KİREÇ FABRİKASI BACA TOZUNDAN YANMAMIŞ KARBONUN FLOTASYON İLE GERİ KAZANIMI* Recovery Unburned Carbon From Lıme Kıln Plant Dusts By Flotatıon Ufuk TOPÇU Maden Mühendisliği Anabilim Dalı Oktay BAYAT Maden Mühendisliği Anabilim Dalı ÖZET Bu çalışmada, kireç fabrikası atıklarındaki (petrokok) yanmamış karbonun geri kazanımı flotasyon yöntemi kullanılarak araştırılmıştır. Jameson Flotasyon kolonu ile yapılan bu deneysel çalışmalarda; katı oranı, yağ asidi/gazyağı oranı, downcomer dalış derinliği ve yıkama suyu hızları deneysel parametreler olarak ölçülmüştür. Sonuç olarak 6-6.5 ph, %10 katı oranı ile, 3/1 yağ asidi/gazyağı oranı, 40 cm downcomer dalış derinliği ve 0.6 L/dk yıkama suyu hızı) yapılan deneylerde %98.90 yanabilir madde verimi ile %31.28 küllü ürün elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Flotasyon, Jameson Flotasyonu, Yağ Asidi, Petrokok ABSTRACT In this study, recovery of unburned carbon from lime kiln plant dusts (Petroleum Coke) was investigated applying flotation method. In these experimental studies with Jameson flotation column; pulp density, oil/kerosene ratio, downcomer immersion depth and different speeds of washing water rates as experimental parameters were determined. In the end, product was optained with 98.90% combustible recovery and 31.28% ash at the optimum conditions (6-6.5 ph, 10% solids, 3/1 oil/kerosene ratio, 40 cm downcomer immersion depth and 0.6 L/min washing water rate). Key Words: Flotation, Jameson Flotation, Oil Acid, Petroleum Coke Giriş Petrokok katı ve koyu renkli bir karbon ürünüdür. Ağır likit hidrokarbonların termal olarak bozundurulması ve polimerizasyonuyla elde edilmektedir. Kaynağını ham petrol oluşturmaktadır. Siyah ve gri renkli bir ürün olan petrokok 1500 0 C de plastik özellik kazanmaktadır. Suda çözünmemektedir. Kimyasal olarak normal koşullarda stabl özelliktedir. Reaksiyona girmez ve polimerize olmaz. Yanması sonucunda kükürt ve karbon oksitleri ortaya çıkmaktadır. Yetersiz yanma da karbon monoksit çıkmaktadır. Etkin yanmanın son ürünü karbondioksittir. Tipine bağlı olarak %85-99 arasında karbon içermektedir. Kükürt, nitrojen, oksijen ve hidrojen de bulundurabilmektedir. Eser miktarda demir manganez, magnezyum, sodyum ve kalsiyum da içerebilmektedir. İçerisindeki kükürt oranının %15 lere varabildiği de belirtilmektedir. Kapalı üretim süreci kok oluşumuyla ilgili ortam kirlemesinde özel bir sorun yaratmamaktadır. Ancak tozların havaya yayılmasını önleyebilmek için depolama bölgelerinin çevresinin kapalı olması * Yüksek Lisans Tezi MSc Thesis 37
gerekmektedir. Yükleme sırasında yükleyici kişilerin toz etkisinde kalmamaları ve tozların hava akımlarıyla yayılmaması için gerekli önlemlerin alınması gerekmektedir (Çobanoğlu, 1997). Petrokok, kolay nakledilip kullanılabilen, kül oranı düşük ve kalori oranı yüksek bir katı yakıttır. Kendine özgü avantajlarından dolayı enerji tüketimleri fazla olan termik santraller, çimento fabrikaları, tuğla fabrikaları, manyezit işletmeleri ve kireç imalathanelerinde kullanılır. Böylelikle bazı düşük değerli yakıtları ısı değeri petrokok ile karıştırılarak yükseltilir (Madencilik Sektörü Enerji Hammaddeleri Özel İhtisas Komisyon Raporu, 2001). Bazı durumlarda, tabii gaz ve fuel-oil ile aynı derecede verim alabilen tek katı yakıttır. Türkiye linyitlerinin kalitesini yükseltmek ve ortalama kül yüzdesini azaltmak için kullanılan bir yakıttır. Petrokok üretimi, hafif-petro ürünlerine olan talebin artmasıyla son yüzyılda başlamıştır. Rafineri işlemi sırasında hafif ve ağır ürünler üretilmekte, hafif ürünlerin artması ağır ürünlerin de fazlalaşmasına neden olmaktadır. Ağır ürünler için pazar bulmak zor olduğundan ağır petrol ürünlerini daha hafif ürünlere çevirmek için gayret sarf edilmiştir (Madencilik Sektörü Enerji Hammaddeleri Özel İhtisas Komisyon Raporu, 2001). Petrokok un en önemli avantajları, ısı değerinin bütün katı yakıtlar arasında en yüksek olması ve diğeri ise kül oranının düşük olmasıdır. İyi yıkanmış bir taşkömürünün bile yüzdesi daha fazladır. 0 90 mm tane büyüklüğünde petrokok, kömür gibi kullanılır. Normal kamyonlar, nehir mavnaları, şilepler vasıtasıyla nakledilebilir ve açık havada problemsiz olarak bırakılabilir. Kömürlerde olduğu gibi oksidasyon ve kendi kendine tutuşma tehlikesi yoktur. Böylece uzun zaman enerji kaybı olmaksızın açık havada kalabilir. Kükürdün yüksek olması ise bir dezavantaj yaratır. Materyal Metot Materyal Deneysel çalışmalarda Adana da faaliyet gösteren KAKSAN Kireç Fabrikasına ait yanmamış karbon içeren Baca Filtre Tozu ve Mar-SA yağ fabrikasından alınan yağ asidi numunesi kullanılmıştır. Yaklaşık 50 kg numune konileme-dörtleme ile azaltılarak deneylerde kullanılmak üzere azaltılmıştır. Jameson Flotasyon Deneyleri Deneyler, Jameson flotasyon hücresinde gerçekleştirilmiştir. Jameson flotasyon cihazında, optimum pülp katı oranı, yağ asidi/gazyağı oranı, downcomer yüksekliği ve yıkama suyu hızı parametreleri belirlenmiştir. Jameson flotasyonu makinesi, 2 cm çapında 100 cm boyunda downcomer lı, 10 cm çaplı 75 cm boyundaki hücreye sahip olup, flotasyon deney şartları ise Çizelge 1 de verilmiştir. 38
Çizelge 1. Jameson flotasyon cihazı özellikleri ve deney şartları Downcomer Boyu 100 cm Downcomer Çapı 2 cm Kolon Boyu 75 cm Kolon Çapı 10 cm ph 6-6.5 (H 2 SO 4 ile koşullandırma) Yağ/Gazyağı Oranı 1/1, 1/3, 3/1, 2/3, 3/2 Yıkama Suyu Hızı (L/dk) 0.3 L/dk, 0.6 L/dk, 1 L/dk Flotasyon Süresi (dk) 1, 2, 3, 5, 8 dk Downcomer Dalış Miktarı (cm) 30, 40, 50, 60 cm Pülp katı oranı (% ağırlıkça) 5, 10, 15, 20 Reaktif Miktarları 3500 g/t, 7000 g/t, 10.500 g/t, 14.000 g/t Jameson Flotasyonu deneyleri Çukurova Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Cevher Hazırlama Laboratuarlarında gerçekleştirilmiştir. Jameson flotasyonu deneylerinde 500 µm daki 350 g malzeme (%5 katı oranı) ile ilk parametre olarak pülp-katı oranı çalışılmıştır. Jameson Flotasyonu hücresinin karıştırma (kondüsyon) tankına su konularak içerisine çalışılan katı oranındaki 1/1 oranında yağ/gaz yağı eklenmiş ve 5 dakika süre ile kondüsyonlanmıştır. Yağ/gazyağı emülsiyonu elde edildikten sonra numune beslemesi gerçekleştirilmiş ve 5 dakika daha kondisyonlamadan sonra flotasyon deneylerine geçilmiştir. Pülp ph sı seyreltik H 2 SO 4 kullanılarak 6.5-7.0 arasında tutulmuştur. Flotasyon deneylerinde 1, 2, 3, 5, 8 dk olmak üzere beş farklı sürede konsantreler alınmıştır. Daha sonra flotasyon deney ürünleri filtre edilerek, 90±5 o C de etüv kurutularak, kül analizleri yapılmıştır. Araştırma Bulguları 1. Pülp-Katı Oranı nın Etkisi Optimum pülp oranının tespiti amacı ile gerçekleştirilen flotasyon deneylerinde %5, %10, %15, %20 olmak üzere 4 farklı katı oranların Jameson Flotasyon cihazında deneyler gerçekleştirilmiştir. Flotasyon deneylerinde ph 6-6.5 da 1, 2, 3, 5 ve 8 dk olmak üzere 5 farklı sürede konsantreler alınmıştır. Çizelge 2 de 8. dakikalar sonunda elde edilen konsantrelerdeki Pülp-Katı Oranı değerleri görülmektedir. Yanabilir madde verimine göre en iyi pülp-katı oranı %10 olarak seçilmiştir. 39
Çizelge 2. Yanabilir madde miktarı ve verimi ile pülp-katı oranı ilişkisi KATI ORANI (Ağırlıkça) % Yanabilir Madde % Yanabilir Madde Verimi % 5 54.74 88.64 % 10 54.06 92.75 % 15 52.73 91.40 % 20 60.25 86.79 2. Yağ/Gazyağı Oranı nın Etkisi Optimum yağ/gazyağı oranının tespiti amacı ile gerçekleştirilen flotasyon deneylerinde 1/1, 1/3, 2/3, 3/2 ve 3/1 oranında olmak üzere 5 farklı oranlarda Jameson Flotasyon cihazında deneyler gerçekleştirilmiştir. %10 katı oranında ve ph 6-6.5 da gerçekleştirilen flotasyon deneylerinde 1, 2, 3, 5 ve 8 dk olmak üzere 5 farklı sürede konsantreler alınmıştır. Çizelge 3 de 8. dakikalar sonunda elde edilen konsantrelerdeki yağ/gazyağı oranı değerleri görülmektedir. Yanabilir Madde Verimine göre en iyi Yağ/Gazyağı oranı 3/1 olarak seçilmiştir. Çizelge 3. Yanabilir madde miktarı ve verimi ile yağ/gazyağı oranı ilişkisi % Yanabilir YAĞ/GAZ YAĞI ORANI (Ağırlıkça) Madde % Yanabilir Madde Verimi 1/1 54.06 92.75 1/3 52.75 82.43 2/3 52.29 89.48 3/2 50.77 92.88 3/1 58.19 97.19 3. Yıkama Suyu Hızının Etkisi Optimum yıkama suyu hızının tespiti amacı ile gerçekleştirilen flotasyon deneylerinde 0.3 L/dk, 0.6 L/dk ve 1 L/dk olmak üzere 3 farklı oranlarda Jameson Flotasyon cihazında deneyler gerçekleştirilmiştir. %10 katı oranı, 3/1 yağ asidi/gazyağı oranı ve ph 6-6.5 da yapılan flotasyon deneylerinde 1, 2, 3, 5 ve 8 dk olmak üzere 5 farklı sürede konsantreler alınmıştır. Çizelge 4 de 8. dakikalar sonunda elde edilen konsantrelerdeki yıkama suyu hızı oranı değerleri görülmektedir. Yanabilir madde verimine göre en iyi yıkama suyu hız oranı 0.6 L/dk olarak seçilmiştir. Çizelge 4. Yanabilir madde miktarı ve verimi ile yıkama suyu oranı ilişkisi YIKAMA SUYU HIZI (Ağırlıkça) % Yanabilir Madde % Yanabilir Madde Verimi 0.3 L/dk 48.67 85.01 0.6 L/dk 54.06 92.75 1 L/dk 50.55 78.95 40
4. Downcomer Dalış Miktarının Etkisi Optimum downcomer dalış miktarının tespiti amacı ile gerçekleştirilen flotasyon deneylerinde 30 cm, 40 cm, 50 cm ve 60 cm olmak üzere 4 farklı yükseklikte Jameson Flotasyon cihazında deneyler gerçekleştirilmiştir. %10 katı oranı, 3/1 yağ asidi/gazyağı oranı, 0.6 L/dk yıkama suyu hızında ve ph 6-6.5 da yapılan flotasyon deneylerinde 1, 2, 3, 5 ve 8 dk olmak üzere 5 farklı sürede konsantreler alınmıştır. Çizelge 5 de 8. dakikalar sonunda elde edilen konsantrelerdeki downcomer dalış miktarı oranı değerleri görülmektedir. Yanabilir madde verimine göre en iyi downcomer dalış miktarı oranı olarak 40 cm olarak seçilmiştir. Çizelge 5. Yanabilir madde miktarı ve verimi ile downcomer dalış miktarı oranı ilişkisi DOWNCOMER YÜKSEKLİĞİ (Ağırlıkça) % Yanabilir Madde % Yanabilir Madde Verimi 30 cm 60.75 97.15 40 cm 57.21 98.40 50 cm 58.19 97.19 60 cm 53.67 97.75 Sonuçlar (i) Jameson flotasyonunda yapılan çalışmalarda pülp-katı oranı, yağ/gazyağı oranı, downcomer yüksekliği ve yıkama suyu hızı parametreleri denenmiştir. (ii) Jameson flotasyonunda farklı pülp-katı oranlarında yapılan çalışmalarda 8. dakikalar sonunda en yüksek yanabilir madde %60.25 ile %20 pülp-katı oranında elde edilirken en yüksek yanabilir madde verimi ise %92.75 ile %10 pülp-katı oranında elde edilmiştir. (iii) (iv) (v) Jameson flotasyonunda farklı yağ/gazyağı oranlarında yapılan deneysel çalışmalarda ise 8. dakikalar sonunda en yüksek yanabilir madde %58.19 ve en yüksek yanabilir madde verimi ise %97.19 ile 3/1 yağ/gazyağı oranında elde edilmiştir. Bu sonuca göre fabrikada atık olarak kullanılan yağ asidi örneğinin miktarı arttırıldığında numunenin yüzebilirlik kabiliyetini arttırdığını göstermiştir. Jameson flotasyonunda farklı yıkama suyu hızlarında yapılan çalışmalarda 8. dakikalar sonunda en yüksek yanabilir madde %54.06 ve en yüksek yanabilir madde verimi ise %92.75 ile 0.6 L/dk yıkama suyu hızında elde edilmiştir. Jameson flotasyonunda farklı downcomer yüksekliğinde yapılan çalışmalarda 8. dakikalar sonunda en yüksek yanabilir madde %60.75 ile 30 cm yükseklikte elde edilirken en yüksek yanabilir madde verimi ise %98.90 ile 40 cm yükseklikte elde edilmiştir. Bu 41
(vi) sonuçlara göre düşük downcomer yüksekliğinde yanabilir madde tenörü artarken, dowcomer yüksekliğin 40 cm den fazla yüksekliğe çıkartıldığında yanabilir madde veriminde düşüş gözlenmiştir. Optimum şartlarda (6-6.5 ph, %10 katı oranı ile, 3/1 yağ asidi/gazyağı oranı, 0.6 L/dk yıkama suyu hızı ve 40 cm downcomer dalış derinliği) yapılan deneylerde %98.90 yanabilir madde verimi ile %31.28 küllü ürün elde edilmiştir. Kaynaklar DPT, 2001. Sekizinci Beş Yıllık Kalkınma Planı, Madencilik Özel İhtisas Komisyonu Raporu, 2618-Öik: 629, Ankara GÜLER, Ç., ÇOBANOĞLU, Z., 1999. Enerji ve Çevre, Çevre Sağlığı, Temel Kaynak Dizisi, No: 41. SEYRENKAYA, A., 2003. DEÜ Mühendislik Fakültesi Fen Ve Mühendislik Dergisi, C.5, S. 171-180. TAŞDEMİR, T., ÖTEKAYA, B., TAŞDEMİR, A., 2006. Jameson Flotasyon Hücresindeki Önemli Çalışma Parametrelerinin Hava Tutunumu ve Giren Havanın Etkileri, Madencilik Dergisi, C. 45, S. 11-18. 42