PHYSICAL PROPERTIES OF MINERALS TAŞLARIN ÖZELLİKLERİ

Transkript

1 PHYSICAL PROPERTIES OF MINERALS TAŞLARIN ÖZELLİKLERİ The structural and mechanical properties of common minerals are given in the table below. Sık rastlanan taşların yapısal ve mekanik özellikleri aşağıdaki tabloda verilmiştir. ROCK FORMATION WORK INDEX (Wi) SPECIFIC WEIGHT (ton/m 3 ) BULK DENSITY (ton/m 3 ) ABRASION INDEKS (Ai) COMPRESSIVE STRENGTH (MPa) GRANULATION Andezit Magmatik 16±2 2,6-2,8 1,6 0, İnce Bazalt Magmatik 20±4 2,9-3,0 1,8 0,1-0, İnce (<0,1mm) Demir Madeni Sedimanter 11±3 4-5,2 2,4-3,1 0,2-0,8 (Hematit) Demir Madeni Sedimanter 9±3 4-5,2 2,4-3,1 0,1-0,3 (Magnetit) Diyabaz Magmatik 19±4 2,8-2,9 1,7 0,2-0, Orta-Kaba Diyorit Magmatik 19±4 2,7-2,8 1,6 0, Kaba Dolomit Sedimanter 12±3 2,7 1,6 0,01-0, İnce-Orta-Kaba Gabro Magmatik 20±3 2,9-3 1,8 0, Kaba (>2mm) Granit Magmatik 16±6 2,7 1,6 0,4-0, Kaba (>2mm) Kalker Sedimanter 12±3 2,7 1,6 0,001-0, İnce-Orta-Kaba Kumtaşı Sedimanter 18±3 2,7 1,6 0, İnce-Orta Kuvarsit Metamorfik 16±3 2,7 1,6 0,65-0, Orta Mermer Metamorfik 12±3 2,7 1,6 0,001-0, Orta-Kaba Porfir Magmatik 18±1 2,7 1,6 0,1-0, Kaba (>2mm) Siyenit Magmatik 19±4 2,7-2,8 1,6 0, Kaba TESTING THE PROPERTIES OF MINERALS TAŞLARIN TEST EDİLMESİ

2 It is very important to define the physical and chemical properties of rocks before usage of them. So that it is determined if the rock is suitable for purpose of usage or not. For example, it should be known that if the rock that is planned to be used for concrete aggregate have alkali-silica reaction with cement. Because, in this case, the aggregate produced with this rock can not be used in concrete production and the investment for the quarry and crushing plant will be meaningless. Taşların, kullanılmadan önce fiziksel ve kimyasal özelliklerinin bilinmesi son derece önemlidir. Böylece öncelikle taşın kullanım amacına uygun olup olmadığı belirlenir. Örneğin betonda kullanılması düşünülen bir taşın, çimento ile alkali-silis reaksiyonuna girme ihtimali baştan belirlenmelidir. Çünkü böyle bir durumda bu taştan üretilen agrega hiçbir şekilde hazır betonda kullanılamayacağından, ocak ve kırma-eleme tesisi yatırımının yapılması tamamen anlamsız olacaktır. Once it is determined that the rock is suitable for usage, then it is necessary to define the mechanical properties. The type of the crushers and the properties of the wear and spare parts in the machines will be decided according to the mechanical properties of the rock to be crushed. Otherwise, because of wrong machine selection, the investor can face with huge economical losses. Ocaktan çıkarılan taşın kullanılabilir olması halinde, bu defa da taşın mekanik özelliklerinin belirlenmesi gerekmektedir. Taşın kırılması için seçilecek makina tipleri, kullanılacak makinalardaki kırma ve aşınma parçalarının özellikleri tamamen taşın mekanik özelliklerine göre belirlenir. Taşın özellikleri iyi test edilmeden yapılacak bir tesis dizaynında, hatalı makina seçimi neticesinde çok büyük ekonomik zararlarla karşılaşılabilir. Since our company producec crushing and screening equipment, we will mainly focus on the properties of the rocks which are important for crushing and screening. Firma olarak kırma-eleme makinaları ürettiğimiz için, öncelikle taşların kırma-eleme açısından önemli olan özelliklerini incelemeye çalışacağız. SOLID DENSITY ÖZGÜL AĞIRLIK: Density of a substance is its mass per unit volume. Water is a referance point for density. Because the density of pure water is 1gr/cm3 (1 kg/liter, 1 ton/m3). The density ratio of the substances accprding to the water density is called specific gravity. The substances with specific gravity less than 1 gr/cm3 float on water where specific grav,ty is larger than 1 gr/cm3 sink. The heaviest substance on earth is mercury. The specific gravity of mercury is 13,5 gr/cm3. In other words, 1 liter of mercury weighs 13,5kh where 1 liter of water weighs 1 kg. Özgül ağırlık bir maddenin birim hacminin ağırlığıdır. Doğada en çok bulunan su, özgül ağırlık için bir referans niteliğindedir. Çünkü saf suyun özgül ağırlığı 1 gr/cm3 dür (veya 1 kg / litre veya 1 ton/m3). Diğer bütün maddelerin özgül ağırlığı suya oranla sahip olduğu yoğunluk olarak da belirtilebilir. Dolayısıyla özgül ağırlığı 1 gr/cm3 den fazla olan maddeler suda batarken, özgül ağırlığı 1gr/cm3 den az olanlar yüzer. Doğada bilinen en ağır madde civadır. Civanın özgül ağırlığı 13,5 gr/cm3 dür. Bir başka deyişle 1 litre su 1 kg gelirken, 1 litre civanın ağırlığı 13,5 kg dır. The solid density of rocks are usually between 2,5-3 gr/cm3. But there are very light (for example the solid density of pumicite is about 1 gr/cm3) and heavy (for example density of iron ore may exceed 5 gr/cm3)rocks are present in nature. Taşların özgül ağırlıkları genellikle 2,5-3 gr/cm3

3 aralığındadır. Bununla birlikte çok daha hafif taşlar (örneğin pomza taşının özgül ağırlığı 1 gr/cm3 civarındadır) veya çok daha ağır taşlar da bulunur (demir cevherinin özgül ağırlığı 5 gr/cm3 değerini aşabilir). BULK DENSITY YIĞMA YOĞUNLUĞU: Yığma yoğunluğu (veya yığın yoğunluğu) sözlük anlamı olarak bir katı-akışkan karışımında toplam ağırlığın toplam hacme oranı olarak tanımlanır. Örneğin yukarıda anlatılan özgül ağırlıkta, 1 litre hacmindeki bir taş parçasının (10cmx10cmx10cm ebatlarında küp şeklinde kesilmiş tir taş parçası) ağırlığı o taşın özgül ağırlığını verir. Yığma yoğunluğunda ise, yine 1 litre hacmindeki bir kaba (örneğin 10cmx10cmx10cm ebatlarında küp şeklinde bir cam kap) silme olacak şekilde çakıl taşı doldurduğunuzda, kabın dara hariç tartılacak ağırlığı çakıl taşlarının yığma yoğunluğunu verir. Burada, katı-akışkan karışımında, çakıl taşları katı cisimken, taşların arasını dolduran hava da akışkandır. İnşaat ve altyapıda agrega kullanılırken genellikle hacim hesabı yapılır. Beton m 3 olarak hesaplanır veya dolgu için gerekli malzemede yine hacim hesabı kullanılır. Taş kırma tesislerindeki kapasiteler ve taşın kırılganlık, dayanım vb. özelliklerinde ise genellikle taşın kütlesi, yani ağırlığı esas alınır. Dolayısıyla yıma yoğunluğu, hacim hesabından ağırlık yani tonaj hesabına geçişteki hesaplamalarda önemli bir değerdir. Yığma yoğunluğu kırılmış agreganın şekline, büyüklüğüne, nem içeriğine ve sıkışma oranına bağlı olarak değişiklik gösterir. İnşaat sektöründe yaygın olarak kullanılan taşlarda, yığma yoğunluğu özgül ağırlığın yaklaşık %55-65 i oranındadır. 15m3 dorse hacmine sahip bir kamyonu silme olacak şekilde yığma yoğunluğu 1,6ton/m 3 olan bir agrega (örneğin 5-12mm) ile doldurduğunuzda, kamyonun tonajı 24 ton gelecektir (15x1,6). MOHS SERTLİK SKALASI Taşların sertliği, genel olarak üzerine yapılan basınca ya da bir başka deyişle çizilmeye karşı gösterdiği direnç olarak tanımlanabilir. Avusturya lı bir minerolog olan Friedrich Mohs, 1812 yılında bilinen mineralleri sertliklerine göre bir sıraya dizerek numaralandırmıştır. Mohs sertlik skalası olarak bilinen bu sıralamada, taşlar yumuşaktan serte doğru 10 gruba ayrılarak numaralandırılmıştır. Mohs skalasında her bir derece, bir öncekini çizebilen minerallerden oluşur. Örneğin apatit fluoeiti çizebilirken feldspat tarafından çizilebilir. Dolayısıyla bir taşın sertlik derecesi, bilinen mineraller tarafından çizilmesine veya onları çizebilmesine göre belirlenir. Yani kuvars mineralini çizebilecek kadar sert olan ancak topaz tarafından çizilebilen bir kayacın Mohs sertliği 7 ile 8 arası olarak belirlenir. Mohs skalasındaki derece sayıları, herhangi bir değer ifade etmemekte, yalnızca sıralamayı vermektedir.mohs skalasındaki değeri 10 olan elmas, derecesi 9 olan yakuttan mutlak sertik olarak 4 kat daha serttir.

4 Mohs Sertlik Derecesi Mineral Mutlak Sertlik Çizilme Durumu 1 Talk, grafit, kaolin 1 Tırnakla ufalanabilir 2 Jips, antrasit, kayatuzu 2 Tırnakla çizilebilir 3 Kalsit, dolomit, barit 9 Bakır para ile çizilebilir 4 Fluorit, aragonit 21 Çakı ile kolayca çizilebilir 5 Apatit, kromit 48 Çakı ile kuvvetle veya cam ile çizilebilir 6 Feldspat, ortoklas, pirit 72 Camı kuvvetle çizebilir 7 Kuvars, agat, olivin 100 Camı kolayca çizebilir 8 Topaz, beril 200 Kuvarsı çizebilir 9 Yakut, safir, korund 400 Topazı çizebilir. 10 Elmas 1500 En sert mineraldir. Herhangi bir nesneyle çizilemez. Yalnızca çok güçlü lazerle çizilebilir. Mohs skalası minerallerin sertlik derecesini belirlemek için pratik bir yöntemdir. Sahada, elinizdeki bir taşın sertlik derecesini belirleyebilmek için, kolay bulabileceğiniz bir nesne ile taşı çizmeye çalışmanız yeterli olacaktır. Bunun için elinizdeki nesnenin Mohs sertliğini bilmeniz gereklidir. Sık rastlayacağınız, çoğu zaman cebinizde bile olabilecek nesnelerin Mohs sertlik dereceleri aşağıdaki gibidir. El tırnağı 2 2,5 Bakır 3 İnşaat çivisi 4 Cam 5,5 Çakı 5 6,5 Kuvars 7

5 Tabloda kuvars mineralinin sertliği özellikle verilmiştir. Çünkü doğada, birkaç adım etrafınızda bir kuvars mineraline rastlama ihtimaliniz son derece yüksektir. DARBE DAYANIM İNDEKSİ (Work Index) (Wi) Taşların darbe ile kırılmaya karşı direncinin belirlenmesinde kullanılan bir test metodudur. Bu metod Amerkan Allis-Chalmers firmasının teset laborantı Fred C. Bond tarafından geliştirilmiştir ve günümüzde de taşların kırılma direncini belirlemede yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir taşın kırılabilirliği veya kırılmaya karşı olan direnci, taşı kırabilmek için harcanması gereken enerjinin ölçülmesi ile bulunur. Bu özellik, kırıcı tip ve ebatlarının doğru seçilebilmesi için son derece önemlidir. Bu test için 70x70mm kare bir delikten geçebilecek, ancak 55x55mm bir delikten geçmeyecek büyüklükte 30 adet, olabildiğince kübik şekilli taş numunesi gereklidir. Bu numuneler, ayrı ayrı test düzeneğine yerleştirilerek test edilir. Test düzeneği 2 adet çekiçten oluşur. Bu çekiçler taş numunesine iki tarafından aynı anda çarparak kırmaya çalışır. Çekiçler belli bir yükseklikten serbest bırakılır ve sarkaç hareketi ile dönerek taş numunesine çarpar. Taş numunesi kırılana kadar çekiçler giderek daha yukarıdan bırakılır. Taş numunesini kırmak için gerekli olan enerji taşın darbe dayanımı olarak isimlendirilir ve aşağıdki formülle bulunur. a = 2.m.g.h c (N) m: her bir çekicin kütlesi (kg) g: Yerçekimi katsayısı (9,81 m/s 2 ) h: çekicin bırakıldığı yükseklig (m) c: taşın en küçük ebatı (m) Darbe dayanım indeksi (Work Index), darbe dayanımı kullanılarak aşağıdaki formülle bulunur.

6 Wi = 0,0485 x a d Wi = Darbe dayanım indeksi a: darbe dayanımı (N) d: taşın özgül ağırlığı (ton/m3) Taşlar darbe dayanım indeksi değerlerine göre kırılabilirlik olarak aşağıdaki gibi sınıflandırılır: Darbe Dayanım İndeksi (Wi) Kırılabilirlik <10 Çok yumuşak Yumuşak Orta Sert >22 Çok sert AŞINDIRMA İNDEKSİ (Ai) Taşların aşındırıcılığı, kırıcı makina seçiminden kırıcıların yedek parça tasarımına, agreganın kullanımında taşla temas edecek bütün ekipmanların parametrelerine kadar etki edecek bir özelliğidir. İlk olarak Amerikan Pennsylvania Crusher Corp. Şirketi tarafından kullanılan aşındırma indeksi, günümüzde taşların aşındırıcılık özelliğinin belirlenmesinde yaygın olarak kabul görmektedir. Bu test için 300mm çapında bir tamburun içine toplam 400 gr 12-19mm ebatlarında taş numunesi yerleştirilir. Tamburun merkezinde 110mm çapında bir rotor ve bu rotora bağlı belli ebatta bir çelik kanat vardır. Tambur ve rotor aynı yöne çevrilir ancak rotorun dönüş hızı tamburunkinin 10 katıdır. Döndürme işlemi 15 dakika süreyle devam ettikten sonra tambur durdurularak içindeki taş numunesi alınır ve aynı özelliklerde numune tekrar tambura yerleştirilir. Bu işlem 4 defa tekrarlanır. Dolayısıyla kanat toplam 1 saat boyunca taş numunesi ile temas etmiş olur. Bu

7 işlemin ardından çelik kanat tartılır. Teste başlarkenki ağırlığıyla test sonundaki ağırlığı arasındaki fark, gram olarak belirlenir. Bu rakam test edilen taşın aşındırma indeksi olarak kabul edilir.