Özgül Ağırlık Farkı veya Gravite ile Zenginleştirme

Transkript

1 1 Özgül Ağırlık Farkı veya Gravite ile Zenginleştirme 1. Özgül Ağırlık Farkı İle Zenginleştirmenin Genel Tanımı Mineral tanelerinin, aralarındaki özgül ağırlık farklılığının neden olduğu, akışkan ortamlardaki hareket farklılığına dayanılarak, birbirlerinden ayrılması ile gerçekleştirilen zenginleştirmeye, özgül ağırlık farkı ile zenginleştirme veya gravite zenginleştirmesi denir. Özgül ağırlık farkı ile zenginleştirmede akışkan ortam olarak su, çok nadiren ağır (yoğun) bir akışkan ve bazen de kullanılır. Özgül ağırlık farkı ile zenginleştirmede mineral tanelerinin ayrılmasında aşağıdaki özellikler etkilidir: Ayrılması istenen mineraller arasında özgül ağırlık farkı, Minerallerin akışkan ortamlardaki hareket hızları ve davranışları, Minerallerin şekli, Tane büyüklüğü, Akışkan ortamın akış rejimi, viskozitesi ve özgül ağırlığı, İçinde zenginleştirme yapılan aygıtın yapı ve çalışma şekli, Genel hidrodinamik özellikler. 2. Tanenin Akışkan İçerisindeki Hareket Bölgeleri Şekil 1. Akışkan ortamda çökelen küresel bir tane için, Reynolds sayısı (Re) ile Direnç Sabiti (C D ) arasındaki deneysel ilişki. Laminer akış bölgesi Re < 1 Transisyonel akış bölgesi 1 < Re < 1000 Türbülans akış bölgesi 1000 < Re < Süperkritik akış bölgesi Re > Laminer Akış (Stokes bölgesi): Bu tür akışlardaki katı hareketleri ilk kez Stokes tarafından incelendiğinden Stokes bölgesi de denilmektedir. Bu dirence Stokes direnci veya viskoz direnç de denilmektedir. Bu bölgede Terminal hız;

2 2 Stokes bölgesinin (Laminer akış) özellikleri Geçerli tane boyutu ortalama 0.1 mm nin altındadır. Viskoz direnç yüksektir, Basınç direnci yoktur, Tanelerin hareket hızı düşüktür. Türbülans Akış (Newton bölgesi): Küresel tanelerin bu akış bölgesindeki hareketleri ilk kez Newton tarafından incelendiği için, Newton bölgesi de denilmektedir. Küresel taneler için C D = 0.4 kabul edilerek Newton bölgesinde Terminal hız; Newton bölgesinin (Türbülans akış) özellikleri Newton bölgesi için geçerli tane boyutu 2 mm nin üstündedir. Basınç direnci yüksektir, Viskoz direnç ihmal edilecek kadar küçüktür. Tanelerin hareket hızı ise yüksektir. Transisyonel Akış (Geçiş) Bölgesi: Stokes ve Newton bölgeleri dışında kalan mm arasındaki tanelerin çökelmesinde geçerli olan akış bölgesidir. Pülpde katı oranı %15 e kadar olduğunda Serbest Çöküş, %15 den fazla olduğu zaman Engelli Çöküş meydana gelir. Zenginleştirme işlemlerinde engelli çöküş koşulları geçerlidir. Çok taneli bir sistemde cevherin akışkan bir ortamda çökelmesi sırasında, eşit terminal hıza sahip olan tanelere Eşit Çöken Taneler adı verilir. Eş Hızda Düşen Taneler (V TA =V TH ): Laminer akışta (Stokes bölgesi) Türbilans akışta (Newton bölgesi) Transisyonel akışta (Geçiş bölgesi) Şimdiye kadar incelenen hareket denklemleri, küresel şekilli bireysel tanelerin akışkan ortamlardaki davranışlarını açıklamaktadır. Akışkan ortamlarda uygulanan cevher zenginleştirme işlemlerinde ise değişik boyut, şekil ve özgül ağırlıktaki çok sayıda tanenin bir arada hareketi söz konusudur. Bu durumda mineral tanelerinin çökelme hızlarını etkileyen başlıca değişkenler; Pülpde katı oranı (katı-sıvı oranı), Pülpün görünür özgül ağırlığı, Pülpün görünür viskozitesidir.

3 3. Konsantrasyon Kriteri (K): Türbülans akıştaki Eşit Çökme Oranı, Taggart tarafından Zenginleştirme (konsantrasyon) kriteri olarak tarifleşmiştir. Konsantrasyon kriterinin değeri; Özgül ağırlık farkı ile zenginleştirmenin hangi boyutlarda yapılacağını, Hangi yöntem veya yöntemlerin uygulanabileceği hakkında genel bir fikir vermektedir. Konsantrasyon Kriteri Kons. Kriteri Değeri (K) Uygulama Tane Boyutu Uygulama Derecesi Uygulanabilen Zenginleştirme Yöntemleri K > 2.5 Çok küçük boyutlar Çok kolay Serbestleşme boyutuna bağlı olarak Tüm Yöntemler 2.5 > K > mm Kolay Serbestleşme boyutuna bağlı olarak Tüm Yöntemler 1.75 > K > mm Güç Ağır-Ortam, Jig 1.5 > K > mm Oldukça Güç Ağır-Ortam, Jig 1.25 > K Mümkün Değil Akışkanın yoğunluğu arttırılmalıdır Özgül ağırlık farkı ile zenginleştirmede genellikle üç türlü akışkan ortam kullanılmaktadır : Durgun ortam (Ağır-Ortam) Düşey hareketli ortam (jig) Tabaka halinde akan ortam (oluk, spiral, masa vs). 4. JİG ile ZENGİNLEŞTİRME Bir cevherdeki farklı yoğunluktaki minerallerin düşey hareketli bir akışkan ortamda tabakalar halinde ayrılması yoluyla yapılan mineral ayrımına ya da cevher zenginleştirme işlemine jig ile zenginleştirme denir. Diğer bir tanım ise taban elekli bir kasada, periyodik olarak düşey hareket eden akışkan bir ortam içinde, malzemelerin yoğunluklarına göre tabakalaşmaları olarak ifade edilmektedir. Zenginleştirme işleminin yapıldığı aygıta da jig denir. Jigde kullanılan akışkan ortam çoğunlukla su, bazen hava, çok nadir olarak da ağır bir sıvıdır. Jigler, daha çok iri boylardaki cevherlerin (ağır cevher mm, kömür mm), özellikle kömürlerin yıkanmasında kullanılan aygıtlardır. Jigler teknolojik olarak geliştirilerek daha ince tane boylu cevherlerin de zenginleştirilmesinde kullanılmaya başlamıştır Jigde Zenginleştirmenin Esasları Karışık bir ayırma mekanizmasına dayanan jig ile zenginleştirmede, farklı özgül ağırlıktaki tabakaların oluşumu 4 nedene bağlanmaktadır: a) Çöküş başlangıcında ivme farklılığı: Akışkan bir ortamdaki çökme hareketinin başladığı anda, harekete karşı herhangi bir direnç bulunmadığından, ağır taneler hafif tanelere göre daha büyük bir ivme ve hızla hareket etmektedir. Jigde çöküş koşulları, jig hareketi nedeni ile, sürekli tekrarlandığından, farklı özgül ağırlıktaki taneler terminal hızlarına ulaşamadan, başlangıç ivmelerine göre çökmektedir. Başlangıç ivmeleri yalnızca özgül ağırlıkla ilgili olduğundan, ağır mineral çok kısa sürede çok hızlı çökerek alt tabakalarda toplanmaktadır. b) Engelli çöküş klasifikasyonu: Ağır bir mineral tanesinin hafif mineral tanesinden daha hızlı çökeleceği gerçeğine dayanan engelli çökelme etkisidir. Süspansiyonda katı oranı %15 in üstünde olduğunda, eşit çöken taneler engelli çöküş koşullarında hareket ederler. Engelli çöküş oranı. Jiglerde suyun yukarı doğru hareketi (basma), tabakaları açarak yarı akışkan engelli çöküş ortamının meydana gelmesine neden olurlar. Suyun yukarı doğru hareketi (basma) sonu ile aşağı doğru hareketinin (emme) başlangıcında, meydana gelen engelli çöküş klasifikasyonu, ağır tanelerin hafiflere göre daha hızlı olarak aşağı doğru hareketini sağlamaktadır. Bunun sonucu olarak mineral teneleri ağırdan hafife doğru jig eleği üzerinde sıralanmaktadır. Jig içindeki süspansiyonun katı içeriği arttıkça, süspansiyonun özgül ağırlığı artacağından, engelli çöküş oranı yükselmekte ve özgül ağırlık farklılığına dayanan ayırma etkinliği artmaktadır (Taggart zenginleştirme kriteri). 3

4 c) Çöküş sonunda ara boşluklardan sızma: Emme hareketi sırasında ve engelli çöküş klasifikasyonunun iri taneleri çökelip tabakalardaki yerini almalarıyla, küçük boyutlu taneler ara boşluklardan çökmeye devam ederler. 4 Şekil 2. Üç farklı olayın birlikte etkisi sonucu jigde tabakalaşma mekanizması d) Tanelerin potansiyel enerjilerinin kinetik enerjiye gelme eğilimleri: 4.2. Jigin Yapısı ve Ayırmayı Etkileyen Faktörler Jiglerin temel yapısı Şekil 2 de verilmektedir. Jigler özgül ağırlıkları farklı minerallerin, ortamın veya jig eleğinin hareketi ile sağlanan pulsasyon hareketleri vasıtasıyla, ağırlığı yüksek minerallerin alt tabakada, hafif minerallerin ise üst tabakada olmak üzere tabakalaşma yoluyla ayrılma gerçekleşmektedir. Bu şekilde oluşturulan tabakaların ayrı yollarda alınması sonucu zenginleştirme gerçekleştirilir. Şekil 2. Bir jigin yapısal unsurları ve çalışma biçimi

5 Ayrılacak mineraller arasındaki özgül ağırlıkk farkı az olduğunda, ayırma etkinliğini artırmak için cevherin dar aralıklarda sınıflandırılarak beslenmesi gerekmektedir. Jiglerde ayırmayı etkileyen başlıca yapısal ve jige beslenen cevher özellikler olarak 3 ye ayrılmaktadır: Jig yapısına bağlı faktörler: Tabaka kalınlığı, pulsasyon (emme-basma) özellikleri, ürünlerin jigden boşaltılması, bölme (kompartıman) sayısı, elek yapısı ve şekli gibi faktörler en önemli parametrelerdir. Jige beslenen malzemeye bağlı faktörler: Jige beslenen mineraller arasındaki özgül ağırlık farkı arttıkça ayırma hassasiyeti artmaktadır. Tüm gravite cihazlarda olduğu gibi, dar tane boyutunda (birbirine yakın boyutta) besleme, tane şekli de önemlidir. Jigin çalışma koşullarına bağlı faktörler: Jige beslenen malzemenin besleme hızı, su miktarı, ayırma yoğunluğu gibi faktörler sıralanabilir Jig tipleri Jiglerde ayırma olayının gerçekleştiği akışkan ortamın hareketini sağlayan sistemin yöntemi jigin tiplerini belirlemektedir. Hareketli elekli jigler Pistonlu jigler Diyaframlı (Membranlı) jigler Hava kamaralı jigler 5. Jig ile Zenginleştirme Deneyi Bu deneyin amacı, farklı yoğunluklara sahip minerallerden oluşan cevherlerin düşey hareketli bir akış ortamındaki zenginleştirilme işlemini gözlemlemek ve Denver tipi bir jig kullanarak cevher zenginleştirme işlemini gerçekleştirmektir Deneyin Yapılışı Ayrılacak mineral olarak kırılmış ve sınıflandırılmış ağır cevher veya kömür örneği kullanılmaktadır. Çalıştırmadan önce Denver jigi su ile doldurulur. Tekne suyu beslemesi için makine durgun bir su deposuna bağlanmalıdır. Jig makinesi çalıştırılır ve su taşması duruncaya kadar beklenir. Jige elek açıklığından daha iri boylarda ve sınıflandırılmış cevher beslemesi yapılır. Tabakalaşma gözlemleninceye kadar makine çalıştırılır. Jig makinesi durdurup, ürünleri elle ayrı kaplara alınarak, gözlemlenir. Aynı deneyi yapay yatak kullanılarak gerçekleştiriniz. Yapay yatağın etkisini gözlemleyiniz. Jig ürünlerin miktarları ve kimyasal analizleri yapılarak zenginleştirme verimi belirlenir ve deney sonucu yorumlanır. 6. Değerlendirme ve Çalışma Soruları 1. Deneysel gözlemlerinizi, bulgularınızı ve yorumlarınızı yazınız. 2. Jigin yapısal ve çalışma faktörleri ile beslenen malzemeye bağlı faktörleri açıklayınız. 3. Endüstride kullanılan jig tiplerinin şekillerini çizerek, kısaca açıklayınız. 4. Jigde ayırmayı verimini arttırmak için neler yapılabilir, tartışarak açıklayınız? 5. Jiglerde yapay yatak kullanılmasının sağladığı üstünlükler nelerdir, açıklayınız? 6. Günde 850 ton galen ve kuvarstan oluşan kurşun cevheri işleyen bir jig zenginleştirme tesisinden %33.6 Pb tenörlü konsantre %93.7 metal kazanma verimi ile elde edilmektedir. Zenginleştirme tesisine beslenen cevher %18.3 Pb tenörüne sahiptir. Bu tesiste zenginleştirme işlemi iki kademe halinde gerçekleştirilmektedir. 1.kademede -10 mm altına indirilen cevher iri jig zenginleştirme işlemine tabi tutularak %27.9 Pb içeren bir iri konsantre ve ağırlıkça %65 oranında kaba artık elde edilmektedir. 2.kademe zenginleştirme işlemi ise cevher -2 mm altına indirildikten sonra sallantılı masalarda gerçekleştirilmiştir. 2.kademe zenginleştirme işleminden sonra %2.7 Pb içeren bir artık elde edilmektedir. Buna göre; a) Zenginleştirme tesisinin akım şemasını çiziniz. b) İnce konsantre miktar ve tenörü ile artığın miktarını bulunuz. Tesisin zenginleştirme oranını hesaplayınız. 5