-30%, collector g / ton, frother dosage: ,5 g / ton of RPM between 1300 and 1500 were selected. At the end of study, combustible recovery of optimum flotation conditions was reached 96.91%. The obtained Data were arranged using Yates method. As a result, using Yates method the calorific value of final concentrate was reached calorific value of coke with flotation. In addition optimization experiments were done. Keywords: Tailing, coking coal, flotation, ÇATES, Yates Method II

5 TEŞEKKÜR Öncelikle yüksek lisans öğrenimim süresince ve gerek deneysel çalışmalarımda, gerekse bilgilerin derlenmesi ve sonuçların yorumlanmasında katkılarını esirgemeyen Danışman Hocam Yrd. Doç. Dr. Hüseyin VAPUR a teşekkür ederim. Bu çalışmanın deneysel kısmında yardımcı olan Musa YILMAZEL e teşekkürü ederim. Ayrıca maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen eşime ve aileme ayrıca teşekkür ederim. III

6 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ.. I ABSTRACT. II TEŞEKKÜR.... III İÇİNDEKİLER... IV ÇİZELGELERİN DİZİNİ VII ŞEKİLLER DİZİNİ...IX 1.GİRİŞ Kömürün Tanımı ve Sınıflandırılması Linyit Taşkömürü Kok Antrasit Turba Kömürün Kısa Analizi Isıl Değer Kül Oranı Nem Oranı Uçucu Madde Kömürün Yakma Kazanı Öncesinde Temizlenmesinin Faydaları Teknik Faydalar Ekonomik Faydaları Çatalağzı Termik Santrali Havzanın Konumu Termik Santral Hakkında Bilgiler Çatalağzı Lavvarı Çatalağzı Termik Santralinin ÇalışmaMekanizması Kül Ve Baca Gazı Sistemi Çıkış Trafoları ve Şalt Sahası Toz Kömür Hazırlama ve Zenginleştirme Yöntemleri Yoğunluk Farkına Göre Ayırma Yapan Yöntemler IV

7 Yüzey Özelliklerine Göre Ayırma Yapan Yöntemler Flotasyonun Tanımı Flotasyonda Katı, Sıvı ve Gaz Fazları Flotasyon Makineleri (1).Mekanik Hücreler (2). Jet Flotasyonu (3). Jameson Hücresi Flotasyonda Reaktifler Toplayıcı Reaktifler Canlandırıcı veya Kontrol Reaktifleri Köpürtücü Reaktifler Kömür Flotasyonu ÖNCEKİ ÇALISMALAR MATERYAL VE METOT Numunenin Özellikleri Kırma-Öğütme-Eleme Deneyleri Flotasyon Deneyleri Filtrasyon Deneyi Kurutma Deneyi Kül Tayini Verimlerin Hesaplanması BULGULAR VE TARTIŞMA Optimum Öğütme Süresinin Belirlenmesi Toplayıcı Cinsinin Seçimi Köpürtücü Cinsinin Seçimi Yates Deneysel Düzen Tekniği Yates Tekniği İle %30 Katı Oranı İçin Deneysel Düzenleme Yates Tekniği İle %10 Katı Oranı İçin Deneysel Düzenleme Yapılan Deneyler İle İlgili Kinetik Modelleme % 30 Katı Deneyleri İçin Kinetik Grafikler % 10 Katı Deneyleri İçin Kinetik Grafikler 64 V

8 4.6. Flotasyon Koşullarının Optimizasyonu SONUÇLAR VE ÖNERİLER...75 KAYNAKLAR...77 ÖZGEÇMİŞ VI

9 ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA Çizelge 1.1. Uluslararası Genel Kömür Sınıflaması....3 Çizelge 1.2. Çeşitli Ranklarda Kömür Özellikleri...4 Çizelge yılında Çatalağzı Lavuar'ına gelen tüvenan kömürün ve lavuardan alınan ürünlerin miktarları-analiz değerleri...12 Çizelge 1.4. Çatalağzı Santralinin yıllık üretim miktarları Çizelde 1.5. Anyonik ve katyonik Kolektörler...22 Çizelge 3.1. Kömür örneğine ait XRF analizi sonuçları...30 Çizelge 3.2. Besleme malının Kısa analizi 30 Çizelge 4.1. Besleme Malına Ait Elek Analizi Sonuçları...35 Çizelge 4.2. Öğütme Sonrası Elek Analizi Sonuçları (5 Dakika)...36 Çizelge ,5 Dakika Öğütme Sonrası Elek Analizi Sonuçları...37 Çizelge Dakika Öğütme Sonrası Elek Analizi Sonuçları...38 Çizelge 4.5. Kollektör olarak mazot ile yapılan deneylerde alınan sonuçlar...40 Çizelge 4.6. Kollektör olarak gazyağı ile yapılan deneylerde alınan sonuçlar...40 Çizelge 4.7. Köpürtücü olarak Çamyağı ile yapılan deneylerde alınan sonuçlar...43 Çizelge 4.8 Köpürtücü olarak MIBC ile yapılan deneylerde alınan sonuçları..43 Çizelge 4.9. Değişkenlerin Yates Tekniğine Göre Sıralanışı...45 Çizelge 4.10 %30 katı oranı için Yates düzeneğinde seçilen sınır değerler...47 Çizelge yates deney düzeneği (%30 Katı Oranı için) Çizelge 4.12: %10 katı oranı için Yates düzeneğinde sınır değerler...51 Çizelge yates deney düzeneği %10 Katı Oranı için...54 Çizelge 4.14 Kinetik modelleme yönteminde kullanılan formül verileri(%30-1).56 Çizelge Kinetik modelleme yönteminde kullanılan formül verileri(%30 a).57 Çizelge Kinetik modelleme yönteminde kullanılan formül verileri(%30 b).58 Çizelge Kinetik modelleme yönteminde kullanılan formül verileri(%30 ab)...59 Çizelge Kinetik modelleme yönteminde kullanılan formül verileri(%30 c)...60 Çizelge Kinetik modelleme yönteminde kullanılan formül verileri(%30 ac)...61 Çizelge Kinetik modelleme yönteminde kullanılan formül verileri(%30 bc)...62 Çizelge Kinetik modelleme yönteminde kullanılan formül verileri(%30 abc)..63 VII

10 Çizelge %30 katı oranı ortalamasının kinetik modelinde kullanılan formül verileri Çizelge Kinetik modelleme yönteminde kullanılan formül verileri(%10 1)...65 Çizelge Kinetik modelleme yönteminde kullanılan formül verileri(%10 a)...66 Çizelge Kinetik modelleme yönteminde kullanılan formül verileri(%10 b)...67 Çizelge Kinetik modelleme yönteminde kullanılan formül verileri(%10 ab)...68 Çizelge Kinetik modelleme yönteminde kullanılan formül verileri(%10 c)...69 Çizelge Kinetik modelleme yönteminde kullanılan formül verileri(%10 ac)...70 Çizelge 4.29.Kinetik modelleme yönteminde kullanılan formül verileri(%10 bc)...71 Çizelge 4.30 Kinetik modelleme yönteminde kullanılan formül verileri(%10 abc)...72 Çizelge %10 katı oranı ortalamasının kinetik modelinde kullanılan formül verileri.72 Çizelge 4.32 Optimizasyon deneyleri için parametreler 74 Çizelge 4.33 Optimizasyon deney sonuçları.. 74 Çizelge 5.1. Flotasyon sonucu elde edilen ürünün analiz sonucu..76 VIII

11 ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA Şekil 1.1. Çatalağzı Termik Santrali...10 Şekil 1.2. Falcon ve Kelsey Jigi..16 Şekil 1.3 Pilot ölçekli MGS ayırıcısı.. 17 Şekil 1.4. Flotasyonda köpük, reaktif ve mineral etkileşimi Şekil 1.5. Jet ve Jameson flotasyon hücreleri Şekil 3.1. XRD analizi sonucu Şekil 4.1. Besleme Malına Ait Elek Analizi Grafiği Şekil Dakika Öğütme Sonrası Grafiği...37 Şekil ,5 Dakika Öğütme Sonrası Grafiği...38 Şekil Dakika Öğütme Sonrası Grafiği...39 Şekil 4.5. Deneysel ve hesaplanan verim değerleri arasındaki ilişki Şekil 4.6. Deneysel ve hesaplanan verim değerleri arasındaki ilişki...53 Şekil 4.7. Yates Tekniği ne göre (1) nolu deney için kinetik modelleme (%30)...56 Şekil 4.8. Yates Tekniği ne göre a deneyi için kinetik modelleme(%30)...57 Şekil 4.9. Yates Tekniği ne göre b deneyi için kinetik modelleme(%30)...58 Şekil Yates Tekniği ne göre ab deneyi için kinetik modelleme (%30)...59 Şekil Yates Tekniği ne göre c deneyi için kinetik modelleme (%30)...60 Şekil Yates Tekniği ne göre ac deneyi için kinetik modelleme (%30)...61 Şekil Yates Tekniği ne göre bc deneyi için kinetik modelleme (%30)...62 Şekil Yates Tekniği ne göre abc deneyi için kinetik modelleme (%30)...63 Şekil Yates Tekniği ne göre %30 katı için ortalama kinetik modelleme 64 Şekil Yates Tekniği ne göre (1) nolu deney için kinetik modelleme (%10)...65 Şekil Yates Tekniği ne göre a deneyi için kinetik modelleme(%10)...66 Şekil Yates Tekniği ne göre b deneyi için kinetik modelleme. (%10)...67 Şekil Yates Tekniği ne göre ab deneyi için kinetik modelleme(%10)...68 Şekil Yates Tekniği ne göre c deneyi için kinetik modelleme(%10)...69 Şekil Yates Tekniği ne göre ac deneyi için kinetik modelleme. (%10)...70 Şekil Yates Tekniği ne göre bc deneyi için kinetik modelleme (%10)..71 Şekil Yates Tekniği ne göre abc deneyi için kinetik modelleme (%10)...72 Şekil Yates Tekniği ne göre %10 katı için ortalama kinetik modelleme.73 IX

12 1.GİRİŞ 1.GİRİŞ Dünya daki petrol ve doğal gaz kaynaklarının kömüre göre daha az olduğu bilinen bir gerçektir. Yakın gelecekte petrol ve doğal gaz aşırı kullanım sonucunda artan talebi karşılayamayacak duruma geleceklerdir. Şu anki üretim değerlerine göre doğal gazın 47, petrolün ise 30 yıl yeteceği tahmin edilmektedir. Oysa Dünya kömür rezervleri petrol ve doğal gazın oldukça üzerinde olup yaklaşık 250 yıl gibi bir ömre sahiptir (Sirkeci, 2000). Bu bağlamda, kömür uzun vadeli enerji kullanımında lider enerji kaynağı olmayı sürdürecektir. Fakat gelişen teknolojiye paralel olarak madencilikte mekanizasyonun artması ile birlikte toz kömür oranında aşırı bir artış yaşanmaktadır. Ayrıca, çevresel hassasiyetlerin artışı ve üretim maliyetlerinin düşürülme isteği toz kömürlerin en etkili biçimde zenginleştirilmesini bir zorunluluk haline getirmiştir. Türkiye de kalkınmakta olan ve nüfusu hızla artan bir ülke olması nedeniyle, bir yandan birincil enerji tüketimi, diğer yandan da büyük bir hızla elektrik tüketimi artmaktadır yılları arasında birincil enerji kaynaklan üretimi yıllık ortalama %2,8 oranında artmıştır. Bu dönem içerisinde her iki kaynağın üretimi dört kat artmıştır. Enerji üretiminin kaynaklar bazında linyitin %44 payla ağırlıklı Olduğu görülmektedir. Elektrik enerjisi üretiminde kömür kullanılma oranı görüldüğü gibi önemli bir büyüklüktedir. Kömür yenilenemeyen fosil yakıtlardan bir tanesi olduğundan, var olan kömürlerin ekonomik olarak kullanılması önem kazanmaktadır. Günümüzde bir ülkenin önemli gelişmişlik göstergesi enerji tüketimidir diyebiliriz. Enerji ihtiyacının karşılanmasında kullanılan hammaddeler, özellikle ülkemiz gibi dışa bağımlı ülkelerde, ekonomiyi olumsuz yönde etkilemektedir. Dünyada kullanılan enerji kaynakları olarak: kömür, petrol, doğalgaz gibi fosil kaynaklar ve bunların yanı sıra su kaynakları, nükleer enerji kaynakları, odun, biyogaz, güneş, termal, gibi yenilenebilir enerji kaynakları sayılabilir (Boylu ve Ateşok, 1999). Bu kaynakların içerisinde fosil kaynaklar, yerkabuğunun jeolojik olayları sırasında oluşmuş olup, tükenme ihtimali olan kaynaklardır. Buna rağmen dünyada kullanılan enerji kaynaklarının çoğu fosil yakıtlardır. Dünya fosil enerji kaynaklarının %69 u kömür, %16 sı petrol, %13 ü doğalgaz olarak saptanmıştır. 1

13 1.GİRİŞ Ülkemizde ise, birincil enerji üretiminin kaynaklara göre dağılımında %48 kömür, (%44 linyit ve %4 taş kömürü) %13 hidrolik, %24 hayvan atıkları ve odun yer almaktadır. Ülkemizdeki fosil yakıtlar içinde önemli payı linyitler almaktadır. (Boylu ve Ateşok, 1999) Kömürün Tanımı ve Sınıflandırılması Kömür; çoğunlukla karbon, hidrojen ve oksijenden oluşan az miktarda kükürt ve nitrojen içeren, kimyasal ve fiziksel olarak farklı yapıya sahip maden ve kayaçtır. Diğer içerikleri ise kül teşkil eden inorganik bileşikler ve mineral maddelerdir. Bazı kömürler ısıtılınca ergir ve plastik hale gelirler. İşlemler sonucunda katran, likör ve çeşitli gazlar elde edilebilmektedir, Kömürleşme süreci ve yataklanma, nem içeriği, kül ve uçucu madde içeriği, sabit karbon miktarı, kükürt ve mineral madde içeriklerinin yanı sıra jeolojik, petrografik, fiziksel, kimyasal ve termik özellikler yönünden kömürler çok çeşitlilik gösterirler. Bu durum birçok ülkede kömürlerin birbirine benzer özellikler ve yakın değerler temelinde sınıflandırılmasını zorunlu kılmıştır. Kömür üretimi, kullanımı ve teknolojisinde ileri ülkeler öncelikle kendi kömürlerinin özelliklerine göre bir sınıflama yaptıkları gibi uluslararası genel bir sınıflama için ortak standartlarda geliştirmişlerdir. Değişik tipte kömürlerin kullanım amaçlarına göre uluslararası sınıflandırılmasında; ilk olarak 1957 yılında çeşitli ülkelerden üyelerin oluşturduğu Uluslararası Kömür Kurulu nca birçok ülkeden temin edilen numuneler üzerinde yapılan çalışmalar, Uluslararası Standartlar Örgütü (ISO) tarafından da desteklenerek genel bir sınıflama yapılmıştır. Bu sınıflamada; kalorifik değer, uçucu madde içeriği, sabit karbon miktarı, koklaşma ve kekleşme özellikleri temel alınarak sert ve kahverengi kömürler olarak iki ayrı sınıfa ayrılmıştır. a) Sert kömürler; ıslak ve külsüz bazda 5700 kcal/kg ın üzerinde kalorifik değerdedir. Uçucu madde içeriği, kalorifik değer ve koklaşma özelliklerine göre alt sınıflara ayrılırlar. b) Kahverengi kömürler; ıslak ve külsüz bazda 5700 kcal/kg ın altında kalorifik değerdedir. 2

14 1.GİRİŞ Toplam nem içeriği ve kalorifik değere göre alt sınıflara ayrılırlar. Uluslararası Genel Kömür Sınıflaması Çizelge 1.1 de gösterilmiştir. Uluslararası kömür sınıflamasında kabul edilen diğer bir sınıflama işlemi ise Kömür Rank Sınıflamasıdır (Kömürleşme Derecesi Sınıflaması). Bu sınıflandırmada karbon içeriği temel değişkendir. Yüksek ranklı kömürleşme derecesi yüksek) kömürlerde uçucu madde içeriği, düşük ranklı (kömürleşme derecesi düşük) kömürlerde ise kalorifik değer baz alınarak sınıflandırılmıştır (DPT 2001). Çizelge 1.1. Uluslararası Genel Kömür Sınıflaması (OECD/IEA, 1983) A. SERT KÖMÜRLER B. KAHVERENGİ KÖMÜRLER 1.KOKLAŞABİLİR KÖMÜRLER 1. ALT BİTÜMLÜ KÖMÜRLER (Yüksek fırınlarda kullanıma uygun ( KCal/Kg arasında kok üretimine izin veren kalitede) kalorifik değerde olup topaklaşma özelliği göstermez) 2.KOKLAŞMAYAN KÖMÜRLER a)bitümlü Kömürler b)antrasit 2.LİNYİT (4.165 KCal/Kg ın altında kalorifik değerde olup topaklaşma özelliği göstermez) Linyit Bileşiminde %60 ile 73 oranında karbon bulunan kahverengi veya siyah fosil kömür: tozu kahverengidir. Linyitin oluşum süreci taşkömürününkine benzer; linyit, bataklıklardaki bitki kalıntılarının bozuşması, sonra da yavaş yavaş alüvyon çökeltileriyle örtülmesi sonucu oluşur. Taşkömürü yataklarının büyük bir kısmı Birinci zamandan kalmadır; oysa linyit yatakları, genellikle, çok daha yenidir (İkinci ve Üçüncü zaman). Bitki kalıntılarını kömüre dönüştüren fiziko kimyasal olayların gerekli etkime süresi, taşkömürü için uzun, linyit için daha kısadır. Çizelge 1,2. gösterildiği gibi, çeşitli ranklarda linyitin birçok çeşidi olmakla birlikte hepsinin 3

15 1.GİRİŞ ortak özelliği, bileşimlerinde yüksek oranda su (ortalama %20 ile %60 ın üstünde) ve uçucu maddeler (%15 ten fazla, hatta %60 ın üstünde) bulunmasıdır. Çizelge 1.2. Çeşitli Ranklarda (Kömürleşme Derecelerinde) Kömür Özellikleri (Tsai,S.C, 1982). RANK UÇUÇU MADDE KARBON KALORİFİK NEM (Kömürleşme İÇERİĞİ İÇERİĞİ DEĞER İÇERİĞİ Derecesi) %Ağırlık %Ağırlık Btu/Lb %Ağırlık Islak-Külsüz Islak-Külsüz Mineral maddesiz 1.LİNYİT ALT BİTÜMLÜ BİTÜMLÜ a)yüksek Uçuculu-B b)yüksek Uçuculu-C c)yüksek Uçuculu-A d)orta Uçuculu e)düşük Uçuculu ANTRASİT Isı değerleri, kilogram başına 7000 kaloriye ulaşmaz, Genellikle bir ton linyitin 0,3 ton taşkömürüyle eşdeğerli olduğu kabul edilir. Bu özellikleri, birçok linyit yatağının neden işletilmediğini ve hala bazı ülkelerde linyit rezervlerinin neden değerlendirilmediği açıklanmamaktadır. Dünyadaki linyit rezervlerinin yaklaşık olarak 170 milyar ton olduğu sanılmaktadır. Bununla birlikte, yatakların az derinde oluşu ve üzerindeki katmanların kolayca kaldırılabilmesi, linyit yataklarının açık havada işletilmesine imkân verir. Bu şartlar taşkömürüne oranla linyitin maliyetini düşürür ve iktisadi alanda linyit üretimini çekici hale getirir. Ayrıca termik santrallerde linyitten yararlanılması ucuza iletilebilen bir enerjinin üretilmesini sağlar. Uçucu madde bakımından zengin olması, linyitin kimyasal sanayinin başlıca hammaddesi haline gelmesini sağlamıştır. Nihayet yeni teknik buluşlar, linyitten taşkömürü yapmak ve dökme demir sanayinde linyitten yararlanma imkânına neden olmuştur. (Kemal ve Arslan, 1999; DPT, 2001). 4

16 1.GİRİŞ Taşkömürü Ülkemizde 1991de 5 milyor ton ve 2000 li yıllarda ise 7,5 milyon ton taş kömürü üretimi hedeflenmiş olup ithalat mecburiyeti vardır. Taş kömürü tüketiminin %12 13 miktarı ısıtmaya kullanılmaktadır (Kemal ve Arslan, 1999) Kok Kömürün havasız bir ortamda ısıtılması sonucu uçucu maddelerin bünyesinden atılarak geriye kalan gözenekli ve sert yapıdaki karbon yüzdesi yüksek olan kısmına ok adı verilir. Sıcaklık 900 o C nin üstünde ise yüksek sıcaklık, 700 o C civarında ise orta sıcaklık ve 550 o C civarında ise düşük sıcaklık koklaşması denir. 700 o C nin altında elde edilen kok yarı kok olarak adlandırılır. Kok, demir çelik fabrikalarındaki kok fabrikalarında elde edilir. Ayrıca hava gazı fabrikalarında yan ürün olarak elde edilir. Kokun gerçek özgül ağırlığı 1,87-2,9 gr/cm 3, gözenek oranı %48-52, boyutu mm, rutubeti %1-7,7, kül içeriği %7,4-17,7 ortalama uçucu madde miktarı %0,5-1,8 kükürt miktarı en fazla %1 ortalama 0,8, C-karbon-miktarı %87,1-89,8 ısıl değeri kcal/kg ortalama 7950 kcal/kg dır (Kemal ve Arslan, 1999) Antrasit Sert ve parlaktır. En eski Kömür çeşididir. Karbon yönünden zengindir. Meydana geliş târihi 300 milyon yıl geriye dayanan antrasitteki karbon yüzdesi i bulur (Kemal, 1991) Turba Çamurlu göl ve bataklıklarda, çeşitli bitki artıklarının yığılması ile çok yakın bir geçmişte yani birkaç bin yıl önce oluşmuş bir kömür çeşididir. Bataklıklarda yüzen bitkilerin 0,5 m derinliğine kadar aerobik bakteriler ve daha altta 10 m derinliğine kadar da an aerobik bakteriler etkilerler. Su seviyesinin azalması, turba 5

17 1.GİRİŞ yüzeyinin kuruması ile hümatlar(organik sıvı asit) oluşur. Karbon oranı %40 ile %60 arasında değişir. Turbadan sonra linyit oluşur Yumuşak olan ve bitki kalıntıları bulunduran bu kömürlerin su ve uçucu madde içeriği yüksek, bileşik karbon miktarı düşüktür (DPT, 2001; Kural, 1991) 1.2. Kömürün Kısa Analizi Isıl Değer Isıl değer bir kömürün kalitesini belirleyen en önemli parametrelerden biridir. Katı bir yakıtın ısıl değeri, birim ağırlığındaki yakıtın tamamen yanması sonucu açığa çıkan ısı biriminin sayısıdır. Isıl değer, kömürün kalorimetrede, oksijenli bir ortamda elektrikle yakılması ve meydana gelen ısının belli miktardaki suyun derecesini yükseltmesi ile ölçülür. Alt ısıl değer ise kömürün normal şartlarda içerdiği gazları ve yakma sırasında suyun yoğunlaşması ile ortaya çıkan ısının, üst ısıl değerden çıkarılması ile elde edilir (Kural, 1991) Kül Oranı Kömür yakıldığında kalan külün kaynağı içerdiği mineral maddelerdir. Kömürün mineral maddesi ile külü, ne içerik ne de miktar bakımından aynı değildir. Kömür yandığı zaman, içerdiği mineral maddelerin temel değişiklikleri sonucu kül oluşur: * Hidrat suyu kaybı, *Karbonatların parçalanması, *Sülfürlerin parçalanması, *Alkali metal klorürlerin uçucu hale gelmesi, *Kömürün yanması sonucu oluşan metal oksitlerin, organik ve piritik kükürdün bir kısmın kükürt trioksit halinde tutması, *Eğer sıcaklık yeterince yüksek ise, oksitler, silikatlar ve serbest silikatların reaksiyona girerek yeni bileşikler oluşturması, 6

18 1.GİRİŞ *Külün kökeni kömürün içerdiği maddeler olduğundan, özellikleri içerdiği mineral maddenin bileşimine ve oksidasyonun gerçekleştirildiği şartlara bağlıdır (DPT, 2001) Nem Oranı Kömürlerde nem içeriği kömürleşme derecesi ile orantılı olarak değişmektedir. Kömürleşme derecesi yükseldikçe kömürde nem içeriği azalır. Ayrıca kömürlerin kalorifik değerlerini düşüren parametrelerden binde nemdir. Kömürlerde bünye ve yüzey nemi olmak üzere iki türlü nem vardır: Yüzey nemi, kömürün yüzeyinde serbest halde bulunan sudan oluşmaktadır. Yüzey nemi, kömürün açık havada tutulmasıyla uzaklaştırılabilir. Bünye nemi ise, kömürün kristal yapısında bulunur ve açık havada uzaklaştırılması mümkün değildir (DPT, 2001) Uçucu Madde Kömür oksijensiz ortamda ısıtıldığında kimyasal olarak değişikliğe uğrar ve kömürden, çoğunluğu hidrojen, karbon monoksit, metan ve diğer hidrokarbonlar gibi yanıcı gazlardan oluşan katran buharları ve karbondioksit ile ve su buharı gibi yanmayan gazları da içeren uçucu madde çıkışı olur. Kaba ve bünye nemleri uçucu maddeye dahil edilmez (DPT, 2001) Kömürün Yakma Kazanı Öncesinde Temizlenmesinin Faydaları Günümüzde kömürlerin kullanım alanı oldukça geniş bir alanı kapsamaktadır. Bu kadar fazla kullanım alanı bulunabilen kömürlerin gerek yakma sırasında gerekse yanma atıkları olarak birçok problemler yarattığı bilinen bir gerçektir. Özellikle genç kömürler sınıfından olan yüksek nemli, yüksek küllü ve yüksek uçucu maddeli kömürler yanma sırasında yanma odasına kirlenme ve cüruflaşma yanında korozyon etkileri ile de birçok zarar verebilirler, Ayrıca yanma sonucunda oluşan kül, oranın yüksek olmasından dolayı miktar olarak fazla olacak ve kül depolanması giderek 7

19 1.GİRİŞ problem oluşturacaktır. Bunlardan başka, yanma sırasında oluşacak olan baca gazları çevreye kirlilik açısından tehdit edebilecek boyutlara çıkabilecektir. Flotasyon işlemleri ile bu bileşimlerin olumsuz etkilerinin giderilmesi mümkün olabilecektir, Kül atma işlemleri ile yakma öncesi kükürt içeren özellikle piritik ve sülfat kökenli kükürtlerin azaltılması yakma işlemi sonucu oluşan baca gazındaki S0 2 miktarının azaltılması sağlayacaktır. (DPT, 2001) Teknik Faydalar Konvansiyonel kömür hazırlama yöntemleri ile temizlenen düşük kaliteli kömürlerin içerdikleri yanan kükürt oranı azaltılabilmektedir. Bu kükürtlerin daha kömür yakılmadan tutulabilmesi ile çevre kirliliği önlenebilmekte ve bu sayede işletmelerin ayrıca bir baca gazı tesisine ihtiyaçları olmayacaktır. Kömür temizleme yöntemleri yanar kükürdü azaltılan kömürlerin aynı zamanda ısıl değerleri yükselmektedir. Isıl değerin yükselmesi ile aynı enerjiyi almak daha az kömürün yakılması mümkün olmaktadır. Yani kömürün temizlenmesi ve sonucu olarak ısıl değerin yükselmesi ile ısıl kayıplar ortadan kaldırılabilmektedir. Kömürün temizlenmesi ile kül oranının azaltılması, santraldeki kül sevkinin aşırı yükselmesi ortadan kaldırılabilmektedir. Sistemde daha aza kül oluşacağı için, kül atma sisteminin toplam nakliyat kapasitesinin azaltılması mümkün olmaktadır. Santrale beslenen kömürdeki bazı kül bileşenleri, özellikle CaO içeriği yakma kazanı içerisinde cüruflaşmaya neden olmaktadır. Bu nedenle fiziksel yöntemlerle kül oranının, dolayısı ile külde CaO içeriğinin azaltılması bu problemlerin ortadan kalkmasını sağlayacağı için oldukça önemlidir. Diğer taraftan kül içerisindeki SiO 2, FeO 3, MgO, A1 2 O 3 Na 2 O, K 2 O ve %TiO 2 miktarları kazan kirliliği ve cüruflaşma açısından önemli bileşiklerdir (Kural, 1991) Ekonomik Faydaları Yüksek kül, nem ve uçucu madde içeren genç linyitler yakıldıkları zaman yakma ortamına kirlenme ve korozyon gibi olumsuz etkiler yaratmaktadır. Bu 8

20 1.GİRİŞ etkilerden dolayı yakama sistemi bir süre sonra bakıma alınmak zorunda kalmaktadır. Bu nedenle bakım ve yenileme işlemlerine oldukça yüksek miktarda kaynak harcanmaktadır. Bu harcamaların ve üretim kayıplarının en önemli nedeni kömür kalitesi ile yakından ilgilidir. Yakılan düşük kaliteli kömürün yakma işleminden önce temizlenmesi ile kömürün kalitesinin yükseltilebileceği ve işletmede bu nedenle oluşan harcamaların aza indirilebileceği düşünülmektedir. Problem ısıl değer açısından değerlendirildiğinde, aynı ısıl değer elde etmek için temizlenmiş kömürden daha az kullanılacağından, tesisteki nakliyat sistemlerinden belirli oranda tasarruf edilecektir, Kül atma işlemleri ile kazan içi kirlenme ve buna bağlı olarak ısı transferinden oluşan enerji kayıpları azalacak, dolayısı ile ekonomik kazanım sağlanacaktır. Beslenen kömürün kül içeriği fazla olduğunda santral kazan dizaynı ile uyumsuzluktan dolayı her yıl belirli miktarda enerji kaybına neden olmaktadır. Kül miktarının fazla oluşundan ve içerdiği bazı cüruf yapıcı elementlerin (SiO 2, Fe 2 O 3, MgO, A1 2 O 3, Na 2 O, K 2 O ve TiO 2 ) belirli oranların üzerinde olmasından dolayı kazan altı ızgara ve cüruf çıkarıcılarda sorunların olduğu bilinmektedir. Bu sorunlar nedeni ile tıkanıklıklar yaşanmakta ve bu ünitelerin belirli bir süre devre dışı kaldıkları için her yıl belirli miktarlarda enerji kaybına neden olmaktadır. Olaya ülke ekonomisi açısından bakıldığında, kömür gibi fosil enerji kaynakları yenilenmeyen enerji katmaklarıdır. Bilindiği gibi, yenilenemeyen enerji kaynaklarının dikkatli kullanılması ve kullanım alanlarının genişletilmesi söz konusu olmaktadır. Bu sebeple, elde bulunan linyitlerin verimli tüketimi şarttır (Kural, 1991). 9

21 1.GİRİŞ 1.4. Çatalağzı Termik Santrali Havzanın Konumu Çatalağzı Termik Santrali (ÇATES) B Termik Santralı Zonguldak vilayetinin merkez ilçesine bağlı ve Zonguldak'ın 15 km. doğusunda bulunan Doğancılar ve Kazköy köylerinin arazisinde ve Zonguldak-Ankara üzerinde kurulmuştur. Santral Zonguldak a 17 km. Kilimli kasabasına 7 km. uzaklıkta olup adını 2 km. uzağındaki Çatalağzı kasabasından almıştır. Çatalağzı termik santralinin bir kesiti Şekil 1 de görülmektedir. ( Şekil 1.1. Çatalağzı Termik Santrali Termik Santral Hakkında Bilgiler Yeri: Zonguldak İli Merkez İlçeye bağlı Çatalağzı kasabası Işıkveren mevkii. Yüklenici Firmalar: Kutlutaş, Trans Elektro, Siemens, Mitsubishi Kapasite : 2 x 150 MW (2 x kw) Yıllık Üretim: 2 x kwh. 10

22 1.GİRİŞ Projenin: Ticari işletmesi: B , B Ana Yakıt: Lavvar artığı Mikst (Hu; 3300 Kcal/kg) Ton /yıl Santral Sahası Alanı: m2 (Site, Gölet, Kömür stok sahası vs. dahil) Santral Ana Binaları; m 2 Kazan: Tekrar kızdırıcılı, tek ocaklı, tabii sirkülâsyonlu domlu kazan. Kapasite :Yakıt: 480t/h Buhar sıcaklığı: 535 o C Buhar basıncı: 139,5 kg/cm2 Türbin: Tipi; İki silindirli, çift egsoztlu, tekrar kızdırıcılı hatlı ve kondensasyonlu. Kapasite: kw Buhar basıncı: 135 kg/cm2 Buhar sıcaklığı 535oC Dönme hızı:3000d/d Kapasite: 180 MVA Çıkış gerilimi: 15kv.7236 A. Frekans: 50 Hz. Elektrofiltre: Elektro statik kül tutma Verimi ;%98,65 çıkışta baca gazı kül tutma Kömür Stok Sahası: ton Kömür Nakil Sistemi: Kömür bantları ve park makineleri 2x300t/h kömür. Bacalar: 2 adet 120m. Yükseklik.( Çatalağzı Lavvarı Çatalağzı Lavvarı'nda hazırlama işlemleri sonunda alınan ürünler; 1) 0-10 mm, 2) mm ve 3) filtrasyon ürünü olmak üzere, üç farklı ürün halinde pazarlanmaktadır yılında Çatalağzı Lavvarı'na gelen tüvenan kömürün ve lavvardan elde edilen ürünlerin miktarları - analiz değerleri Çizelge 1,3 de, verilmektedir. Çatalağzı Termik Santrali özellikleri verilen kömür ile yıllık iki milyon KWh elektrik üretimine ulaşmaktadır. Çizelge 1,4 te son on yılın kömür ve üretim miktarları verilmiştir.( 11

23 1.GİRİŞ Çizelge Yılında Çatalağzı Lavvar'ına Gelen Tüvenan Kömürün Ve Lavvardan Alınan Ürünlerin Miktarları-Analiz Değerleri (Çatalağzı Lavvar, 2004). Ürün Miktar(ton) Kül(%) Nem(%) Tüvenan mm Brut mm Toplam Lave Filtrasyon Toplam Satılabilir Çizelge 1.4. Çatalağzı Santralinin Yıllık Üretim Miktarları.( YILLAR ÇALIŞILAN SAAT ÜRETİM(KWh) YAKILAN KÖMÜR Çatalağzı Termik Santralinin Çalışma Mekanizması Termik santrallerin elektrik enerjisi üretebilmesi için bir kimyasal enerji kaynağı gereklidir. Bu kaynak, santralin ana yakıtı olan kömürdür. Çatalağzı Termik Santralı, TTK nın taşkömürü atığı olan, ticari değeri olmayan, kalorisi düşük kömürleri ana yakıt olarak kullanmaktadır. Kömür, Çatalağzı Lavvarından demiryolu 12

24 1.GİRİŞ ve bantlar, Üzülmez ve Kozlu Lavvarlarından demiryolu ve rödevans sahalarından kamyonlarla stok sahasına aktarılmaktadır. ( Stok sahası m² alan üzerine kurulmuştur ve toplam kapasitesi tondur. Park makineleri ile stok sahasından alınan kömür, taşıyıcı bantlarla santral içindeki değirmen bunkerlerine aktarılır. Her bir ünitede kapasitesi 192 ton olan bunkerlerden 6 adet bulunur. Bunkerlerden besleyiciler ve taşıyıcı bantlarla değirmen gaz kanalına aktarılan kömür, burada nemi alındıktan sonra dakikada 590 devir hızla dönen ve saatte 30 ton kömür öğütme kapasitesine sahip değirmenlere ulaşır. Değirmenlerde öğütülerek pulverize hale getirilen kömür ve taze hava fanlarıyla atmosferden çekilip luvo denilen ısıtıcılardan geçirilen hava, yanmanın gerçekleşmesi için kazana gönderilir. Yanma için gerekli olan ilk ateşleme ise kazanda bulunan 8 adet yakıcı tarafından sağlanır. Verimi %85 olan kazanımızda yanma sonucu elde edilen ısıyla kazan çeperlerinde bulunan boru demetleri içerisinden geçirilen saf su, buhara dönüştürülür. Santralde kullanılan saf suyu elde etmek için Su Tasfiye Sistemi kurulmuştur. Bu sistem sırasıyla ham su ön tasfiye ve demineralizasyon basamaklarını içerir. Ham su, santrale 3 km uzaklıkta bulunan Dereköy Mevkii ndeki göletten temin edilir. Göletten doğal akışla Ön Çöktürme Havuzuna gelen ham su, klor eklendikten sonra besleme pompaları vasıtasıyla flokülatör e gönderilir. Burada alüminyum sülfat ve polielektrolit ile muamele edilen su, 300 m³ kapasiteli Ham Su Havuzu na alındıktan sonra Kum Filtre ve Aktif Karbon Filtre den geçirilerek organik madde, alüminyum ve demir miktarları düşürülür. Ardından demineralize Sistem e giren su; katyon, anyon ve karışık yatak reçine tanklarından geçirilerek + ve - yüklü iyonlardan arındırılır. Su Tasfiye Sistemi nin çeşitli kademelerinden alınan su numuneleri laboratuarımızda analiz edilir ve sonuçlar değerlendirilir. Su, tüm bu saflaştırma aşamalarından geçtikten sonra toplam 600 m³ kapasiteli demineralize tankında depolanır. Saf su, kazan besleme pompaları tarafından, besleme suyu tankından alınarak ön ısıtıcılardan geçirilip sıcaklığı 250 ºC ye yükseltildikten sonra kazana gönderilir. Her ünitede biri yedek olmak üzere 3 adet kazan besleme suyu pompası bulunur. Kazanda meydana gelen yanma olayı sonucunda açığa çıkan ısı, saf suya geçerek 535 ºC de ve 136 bar basınçta kızgın 13

25 1.GİRİŞ buhar elde edilir. Elde edilen kızgın buhar, buhar sevk boruları üzerinden türbine ulaşır ve türbin kanatlarına çarparak türbin milinin dönmesini sağlar ve bu sayede ısı enerjisi mekanik enerjiye dönüşmüş olur. Türbin miline akuple edilmiş jeneratör motoru türbinle aynı hızda döner. Türbin hızı 3000 devir/dakikaya ulaştığında, jeneratör motoruna ikaz verilir ve jeneratör çıkışından elektrik enerjisi elde edilir. Böylece santralin nihai amacı olan elektrik enerjisi üretimi gerçekleştirilmiş olur. Türbinde iş gören, basınç ve sıcaklığı düşen buhar yoğuşmak üzere kondenseye gelir. Kondensede, soğutma suyuyla yoğuşan buhar, su fazına geçer ve saf su olarak yeniden sisteme gönderilir. Santralde soğutma suyu olarak deniz suyu kullanılır. Denize yaptırılan bir mendirek sayesinde, doğal akışıyla klorlama havuzuna gelir. Deniz suyu klorlama havuzunda yabancı maddelerden arındırılarak, buster pompaları ile iki koldan kondenseye gönderilir, burada buharın ısısını üzerine alan deniz suyu, iki koldan kondenseden çıkarak denize geri gönderilir. ( Kül ve Baca Gazı Sistemi Kazanda gerçekleşen yanma olayı sonucunda kül ve atık gaz açığa çıkmaktadır. Açığa çıkan atık gaz, elektro filtre adı verilen kül tutucu sistemden geçirilerek çevreye zarar vermeden atmosfere atılır. Açığa çıkan külün ise bir kısmı satılarak ülke ekonomisine geri kazandırılır. Kül satışına 1999 yılında başlanmış olup, toplamda ton kül satışı gerçekleştirilmiştir ( Çıkış Trafoları ve Şalt Sahası Elektrik enerjisi depolanamaz, bu nedenle üretildiği an kullanılmak zorundadır. Elektrik enerjisinin tüketicilere ulaştırılması maksadıyla santrallerde çıkış trafoları ve şalt sahası tesislerine ihtiyaç vardır. Çatalağzı Termik Santralında üretilen elektrik enerjisi, girişi 15 kilovolt, çıkışı 154 kilovolt alınır. Buradan 154 kilovoltluk, Ereğli, Safranbolu, Zonguldak-Ereğli, Bartın-Cide hatları üzerinden ayrıca Çatalağzı trafo merkezinde bulunan girişi 154 kilovolt çıkışı 66 kilovolt olan trafo ile 66 kilovoltluk Ereğli ve Çaycuma-Karabük hatları üzerinden enterkonnekte 14

26 1.GİRİŞ sistemi besleyerek, yük tevzi merkezleri aracılığı ile tüm Türkiye deki alıcılara elektrik enerjisi dağıtılır. Burada yerel trafo merkezlerinde 220 volt ve 380 volta indirilen elektrik enerjisi evlerimizde ve işyerlerimizde kullanıma hazır hale gelmiş olur. ( Toz Kömür Hazırlama ve Zenginleştirme Yöntemleri Kömür madenciliğinin yapıldığı ilk yıllarda ocaktan çıkarılan iri kömürler herhangi bir zenginleştirme işlemine tabi tutulmaksızın doğrudan kullanılmıştır. 25 mm den ince kömürlere ise çok düşük değer biçildiğinden üretilen kömürler önce 25 mm den elenmiş ve inceler ya ocakta bırakılmış, ya da artıklara karıştırılmıştır. Zamanla toz kömür oranının ve gereksiniminin artması, kömür fiyatlarının yükselmesi ve enerji krizi gibi nedenler yeni yıkama yöntemlerinin geliştirilmesini sağlamıştır. Bu yöntemlerden bazıları yoğunluk farkına göre, bazıları da yüzey özelliklerine göre kömür-kül ayrımını gerçekleştirmektedir. Yöntemlerin bir kısmında ise her iki özellikten de faydalanılmaktadır. Bu bölümde özellikle 1 mm nin altındaki toz kömürlerin çok ince boyutlara kadar efektif bir şekilde zenginleştirilebilmesi için geliştirilmiş olan cihazlarla ilgili kısa bilgiler verilmekte ve öne çıkan bazı yeni teknoloji flotasyon makinelerinden bahsedilmektedir Yoğunluk Farkına Göre Ayırma Yapan Yöntemler Toz kömür zenginleştirmede kullanılan yoğunluk farkına göre ayırma yapan cihazlara bakıldığında, sallantılı masa, Humprey spirali, Reichert konisi, ağır ortamla çalısan cihazlar, hidrolik ayırıcılar, su siklonu halen uygulama da kullanılan cihazlar olarak görülmektedir. Bunların yanında daha çok metalik cevherlerin zenginleştirilmesinde kullanılan multi gravity separator (Rubiera et al., 1997), Knelson ve Falcon gibi cihazlarda kömür zenginleştirme amacıyla kullanılmaktadır. Bunların içerisinde en dikkat çekeni Şekil 1.2. de gravite farklılığı ile ayırma yapan Falcon ve Kelsey Jigi dir. Ayrıca, ağır ortamla çalışan cihazlarda sürdürülen 15

27 1.GİRİŞ çalışmalarda değişik hidrokarbon kökenli sıvılarla (sıvı karbondioksit ve değişik ağır ortam sıvıları) yapılan denemelerde sürdürülmektedir.(kemal ve Arslan, 2000). Falcon konsantratöründe ayrımın yapıldığı ünite kova seklinde olup, besleme kovanın orta kısmından su ve kömür karışımı halinde yapılmaktadır. Bu kovanın kenarı, alt kısımla düşeyle belli bir açı yaparken, üst kısımda düşey duruma gelmektedir..kova, motor tarafından döndürülen bir tabla üzerinde oturmaktadır. Bu sayede yerçekimi ivmesinin 300 katı kadar fazla santrifüj ivme uygulanabilmektedir. (Kemal ve Arslan, 2000; Honaker and Das, 2004). FALCON KELSEY Şekil 1.2. Gravite Farklılığı İle Ayırma Yapan Yeni Nesil Makineler ( Kelsey jigi, klasik jiglerde kullanılan tüm parametrelerden yaralanan, bunlara ilaveten santrifüj kuvvetini de kullanan yeni bir cihazdır. Metalik cevherlerin zenginleştirilmesinde ve endüstriyel çamurlar ve atıklardaki ağır minerallerin kazanımında basarı ile kullanılabilmektedir. Kapasiteleri kg/saat arasında değişen bu jigler ile 150 mikronun altındaki taneler bile etkili bir şekilde zenginleştirilebilmektedir. Henüz kömür için araştırma aşamasında olan Kelsey jigi özellikle ince taneli piritin kömürden uzaklaştırılması amacına yönelik olarak geliştirilmektedir (DTI, 2001). Multi Gravite Ayırıcısı nda minerallerin birbirinden ayrılması, dev/dak. Hızla dönen eğimli bir tamburun iç yüzeyinde gerçekleşmektedir. Tamburun ekseni boyunca oluşturulan titreşim ile desteklenen tambur hareketinin 16

28 1.GİRİŞ etkisiyle, tanecikler gravite kuvvetinin yanı sıra merkezkaç kuvvetinin de etkisi altında kalırlar. Sekil 1,3 de şematik görünümü verilen MGS nin metre çapındaki tamburun ortasına %20 50 pülpte katı oranında beslenen cevherdeki nispeten daha ağır taneler tamburun dönmesi sonucu tamburun tabanına yerleşirken, hafif mineraller tabakanın üst kısmında ve daha sulu bir durumda bulunurlar. Hafif taneler suyun da etkisiyle tamburun eğimi boyunca aşağıya doğru hareket eder. Agır tane ise, küreyici kollar vasıtasıyla yukarıya doğru taşınır ve tamburun arka ucundan dışarıya alınır (Önal ve ark., 1996). Şekil 1.3 Pilot Ölçekli MGS Ayırıcısının Perspektif Görünümü (Jakabsky et al., 1998). Endüstriyel ölçekli MGS ünitesinin kapasitesi 2 t/h düzeyindedir. Genellikle metalik cevherlerin zenginleştirilmesi için kullanılmaktadır Yüzey Özelliklerine Göre Ayırma Yapan Yöntemler Farklı yüzey özelliklerine göre ayırma yapan yöntemlerin basında flotasyon gelmektedir. Birkaç mikronluk tanelere ise selektif aglomerasyon veya flokülasyon uygulanır. Bizim kullandığımız yöntem olan flotasyonu biraz daha detaylı inceleyeceğiz. 17

29 1.GİRİŞ Flotasyonun Tanımı Flotasyon farklı yüzey özelliklerine sahip minerallerden bir kısmını sulu bir bulamaç içerisinde yüzdürmek, diğerlerini çöktürme yoluyla yapılan bir ayırma ve zenginleştirme işlemidir. Şekil 1,4 de görüldüğü gibi ayırma kabarcığa yapışan tanelerin (hidroforların) köpükle birlikte su yüzeyine çıkması, yapışamayan tanelerin (hidrofiller) ise yerçekimi kuvvetinin etkisi ile çökmesi prensibine dayanır Flotasyonda Katı, Sıvı ve Gaz Fazları Şekil 1.4. Flotasyonda Köpük, Reaktif Ve Mineral Etkileşimi (Yaman ve diğ., 1998). Çeşitli mineraller uygun reaktiflerle, gerekli koşullar sağlandığında bazı mineraller havaya, bazı minerallerde sıvıya karşı duyarlılık gösterirler. Mineral yüzeyi ile kullanılan reaktiflerin bir araya gelmesiyle meydana gelen reaksiyonlar da minerallerin suya ve havaya karşı ilgi duymasında etkin olurlar. Sıvı, katı ve gazlar atomlardan meydana gelmişlerdir. Atomlarda birleşerek molekülleri meydana getirirler. Atomların birbirleri ile birleşerek molekülleri meydana getirmeleri, element atomlarının son yörüngelerindeki elektronları tamamlama eğiliminden kaynaklanır. Atomlar arasındaki bağlantıyı; kovalent, iyonik ve metalik bağlardan birisi sağlar. Çeşitli katıların, sıvı ortamda gaz kabarcıklarına 18

30 1.GİRİŞ yapışarak ayrılmasıdır.(flotasyonda daima üç faz bulunur. Katı, sıvı ve gaz fazlarıdır) A) Gaz Fazı: Mineral parçacıklarının köpüğe yapışarak yüzmelerini sağladığından önemlidir ve genel olarak hava kullanılır. Bazı durumlarda oksidasyonu önlemek için azot, su buharı gibi kimyasal reaksiyon yapmayan gazlar kullanılır. Flotasyonda gazın cinsi çok önemli değildir. B) Sıvı Fazı: Flotasyon işlemlerinde sıvı fazı genellikle seyreltik bir su çözeltisidir. Su sıcaklıkla değişen polimer bir yapı gösterir, Flotasyon işlemini etkile en önemli hususlardan biri, pulpun hidrojen iyonu konsantrasyonudur. Ortamın hidrojen iyonu konsantrasyonunun kologaritmasına ph değeri denir. C) Katı Fazı: Katılar, molekül yapılarına göre; moleküler, iyonik, heteropolar, tabaka, metalik ve yarı metalik olarak kristalleşirler. Flotasyonda en çok söz konusu olan mineraller genellikle yarı metalik kristal yapısına sahiptirler (Atak, 1990) Flotasyon Makineleri Flotasyon, ince kömürlerin zenginleştirilmesinde en büyük potansiyele sahip olup, 1920 lerden beri Bitümlü kömürlerin 0.5 mm lik fraksiyonlarının yıkanmasında kullanılmaktadır. Ancak, Mekanik hücre flotasyondaki bazı olumsuz koşullar, istenen verimde ve kül oranında temiz kömür üretimini engellemektedir. Bu yüzden, özellikle 1980 li yıllardan sonra flotasyon teknolojisinde birçok yenilik olmuştur. Bu bölümde, endüstriyel ölçekte uygulaması olan bazı flotasyon makineleri tanıtılacaktır (1). Mekanik Hücreler Mekanik hücreler, flotasyon işlemi için kullanılan en eski makinelerdir. Bu hücrelerde karıştırma işleminin üç temel fonksiyonu vardır. Bunlar; taneleri askıda tutmak, pülpün hücre içerisindeki çevrimini ve havalandırmayı sağlamaktır. Bu makinelerin en büyük sakıncası karıştırma sonucu oluşan türbülans ile kabarcığa 19

31 1.GİRİŞ yapışan tanelerin zaman zaman birbirinden kopmasıdır. Ayrıca, hücrede oluşan ortalama kabarcık çapı 1 mm olup oldukça büyüktür (Aksanı, 1998). Bu makineler genellikle seri halinde birbirini takip eden hücrelerden (selül) oluşur. Her hücre bir önceki hücrenin atığını alarak flotasyon işlemine tabi tutar. Her hücre arasında atığın geçebilmesi için bir bağlantı ve ara yerlerinde de artık akış plakası bulunur (2). Jet Flotasyonu 20 μm nin altındaki boyutlarda bile etkili bir ayırma yapabilmektedir. Pülp herhangi bir karıştırma işlemine tabi tutulmaksızın yüksek basınçla dar bir kesitten hava ile birlikte geçirilerek enerji ile yüklenmekte ve bu enerji pülpün karıştırılmasında kullanılmaktadır. Diğer sistemlere oranla kabarcık miktarı fazla ve kabarcık çapı küçüktür. Bu da flotasyon süresinin çok kısalmasına yol açmaktadır. Nitekim 0,8 m³ lük bir Jet flotasyon hücresi ile saatte 7 ton kömür zenginleştirilebilmektedir (Önal ve Güney, 1995) (3). Jameson Hücresi Pülp ve hava aynı yönde (co-current) hücre tabanına doğru inen bir boru (downcomer) içerisinde karışarak ayrımın olduğu hücreye verilmektedir. Yükselen tane ile yüklenmiş kabarcıklar yıkama suyu ile yıkanan köpük tabakasına girerler. Jameson hücresinde tanelerin kalma sürelerinin az olması nedeniyle tek aşamada istenilen performansın elde edilmediği söylenmektedir. Bu yüzden Jameson hücresinde atığın bir bölümü tekrar hücreye beslenerek flotasyona tabi tutulur. Şekil 1,5 Jet ve Jameson flotasyon hücrelerinin çalışma farklılığı görülmektedir (Aksanı, 1998). 20

32 1.GİRİŞ J e t F l o t a s y o n u J a m e s o n F l o t s. Şekil 1.5 Jet Ve Jameson Flotasyon Hücreleri (Önal ve Güney, 1995) Flotasyonda Reaktifler Genelde mineraller köpüğe yapışarak yüzmeye elverişli yüzeylere sahip değillerdir. Bu nedenle minerallerin köpüğe yapışmasını sağlamak için bazı kimyasal maddelerden yararlanırlar. Köpüğe yapışmayı sağlayan reaktiflere toplayıcı (kolektör) reaktifler denir, Yüzmesi istenen minerallerin reaksiyona girmesini kolaylaştıran reaktiflere ise canlandırıcı reaktifler denir. Çok ince boyutlu minerallerin flotasyonun da şlam kaplamaya karşı dağıtıcı reaktifler kullanılır. Köpük oluşumunu ve dayanıklı sağlayan reaktiflere de köpürtücü reaktifler adı verilir (Atak, 1990) Toplayıcı Reaktifler Toplayıcıların kimyasal yapıları genellikle bilinmekte ve çeşitli ticari isimlerle satılmaktadır. Ancak, kimyasal yapıları bilinmesine rağmen bazı reaktiflerin teknik yapılışları patent olarak gizli tutulmaktadır. Toplayıcılar Çizelge 1.5 te ki gibi anyonik ve katyonik olarak ikiye ayrılmıştır. Bazı sülfanat türü reaktifler bu şekildedir. Bu tür reaktiflerin kullanış şekilleri satıcı firma kataloglarında vardır. 21

33 1.GİRİŞ Toplayıcı reaktiflerde yüksek çözünürlük, ucuzluk dikkate alınması gerekli önemli hususlardır (Seyrankaya, 2003). Çizelde 1.5.Toplayıcılar Anyonik ve Katyonik Olmak Üzere İkiye Ayrılır (Atak, 1990). Anyonik toplayıcılar Karboslikatlar R.COOH Sülfatlar R.SO4H Sülfanatlar R.SO3H Merkaptanlar R.SH Ksantatlar R.CS2OH Dithiofosfatlar R2.PO2S2H Katyonik Kolektörler Aminler R,NH3OH Canlandırıcı veya Kontrol Reaktifleri Genellikle, pulplerin kontrolü, hidrojen iyonu konsantrasyonunun kontrol altında tutulması ile yani ph ile sağlanır. Flotasyon hücrelerinde oluşturulan pulpta; her mineral kendine özgü yüzme koşulları vardır. Bu koşullardan en önemlilerinden biri ph tır. ph ın flotasyon hücrelerinde kontrol altında tutulması gerekmektedir. ph ın daha önce hidrojen iyonu konsantrasyonun kologoritması olduğu belirtilmiştir. H ve OH iyonlarını içeren su asit veya zayıf bazik bir madde olarak kabul edilebilir. Su içinde H, OH iyonlarının çok azı serbest halde olup, suyun iyonlaşma sabiti k: tür. Ortalama herhangi bir madde ilave edilmez ise hidrojen ve hidroksil iyon konsantrasyonları birbirine eşittir. ph:7 ortam nötr dür, ph>7 ortam bazik, ph<7 ortam asidiktir. Ortamı asit yapmak için, H 2 SO 4, HCI, HF gibi asitler kullanılır, Ortamı bazik yapmak içinse, NaOH, Na 2 O, CaO kullanılır (Atak, 1990). 22

34 1.GİRİŞ Köpürtücü Reaktifler Flotasyonun birinci kademesinde yüzdürülecek mineralin yüzeyinin bir kimyasal madde ile kaplanması sağlanarak ıslanması önlenir, Yüzdürülecek mineralin havaya yapışması ve diğer minerallerden ayrılmasının sağlanması ise köpürtücü reaktifler aracılığı ile gerçekleştirilir. Bazı toplayıcı reaktifler köpürtücü rolü de oynar. Bu tür toplayıcılar kullanıldığında ayrıca köpürtücü olarak kullanılan reaktiflerdir. Köpüğün yeterli mukavemette olması gerekirken, rolü bittikten hemen sonra da sönmesi gerekir. Eğer köpük hemen sönmüyorsa köpük kırıcı maddelere ihtiyacı vardır. Ticari olarak çok çeşitli köpük kırıcılar vardır. Köpük kırıcının rolü köpüğün yüzey gerilimini azaltarak patlamasını sağlamaktadır (Atak, 1990) Kömür Flotasyonu Dünyada kullanılan en önemli katı yakıt olan kömür, homojen bir madde değildir. Odunsal yapı gösteren turbadan, grafitik yapı gösteren antrasite kadar çok değişikler gösterir. Bundan başka, kömür yataklarında bulunan gang mineralleri de çok değişiktir. En önemlileri şist, kil, jips, markasit ve pirittir. Bu sebeple kömür yatakları çeşitli işletmelerde, hatta aynı yataktan alınan kömürler arasında büyük farklılıklar gösterir. Kömürde, karbondan başka oksijen, hidrojen, azot ve kükürt bulunur. Linyit kömürü suyu çeken karakterdedir. Bu sebeple fazla nem içerir. Linyitten antrasite gidildikçe, nem çekme özelliği azalır. Bu özellik azaldıkça, kömürün flotasyon yeteneği de artar. Bitümlü kömürde bantlar halinde dört kömür tipi bulunur. Bunlar vitrit, klorit, dürit ve füzittir. Ayrıca diğer yan tipler de vardır. Vitrit ve kiorit, kömürün parlak ve kristalli kısmını, dürit ve füzit ise mat ve küçük kristalli kısmını meydana getirir. Flotasyon yeteneği füzitten vitrit e gidildikçe artar. Kömür içinde kil, şist gibi yabancı maddeler bulunur Diğer önemli yabancı maddeler kuvarsit. kalsit, kaolen, mika, feldspattır. Kükürt element halinde, organik bileşikler içinde, sülfür halinde bulunabilir. Organik kükürt, zenginleştirme usulleri ile kömürden ayrılmaz. Sülfürler flotasyonla ayrılabilir, Jips, kömür flotasyonu sırasında 23