Bahar Zümrüt YILMAZER

KÜRE FLOTASYON TESİSİ KABA KONSANTRESİNİN FLOTASYONUNDA SELÜL HİDRODİNAMİK PARAMETRELERİNİN MEKANİK TAŞIMAYA ETKİSİ Bahar Zümrüt YILMAZER Yüksek Lisans Tezi MADEN MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ISPARTA 2

T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KÜRE FLOTASYON TESİSİ KABA KONSANTRESİNİN FLOTASYONUNDA SELÜL HİDRODİNAMİK PARAMETRELERİNİN MEKANİK TAŞIMAYA ETKİSİ BAHAR ZÜMRÜT YILMAZER YÜKSEK LİSANS TEZİ MADEN MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ISPARTA 2

Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürlüğüne Bu çalışma jürimiz tarafından MADEN MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI nda YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Başkan : Doç. Dr. ÜNAL AKDEMİR... Üye :Y..Doç. Dr. EMİN CAFER ÇİLEK... Üye :Y..Doç. Dr. ATA UTKU AKÇIL... ONAY Bu tez.../.../ 2 tarihinde Enstitü Yönetim Kurulunca belirlenen yukarıdaki jüri üyeleri tarafından kabul edilmiştir..../.../ 2 S.D.Ü. FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MÜDÜRÜ Prof. Dr. Remzi KARAGÜZEL

i İÇİNDEKİLER Sayfa İÇİNDEKİLER i ÖZET... iii ABSTRACT... iv TEŞEKKÜR... v ŞEKİLLER DİZİNİ... vi ÇİZELGELER DİZİNİ... ix 1.GİRİŞ... 1 1.1.Flotasyon Tekniği... 3 1.2.Flotasyon Reaktifleri... 6 1.2.1.Kontrol Reaktifleri... 6 1.2.2.Toplayıcı Reaktifler... 7 1.2.3.Köpürtücü Reaktifler... 9 1.3.Flotasyon Makinaları... 11 1.4.Flotasyon Makinalarının Sınıflandırılması... 11 1.4.1.Hava Üflemeli Makinalar... 12 1.4.2.Kendinden Havalandırmalı Makinalar... 13 1.4.3.Pnömatik(Havalı) Makinalar... 14 1.4.4.Köpük Ayırıcılar... 15 1.4.5.Flotasyon Kolonları... 16 1.5.Selül Hidrodinamik Parametreleri... 18 1.6.Flotasyon Devreleri... 21 1.6.1.Kaba-Süpürme Devresi... 21 1.6.2.Kaba-Süpürme-Temizleme Devresi... 22 1.6.3.Tekrar Temizleme Devresi... 22 1.7.Bakır Cevherleri Flotasyonu... 23 1.7.1.Sülfürlü Bakır Cevherleri Flotasyonu... 23 1.8.Sülfürlü Bakır Cevherleri Flotasyonunun Türkiyedeki Uygulamaları... 23 2.KAYNAK BİLGİSİ... 26 2.1.Flotasyonda Mekanik Taşıma... 26

ii 2.2.Mekanik Taşıma Modelleri... 27 2.3. Mekanik Taşıma Modellerinin Değerlendirilmesi... 37 2.4.Selül Hidrodinamik Parametrelerinin Mekanik Taşımaya Etkisi... 38 2.5.Tesis Akım Şeması ve Operasyonun Tanıtımı... 38 2.5.1.Tesis Performansının Değerlendirilmesi... 41 3.MATERYAL VE METOT... 44 3.1.Deney Numuneleri... 44 3.2.Deneysel Yöntem... 46 4.BULGULAR VE TARTIŞMA... 48 4.1. Deney Sonuçlarının Flotasyon Performansı Açısından Değerlendirilmesi.. 5 4.2. Deney Sonuçlarının İstatistiksel Açıdan Değerlendirilmesi... 96 4.3. İlave Deneyler... 16 5.SONUÇLAR VE ÖNERİLER... 18 6.KAYNAKLAR... 113 ÖZGEÇMİŞ... 115

iii ÖZET Karadeniz bölgesinde yer alan Küre bakır flotasyon tesisi, flotasyonu zor olan bakır cevheri işleyen tesislerden biridir. Tesiste, ortalama % 1.7 Cu ve % 37 S içeren ve masif ve emprenye olarak adlandırılan iki farklı bakır cevherinin bir karışımı zenginleştirilmektedir. Emprenye bakır cevherinde ana mineral olarak silisli matris içinde ince boyutta saçılmış kalkopirit minerali bulunmaktadır. Masif cevherde ise, ana bakır minerali kalkopirit çoğunlukla pirit minerali içinde dağılmış durumda bulunmakta olup bu cevher içinde silisli mineraller azınlıktadır (%1-15). Tesiste üretilen kaba konsantre dört defa temizlenerek ortalama %15-18 Cu içeren bir nihai konsantre ve göreceli olarak yüksek pirit içeriğine sahip bir artık üretilmektedir. Göreceli olarak düşük sayılabilecek tenöre sahip bir konsantre üretilmesinin ana nedenlerinden birinin muhtemelen mekanik taşıma olabileceği düşünülebilir. Çünkü cevher içindeki değerli mineralin, diğer sülfürlerden ve silisli minerallerden serbestleşme boyutu.38mm olup, tesiste hava akış hızı, köpük yüksekliği vb. gibi mekanik taşımada etkin olan flotasyon parametrelerinin optimum olmadığı kabul edilebilir. Bu nedenle, bu tez kapsamında üç değişkenli deney tasarımı kullanılarak bazı hidrodinamik parametrelerin flotasyon üzerine etkileri araştırılmış ve optimum değerleri belirlenmiştir. Ayrıca araştırılan parametrelerin farklı değerleri için elde edilecek flotasyon performanslarının kestirilmesi için de bir ampirik model oluşturulmuştur. Deneysel çalışmalar, tesis kaba konsantresinden alınan temsili numuneler üzerinde yapılmıştır. Sonuç olarak, tesisteki birinci temizleme metalurjik performansının artırılabileceği ve böylelikle tesisteki temizleme aşamalarının azaltılabileceği ve

iv ayrıca oluşturulan ampirik modelden elde edilen kestirimler ve deney sonuçları arasında iyi bir uyumun olduğu da belirlenmiştir. Bu tezin sonuçları, flotasyonun bazı hidrodinamik parametreleri kontrol edilerek mekanik taşımanın kontrol altında tutulabileceğini ve azaltılabileceğini göstermiştir. ANAHTAR KELİMELER : Flotasyon, mekanik taşıma, hidrodinamik parametreler ABSTRACT The Küre concentrator in the Black Sea Region of Turkey is one of the plants processing difficult-to-float copper ores with different grades. The plant feed, which contains average 1.7 % Cu and 37 % S, is a mixture of two types of copper sulphide ores which are named as the disseminated copper ores and the massive copper ore. The mineralogical properties of the disseminated ore have considerable differences from the massive ore. The main copper mineral is chalcopyrite, which is distributed in the siliceous minerals (-7 %) in the disseminated ore. Chalcopyrite is generally finely distributed in pyrite, which is the major gangue mineral of the massive ore and associated with relatively little amount of silica being around 1-15 %. The rougher concentrate is cleaned three times and final Cu concentrate, containing 15-17 % Cu, is produced in the plant, and tailing of the plant having relatively high-grade pyrite, is currently discharged to tailing disposal. One of probable reasons of the production of low grade final concentrate is the mechanical entrainment. Because the liberation size of the valuable mineral is.38 mm and, the flotation parameters which control the mechanical entrainment is un-optimised in the plant such as the froth thickness, the air flow-rate, etc. Therefore, effects of some important hydrodynamic parameters were investigated by using and experimental design and optimised in this thesis and, an empirical model was established to estimate the metallurgical performance of the plant rougher stage at different values of the parameters researched. The experiments were conducted on a representative sample taken from the rougher concentrate stream.

v As a result, it was determined that the metallurgical performance of the first cleaner stage of the plant can be increased and, this increment could lead to decrease in the numbers of the cleaning stages in the plant and, there was a good agreement between the observed and estimated results from the model established. In addition to this, the results of the thesis demonstrated that mechanical entrainment can be controlled and, decreased by means of the controlling of some hydrodynamic parameters. KEY WORDS: Flotation, mechanical entrainment, hydrodynamic parameters TEŞEKKÜR Tez danışmanım Sayın Yrd. Doç. Dr. Emin Cafer ÇİLEK e, deneysel çalışmalarımda gerekli ortamı hazırladığı için ve bu tezin oluşumuna düşünceleri, gözlemleri ve önerileriyle katkıda bulunduğu için teşekkür ederim. Maddi ve manevi desteğini esirgemeyen aileme teşekkür ederim.

vi Şekiller Dizini Sayfa Şekil 1.1. Stern modeline göre elektriksel çift tabaka potansiyelinin değişimi... 5 Şekil 1.2.2. Toplayıcı reaktiflerin sınıflandırılması... 8 Şekil 1.4. Flotasyon makinalarının sınıflandırılması... 11 Şekil 1.4.1. Hava üflemeli flotasyon makinası... 12 Şekil 1.4.2. Kendinden havalandırmalı makine... 13 Şekil 1.4.3. Davcra selülü... 14 Şekil 1.4.4 Köpük seperatörü... 15 Şekil 1.4.5. Flotasyon kolonu... 18 Şekil 1.6.1. Kaba-süpürme devresi akım şeması... 21 Şekil 1.6.2. Kaba-süpürme-temizleme devresi akım şeması... 22 Şekil 1.6.3. Tekrar temizleme devresi akım şeması... 23 Şekil 1.8.1. Murgul flotasyon tesisi Akım Şeması... 24 Şekil 1.8.2. Ergani flotasyon tesisi Akım Şeması... 25 Şekil 2.1. Mekanik taşıma mekanizmaları... 26 Şekil 2.2.1. Kuvars için katı verimine karşı su verimi sonuçları... 3 Şekil 2.2.2. Toplayıcılı ve toplayıcısız flotasyon testleri kullanılarak mekanik taşımanın belirlenmesi... 31

vii Şekil 2.2.3. Flotasyon koşulları değiştirilerek mekanik taşımanın belirlenmesi... 32 Şekil 2.2.4. Kasiderit ve gang mineralleri için katı verimine karşı su verimi... 33 Şekil 2.2.5. Ross tarafından önerilen yöntemle gerçek flotasyon ve mekanik taşıma miktarlarının hesaplanması... 35 Şekil 2.5. Küre flotasyon tesisi akım şeması... 39 Şekil 3.2.2. Flotasyon deneylerinde kullanılan 1l hacimli selül... 47 Şekil 4.1.2. Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%1 katı; T f = 2 cm)... 52 Şekil 4.1.3. Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%1 katı; T f = 4 cm)... 53 Şekil 4.1.4. Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%1 katı; T f = 6 cm)... 54 Şekil 4.1.6. Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (% katı; T f = 2 cm)... 56 Şekil 4.1.7. Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (% katı; T f = 4 cm)... 57 Şekil 4.1.8. Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (% katı; T f = 6 cm)... 58 Şekil 4.1.1. Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%3 katı; T f =2 cm)... Şekil 4.1.11. Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%3 katı; T f = 4 cm)... 61

viii Şekil 4.1.12. Şekil 4.1.14. Şekil 4.1.15. Şekil 4.1.16. Şekil 4.1.18. Şekil 4.1.19. Şekil 4.1.. Şekil 4.1.22. Şekil 4.1.23. Şekil 4.1.24. Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%3 katı; T f = 6 cm)... 62 Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%1 katı; T f = 2 cm)... 64 Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%1 katı; T f = 4 cm)... 65 Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%1 katı; T f = 6 cm)... 66 Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (% katı; T f = 2 cm)... 68 Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (% katı; T f = 4 cm)... 69 Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (% katı; T f = 6 cm)... 7 Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%3 katı; T f = 2 cm)... 72 Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%3 katı; T f =4 cm)... 73 Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%3 katı; T f = 6 cm)... 74

ix Şekil 4.1.26. Şekil 4.1.27. Şekil 4.1.28. Şekil 4.1.3. Şekil 4.1.31. Şekil 4.1.32. Şekil 4.1.34. Şekil 4.1.35. Şekil 4.1.36. Şekil 4.1.37. Şekil 4.2.13. Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%1 katı; T f = 2 cm)... 76 Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%1 katı; T f = 4 cm)... 77 Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%1 katı; T f = 6 cm)... 78 Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (% katı; T f = 2 cm)... Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (% katı; T f = 4 cm)... 81 Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (% katı; T f = 6 cm)... 82 Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%3 katı; T f = 2 cm)... 84 Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%3 katı; T f = 4 cm)... 85 Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit, gang ve su verimlerinin değişimi (%3 katı; T f = 6 cm)... 86 Flotasyon süresinin bir fonksiyonu olarak kalkopirit, pirit ve gang tenör ve verimlerinin değişimi (4.5 Dakika Flotasyon Süresi). 95 Çok değişkenli lineer olmayan modelden hesaplanan değerlerin gözlenen değerlerle ilişkisi... 15

x Şekil 4.2.14. Çok değişkenli lineer modelden hesaplanan değerlerin gözlenen değerlerle ilişkisi... 15 Çizelgeler Dizini Sayfa Çizelge 3.1. Kaba konsantre elek-metal denge çizelgesi... 45 Çizelge 3.2.1. Flotasyon deneyleri şartları... 46 Çizelge 4.1.1. Farklı hava akış hızı ve köpük yüksekliğinde yapılan 1 dakika köpük alma süreli flotasyon deney sonuçları (%1 katı oranı). 51 Çizelge 4.1.5. Farklı hava akış hızında ve köpük alma süresinde yapılan 1dakika köpük alma süreli flotasyon deney sonuçları (% katı oranı). 55 Çizelge 4.1.9. Farklı hava akış hızlarında ve köpük yüksekliklerinde yapılan 1 dakika köpük alma süreli flotasyon deneyleri(%3 katı oranı). 59 Çizelge 4.1.13. Farklı hava akış hızlarında ve köpük yüksekliklerinde yapılan 1.5 dakika köpük alma süreli flotasyon deney sonuçları(%1 katı oranı)... 63 Çizelge 4.1.17. Farklı hava akış hızlarında ve köpük yüksekliklerinde yapılan 1.5 dakika köpük alma süreli flotasyon deneyleri(% katı oranı). 67

xi Çizelge 4.1.21. Farklı hava akış hızlarında ve köpük yüksekliklerinde yapılan 1.5 dakika köpük alma süreli flotasyon deney sonuçları(%3 katı oranı)... 71 Çizelge 4.1.25. Farklı hava akış hızlarında ve köpük yüksekliklerinde yapılan 2.5 dakika köpük alma süreli flotasyon deney sonuçları(%1 katı oranı)... 75 Çizelge 4.1.29. Farklı hava akış hızlarında ve köpük yüksekliklerinde yapılan 2.5 dakika köpük alma süreli flotasyon deneyleri(% katı oranı)... 79 Çizelge 4.1.33. Farklı hava akış hızlarında ve köpük yüksekliklerinde yapılan 2.5 dakika köpük alma süreli flotasyon deney sonuçları(%3 katı oranı)... 83 Çizelge 4.1.34. 4.5 Dakika köpük alma süreli flotasyon deney sonuçları (% katı oranı, V a =5 l/dk, T f =4 cm)... 94 Çizelge 4.2.1. 1 Dakika köpük alma süreli flotasyonda kalkopirit verimi için varyans analizi(anova)... 96 Çizelge 4.2.2. 1 Dakika köpük alma süreli flotasyonda kalkopirit tenörü için varyans analizi(anova)... 97 Çizelge 4.2.3. 1 Dakika köpük alma süreli flotasyonda su verimi için varyans analizi(anova)... 97 Çizelge 4.2.4. 1 Dakika köpük alma süreli flotasyonda gang verimi için varyans analizi(anova)... 98 Çizelge 4.2.5. 1.5 Dakika köpük alma süreli flotasyonda kalkopirit verimi için varyans analizi(anova)... 99

xii Çizelge 4.2.6. 1.5 Dakika köpük alma süreli flotasyonda kalkopirit tenörü için varyans analizi(anova)... 99 Çizelge 4.2.7. 1.5 Dakika köpük alma süreli flotasyonda su verimi için varyans analizi(anova)... Çizelge 4.2.8. 1.5 Dakika köpük alma süreli flotasyonda gang verimi için varyans analizi(anova)... Çizelge 4.2.9. 2.5 Dakika köpük alma süreli flotasyonda kalkopirit verimi için varyans analizi(anova)... 12 Çizelge 4.2.1. 2.5 Dakika köpük alma süreli flotasyonda kalkopirit tenörü için varyans analizi(anova)... 12 Çizelge 4.2.11. 2.5 Dakika köpük alma süreli flotasyonda su verimi için varyans analizi(anova)... 13 Çizelge 4.2.12. 2.5 Dakika köpük alma süreli flotasyonda gang verimi için varyans analizi(anova)... 13 Çizelge 4.3.1. Tesis şartlarında yapılan 4 aşama temizleme deney sonuçları... 16 Çizelge 4.3.2. Optimum şartlarda yapılan 4 aşama temizleme deney sonuçları..17

1 GİRİŞ Flotasyon, çok ince tane büyüklüğünde ayrılması mümkün olan minerallere uygulanan bir zenginleştirme yöntemi olup, gravite vb. yöntemlerle zenginleştirilmeleri mümkün olmayan, pek çok düşük tenörlü veya kompleks yapılı cevher yatağının işletilmesini mümkün kılarak, madencilik endüstrisinin gelişmesine yol açmıştır. Zamanımızda bakır, çinko, kurşun, gümüş gibi metallerin dünya ihtiyacının büyük bir kısmı flotasyon ile elde edilmektedir (Atak, 199). Flotasyon performansı üzerinde ph, besleme hızı, tane boyutu, kullanılan reaktifler, cevher ve mineral özellikleri vb. parametreler oldukça etkindirler (Arbiter ve Harris, 1962). Mineral tanelerinin hava kabarcığına bağlanmadan, sıvı film içinde konsantreye taşınması ise mekanik taşıma olarak tanımlanmaktadır. Mekanik taşımada, ince taneler, köpük fazına, yukarı yükselen hava kabarcığının arkasında veya kabarcıklar çevresindeki su ile ya da yükselen kabarcıklar tarafından itilen su ile taşınmaktadır. Mekanik taşımada hidrofobik ve hidrofilik mineraller arasında seçimlilik söz konusu olmadığından, ince taneler bu mekanizma ile konsantreye aynı anda taşınmaktadırlar. Bu durum, gang minerali ve değerli mineral verimini artırırken değerli mineralin tenörünün düşmesine sebep olmaktadır. Mekanik taşımanın en aza indirgenmesi için, selül hidrodinamiği ile doğrudan ilişkili olan hava akış hızı, köpük yüksekliği, katı oranı ve köpük alma süresinin göz önüne alınması ve kontrol edilmesi gerekmektedir. Hava akış hızı artışı, köpüğün yükselme ve terketme hızını artırmaktadır. Bununla birlikte, katı oranı artışı, yoğunluk ile doğrudan ilişkili olması dolayısıyla hava kabarcıklarının yer değiştirme hızının azalmasına, ayrıca konsantreye kabarcıklar arasında taşınan ince tane miktarının artmasına sebep olmaktadır. Köpük yüksekliği artışı, kabarcıklar arasında konsantreye taşınan ince tane miktarını azaltmaktadır. Kabarcıklar arasında konsantreye taşınan

2 ince tane miktarı artışını meydana getiren parametrelerden bir diğeri ise köpük alma süresi artışı olarak bilinmektedir. Bu çalışmada, Küre Flotasyon tesisinden alınan kaba konsantre numunesi ile yapılan deneylerle, hava akış hızı, katı oranı, köpük yüksekliği ve köpük alma süresi gibi parametrelerin flotasyon performansına ve mekanik taşımaya etkilerinin gözlemlenmesi amaçlanmıştır.

3 1.1. Flotasyon Tekniği Flotasyon, madenciliğin önemli bir kısmını oluşturan cevher hazırlamada, geniş uygulama alanı olan bir zenginleştirme yöntemidir. Bu yöntem; ince boyutlu mineralleri, bu minerallerin fizikokimyasal yüzey özellikleri farklılığından yararlanarak zenginleştirme esasına dayanmaktadır. Flotasyon yöntemi, düşük tenörlü ve karmaşık cevherlerin zenginleştirilmesine olanak sağlamıştır. Flotasyonda temel olarak şu işlemler gerçekleştirilmektedir. Belirli bir miktar su ile karıştırılan cevher (pulp), kondüsyon (kıvam) tanklarında karıştırılmakta ve reaktifler ilave edildikten sonra mineraller arasında yüzey özellikleri farklılıkları belirgin hale gelmektedir. Flotasyon selülüne aktarılan kıvamlanmış pulpun bulunduğu ortama, hava verilerek kabarcık oluşturulmaktadır. Taneler karıştırma işlemi etkisiyle hava kabarcıkları ile çarpışmakta ve bunlardan hidrofobik(su sevmeyen) olanlar hava kabarcıklarına yapışmaktadır. Yüklenmiş hava kabarcıkları pulp yüzeyine yükselerek köpük tabakası meydana getirmektedir. Köpük tabakası sıyrılarak veya taşarak alınmakta ve selül içinde kalan kısımdan ayrılmaktadır. Flotasyonda katı, sıvı ve gaz fazları etkileşim halindedir. Bu etkileşim ile sıvıkatı, sıvı-hava, katı-hava arayüzeyleri meydana gelmektedir. Flotasyon yönteminde amaç, yüzdürülmek istenen mineral yüzeyinde su-katı arayüzeyi yerine katı-hava arayüzeyi oluşturmaktır. Yüzeyleri polar olan mineraller kuvvetli kovalent bağlarla bağlı moleküllerden meydana gelmektedir. Kırılma yüzeyleri iyonik bağlardan oluşmaktadır, su molekülleri ile reaksiyona girebilmekte ve ıslanmaktadırlar. Böyle minerallere hidrofil (su sever) mineraller denilmektedir.

4 Yüzeyleri polar olmayan mineraller zayıf kovalent bağlarla bağlıdırlar ve kırılma yüzeyleri de van der walls kuvvetleriyle bağlıdır. Böyle mineral yüzeyleri doğal hidrofobdur. Bu tip mineral örnekleri, grafit, kükürt, molibdenit, elmas, kömür ve talk tır. Bunlar hava kabarcığına kolayca yapışabilmektedir. Hidrofil minerallerin hava kabarcığına yapışabilmeleri için, yüzey özelliklerinin değiştirilmesi, yüzeylerinin hidrokarbon tabakası ile kaplanması gerekmektedir. Katı su içine konulduğunda katıdan sıvıya, sıvıdan katıya iyon geçişi olmaktadır. Bu iyon geçişi katı yüzeyinin belirli işaret ve değerde elektrik yükü kazanmasını sağlamaktadır. Yüzey elektrik yükünü belirleyen ve değiştiren iyonlar, potansiyel tayin eden iyonlardır. Yüzey yakınında birikerek yüzey elektrik yükünü dengelemeye çalışan, yüzey ile zıt işaretli iyonlar ise dengeleyici iyonlardır. Bu iyonların konsantrasyonları yüzeye yakın kısımlarda artmakta, yüzeyden uzaklaştıkça azalmaktadır. Böylece elektriksel çift tabaka oluşmaktadır. Denge durumunda mineral yüzeyi potansiyeli sıfıra inmekte ve katı yüzeyindeki elektrik yükü ile dağılmış iyonlar tarafından oluşturulan elektrik yükü dengelenmektedir. Ortam ph ının değişmesine bağlı olarak minerallerin yüzey elektrik yükleri değişmektedir. Hidrojen iyonu konsantrasyonu arttırıldıkça, H + iyonu mineral yüzeyinde birikerek mineral yüzeyini pozitif işaretli hale getirmekte, OH - konsantrasyonu arttırıldıkça ise mineral yüzeyinde OH - birikerek mineral yüzeyi negatif hale gelmektedir. Mineral yüzeyinin pozitif ve negatif olduğu ph değerleri arasında yüzey elektrik yükünü sıfır yapan bir ph değeri bulunmaktadır. Bu ph değerine sıfır yük noktası denilmektedir. Sıfır yük noktası altındaki ph değerlerinde mineral yüzeyi pozitif işaretli, üstündeki ph değerlerinde ise mineral yüzeyi negatif işaretlidir (Atak, 1992). Stern (1924) katı yüzeyine yakın bölgeyi, iki farklı kısma ayırmıştır. İlk kısım, yüzeye adsorbe olmuş ve δ mesafesine kadar uzanan, kompakt bir iç tabaka oluşturan moleküllerden ibarettir. Bu tabaka literatürde Stern düzlemi olarak adlandırılmaktadır. İkinci kısım Stern düzleminden başlayan ve çözelti tarafına

5 uzanan difüz bir tabakadan ibarettir (Polat, 1993). İlk düzlemdeki zıt işaretli iyonlar yüzey potansiyelini doğrusal olarak azaltmakta, hemen yanında dağılmış iyonları bulunduran ikinci kısımda ise, yüzey potansiyelinin azalışı doğrusal olmamakta ve uzaklaştıkça sıfıra düşmektedir. Katı yüzeyinin ölçülebilen potansiyeline zeta potansiyeli (elektrokinetik potansiyel) denilmektedir. Aşağıdaki şekilde Stern modeline göre elektriksel çift tabaka potansiyelinin değişimi gösterilmektedir. Çift Tabaka Çözelti + - - + + - + - - - + + - + + - + - - - - + Ψ Ψ δ Stern Tabakası Kayma düzlemi Ψ(x) Ψ : Yüzey potansiyeli Ψ δ : Zeta potansiyeli Ψ(x): Yüzey potansiyeli fonksiyonu x δ 1 /Κ Şekil 1.1. Stern Modeline Göre Elektriksel Çift Tabaka Potansiyelinin Değişimi Zeta potansiyeli ile elektriksel çift tabaka kalınlığı doğru orantılı olarak bilinmektedir. Zeta potansiyelinin, dolayısıyla elektriksel çift tabaka kalınlığının artması flotasyon işleminde seçimliliği sağlamaktadır. Şöyleki;

6 elektriksel çift tabaka kalınlığının artmasıyla birlikte taneler birbirinden uzaklaşmakta ve tanelerin topaklanması engellenmektedir. Flotasyonu yapılan cevher için belirli bir ph değerinde değerli mineral veya mineraller ile gang minerallerinin yüzey yükleri zıt işaretli olmaktadır. Bu ph değeri flotasyon süresince sabit tutulmaktadır ve her cevher için farklı olmaktadır. Seçimliliğin sağlanması ve hangi reaktifin kullanılması gerektiğini belirlemesi açısından önemlidir. Bu ph değeri minerallerin zeta potansiyeli eğrilerinden yola çıkılarak belirlenmektedir. Farklı cevherler için zeta potansiyeli eğrileri bulunmaktadır. Bu eğrilerde değerli mineral veya minerallerle gang minerallerinin, ph değerlerine karşılık zeta potansiyelleri gösterilmektedir. 1.2. Flotasyon Reaktifleri 1.2.1. Kontrol Reaktifleri Kontrol reaktifleri; ph ayarlayıcı reaktifler, dağıtıcı reaktifler, canlandırıcı reaktifler ve bastırıcı reaktifler olarak sınıflandırılmaktadır. Kontrol reaktifleri, bir mineralin yüzeyini flotasyon için uygun değilse uygun hale getirmek amacıyla kullanılmaktadır. Ortam ph ı minerale olan etkisinden başka, reaktif kullanımını da etkilemektedir. Reaktifler özelliklerine göre belli ph aralığında kullanılmaktadır. ph değerinin bazik ortamlarda tutulmasında kullanılan reaktifler CaO (kireç), NaOH ve NaCO 3 tır. Asit ortamlarda tutulmasında ise genellikle H 2 SO 4 ve HCl kullanılmaktadır. Dağıtıcı reaktifler, minerallerin topaklanmasını sağlayan iyonları etkinsizleştirerek topaklanmayı engellemektedir. Örneğin, dağıtıcı reaktiflerden biri olan Na 2 SiO 3 (sodyum silikat), kalsiyumu etkinsizleştirmektedir. Sodyum hekza metafosfat (Kalgon) ise, su içindeki Ca 2+, Mg 2+ vb. iyonları etkinsizleştirerek bu iyonların topaklanma, şlamla kaplama gibi olumsuz etkilerini gidermektedir.

7 Canlandırıcı reaktifler, yüzmesi istenilen fakat toplayıcı molekülleri ile reaksiyona girmeyen mineral yüzeylerini yüzebilir hale getirmektedir. Bu reaktifler, genellikle metal iyonlarının mineral yüzeyine kimyasal olarak adsorblanmasıyla toplayıcının işlevini mümkün kılmaktadır. CuSO 4 (Bakır Sülfat), ZnS i canlandırmaktadır. Na 2 S (Sodyum Sülfür), kısmen oksitlenmiş sülfür minerallerinin flotasyonunda canlandırıcı olarak kullanılmaktadır. Bastırıcı reaktifler, yüzmesi istenmeyen mineral yüzüyorsa, yüzmesini engellemek için kullanılmaktadır. ZnSO 4 (Çinko Sülfat) sülfür flotasyonunda sfaleriti bastırmak için kullanılabilmektedir (Kaya, 1998). 1.2.2. Toplayıcı Reaktifler Toplayıcı reaktifler mineralin yüzeyini kaplayarak hava kabarcığına yapışmasını sağlamaktadır. Toplayıcı reaktifler, iyonlaşanlar ve iyonlaşmayanlar olmak üzere iki kısma ayrılmaktadır. İyonlaşmayan toplayıcılar sadece apolar kısımdan oluşmaktadır ve doğal hidrofobik minerale eklenerek, konsantre tenörünü ve verimini arttırmaktadır. İyonlaşan toplayıcılar, pozitif veya negatif yüklü polar kısım ve hidrokarbon grubu içeren polar olmayan kısım olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır.toplayıcının polar kısmı, mineral yüzeyine kimyasal, fiziksel ya da özel adsorbsiyon yoluyla bağlanmakta ve yüzeyin polar olmayan hidrokarbon tabakası ile kaplanmasını sağlamaktadır. Böylece mineral hidrofobik özellik kazanmaktadır.toplayıcı reaktifler polar kısımlarının pozitif veya negatif oluşuna göre ikiye ayrılmaktadır. Polar kısmı negatif olan toplayıcılara anyonik toplayıcılar, polar kısmı pozitif olan toplayıcılara katyonik toplayıcılar denilmektedir. Anyonik toplayıcılar, polar kısımlarının niteliklerine göre sülfidril ve oksihidril olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır.

8 Toplayıcılar İyonlaşan İyonlaşmayan Toplayıcılar Katyonikler Anyonikler Oksihidriller Sülfühidriller Karboksilatla Sülfatlar Sülfonatla Ksantatla Ditiyofosfatla Şekil 1.2.2. Toplayıcı Reaktiflerin Sınıflandırılması Sülfidril toplayıcıların polar kısımlarında iki değerlikli kükürt elementi bulunmaktadır. En önemli sülfidril toplayıcılar ksantatlar ve ditiofosfatlar olarak bilinmektedir. Ksantatlar sülfürlü minerallerin flotasyonunda tercih edilmektedir ve bir alkali hidroksitin karbonsülfür ve bir alkol ile reaksiyona

9 girmesi sonucu oluşmaktadır. En çok kullanılan ksantatlar etil, izopropil, izobütil, amil ve hekzil ksantatlar olarak bilinmektedir. Ksantik asitler orta derecede zayıf asitlerdir ve nötr ve bazik ortamda ksantat iyonu vermektedir. Alkali ve toprak alkali tuzları suda eriyen ksantatlar ağır metallerle suda erimeyen bileşikler oluşturmaktadır. Ditiofosfatlar, fosfor penta sülfürün alkol, fenol gibi organik bileşikler ile reaksiyonundan oluşmaktadır ve Aerofloat adı ile piyasaya sunulmaktadır. Ditiofosfatlar, ksantatlara göre daha kuvvetli asit özelliği göstermekte ve asit ortamda belli oranda iyonlaşmaktadır. Sülfürlerin flotasyonunda ksantatlara göre demir sülfürlere karşı daha seçimli bir flotasyon işlemini mümkün kılmaktadır. Oksihidril toplayıcılar silikatların, ağır metal oksitlerinin, tuz tipi minerallerin flotasyonunda kullanılmaktadır. En önemli oksihidril toplayıcılar, yağ asitleri, sabunlar ve organik sülfat ve sülfonatlar olarak bilinmektedir. Yağ asitleri ve sabunlar, toprak alkali metallerin, baz metallerin, ağır metal oksitler ve silikatlerin flotasyonunda kullanılmaktadır. Yağ asitleri zayıf asitler olup, nötr veya alkali ortamda etkili olmaktadır. Organik sülfat ve sülfonatlar, kuvvetli asit tuzları olmalarından dolayı asit ortamda da iyonlaşmaktadır ve metal oksitlerin flotasyonunda kullanılmaktadır. Katyonik toplayıcıların en önemlisi aminlerdir. Aminler, fiziksel olarak adsorblanmaktadır ve silikat, karbonat, kromit gibi oksitlerin flotasyonunda kullanılmaktadır. Aminler yüksek ph larda hidroliz olmaktadır (Kaya, 1998). 1.2.3. Köpürtücü Reaktifler

1 Flotasyonda mineral yüzeyleri toplayıcı molekülleri ile kaplanarak hidrofob hale getirildikten sonra bir diğer aşama hidrofob minerallerin hava kabarcıklarına yapışarak pulp yüzeyine yükselmesi olarak bilinmektedir. Flotasyon pulpuna, flotasyon makinaları tarafından beslenen hava pulp içinde dağılarak kabarcık oluşturmaktadır. Köpük, flotasyon pulpunun yüzeyinde belirli hacim ve sağlamlıkta, mineral ile yüklenmiş hava kabarcığı tabakası oluşması şeklinde tanımlanmaktadır. Köpürtücü reaktifler, sağlam ve dayanıklı köpük oluşumunu sağlamaktadır. Köpürtücü reaktifler de toplayıcı reaktifler gibi polar ve apolar kısımlardan oluşmaktadır. Köpürtücü reaktifler sıvı-hava arayüzey gerilimini düşürmektedir ve Gibbs adsorbsiyon bağıntısına göre: c dν Γ = * (1) RT dc konsantrasyonun az miktarda değişimine karşı yüzey gerilimi değişimi büyük olmaktadır. dν dc (yüzey gerilimi) değişiminin büyük olması, adsorbsiyon yoğunluğu ( Γ ) nun büyük olmasını sağlamaktadır. Buna bağlı olarak sağlam köpük oluşmaktadır. Hava kabarcıkları köpük halinde hareket ederken minerallerle çarpışmakta yani hava etkiye maruz kalmaktadır. Hava kabarcıkları arasındaki sıvı filmi çok akıcı ise hava kabarcıkları birleşerek büyük kabarcıklar oluşmaktadır. Köpürtücü reaktifler hava kabarcıklarına elastiklik kazandırmakta, sıvı filminin hızlı akmasını engellemekte ve kabarcıkların birleşmesine mani olmaktadır. Flotasyon işleminde kabarcıkların birleşmesi tercih edilmemektedir. Çünkü kabarcıklar birleşirse yüzey alanı azalacağından minerallerin tutunacağı alan azalmakta buradaki hidrofobik taneler pulpa karışmaktadır.

11 Köpürtücü reaktifler, toplayıcılık özelliğine sahip olmamalıdır. Toplayıcılık özelliğine sahip olurlarsa katı yüzeyine de ilgi göstereceklerinden, flotasyonda genellikle hiç toplayıcılık özelliği göstermeyen hidroksil grubundaki alkoller köpürtücü olarak kullanılmaktadır. Bunların en önemlileri Amil alkol, içinde aromatik bileşikler içeren ve en önemli bileşeni Terpinol olan Çamyağı ve Kresilik asit olarak bilinmektedir. Ayrıca poliglikol türü köpürtücülerden olan Aerofroth 65 (American Cyanamid), Minerec Corp, Dowfroth, Teefroth, Uconfrother 19,, gibi köpürtücüler sentetik yapıdadır ve bu ticari isimlerle satılmaktadır (Kaya, 1998). 1.3. Flotasyon Makinaları Flotasyon işleminin mekanik olarak gerçekleştirildiği cihazlara mekanik flotasyon makinaları denilmektedir. Mekanik flotasyon makinalarının bir flotasyon işleminde gerçekleştirilmesi beklenen fonksiyonlar şu şekilde olmaktadır (Kaya,1998). a-pulpta bulunan bütün mineral parçacıklarının flotasyon işlemi esnasında askıda tutulması, dağılımının sağlanması b-pulpta hava kabarcıkları elde etmek üzere pulpa hava verilmesi, havanın dağıtılması, pulpun hava ile karıştırılması, uygun köpük yüksekliğinin sağlanması c-pulp içinde mineral parçacıklarının hava kabarcıklarına yapışmasını sağlamak için mineral parçacıkları ile hava kabarcıklarının çarpışmasının sağlanması

12 d-mineral parçacıkları ile yüklenmiş hava kabarcıklarının, ortamdan mineral parçacıklarını bırakmadan ayrılmasını gerçekleştirmek üzere sakin bir fazın oluşturulması e-makine içinde pulpun devretmesini sağlayacak ayarlamalar yapılması 1.4. Flotasyon Makinalarının Sınıflandırılması Endüstride kullanım alanı bulan flotasyon makinaları Şekil 1.4. de görüldüğü gibi sınıflandırılabilir. Flotasyon Makinaları Hava üflemeli Kendinden havalandırmalı Pnömatik Köpük ayırıcılar Flotasyon kolonları Şekil 1.4. Flotasyon Makinalarının Sınıflandırılması (Wills, 1992). 1.4.1. Hava Üflemeli Makinalar Bu tip makinelerde flotasyon için gerekli hava bir kompresör yardımıyla sağlanmaktadır. Genel olarak bu tip makineler açık akışlı olarak çalıştırılmaktadır. Pulp seviyesi, tek bir artık saçağı (engelleyici plaka) tarafından sağlanmaktadır. Köpük Seviye Ç b ğ Basınçlı Hava

13 Şekil 1.4.1. Hava Üflemeli Flotasyon Makinası (Wills, 1992). Selül tabanındaki herhangi bir konsantrasyonda kumlamaya neden olabilecek iri tanelerin dönen karıştırıcı ve difüzör sayesinde üst zona kadar devirdaim ettirilmesi sağlanmaktadır. Ancak bu tip makinelerde kumlama olasılığı, kendinden havalandırmalı makinelere göre eğer iri taneler fazla ise daha fazla olmaktadır. Bu tip flotasyon makinelerinde; flotasyon etkinliği yüksek, operasyon basittir ve bir operatörün göstereceği dikkat çok azaltılmıştır (Wills, 1992). 1.4.2. Kendinden Havalandırmalı Makinalar Bu tip flotasyon makinaları için gerekli olan hava, karıştırıcının dönmesiyle oluşan vakum ile atmosferden hava emilmesiyle sağlanmaktadır. Emilen hava bir difüzör yardımıyla küçük kabarcıklar halinde selül içinde dağıtılmaktadır. Karıştırma hızı emilen hava miktarına bağlı olarak değiştirilmektedir. Kapasiteleri, dışarıdan hava üflemeli makinelere göre daha düşük olmaktadır. Bu makineler harici bir kompresör gerektirmemektedir. Yapıları daha karışık olan bu tip flotasyon makinelerinde verilen havanın kontrolü mümkün olmamaktadır (Wills, 1992).

14 Köpük Seviye Çubuğu Hava Mil Sabit Boru Kum Rahatlatm adeliği Besleme Borusu Pervan Difüzör Şekil 1.4.2. Kendinden Havalandırmalı Makine (Wills, 1992). Pulp içine beslenecek hava miktarı, karıştırıcı hızına bağlı olmasına karşılık, ortalama 7-1 m 3 /h olarak bilinmektedir. 1.4.3. Pnömatik(Havalı) Makinalar Bu tip flotasyon makineleri hem pulpun karıştırılması hem de hava girişi bakımından tamamen basınçlı hava ile çalışmaktadır. Bu makineler mekanik flotasyon makinelerine nazaran daha hacimli ve gevrek köpük meydana getirmektedir. Hareketli kısım yoktur. Sadece basınçlı hava sağlayan kompresörün enerji masrafı bulunmaktadır. Pnömatik flotasyon makinelerinden birisi Davcra selülüdür. (Wills, 1992).

15 Köpük Besleme Pulp Seviyesi Artık Hava Hava-Kabarcık Bölgesi Havasızlanmış bölge Şekil 1.4.3. Davcra Selülü (Wills,1992). Düzenek şekilde de görüldüğü gibi hava geçirmeyi engelleyen ve dikey bir levha tarafından ayrılan tanktan oluşmaktadır. Hava ve pulp, dağıtım borusundan tankın içine enjekte edilmektedir. Pulpun fışkırmasıyla oluşan enerji, dikey levhaya karşı harcanmaktadır. Karışım, hava kabarcıkları vasıtasıyla dağıtılmakta ve parçacıklar levhanın önündeki çalkantılı yerde biraraya toplanmaktadır. Sonra karışım, levhanın üzerinden hareketsiz hava kabarcıkları için dizayn edilmiş bölgeye akmaktadır. Düzenek çeşitli minerallerin zenginleştirilmesinde kullanılmaktadır. İlk yatırım masrafının düşük olması, daha az yer kaplaması ve metalurjik performansının yüksek olması Davcra düzeneğinin en önemli avantajları olarak bilinmektedir (Wills, 1992). 1.4.4. Köpük Ayırıcılar Köpük ayırıcılar 19 ların hemen başında eski Sovyetler Birliğinde endüstriyel ölçüde geliştirilmiştir.köpük ayırıcının prensibi, uygun durumda bulunan pulpun, köpük yatağının üzerinden akıtılması, hidrofobik parçaların

16 yataktan geçerken tutulması ve ayrılmasıdır. Bu metod özellikle işlenmemiş kaba parçaların ayrımında uygundur. Pulp makinenin üst kısmında ilave edilir ve alçak basınçlı hava oluğuna girmeden önce pulp engelleyicisinin üzerinden alçalır. Burada, köpük yatağın üzerinden akmadan önce çok sıkı bir şekilde havayla temas ettirilir. Su ve katılar köpük yatağını etkiler ve havalandırıcı borular arasından piramit şeklindeki tanka geçerler (Miller, 1988). Cevher Konsantre Konsantre Artık Şekil 1.4.4. Köpük Seperatörü (Miller, 1988). Havalandırıcılar - delikli kauçuk borulardır. Hava bunların içinden 115 kpa basınç ile gider. Makine iki tane köpük akıtıcı ağza sahiptir. Her biri 1.6 m uzunluğundadır ve %5-%7 lik katı oranındaki karışımları, 5 t/h işleme koyabilecek kapasitededirler. Batıda az kullanılmasına rağmen bu düzenekler, iri boyutlu cevherlerin işlenmesinde mekanik makinelerden on kat daha fazla potansiyele sahiptir. Bu makineler iri fosfat ve kömür için kullanılmaktadır (Miller,1988).

17 1.4.5. Flotasyon Kolonları İlk kolon flotasyonu çalışmaları 19 lı yıllarda başlamış ve özellikle 19 li yıllarda farklı tasarımlarla birlikte önemli ölçüde gelişmiştir. Endüstriyel çapta Cu, Pb, Zn, Au, endüstriyel mineraller vb. cevherlerin flotasyonla zenginleştirilmesinde uygulanmaktadır (Hall, 1992). Kolon flotasyonunun konvansiyonel flotasyona göre tercih nedenleri, getirdiği önemli üstünlükleri ile olmaktadır. Bunlar: Konvansiyonel flotasyon selüllerinde görülen türbülans akışlar, kolonda en az olmakta, bu durum ise daha seçici ve yüksek verimli temiz konsantre üretimini sağlamaktadır. Konvansiyonel flotasyonda, istenmeyen çok küçük boyutlu şlam oluşturan taneler kolon flotasyonunda daha başarılı olarak zenginleştirilmektedir. Konvansiyonel flotasyon selüllerinin kapladığı alan büyük olmasına karşılık, çok sayıdaki selül yerine bir ya da birkaç kolon aynı işlevi daha başarılı bir şekilde görmektedir. Kolon flotasyonu için yapılması gereken ilk yatırım ve işletme masrafları, konvansiyonel yönteme göre daha azdır (yaklaşık %25). Flotasyon kolonları otomatik kontrole daha uygundur (Brooks ve Fleming, 1989). Flotasyon kolonları, uzunluğu çapına göre 5-3 kat büyük olabilen ve iki bölgeden oluşan selüller olup, mekanik hiçbir parçası bulunmamaktadır. Şekil 1.4.5 de görüldüğü gibi, bir flotasyon kolonunda toplama ve kazanma bölgesi ile temizleme bölgesi bulunmaktadır. Kolonun en alt kısmında kabarcık üreteci bulunmaktadır. Üreteç tarafından oluşturulan ve yükselen bu hava kabarcıkları, kolon boyunun 2/3 ünden beslenen pulp içindeki hidrofobik tanelerle karşılaşıp, tutunmalarından sonra toplama bölgesinden temizleme bölgesine ulaşmaktadır. Temizleme bölgesinde ise, kolon flotasyonunun temel fonksiyonu gerçekleşmektedir. Burada, kolonun en üst kısmından beslenen temiz yıkama suyu sayesinde yükselen hava kabarcıklarının oluşturduğu köpük

18 fazının, küçük boyutlu hidrofilik tanelerden arındırılması işlemi gerçekleşmektedir. Toplama bölgesinden yükselen çok sayıdaki küçük kabarcıkların arasındaki sıvı filmi ile Mekanik taşınan ince taneler, üstten verilen yıkama suyunun aşağıya doğru olan akışı (pozitif bias) ile toplama bölgesine, buradan da artık akışına geçmektedir. Kolonun üst kısmından verilen bu temiz yıkama suyu sayesinde, kabarcıkların yüzeyindeki hidrofobik tanelerin arasında sıkışmış olan hidrofilik tanelerin konsantreye gelmesi önlenmiş olmaktadır. Pozitif bias ın sağlanması, hacimsel artık akış hızının hacimsel besleme hızından daha büyük olması ile gerçekleşmektedir. Temizleme bölgesi ile toplama bölgesi arasındaki köpük-pulp arayüzey seviyesinin, çalışma esnasında sabit tutulması zorunlu olup, bu şart ilave edilen yıkama suyu ile sağlanmaktadır. Arayüzeyin hemen üstünde gevşek kabarcık yatağı bulunmaktadır. Arayüzeyden temizleme bölgesine doğru gidildikçe, kabarcıklar arası su drenajı artmaktadır ve kabarcıklar sıkışık yatak oluşturmaktadır. Kolonun en üst kısmında iki işlev aynı anda birden görülmektedir. Bu işlemler, köpüğün sistemden uzaklaştırılması ve köpüğün yıkanması olarak bilinmektedir (Wills,1992; Çilek, 1993) Yıkama S Temizleme Bölgesi Konsantre Besleme

19 Şekil 1.4.5. Flotasyon kolonu 1.5. Selül Hidrodinamik Parametreleri Flotasyon performansı, flotasyonun kimyasal parametrelerinin yanında bazı hidrodinamik parametreler tarafından da etkilenmektedir. Hidrodinamik parametrelerden biri olan Reynolds sayısı, pulp homojenliğinin bir ölçüsü olarak kullanılmaktadır. Reynolds sayısı, iç kuvvetlerin (karıştırıcı çapı ve karıştırıcı dönüş hızı vb.) viskoz kuvvetlere oranı olarak bilinmektedir. Reynolds sayısı aşağıdaki eşitlik ile ifade edilmektedir.

2 ρnd R e = (1-7) 1 6 (2) µ Burada ; ρ=akışkan yoğunluğu (g/ml) N =Karıştırıcı hızı (dev/dak) D = Karıştırıcı çapı (cm) µ=sıvının viskozitesi (kg.s/m 2 ) olarak bilinmektedir. Weber sayısı, hava dağılma kapasitesini karakterize eder ve iç kuvvetlerin yüzey gerilimi kuvvetlerine oranı olarak bilinmektedir. Weber sayısı şu eşitlik ile ifade edilmektedir. ρn 2 D 3 N We = (3) γ Burada ; γ=yüzey gerilimi (kg/m) olarak verilmektedir. Hava akış sayısı, karıştırıcı çevre hızı ( V = πnd) ile yükselen havanın ortalama hızı arasındaki ilişkiyi anlatmaktadır. Hava akış sayısı çok yüksekse, köpük dengesiz olabilmektedir. Hava akış sayısı aşağıdaki eşitlik ile gösterilmektedir. Q N θ = 3 ND (.1-.2) (4) Burada ; Q = Hacimsel hava akış hızı (l/dk) olarak verilmektedir.

21 Güç sayısı, verilen kuvvetlerin iç kuvvetlere oranıdır ve Reynolds sayısına, Froude sayısına, sistemin geometrisine ve kalış zamanına bağlı olmaktadır. Güç sayısı pulp süspansiyonunu ve kısa devre miktarını etkilemektedir. Kalış zamanından daha kısa süre, kısa devre olarak tanımlanmaktadır. Güç sayısı aşağıdaki eşitlik ile gösterilmektedir. N p P = (.5-5) (5) ρ N 3 D 5 Burada; P = Net güç girişi (kgm/s) olarak verilmektedir. Verilen net güç, sistemin geometrisine bağlıdır. Froude sayısı, süspansiyonu sağlamak amacıyla önemli olmaktadır. İç kuvvetlerin gravite kuvvetlerine oranı olarak bilinmektedir. Froude sayısı flotasyon makinelerinde, basınçlı havalandırma ile bağlantılı olmaktadır ve şu eşitlikle ifade edilmektedir. N D = (.1-5) (6) g N f 2 Burada; g = Yerçekimi ivmesi (m/s 2 ) olarak verilmektedir. 1.6. Flotasyon Devreleri

22 Birçok zenginleştirme işleminde olduğu gibi flotasyon işleminde de yüksek tenörlü konsantreler tek kademede elde edilemezler. Bu amaçla birkaç kademeden oluşan flotasyon devreleri düzenlenir. Benzer yapıdaki minerallerin bir konsantre içinde kazanıldığı flotasyon işlemine toplu flotasyon, birbirini takip eden flotasyon devreleri ile değerli minerallerin ayrı ayrı kazanılmasına ise seçimli flotasyon denilmektedir. 1.6.1. Kaba-Süpürme Devresi Bir flotasyon devresinde, devreye beslemenin yapıldığı selül grubu (bunk) kaba flotasyon aşaması olarak tanımlanır. Kaba-Süpürme devresinde kaba flotasyon artığı süpürme flotasyona tabi tutulur. Süpürme devresinin kullanılmasının temel gerekçesi toplayıcı adsorbsiyonunun uzun zaman alması sebebiyle konsantrenin geç yüzmesi olarak bilinmektedir. Bu durumda süpürme konsantresi kaba flotasyona beslenmektedir. Süpürme flotasyon konsantre verimini arttırmak amacıyla yapılmaktadır. Kaba-Süpürme devresi, yeterince yüksek tenör olduğu durumlarda kullanılmaktadır. Aşağıdaki şekilde Kaba- Süpürme devresi akım şeması görülmektedir. F T C Şekil 1.6.1. Kaba-Süpürme devresi akım şeması 1.6.2. Kaba-Süpürme-Temizleme Devresi

23 Bu klasik devre düzenlemesinde kaba flotasyondan alınan konsantre tenörünü yükseltmek amacıyla temizleme devresine, artık ise süpürme devresine beslenmektedir. Temizleme devresinin artığı ve süpürme devresinin konsantresi birleştirilerek ara ürünü oluşturmakta ve kaba flotasyona beslenmektedir. Ara ürün içinde bağlı taneler bulunuyorsa kaba flotasyona beslenmeden önce öğütülmesi ve sınıflandırılması gerekmektedir. Ara ürün içinde hala yeterince serbestleşmiş taneler bulunabilmektedir. Bu durumda hidrosiklonun değirmenden önce yer alması ve hidrosiklon üst akımının kaba flotasyona, alt akımının değirmene beslenmesi gerekmektedir. Böylece ince ürün doğrudan kaba flotasyona gidebilmektedir. Aşağıdaki şekilde Kaba-Süpürme-Temizleme devresi akım şeması görülmektedir. F T C Şekil 1.6.2. Kaba-Süpürme-Temizleme devresi akım şeması 1.6.3. Tekrar Temizleme Devresi Yeterince yüksek tenörlü konsantre elde etmek amacıyla temizleme devreleri arttırılarak temizleme konsantreleri tekrar temizlemeye tabi tutulabilmektedir. Böyle devrelerde temizleme konsantreleri bir sonraki temizleme devresine, tenörü arttırmak amacıyla gönderilmektedir. İlk temizlemenin artığı kaba flotasyona, diğer temizleme artıkları ise bir önceki temizleme devrelerine, artık içinde kalan değerli mineralleri kazanmak amacıyla gönderilmektedir. Aşağıdaki şekilde tekrar temizleme devresi akım şeması görülmektedir. F T

24 Şekil 1.6.3. Tekrar temizleme devresi akım şeması 1.7. Bakır Cevherleri Flotasyonu 1.7.1. Sülfürlü Bakır Cevherleri Flotasyonu Cevher çok karmaşık bir yapıya sahip ise ve optimum verimle seçimli flotasyon yapılamıyorsa sülfürlü bakır mineralleri tek bir konsantre halinde toplanarak, sülfürlü olmayan minerallerden ayrılmakta, ph, 5-7 gibi nötr veya asit bir ortamda, ksantat tipi anyonik toplayıcılar ve uygun bir köpürtücü kullanılmaktadır. Bakır sülfürlerin seçimli flotasyonunda ortam alkali yapılarak (ph, 1-12) pirit bastırılmaktadır. Pirit bastırıldıktan sonra ksantat, ditiofosfat tipi toplayıcılar kullanılmaktadır. Cevherin çok fazla pirit, az miktarda bakır minerali ihtiva etmesi durumunda yüksek tenörlü bakır konsantresi elde etmek güçleşmektedir. Bu, temizleme devreleri arttırılarak sağlanabilmektedir. Pirit ve bakır minerallerinin farklı boyutta serbestleşiyor olması ve oksitlenme etkisiyle piritin canlanması da flotasyonu güçleştirmektedir. Bu durumda siyanür kullanılmaktadır (Atak, 1992). 1.8. Sülfürlü Bakır Cevherleri Flotasyonunun Türkiyedeki Uygulamaları Sülfürlü Bakır cevheri flotasyonunun uygulandığı en önemli tesislerden biri Küre Bakır İşletmesidir.Tesiste kaba flotasyon devresine beslenen %1.7 Cu ve

25 %37 S tenörlü cevher dört kademe temizlemeye tabi tutularak nihai bakır konsantresi üretilmektedir. Flotasyon işlemi ph, 11.5-12 de yapılmakta, toplayıcı olarak Hostaflot X-231 kullanılmaktadır. Pirit ise ph, 5-5.5 da amil ksantatla yüzdürülerek elde edilmektedir. Sülfürlü bakır flotasyonu uygulamasına diğer bir örnek Murgul Bakır İşletmesi olarak bilinmektedir. Tenörü %1 Cu olan cevher, zenginleştirme işlemi sonucunda %-24 Cu ve %45-48 S tenörü ihtiva etmektedir. Pirit kireçle bastırılmakta, etil ve amil ksantat karışımı toplayıcı olarak kullanılmaktadır. İki kademe temizleme yapılarak bakır konsantresi elde edilmekte, kaba flotasyon artığına ise sülfirik asit ilave edilerek pirit canlandırılmakta ve pirit konsantresi elde edilmektedir (Atak, 1992). Şekil 1.8.1. de Murgul flotasyon tesisi akım şeması görülmektedir. Kırılmış cevher Öğütme devresi, Kaba Flotasyon % 8-1 Cu Öğütme Devresi - # Kıvam Tankı 1.Temizleme Devresi Piritli Artık 2. Temizleme Devresi Pirit Flotasyonu Artık Bakır Konsantre Pirit Konsantre

26 Şekil 1.8.1. Murgul Flotasyon Tesisi Akım Şeması Ergani Bakır İşletmesinde besleme tenörü %1.65 Cu olarak bilinmektedir. Kaba devrede toplu flotasyon yapılmakta ve kalkopirit-pirit konsantresi alınmaktadır. Artık süpürme flotasyona gönderilmektedir. Kalkopirit-pirit konsantresi tekrar flotasyona tabi tutulmakta ve kireç kullanılarak pirit bastırılmaktadır. Konsantre iki kademe temizlenerek %16 Cu tenörlü bakır konsantresi elde edilmekte, artık ise pirit konsantresi olmaktadır. Şekilde Ergani tesisi akım şeması görülmektedir. Kırılmış Cevher Öğütme Devresi Kıvam Tankı Kollektif Flotasyon Süpürme Devresi Artık Öğütme Devresi Bakır Flotasyonu Pirit Konsantre 1. Temizleme Devresi 2. Temizleme Devresi

27 Bakır Konsantre Şekil 1.8.2. Ergani Flotasyon Tesisi Akım Şeması 2. KAYNAK BİLGİSİ 2.1. Flotasyonda Mekanik Taşıma Mekanik taşıma, ince tanelerin köpüğe bağlanmadan, konsantreye taşınması şeklinde tanımlanmaktadır. İnce taneler köpük fazına, yukarı yükselen hava kabarcığının arkasında veya kabarcık çevresindeki su ile yada yükselen kabarcıklar tarafından itilen su ile taşınmaktadırlar. Mekanik taşıma mekanizmaları Şekil 2.1. de gösterilmektedir. Kabarcı k hareket yönü Kabarcıkla taşınan sıvı filmi Köpük bölgesi Hava kabarcığı Kabarcıklar arasında yükselen su Pulp Kabarcık arkasında kabarcıkla taşınan su Şekil 2.1. Mekanik Taşıma Mekanizmaları (Smith, 1989).

28 İnce taneler su ile kolay sürüklenmekte ve buna karşın köpük fazından geri süzülmeleri iri ve ağır tanelere göre daha yavaş olmaktadır. İnce tanelerin çarpışma verimlerinin ve flotasyonla kazanım hızlarının iri tanelere oranla düşük olduğu bilinmektedir. Mekanik taşımada hidrofobik ve hidrofilik mineraller arasında seçimlilik sözkonusu değildir. İnce taneler mekanik taşıma mekanizmasıyla konsantreye aynı anda taşınmaktadırlar. Bu flotasyon için önemli bir problem olmaktadır. Mekanik taşımanın en aza indirilmesi için dağıtma, şlam uzaklaştırma, yıkama suyu verilmesi gibi uygulamalar yapılmaktadır. Köpüğün üst kısmından verilen yıkama suyu ile kabarcıklar arasında mekanik taşıma yolu ile taşınan ince tanelerin pulp içine akması sağlanmaktadır. Yani kabarcıklar arasındaki sıvı filmi ile su yer değiştirmektedir. Şlam pulpa karışmakta, su köpüğe gitmektedir (Smith, 1989). 2.2. Mekanik Taşıma Modelleri İnce tanelerin mekanik taşınmasını açıklamak amacıyla birçok araştırmacı tarafından modeller geliştirilmiştir. Johnson vd. (1974) su ve katı verimi arasında doğrusal bir ilişki olduğunu, pilot tesis ölçekli çalışmalarda ise bu ilişkinin parabolik olduğunu, su ve katı verimi arasındaki bu ilişkinin, pulp yoğunluğunun yanı sıra tane boyuna göre de değiştiğini belirtmekte ve aşağıdaki sınıflanma fonksiyonunu tanımlamaktadır. C g F g M Cf i = (7) M burada C M g konsantredeki birim su kütlesindeki serbest gang miktarı ve F M g beslemedeki birim su kütlesindeki serbest gang miktarıdır. Lynch vd.(1974), gang verimi için yine sınıflama fonksiyonunu kullanarak aşağıdaki şekilde bir model oluşturmuşlardır. R R Cf M (8) V V g = W i i

29 Buna göre su ile kazanılan i boyutlu malzeme miktarı M Cf R V i i i W M e = (9) M W Burada; V R g : Serbest gang verim hızı V R W : Su verim hızı M i : Pulptaki i boyutlu mineral miktarı M W M W : Pulptaki su miktarı : Pulptaki birim su kütlesi başına serbest gang miktarı Ayrıca Lynch vd. (1974) hızlı ve yavaş yüzen malzemeler için (sırasıyla k f ve k s ) kinetik parametreler kullanarak bu parametrelerin teorik olarak düşünülebilen minimum su verimini ifade ettiğini belirtmekte ve mekanik taşımanın hızlı ve yavaş yüzen mineraller üzerine katkısını ifade eden (sırasıyla kf w ve ks w ) iki parametre tanımlamaktadır.m F ve M S ise hızlı ve yavaş yüzen malzeme miktarlarını ifade etmektedir. Buna göre; mekanik taşıma ile kazanılan malzeme miktarı e F ( k f + kf w ) + M S ( k s ksw M = M + ) (1) şeklinde tanımlanmaktadır. Lynch vd. (1981) tarafından yapılan bir çalışmada ise, çalışan bir tesiste hücredeki pulptan numune almadaki zorlukları gözönünde bulundurarak Cf i yerine CM i şeklinde bir parametre tanımlamaktadır. Buna göre;