YOĞUNLUK DENEYİ TANIM VE AMAÇ: Bir maddenin birim hacminin kütlesine özkütle veya yoğunluk denir. Birim hacim olarak 1 cm3, kütle birimi olarak da g alınırsa, yoğunluk birimi g/cm3 olur. Bir maddenin kütlesi (m) ve hacmi (v) olarak alındığında ;o maddenin yoğunluğu (d), d=m/v bağıntısı ile bulunabilir. Cevher hazırlamada gerek tesislerin katı-su dengesi hesaplarında gerekse susuzlandırma cihazlarının boyutlandırılması ve depolama hesaplarında gerçek yoğunluk ve yığın yoğunluğu değerinin bilinmesi gerekmektedir. Bir yığını oluşturan parça sistemlerinin yoğunluğuna Yığın yoğunluğu veya Bulk yoğunluğu denir. Yığın yoğunluğu, yığını oluşturan tanelerin parça cinsi ve boşluk oranı ile ilgilidir. Yığın yoğunluğunun hesaplanmasında gözenekliliğin yanı sıra tanelerin şekli ve boyutu da önemlidir. Aynı ağırlıkta ve özellikteki iri ve ince boyutlu iki ayrı malzemenin yığın yoğunlukları birbirlerinden farklıdır. Bu durum parça boyutundaki değişimin (artış veya azalış), parçalar arasındaki boşluk hacminde değişime neden olmasından kaynaklanır. Yığındaki parça boyutu küçüldükçe, bulk yoğunluğu artar, büyüdükçe azalır. Kullanılacak Donanım: 1. Terazi 2. Balon jöje ve/veya piknometre, silindir (tank) Piknometre Balon jöje 3. Öğütülmüş ve toz cevher 1
4. Dansimetre Dansimetre / Hidrometre 5. Cam mezür Cam mezür A. Sıvıların yoğunluğunun Belirlenmesi; Sıvı yoğunluğu, cam mezür ve dansimetre kullanılarak yapılacaktır. Bu amaçla, ağır ortam olarak hazırlanmış çinkoklorür-su çözeltisinden 1 litre alınacak; i. Önce dansimetre kullanılarak çözeltinin yoğunluğu belirlenecek; Çözelti ince vir cam mezüre boşaltılarak dansimetre ile yoğunluk ölçümü yapılacaktır. ii. Aynı çözelti dar boyunlu bir balon jöjeye (250ml veya 500ml lik) boşaltılacak ve ağırlığı saptanacaktır. Hacmi belli olan bu çözeltinin yoğunluğu; M= d.v 2
eşitliğinden belirlenecektir. Çözeltinin belirlenmiş olan her iki yoğunluğu birbiri ile karşılaştırılacaktır. B. Toz cevher yoğunluğunun belirlenmesi; Bu işlem piknometre şişesi ve küçük hacimli bir balon jöje kullanılarak yapılacaktır. i. Öğütülmüş bir cevher numunesi hazırlanacaktır. ii. Balon jöjenin boş ağırlığı alınacak (0,1 gr. Hassasiyetli terazi kullanılacak) (M jöje) iii. Balon jöje işaretli kısmına kadar saf su ile doldurularak, cidarları kurutulduktan sonra tartılacak. (M su + M jöje), Belirlenen bu ağırlıktan jöje ağırlığı çıkarıldığında su ağırlığı (M su) belirlenecektir. M su = V su olarak kabul edilecektir. iii. Şişe boşaltıldıktan sonra, içerisine ağırlığı bilinen bir miktarda toz cevher konulacak veya konulduktan sonra tartılacaktır. (M cevher + M jöje) Belirlenen bu ağırlıktan jöje ağırlığı çıkarıldığında cevher ağırlığı (M cevher) belirlenecektir. iv. Şişenin içerisine bir miktar saf su konulduktan sonra ultrasonik banyoya yerleştirilerek bir süre içerisinde sıkışmış havanın çıkması sağlanacak ve cidarlarının kurutulmasının ardından işaretli kısma kadar su ile tamamlanarak tartılacaktır (M su+cevher + M jöje). Bulunan bu ağırlıktan (M cevher + M jöje) çıkartılırsa, jöjedeki su ağırlığı (hacmi) belirlenmiş olur. Bu değer M su (V su) değerinden çıkartılacak olursa cevherin hacmi belirlenmiş olur. Cevherin yoğunluğu; M= d.v eşitliğinden belirlenecektir. B. Taneli cevher yoğunluğunun belirlenmesi; Toz cevher için yapılan işlem taneli cevher için tekrarlanacaktır. Toz ve taneli cevherin yoğunlukları belirlendikten sonra birbiri ile karşılaştırılacak ve aralarındaki farkın nedeni yorumlancaktır. C. Cevher yığın yoğunluğunun belirlenmesi Cevher yığın ağırlığı, belirli hacimdeki bir kabı dolduran cevher tanelerinin toplam ağırlığının, kabın hacmine bölünmesiyle saptanmaktadır. Matematiksel olarak: W U = V a Burada, U = Cevher birim ağırlığı, 3
V W a = Cevher ile dolu olan kabın hacmi, = Kap içerisini dolduran cevher ağırlığı dır. Birim ağırlık, g/cm 3 veya t/m 3 cinsinden birimlerle ifade edilmektedir. Yukarıdaki tanımdan anlaşılacağı gibi, birim ağırlık tayinindeki cevher hacmi, hem cevher tanelerinin hacimlerini, hem de taneler arasındaki boşlukları içermektedir. Belirli hacimdeki bir kabı dolduracak cevher numunesinin miktarı (ağırlığı) aşağıdaki faktörler tarafından etkilenmektedir:. Cevherin granülometrisi,. Tane şekli (tanelerin yuvarlak, köşeli, yassı, ince, uzun olması),. Tanelerin mevcut nem durumu (tanelerin tamamen kuru, hava kurusu, ıslak olması) ve. Tanelerin kap içerisine gevşek veya sıkıştırılmış tarzda yerleştirilmiş olması. TS 3529 ve ASTM C 29 no.lu standardlarda agregaların sıkışmış birim ağırlık tayini ve gevşek birim ağırlık tayini için yöntemler belirtilmektedir. Genellikle kullanılan yöntem şudur: Cevher numunesi 110±5ºC da değişmez ağırlığa kadar kurutulduktan sonra kap içerisine yerleştirilmektedir. Şekil 2. Cevherların Birim Ağırlık tayininde kullanılan hacimleri belli kaplar Sıkışmış birim ağırlık tayininde, cevherlar silindir şeklindeki bir kap içerisine, her seferinde kabın yüksekliğinin 1/3 ünü dolduracak şekilde, üç aşamada doldurulmakta ve her aşamada demir bir çubukla 25 er defa şişlenerek sıkıştırılmaktadır. Gevşek birim ağırlık tayini için, cevher, kap içerisine bir kürekle doldurulmakta, herhangi bir sıkıştırma uygulanmamaktadır. 4
Belirli bir hacmi dolduran tanelerin toplam ağırlığı, tanelerin nem durumu ve kap içerisinde gevşek veya sıkıştırılmış olmalarına bağlı olarak farklı değerler göstereceğinden, hesaplanan birim ağırlık değerinin hangi koşullarda elde edildiğinin mutlaka belirtilmesi gerekmektedir. O bakımdan, birim ağırlık ifade edilirken, cevherin kuru veya nemli oluşu, ve gevşek veya sıkışmış tarzda yer almış olması da belirtilmektedir. Cevherin Birim Ağırlık Değerinin Önemi -- Birim ağırlık, cevher tanelerinin belirli bir hacim içerisinde biraraya gelerek ne kadar sıkı bir paket oluşturabileceğini işaret etmektedir. Birim ağırlık değerinin yüksek olması, cevher tanelerinin arasındaki boşluğun az olduğunu belirtmektedir. Ayrıca, birim ağırlık bilindiği takdirde, mevcut cevherin hacmini hesaplayabilmek mümkün olabilmektedir. Ödev Uygulamal 1. Cevhere ait deney sürecinde tespit edilen 2 yoğunluğu karşılaştırın, farklılıkların nedenini yorumlayınız. 2. Hacmi bilinmeyen bir balon joje işaret seviyesine kadar 100 gr su almaktadır. Bu balon jojeye 3*,* gram numune konulmuştur. Elde edilen numune ve su kabının darası alınmış terazi ağılığı 12*,* geldiği gözlemlenmiştir. Belirtilen cevherin yoğunluğunu bulunuz. (** olan yerlere öğrenci numaranızın son iki hanesini yazınız) Deney Sorumluları Prof. Dr. Sait KIZGUT Arş. Gör. Mehmet BİLEN 5