ĠNÖNÜ ÜNĠVERSĠTESĠ MADEN MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ CEVHER HAZIRLAMA LABORATUVARI ll

Transkript

1 ĠNÖNÜ ÜNĠVERSĠTESĠ MADEN MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ CEVHER HAZIRLAMA LABORATUVARI ll AĞIR ORTAM AYIRMASI AĞIR ORTAM HAZIRLAMA (l) DENEY HAZIRLIK SORULARI i) ArĢimet Ġlkesi ne ile ilgilidir ve neyi ifade etmektedir? AraĢtırınız. ii) Çözelti, karıģım, solüsyon, süspansiyon, pülp, terimlerini tanımlayınız ve bu terimlerin özelliklerini araģtırınız. ii) Areometre nedir ve ne iģe yarar? Areometre türleri nelerdir? AraĢtırınız. iv) Bir cevher zenginleģtirme terimi olarak ağır sıvı(ağır ortam) ne demektir? Ne iģe yarar? AraĢtırınız. v) Yüzdürme-batırma deneyinde kullanılmak üzere 500 gram çinko klorür (ZnCl 2 ) tozu 500 mililitre suda çözündürülerek bir ağır ortam elde ediliyor. Elde edilen bu ağır ortamın yoğunluğunu g/ml cinsinden hesaplayınız.(d çinkoklorür = 2,91 g/cm 3 ve d su =1,00 g/cm 3 ) 1. GĠRĠġ En basit ve anlaģılır tanımı ile CEVHER ZENGĠNLEġTĠRME, herhangi bir cevheri oluģturan minerallerden kazanılmak istenen hedef mineral(ler)in diğer mineral(ler)den olabildiğince ayıklanması iģlemidir. Hedef mineral(ler) çeģitli endüstriyel iģlemlerde kullanılabilecek nitelikte olan ve ekonomik getirisi bakımından bir kıymet arz eden mineral(ler)dir. Cevher içerisindeki ekonomik önemi olmayan diğer mineral(ler) ise kıymetsiz mineral(ler) ya da diğer adıyla gang mineral(ler)i sınıfında yer alır. Cevher hazırlama ve cevher zenginleģtirme iģlemlerinde her iki mineral grubu da bu prosesin içerisindedir ve zenginleģtirme iģlemleri bütün mineraller üzerinde etkili olmaktadır. ZenginleĢtirme iģlemleri sonucunda elde edilen ve kıymetli mineralin çoğunlukta olduğu ürün(ler)e KONSANTRE, gang minerallerinin çoğunlukta olduğu ürüne ise ARTIK/ATIK denilmektedir. Bir cevheri oluģturan çeģitli minerallerin birbirinden ayrılması, temelde, mineraller arasındaki herhangi bir özellik farkı farklılığına dayanılarak geliģtirilen birtakım zenginleģtirme yöntemlerinin uygulanması ile baģarılmaktadır. Bu zenginleģtirme yöntemleri üç genel kategoride toplanabilir: Mineraller arasındaki fiziksel özellik farkı farklılığına dayalı zenginleģtirme yöntemleri, Yarı fiziksel-yarı kimyasal özellik farkı farklılığına dayalı zenginleģtirme yöntemleri ve Kimyasal özellik farkı farklılığına dayalı zenginleģtirme yöntemleridir. Bu genel kategori içerisinde yer alan fiziksel zenginleģtirme yöntemlerinin baģında özgül ağırlık farkına dayalı zenginleģtirme yöntemleri gelmektedir. ZenginleĢtirme ortamına(ya da ayırma ortamı) bırakılan mineral tanelerinin, aralarındaki özgül ağırlık farklılığından dolayı, değiģik Ģekillerde hareket ederek birbirinden ayrılması Ģeklinde gerçekleģtirilen zenginleģtirmeye GRAVĠTE ZENGĠNLEġTĠRMESĠ denilir. Bu yöntem mineraller arasındaki özgül ağırlık farkı farklılığına dayanan bir yöntem olduğundan literatürde bazen Gravite ZenginleĢtirmesi ile aynı anlama gelen Özgül Ağırlık Farklı Ġle ZenginleĢtirme bazen de Yoğunluk Farklı Ġle ZenginleĢtirme ifadeleri de kullanılmaktadır. Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2016 Sayfa 1

2 Gravite zenginleģtirmesinde, mineral tanelerinin özgül ağırlığının yanı sıra, tanelerinin Ģekli, büyüklüğü, akıģkan ortamın türü, özgül ağırlığı ve viskozitesi de önemli rol oynamaktadır. Özgül ağırlık farkı ile zenginleģtirmede üç türlü ayırıcı ortam kullanılmaktadır. Bunlar; i) Hava ortam (kuru ortam) ii) Sulu ortam (yaģ ortam) iii) Ağır ortam (ağır-sıvı ortamı) Ġri boyutlu mineral tanelerinin aralarındaki özgül ağırlık farklılığına dayanılarak, ağır bir akıģkan ortam içerisinde yüzme ve batma yoluyla birbirinden ayrılması ile yapılan zenginleģtirme iģlemine Ağır Ortam Ayırması Ġle ZenginleĢtirme veya Yüzdürme-Batırma Ġle ZenginleĢtirme denilmektedir. Ağır ortam ayırması, belirli yoğunluktaki ağır sıvı içeren bir banyoya beslenen mineral tanelerinden özgül ağırlığı akıģkan ortam özgül ağırlığından büyük olanların batması, küçük olanların ise yüzmesi prensibine dayanmaktadır. Kesiksiz bir ağır ortam zenginleģtirmesi iģlemi genel akım Ģeması ġekil 1 de özetlenmiģtir. Ağır ortam ayırmasında baģlıca üç çeģit ağır ortam kullanılmaktadır. Bu ortamlar; a) Organik sıvılar b) Tuzların sulu çözeltileri c) Mineral katıların sulu süspansiyonları Bu ağır ortamların hazırlanmasında kullanılan baģlıca malzemeler Çizelge 1 de verilmiģtir. HazırlanmıĢ Cevher Yüzen Ağır Ortam Banyosu Batan Süzme Eleği ( - ) SüzülmüĢ ( - ) Ortam Süzme Eleği Yıkama Eleği ( - ) Kirli ve ( - ) SeyrelmiĢ ortam Yıkama Eleği ( + ) ( + ) YıkanmıĢ Yüzen Ürün Temizleme ve Ayarlama YıkanmıĢ Batan Ürün ġekil 1. Ağır ortam zenginleģtirmesi genel akım Ģeması Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2016 Sayfa 2

3 Metalik olm Metalik olanlar Çizelge 1. Ağır ortam hazırlamada kullanılan baģlıca malzemeler Ağır ortam maddesi ve adı BileĢim Yoğunluk Viskozite KarıĢtırıldığı madde Organik Sıvılar Metilen iyodür CH 2 I 2 3,310 2,6 Benzen, karbon tetraklorür Karbon tetra klorür CCl 4 1,585 - Bütün organik sıvılarla Tetra brom etan C 2 H 2 Br 4 2,960 3,4 Alkol, kloroform Bromoform CHBr 3 2,889 1,8 Alkol, karbon tetraklorür Ġnorganik Tuzlar Çinko klorür ZnCl 2 2,907 - Su (432 g/100 ml (25 C)) Kalsiyum klorür CaCl 2 2,150 - Su (74,5 g/100 ml (25 C)) Mineraller ve Katı Maddeler Ferrosilikon FeSi 6,3-7,5 - Su Manyetik Manyetit Fe 3 O 4 5,175-5,2 - Su Hematit Fe 2 O 3 5,26 - Su Non-Man Galen PbS 7,57-7,58 - Su Pirit FeS 2 5,0-5,1 - Su Doğal Barit BaSO 4 4,47-4,50 - Su Kum(kuvars) SiO 2 2,6 - Su Yüksek fırın curufu ĠĢlenmiĢ Flotasyon artıkları a) Organik Sıvılar Organik sıvılarla istenilen yoğunlukta ağır ortam elde edilebilmektedir. Ancak organik sıvılar pahalı olduklarından endüstriyel uygulamadan çok laboratuvar çalıģmalarında kullanılmaktadır. Ayrıca organik sıvıların insan sağlığı açısından birtakım zararlı etkileri vardır. Bu sıvıların buharlarının zehirleyici olması ve deri ile teması bazı sağlık sorunlarına sebebiyet verdiğinden bu sıvılarla dikkatli çalıģılmalı ve çalıģma ortamı çok iyi havalandırılmalıdır. b) Ġnorganik Tuzlar Çinko klorür (ZnCl 2 ) ve kalsiyum klorür (CaCl 2 ) gibi bazı tuzların sudaki çözeltileri ağır ortam olarak kullanılmaktadır. Özellikle kömürün yüzdürme-batırma testlerinde tercih edilen ortam ZnCl 2 veya CaCl 2 tuzlarının sulu çözeltileridir. Bu çözeltilerle elde edilebilecek en yüksek yoğunluk 1,92 g/cm 3 seviyesinde kalmakta; daha yüksek yoğunluk elde edilememektedir. Bu nedenle bu tür tuzların sudaki çözeltileri yalnızca kömür yıkamada kullanılmaktadır. Ġnorganik tuzlar ucuz ve kolay bulunabilmelerine karģın kömür yıkamada bazı olumsuzluklara neden olan dezavantajları bulunmaktadır. Bunlar; i) Viskoziteleri yüksektir ve bu nedenle ince taneli kömürlerde batması gereken tanelerin batmasına engel olurlar. ii) Gözenekli ve yüksek nem içerikli kömürlerin yıkanmasında, gözenekleri doldurarak kömür tanesinin görünür yoğunluğunun artmasına sebep olurlar. iii) Yıkama iģlemi sonunda kömür yüzeyinde kalan kalıntı çözeltinin kömürden uzaklaģtırılması zorunluluğu vardır. iv) Metal korozyonuna sebep olduğundan, çinko klorür kullanımında aģırı dikkat gerekmektedir. Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2016 Sayfa 3

4 c) Katı Maddeler/Mineraller Kömür yıkama tesislerinde ve cevherlerin ağır ortam ile endüstriyel olarak zenginleģtirilmesinde ağır ortam oluģturmada ince tane boyuna öğütülmüģ uygun katı bir malzemenin su içindeki süspansiyonu kullanılmaktadır. Bu süspansiyonu oluģturan katılar aģağıdaki özellikleri taģımalıdır: i) Kimyasal olarak stabil olmalı, suda çözünmemeli, kömür veya zenginleģtirilen cevherdeki herhangi bir mineralle reaksiyona girmemelidir. ii) Fiziksel olarak dengeli olmalı, proses süresince bozulmamalı, kolayca ufalanmamalıdır. iii) Viskozitenin uygun düzeyde kalması koģuluyla, istenilen ortam yoğunluğunu sağlayacak bir yoğunlukta olmalıdır. iv) Ayırma iģlemi sonucu kömür ve safsızlıklar üzerinden kolayca yıkanarak temizlenebilmelidir. v) Kullanıldıktan sonra tekrar geri kazanılabilmelidir. vi) Kolay temin edilebilmeli ve ucuz olmalıdır. Nispeten yüksek yoğunlukta süspansiyon oluģturmak ve bu süspansiyon içerisinde katıların hacimsel konsantrasyonu kabul edilebilir seviyede tutabilmenin yolu yüksek yoğunluğa sahip katılar kullanmaktır. Genellikle kabul edilebilir hacimsel katı konsantrasyonu %25-%45 arasındadır. Konsantrasyonun yanı sıra askıdaki katı partiküllerin yani ağır ortamı oluģturan malzemenin stabilitesi de çok önemlidir. Tane boyutu küçültüldüğünde tanelerin çökme hızları azalacağından stabilite artmaktadır. Ağır ortam süspansiyonlarında en çok kullanılan katı maddeler manyetit, ferrosilikon ve galen olup nadir olarak pirit, hematit, barit ve kuvars kumu kullanılmaktadır. Özgül ağırlığı ortalama 7,5 olan galenden en çok 4,3 özgül ağırlıklı süspansiyon hazırlanabilir. Genellikle 100 µm un altına öğütülerek kullanılan galen flotasyonla geri kazanılabilmektedir. Özgül ağırlığı 5,1-5,2 olan manyetit ile 2,5 ve daha düģük özgül ağırlıklı manyetit+su süspansiyonu hazırlanabilmektedir. Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2016 Sayfa 4

5 2. AĞIR ORTAM HAZIRLAMA ĠġLEMLERĠ 2.1. Amaç Bir sonraki yüzdürme-batırma deneyinde kullanılmak üzere farklı yoğunluklarda bir dizi ağır sıvı/ortam hazırlamak bu çalıģmanın genel amacıdır Ağır Ortam Malzemesi Yüzdürme-batırma deneyi için ağır ortam malzemesi olarak çinko klorür tuzunun(zncl 2 ) sulu çözeltisi kullanılacaktır. Ayrıca manyetitin(fe 3 O 4 ) sulu süspansiyonu hazırlanacaktır Ağır Ortam Hazırlama ĠĢlemleri i) Gerekli malzeme ve araç-gereç temin edilir. ii) Seçilen yoğunluklarda ağır sıvılar (Örneğin, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800 kg/m 3 ) çinko klorürün sulu çözeltisi ile hazırlanır. Bu iģlemde yeterli miktarda ve istenilen yoğunlukta ağır sıvı hazırlamak için öncelikle gerekli teorik madde miktarları belirlenir. Teorik madde miktarlarının hesaplanmasında aģağıdaki gibi basit bir hesaplama çizelgesi oluģturulup bileģenlerin yoğunluk, kütle ve hacmi kolaylıkla hesaplanabilir. BileĢenler Yoğunluk (d) Kütle (m) Hacim (v) Katı d k m k v k Sıvı d s m s v s Ağır ortam d m v m k d k, vk m o s d s, vs m o m o d o, o k s vo o m m ve vo vk vs gibi basit bağıntılar kurulabilir. iii) Teorik madde miktarlarına göre hazırlanan her bir ağır sıvının yoğunluğu uygun bir densimetre yardımıyla pratik olarak ölçülür, ağır sıvının yoğunluğu istenilen yoğunluk değerine ayarlanarak sabitlenir. iv) Yoğunlukları ayarlanmıģ her bir ağır sıvı ağzı kapalı plastik ĢiĢelerde etiketlendirilerek bir sonraki yüzdürme-batırma deneyinde kullanılmak üzere muhafaza edilir. v) ÇalıĢmanın ikinci aģamasında, ince tane boyuna öğütülmüģ (-53 µm veya -45 µm) manyetit minerali kullanılarak seçilen yoğunlukta ve istenilen miktarda bir ağır ortam hazırlığı yapılır. Bu iģlem için gerekli manyetit ve su miktarı hesapla bulunur ve ağır ortam ayırması ile zenginleģtirme deneyinde kullanılmak üzere muhafaza edilir Değerlendirme Soruları 1) Teorik madde miktarları kullanılarak hesapladığınız ağır sıvı yoğunluk değerleri ile densimetre yoğunluk ölçüm okumalarını karģılaģtırınız. Farklı değerler elde edilmiģ ise nedenleri neler olabilir? 2) HazırlamıĢ olduğunuz ağır sıvılar metalik cevherlerin zenginleģtirilmesi amacıyla kullanılabilir mi? TartıĢınız. 3) Serbest çökme nedir? Engelli çökme nedir? Ağır ortam ayırmasında hangi çökme koģulları geçerlidir ve neden? Belirtiniz. 4) Ağır ortam ayırması ile zenginleģtirmenin endüstriyel uygulamalarında ağır ortam malzemesi olarak özellikle manyetitin tercih edilmesinin nedenleri nelerdir? Belirtiniz. Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2016 Sayfa 5

6 ĠNÖNÜ ÜNĠVERSĠTESĠ MADEN MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ CEVHER HAZIRLAMA LABORATUVARI ll AĞIR ORTAM AYIRMASI YÜZDÜRME-BATIRMA TESTLERĠ (ll) DENEY HAZIRLIK SORULARI i) ZenginleĢtirme oranı (Taggart kriteri) nedir? Ne amaçla kullanılır? Cevher zenginleģtirme açısından önemini kısaca tartıģınız. ii) Ağır ortam ayırmasında etkili olan kuvvetler nelerdir? AraĢtırınız. iii) Kömür nedir? Kömür bir mineral midir? Neden? Kömürü meydana getiren bileģenler nelerdir? iv) Kömürün kaç farklı ölçülebilen yoğunluğu vardır? Bu yoğunluk türleri hangileridir? Bunlar hangi yöntem(ler)le ve nasıl ölçülmektedir? AraĢtırınız. v) Kömür yıkama ne demektir? Kömür niçin ve nasıl yıkanır? AraĢtırınız. 1. GĠRĠġ AkıĢkan bir ortam içine bırakılan mineral tanelerinin, aralarındaki yoğunluk farkından dolayı farklı Ģekillerde hareket ederek, birbirinden ayrılması Ģeklinde gerçekleģen zenginleģtirmeye Gravite zenginleştirmesi veya Özgül ağırlık farkı ile zenginleştirme denilmektedir. Ġri boyutlu mineral tanelerinin aralarındaki özgül ağırlık farkları farklılığına dayanılarak ağır bir akıģkan ortam içinde yüzme-batma yoluyla birbirlerinden ayrılması ile gerçekleģtirilen zenginleģtirme iģlemine ise Ağır-ortam ayırması ile zenginleştirme veya Ağır-sıvı ayırması ile zenginleştirme veya Yüzdürme-batırma yoluyla zenginleştirme denilmektedir. Ağır ortam ayırması ile zenginleģtirme yönteminin uygulanabilmesi için, ayrılacak mineraller arasında en az 0,1 g/cm 3 özgül ağırlık farkı olması ve ayırmayı etkileyecek ölçüde gözeneklilik olmaması gerekir. Özgül ağırlık farkına dayalı olarak gerçekleģtirilen zenginleģtirme iģlemlerinde baģarılı bir ayırım için tane boyu son derece önemli olmaktadır. Bu bakımdan ağır ortam ayırmasında, cevherin birbirine yakın boyutlu tanelerden oluģan boyut gruplarına ayrılması ve her grubun ayrı bir ağır ortam banyosunda iģleme girmesi gerekir. Ağır ortamın sağladığı fayda Taggart Kriteri değerinin değiģimiyle kolayca anlaģılabilir. Örneğin, yoğunlukları 3,1 g/cm 3 ve 2,6 g/cm 3 olan iki mineralin su içinde birbirinden ayrılma durumu Taggart Kriteri, k 1 ile ifade edilirse; 3,1 1 2,1 k 1 1,31 değeri elde edilir. 2,6 1 1,6 Bu sonuca göre ayırma güçtür. Fakat, su yerine 2 g/cm 3 yoğunluğunda bir ağır ortam kullanılması durumunda Taggart Kriteri, k 2 3,1 2 1,1 k 2 1,83 değerini alır. 2,6 2 0,6 Buna göre ayırma kolaylaģmakta ve genel olarak 0,1-0,2 mm tane boyutuna kadar uygulama yapılabilmektedir. Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2016 Sayfa 6

7 1.2. Ağır Ortam Ayırmasında Yüzdürme-Batırma Testleri Ağır-ortam ayırmasının en tipik laboratuvar uygulaması kömüre uygulanan yüzdürme-batırma testidir. Bu test sonucunda kömür farklı yoğunluk gruplarına ayrılmakta ve kömür yoğunluğu ile kömür külü arasındaki iliģki ortaya konulmaktadır. Kömür, karbon bakımından zengin, organik malzeme kökenli ve yanabilen özellikte tortul bir kayaçtır. Kömürler, genellikle, üretildikleri tüvenan Ģekliyle ekonomiktirler. Ancak, bu kömürlerin ekonomikliğini daha da arttırmak ve bazen de çeģitli tüketim alanlarının istediği özelliklere sahip kaliteli kömür hazırlamak gerekebilmektedir. Kaliteli kömür, kömürün çeģitli niteliklerinin fiziksel, kimyasal ve ısıl iģlemlerle istenilen Ģekilde değiģtirilmesi veya iyileģtirilmesi ile elde edilmektedir. Bu niteliklerin baģında kömürün ısıl değeri, kül ve kükürt oranı gelmektedir. Kömür yakıldıktan sonra arta kalan malzemeye kömür külü denilir. Kömür külünün iki kaynağı vardır. Birincisi yanıcı organik malzeme kaynaklı kül ki, bu küle bünye külü veya organik kül olarak ifade edilmektedir. Ġkincisi ise yanıcı olmayan malzeme kaynaklı kül ki, bu küle de yabancı kül veya inorganik kül denilmektedir. Genelde kül(veya Ģist) olarak adlandırılan söz konusu yanıcı olamayan inorganik bileģikler ve mineral maddeler kömürle değiģik Ģekillerde bulunabilmektedir. Bu mineral maddeler kaynağına göre sınıflandırıldığında: i. Primer mineral maddeler(inherent mineral matter): KömürleĢme sırasında, kömürü oluģturan bitkilerin yapılarında bulunan ve kömürlerin organik yapısına kimyasal olarak bağlanan mineral maddelerdir. Kömürdeki toplam mineral madde içeriğinin %0,5-2 kadarlık çok az bir kısmını oluģturur. ii. Sekonder mineral maddeler(adventitious mineral matter): Kömüre organik olarak bağlı olmayan(bitki kaynaklı olmayan), kömüre sonradan karıģan(dıģtan gelen) mineral maddelerdir. Kömürdeki toplam mineral madde içeriğinin ve kömür külünün büyük çoğunluğunu bu tür mineral maddeler oluģturmaktadır. Sekonder mineral maddelerin de iki kaynağı vardır: a. KömürleĢme sırasında kömüre karıģan mineral maddeler(syngenetic mineral matter ) b. KömürleĢmeden sonra kömüre karıģan mineral maddeler(epigenetic mineral matter ) ÇeĢitli kömür yıkama yöntemleriyle bu kül yapıcı bileģenlerin bir kısmı kolayca kömürden uzaklaģtırılabilmektedir. Ancak, kömüre kimyasal olarak bağlı bileģenlerin fiziksel yöntemlerle uzaklaģtırılması imkansızdır. Saf kömür ile mineral maddeler arasındaki en önemli fark yoğunluktur. Saf kömürün özgül ağırlığı karbon (C) içeriği arttıkça artmaktadır. Aynı sınıflardaki kömürlerin yoğunlukları arasındaki fark, esas olarak, bunların içerdiği farklı bünye küllerinden ileri gelmektedir. Bünye külü miktarı arttıkça kömür yoğunluğu da artar. Ancak külün kömür yoğunluğu üzerindeki etkisi kül yapıcı maddelerin cinsine göre değiģir. Örneğin, alüminyumlu külün yoğunluğu demirli külün yoğunluğundan daha azdır. Tablo 1. Kömür türüne göre ortalama kömür yoğunlukları Kömür Türü Yoğunluk, g/cm 3 Linyit Bitümlü Kömürler Antrasit 0,05-1,30 1,15-1,50 1,40-1,70 Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2016 Sayfa 7

8 Kömürdeki esas kül yapıcı ve kükürt taģıyıcı mineral maddelerin yoğunlukları kömürün yoğunluğundan çok daha yüksektir. AĢağıda kömürde sıkça rastlanan mineral maddelerden yalnızca birkaçının yoğunlukları verilmiģtir. Tablo 2. Kömürdeki bazı mineral maddeler ve yoğunlukları Mineral madde Yoğunluk, g/cm 3 Mineral madde Yoğunluk, g/cm 3 Galen Pirit/markazit Limonit Siderit Dolomit 7,2-7,6 4,8-5,2 2,9-4,3 3,7-3,9 2,8-2,9 Boksit Killer(kaolinit, illit vd.) Kalsit Kuvars Jips 2,3-2,7 2,1-3,5 2,7 2,6 2,3 Saf kömür ile mineral maddeler arasındaki yoğunluk farkı kömür yıkama teknolojisi yönünden çok büyük önem taģır. Flotasyon dıģındaki kömür yıkamada kullanılan yöntemlerin tamamı gravite ayırma yöntemlerine dayanmaktadır. Ancak lavvar ölçeğinde yıkama iģlemine geçmeden önce, kömürün yıkanabilme durumu ve karakteristiğini laboratuvarda yüzdürme-batırma deneyleri ile saptanması gerekmektedir. Yüzdürme-batırma testleri, kömürün hangi yoğunlukta külünden ayrılabileceğini, ayırma iģlemi sonucunda elde edilecek yüzen kısmın(temiz kömür veya lave) miktarının belirlenmesi ve kül oranının tayin edilmesini sağlar. Yüzdürme-batırma deney sonuçlarının değerlendirilmesiyle: kömürün yıkanabilirlik kolaylığı veya zorluğu, arzu edilen kül oranına göre hangi yoğunlukta yıkamanın yapılması gerektiği, yıkama iģleminde kullanılacak ünite ve cihazların kapasitelerinin saptanması gibi önemli bilgiler elde edilmektedir. Yüzdürme-batırma testleri, yoğunlukları belirli değerlerde olan durgun ağır sıvı banyolarında yapılır. Ağır sıvı olarak genellikle farklı konsantrasyonlarda hazırlanan çinko klorür (ZnCl 2 ) veya kalsiyum klorür (CaCl 2 ) sulu çözeltileri kullanılır. Hazırlanacak ağır sıvı sayısı ve ağır sıvı yoğunluk değerleri kömürün cinsine ve deneyin amacına göre belirlenir. Yüzdürme batırma testleri için seçilen yoğunluklar genellikle 1300 kg/m 3 den baģlayarak 100 kg/m 3 artıģlarla 2000 kg/m 3 e kadar ayarlanabilir. Test yapılacak kömürün cinsine ve tüvenan kömür içindeki ara ürün (mikst) miktarına bağlı olarak bazen söz konusu yoğunluklar 1200 kg/m 3 den baģlayarak 1800 veya 1900 kg/m 3 e kadar 100 kg/m 3 artıģlarla, bazen de deneyin amacı ve yine kömür özelliklerine bağlı olarak 50 kg/m 3 artıģlarla hazırlanabilir. Yüzdürme-batırma testlerinde kullanılacak kömür numunesi, kömürün kullanım alanları dikkate alınarak, tane boyuna göre sınıflandırılmıģ olmalıdır. Testlerde kullanılacak numune miktarı, kömür numunesinin tane iriliğine bağlı olarak değiģir. Ancak tüvenan kömürde Ģist ve mikst miktarı arttıkça örnek miktarının da artırılması gerekir. AĢağıda, kömürün tane iriliğine bağlı olarak yüzdürme batırma testinde kullanılacak yaklaģık numune miktarları verilmiģtir. Tablo 3. Kömür tane iriliğine bağlı pratik numune miktarı Kömür Tane Ġriliği, mm ,0 1,0-0,5-0,5 Numune Miktarı, kg ,2 0,5 Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2016 Sayfa 8

9 1.3. Yüzdürme Batırma Test Sonuçlarının Değerlendirilmesi Yüzdürme batırma testi için hazırlanan kömür numunesi ya en düģük ya da en yüksek yoğunluktaki ağır sıvıdan baģlayarak her bir ağır sıvıda yüzdürme-batırma iģlemine tabi tutulur. Genellikle, kömür numunesinin en düģük yoğunlukta yüzen oranı fazla ise en düģük yoğunluktan, en yüksek yoğunlukta batan oranı fazla ise yüzdürme batırma iģlemine en yüksek yoğunluktan baģlanması iģlemlerde kolaylık sağlar. Her iki durumda da aynı sonuçlar elde edilir. En düģük yoğunluktan baģlanması durumunda, kömür numunesi önce en düģük yoğunluklu ilk ağır sıvı içine konulur. Kömür numunesinde bulunan ve yoğunluğu ağır sıvının yoğunluğundan fazla olan taneler batarken, ağır sıvı yoğunluğundan daha düģük yoğunluğa sahip taneler yüzer. Yüzen kısım bir kenara ayrılırken, batan kısım yoğunluğu daha yüksek olan bir sonraki ağır sıvıya beslenir. Burada, yoğunluğu bir önceki ağır sıvı yoğunluğundan daha yüksek ancak ikinci sıvı yoğunluğundan daha düģük yoğunluktaki taneler yüzerken, yoğunluğu ikinci sıvı yoğunluğundan da daha fazla yoğunluğa sahip taneler batar ve bu taneler bir sonraki sıvıya beslenir. Böylece bütün sıvılarda yüzen ve en yüksek yoğunluklu son sıvıda batan kısım olmak üzere kullanılan ağır sıvı adedinden bir fazlası kadar ürün elde edilmiģ olur. Bütün ağır sıvılarda yüzdürme-batırma iģlemleri tamamlandıktan sonra elde edilen bütün ürünler kurutulur ve tartılır. ÇeĢitli yoğunluk aralıklarında olan bu ürünlerin her birinin kül analizi yapılarak kül oranları saptanır (istenirse külden baģka kükürt, uçucu madde vd. analizleri de yapılabilir). Böylece, kömür yıkanabilme özelliğini karakterize edebilecek veriler elde edilmiģ olur. Elde edilen bu veriler Yüzdürme-Batırma Çizelgesi adı verilen bir çizelge halinde gösterilir. Çizelge, esasen, her bir yoğunluk aralığındaki kömür miktarı ve kül oranları temel alınarak hazırlanmaktadır. Yüzdürme-batırma çizelgesindeki değerler yalnızca kullanılan ağır sıvı yoğunluklarına ait olduğundan, çizelgeden sağlanan bilgiler sınırlı kalmaktadır. Bu yüzden, eldeki yıkama verilerini grafiksel olarak eğriler Ģeklinde göstermek daha yararlı olmaktadır. Bu amaçla çizilen eğriler beģ adettir ve Kömür Yıkama Eğrileri olarak bilinirler. Bunlar; Yüzen Eğrisi Batan Eğrisi Yoğunluk Eğrisi Parça Külü Eğrisi Dağılım Eğrisi Kömür yıkama eğrileri, kömürün yıkanabilme yoğunluğu, yıkama sonunda elde edilecek ürünlerin miktarı ve külü, yıkama verimi ve proses seçimi hakkında önemli bilgiler sunar. Örneğin, parça külü eğrisinin yanı sıra kümülatif yüzen ve kümülatif batan eğrileri de kömürün yıkanabilme özelliği hakkında önemli fikir vermektedir. Ġyi yıkama özelliği gösteren kömürlerde, bu eğriler yukarıda aģağı doğru dike yakın bir eğimle inerler. Bu eğriler yardımıyla belirli bir kül oranında temiz kömür elde etmek istendiğinde ayrım yoğunluğunun ne olacağı, verimin nasıl olacağı, artıkta kalan kısmın kül oranının ne olacağı bulunabilir. Bu bakımdan yıkama proses seçiminde ve proses sonucu elde edilecek ürünlerin özelliklerinin saptanmasında yıkama eğrilerinin yapısı oldukça önemli olmaktadır. Yüzdürme-batırma testlerine iliģkin örnek bir uygulama aģağıda özetlenmiģtir. Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2016 Sayfa 9

10 Tablo 4. Yüzdürme-batırma testleri değerlendirme çizelgesi Yoğunluk Aralığı (g/cm 3 ) Yoğunluk Aralığındaki Malzeme Toplam Yüzen Malzeme Toplam Batan Malzeme Ağırlk (g) % Ağ. % Kül Kül Ġçeriği % Ağ. Kül Ġçeriği % Kül % Ağ. Kül Ġçeriği % Kül Parça Kül %Ağ. Y = a 0 + a 1 /2 ±0,1 g/cm 3 Yoğunluktaki Malzeme Yoğ %Ağ. (a) 1 (b) ,40 656,5 43,77 9,28 406,2 43,77 406,2 9,28 100, ,4 39,53 21,88 1, ,40-1,50 146,7 9,78 20,96 205,0 53,55 611,2 11,41 56, ,2 63,08 48,66 1,50 14,80 +1,50-1,60 75,3 5,02 30,68 154,0 58,57 765,2 13,07 46, ,2 71,95 56,06 1,60 7,90 +1,60-1,70 43,2 2,88 39,24 113,0 61,45 878,2 14,29 41, ,2 76,95 60,01 1,70 4,86 +1,70-1,80 29,7 1,98 46,97 93,0 63,43 971,2 15,31 38, ,2 79,77 62,44 1,80 3,60 +1,80-1,90 24,3 1,62 54,32 88,0 65, ,2 16,28 36, ,2 81,54 64,24 1,90 3,38 +1,90-2,00 26,4 1,76 60,42 106,3 66, ,5 17,44 34, ,2 82,81 65,93 2, ,00 497,9 33,19 84, ,9 100, ,4 39,53 33, ,9 84,00 83,41 Toplam 1500,0 100,00 39, ,4 ġekil 1: Kömür yıkama eğrileri Kolon No 1,2, HesaplanıĢ ġekli Yüzdürme-batırma deneylerinden Kolon(2) nin% ye dönüģtürülmesiyle Kolon (3) ile Kolon (4) ün çarpımıyla Kolon (3) ün yukarıdan aģağı toplanmasıyla Kolon (5) in alt alta toplanmasıyla Kolon (7) nin Kolon (6) ya bölünmesiyle Kolon (3) ün aģağıdan yukarı doğru toplanmasıyla Kolon (5) in aģağıdan yukarı doğru toplanmasıyla Kolon (10) un Kolon (9) a bölünmesiyle Kolon (6) deki birinci değere Kolon (3) deki bir sonraki değerin yarısı eklenerek Kolon (1) deki yoğunluklar En düģük ve en yüksek yoğunluklar atıldıktan sonra kalan yoğunluklarda bir alt ve bir üst yoğunluktaki malzemenin toplam miktarı Kömür Yıkama Eğrileri 1. Kümülatif yüzen eğrisi(k.y.e) 2. Kümülatif batan eğrisi(k.b.e) 3. Yoğunluk eğrisi(y.e.) 4. Parça külü eğrisi(k.k.e) (Kül karakteristik eğrisi) 5. Dağılım eğrisi(d.e.) ( ±0,1 yoğunluk eğrisi) X Ekseni Y Ekseni Kolon (8) Kolon (6) Kolon (11) Kolon (9) Kolon (1) Kolon (6) Kolon (4) Kolon (12) Kolon (13) Kolon (14) Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2016 Sayfa 10

11 2. YÜZDÜRME-BATIRMA DENEYĠ 2.1. Deneyin Genel Amacı Bu deney kapsamında, bir miktar kömür numunesinin yoğunluk analizi yüzdürme-batırma testleriyle gerçekleģtirilecek ve kömür yoğunluğu ile kömür külü arasındaki değiģim incelenecektir Malzeme ve Donanım Yüzdürme-batırma testlerine tabi tutulacak kömür numunesi. Yüzdürme-batırma deney seti(ağır sıvı olarak çeģitli yoğunluklarda çinko klorür çözeltileri, ürün toplama ve süzme-yıkama aparatları vd.). Kül analiz donanımı(kül fırını, hassas terazi, porselen kroze vs.) 2.3. Deney ĠĢlem Basamakları i. Kömür numunesi temini ve deney setinin kurulması, ii. Yüzdürme-batırma deneyine tabi tutulacak kömür numunesinin hazırlanması(kırma, sınıflandırma, suyla yıkama ve süzme, kurulama gibi iģlemlerden geçirilmesi), iii. Daha önce hazırlanmıģ olan ağır sıvıların yoğunluklarının kontrol edilerek ayarlanması, iv. Yüzdürme-batırma testine en düģük (veya en yüksek) yoğunluktaki ağır sıvıdan baģlanılması, En düģük yoğunluğa sahip ağır sıvıdan baģlanılması durumunda, kömür numunesi en düģük yoğunluktaki ağır sıvı banyosuna boģaltılarak karıģtırılır ve yüzen kısım uygun bir aparat yardımıyla(süzgeç, kepçe, kaģık gibi) bir kenara alınır. Yüzen bu kısım, yüzdüğü ağır sıvının yoğunluğundan daha düģük yoğunluktaki ürün olarak adlandırılır. Batan kısım ise yoğunluğu daha yüksek olan bir sonraki ağır sıvıya beslenir. Bu ağır sıvıda yüzen kısım, yoğunluğu bir önceki ağır sıvı yoğunluğundan daha yüksek ancak ikinci sıvı yoğunluğundan daha düģük yoğunluktaki taneler olarak adlandırılır. Yoğunluğu ikinci sıvı yoğunluğundan da daha fazla yoğunluğa sahip tanelerin oluģturduğu batan kısım ise bir sonraki sıvıya beslenir. Aynı iģlem daha yüksek yoğunluklu ağır sıvılarda tekrarlanır ve en yüksek yoğunluktaki ağır sıvıda son bulur. Elde edilen yoğunluk aralığındaki ürünler ılık suyla yıkanarak çinko klorürden arındırılır. AĢağıdaki Ģekilde yüzdürme-batırma testinin uygulaması özetlenmiģtir. Besleme Yüzen -d 1 +d 1 -d 2 Besleme Yüzen - d - d Batan d 1 d 2 Bir sonraki ağır sıvı. Batan d a d b Bir sonraki ağır sıvı. +d 1 +d 2 +d +d b -d a En düģük yoğunluktan baģlanması durumunda(d 1 < d 2 ) En yüksek yoğunluktan baģlanması durumunda(d a >d b ) v. Yüzdürme-batırma iģlemi sonucu elde edilen yüzen ürünlerin ve batan ürünün süzülmesi, ılık su ile yıkanması ve kurumaya bırakılması, vi. KurutulmuĢ ürünlerin tartım yoluyla ağırlığının bulunması ve bu ürünlerin her birinden ayrı örnekler alınarak kül analizleri yapılması, vi. Test sonunda elde edilen ağırlık ve kül analizi değerleriyle yüzdürme-batırma çizelgesinin oluģturulması ve bu çizelge yardımıyla kömür yıkanabilirliğini gösteren yıkama eğrileri çizilmesi, vii. Deneyin değerlendirilmesi. Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2016 Sayfa 11

12 2.4. Değerlendirme Soruları 1) AĢağıdaki soruların her birini gerçekleģtirilmiģ olan yüzdürme-batırma deneyine göre cevaplandırınız. a) Yüzdürme-batırma testinde kömür örneğine uygulanan deneysel iģlemleri uygun bir akım Ģeması üzerinde gösteriniz. b) Deney verilerine göre Ek1 de verilen yüzdürme-batırma değerlendirme çizelgesini oluģturunuz. c) Besleme kömürün kül oranı nedir? d) 1,5 g/cm 3 yoğunluğunda ayırım yapıldığında yüzen kömür miktarını ve kül oranını bulunuz. e) 1,4-1,7 yoğunluk aralığındaki kömürün miktarını ve kül oranını bulunuz. f) Yüzdürme-batırma deneyine en yüksek yoğunluktaki ağır sıvıdan baģlanmıģ olsaydınız nasıl bir iģlem takip etmeniz gerekecekti? Bu durumda deneyi Ģematize ediniz ve her bir ağır sıvıda a) yüzen kömür miktarı ve kül oranını b) batan kömür miktarını ve kül oranını bulunuz. 2) Yüzdürme-batırma deneyinde dikkat edilmesi gereken önemli noktaları ve yıkama sonuçlarına etkisini açıklayınız. 3) Kömür yoğunluğu ile kömür külü arasında nasıl bir genel iliģkiden söz edilebilir? Bu durumun neden(ler)ini tartıģınız. 4) Mineral mühendisliğinde metalik cevherler için Cevher Zenginleştirme terimi kullanılıyorken, bu terim kömürlerin değerlendirilmesi söz konusu olduğunda Kömür Yıkama biçimine dönüģmektedir. Ġki terim arasında uygulama ve temel iģlemler bakımından ne gibi farklılıklar vardır? Belirtiniz. Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2016 Sayfa 12

13 Ek 1: Yüzdürme-batırma deney veri çizelgesi ve yıkama eğrileri grafiği Yoğunluk Aralığı (g/cm 3 ) Yoğunluk Aralığındaki Malzeme Toplam Yüzen Malzeme Toplam Batan Malzeme Ağırlk (g) % Ağ. % Kül Kül Ġçeriği % Ağ. Kül Ġçeriği % Kül % Ağ. Kül Ġçeriği % Kül Parça Kül %Ağ. Y = a 0 + a 1 /2 1 Yoğunluktaki Malzeme Yoğ %Ağ. (a) 1 (b) Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2016 Sayfa 13

14 DENEY DEĞERLENDĠRME KRĠTERLERĠ VE DENEY BAġARI NOTU Ağır ortam hazırlama ve yüzdürme-batırma testlerini içeren ağır ortam ayırması deneyinin değerlendirilmesinde ve deney baģarı notunun oluģturulmasında Kısa Sınav(Kuiz) Notu ile Deney Değerlendirme Sınav Notu dikkate alınacaktır. Deney baģarı notu Ģu Ģekilde hesaplanacaktır. Deney Başarı Notu= Deney Kısa Sınav Notu (%30) + Deney Değerlendirme Sınav Notu (%70) 1. Kısa Sınav (Kuiz): Deney haftasında ve ilgili ders saatinin herhangi bir bölümünde yapılabilecektir. Kısa sınav uygulaması klasik yazılı sınav (ve/veya sözlü notu Ģeklinde de) olabilecektir. Ders iģleyiģi sırasında derse aktif katılımı olan ve sözlü sorulara verilen yeterli cevaplar, cevabı veren öğrencinin kısa sınav notu olarak değerlendirilebilecektir. Kısa sınavlardan başarılı olabilmek için en azından deney föyleri dikkatlice okunmalı, deney föyünde bulunan Deney Hazırlık Soruları özellikle cevaplandırılmış olmalıdır. Gerekli durumlarda deney konusu ile ilgili başka kaynaklara da başvurulmalı, her öğrenci o gün yapacağı deneye tümüyle hazırlıklı gelmelidir. 2. Deney Değerlendirme Sınavı: Ağır ortam ayırması deneyi için ayrıca deney raporu istenmeyecektir. Deney raporu yerine Deney Değerlendirme Sınavı yapılacaktır. Ancak bu sınava girebilmek için ilgili deneyin kısa sınavına girmiş ve deney uygulamasına da katılmış olmak koşulu vardır. Bu koģulu sağlamayan öğrenciler deney değerlendirme sınavına girme haklarını kaybetmiģ olacaklardır. Deney değerlendirme sınavı klasik yazılı sınav Ģeklinde olabileceği gibi deney uygulaması ve/veya sözlü soru-cevap Ģeklinde de olabilecektir. Deney değerlendirme sınavı üç soru grubundan oluģacaktır: (i) Birinci grup sorular ağırlıklı olarak deney konusunun dayandığı kuramsal temeller ile teorik bilgilerle ilgili olacaktır. Bu soru grubu, cevher hazırlamanın ana ilkelerini ve temel mantığını kavramıģ her öğrencinin rahatlıkla cevaplandırabileceği sorulardan oluģacaktır. Birinci grup soruların tam olarak cevaplandırılması için her öğrencinin deney konusunun kuramsal temellerini çeşitli kaynaklara başvurarak araştırmasının ve öğrenmesinin gerekli olduğu unutulmamalıdır. Ayrıca, her öğrencinin deney ders saatinde anlatılanları dikkatle ve ilgiyle takip etmesi, çeşitli sorular sorması, gerektiğinde kısa notlar alması önem taşımaktadır! (ii) Ġkinci grup sorular ise doğrudan doğruya gerçekleģtirilen deneyin pratik uygulamasıyla ilgili olacaktır. Örneğin, gerçekleģtirilmiģ olan deneyin amacı nedir? Amaçlara ne ölçüde ulaģılmıģtır? Deney malzemesi olarak ne kullanılmıģtır, bu malzemenin özellikleri nelerdir? Deneyde hangi iģlem aģamaları uygulanmıģtır? Deney sonucunda hangi bulgulara ulaģılmıģtır? Deneyin kritik noktaları nelerdi? ve benzeri. İkinci grup soruların tam olarak cevaplandırılmasında her öğrencinin deneye aktif katılımının, deney uygulamasını ve işlem aşamalarını iyi takip etmesinin, deneysel gözlemlerde bulunmasının ve kısa notlar almasının mutlaka gerekli olduğu unutmamalıdır! (iii) Üçüncü grup sorular, deneyden elde edilen nicel verilerin kullanılabilmesine yönelik soru grubudur. Nicel veriler bir deneyin sayılabilir, ölçülebilir özelliğini veren verilerdir. Sayısal verilerin çözümlenmesi, tabloların oluģturulması, eğrilerin çizilmesi, sonuçların grafiksel gösterimi, çözümlemelerden çeģitli sonuçların çıkarılarak yorumlanması, bulguların tartıģılması gibi matematiksel iģlem ağırlıklı soru grubudur. Bu grup soruların tamamı veya bir kısmı doğrudan doğruya deneyden elde edilen verilerin çözümlenmesine yönelik olacaktır. Üçüncü grup soruların tam olarak cevaplandırılabilmesi için her öğrencinin temel matematik bilgisi alt yapısına sahip olması, dört işlem çözümlemelerinde sorunsuz olması, veri çözümlemede işlem adımlarını iyi bilmesi, özellikle birimleri ve birim dönüşümlerini iyi öğrenmesi, grafik çizme ve okuma becerisini geliştirmiş olması, sınav öncesi örnek uygulamalar üzerinde çalışılmış olması, deney föyünde verilmiş olan Deney Değerlendirme Soruları nın, bilhassa sınavdan önce, doğru ve eksiksiz bir şekilde çözümlemiş olması kilit rol oynamaktadır! Ağır Ortam Ayırması Deney Föyü, 2016 Ek Sayfa (i)