LİNYİT KÖMÜRÜ ARA ÜRÜNÜNÜN FLOTASYON İLE ZENGİNLEŞTİRİLMESİNİN ARAŞTIRILMASI * Investigation Of Processing of Lignite Middlings By Flotation Gökçegül GÜLSUNA Maden Mühendisliği Anabilim Dalı Oktay BAYAT Maden Mühendisliği Anabilim Dalı ÖZET Bu çalışmada, Tunçbilek yöresine ait linyitin lavvarda zenginleştrilmesi esnasında açığa çıkan ara ürünün flotasyonu yöntemiyle zenginleştirilmesi incelenmiştir. Flotasyon yönteminde ara ürün, gazyağı ve yağ asidi ile birlikte işleme tabi tutulmuş; tane iriliği, pülp katı oranı, yağ asidi / gazyağı oranı, downcomer yüksekliği ve yıkama suyu hızı parametrelerinin etkileri incelenmiştir. Jameson flotasyonunda yapılan flotasyon çalışması sonucunda optimal koşullarda (d 80 = 0,250 mm; %20 pülp katı oranı; ph = 7-7,5; yağ asidi / gazyağı oranı = 1/1; yıkama suyu hızı = 0,6 L/dk ve downcomer yüksekliği = 40 cm) elde edilen konsantre %10 kül ve %87,5 yanabilir madde verimi içermektedir. Anahtar Kelimeler: Linyit, Flotasyon, Downcomer, Yıkama Suyu Hızı, Kömür. ABSRACT In this study, processing of fine lignite coal middlings mined from Tunçbilek region was investigated by flotation process. The effects of the pulp ratio, kerosene/vegetable oil acid esters ratio, downcomer length, washing water speed and particle size were investigated at the flotation method. As a result of Jameson flotation experiments, a concentrate with 87.15% combustible matter efficiency and 10% ash content was obtained at the optimum situations (d 80 = 0.250 mm, 20% pulp ratio, ph = 7-7.5, kerosene / vegetable oil ratio = 1/1, washing water speed = 0.6 L/min and downcomer length = 40 cm). Key Words: Lignite, Flotation, Downcomer, Washing Water Speed, Coal Giriş Kömürün uzun vadeli enerji kullanımında lider enerji kaynağı olmayı sürdürecek olması ve gelişen teknolojiye paralel olarak üretimde artan toz kömür oranı, toz kömürün temizlenmesine ilginin artmasına sebep olmuştur. Bunun yanında, enerji kullanım maliyetlerinin düşürülme isteği, temiz kömüre olan talebi artırmakta ve daha düşük küllü ve daha düşük kükürtlü kömür üretimini teşvik etmektedir (Kemal ve Arslan, 1999). Ancak, komur kullanımına paralel olarak da acığa cıkan artık da artmaktadır (Kural, 1991; Boylu ve Ateşok, 1999; DPT, 2001; Demir vd, 2007). * Yüksek Lisans Tezi- MSc.Thesis 170
Bilindiği gibi toz kömürlerin temizlenmesi, iri boyutlu kömürlerin temizlenmesine göre 3 4 misli daha pahalı olmasına karşın, satış fiyatı da oldukça düşüktür. Bu nedenle de kömürün daha değerli olması ancak çok daha temiz bir yakıt haline gelmesi ile mümkün olmaktadır (Kemal ve Arslan, 1999). Kömür temizleme yöntemlerinden biride flotasyondur. Flotasyon işleminin gercekleştirildiği ilk makineler olan mekanik flotasyon hucreleri, geliştirilen yeni teknoloji flotasyon hucrelerine rağmen halen yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Çok ince boyutlu tanelerin zenginleştirilmesinde kullanılan jet flotasyonu 1985 yılında Berlin Teknik Üniversitesi tarafından gelistirilmistir. 20 mikron altındaki boyutlarda bile etkili bir ayırma yapabilmektedir. 1990 lı yıllarda Avustralya da sisteme yıkama suyu ilave edilerek Jameson Cell adı altında, kömür temizleme tesislerinde kullanıma başlanmıstır. Sistemin basitligi, kapasitesinin yüksek olması ve selektif bir konsantre üretimi bakımından özellikle tercih edilen Jet flotasyonunda pülp, herhangi bir mekanik karıstırma islemine tabi tutulmaksızın yüksek basınçlı dar bir kesitten hava ile irlikte geçirilerek enerji ile yüklenmekte ve bu enerji pülpün karıştırılmasında kullanılmaktadır. Diğer sistemlere oranla kabarcık miktarı fazla küçük çaplıdır. Bu yüzden flotasyon süresi çok kısalmaktadır. 0,8 m 3 lük bir jet flotasyon hücresi ile saatte 7 ton kömür zenginlestirilebilmektedir (Güney vd, 1996). Gıda endustrisinde bitkisel yağların uretimi esnasında açığa çıkan yağ asitleri başlıca biyodizel üretiminde, kimya sanayinde hammadde olarak ve ince kömür zenginleştirmede aglomerat kullanılmaktadır (Alonso vd, 2000). Ayrıca yapılan bircok araştırmada bu yağ asitlerinin flotasyon reaktifi olarak kullanımı araştırılmıştır (Alonso vd, 1999a; Valdes vd, 1999; Alanso vd 1999b). 1920 li yıllardan beri flotasyon yontemi ince kömür zenginleştirilmesinde başarı ile uygulanmaktadır. Materyal ve Metot Bu çalışmada Garp Linyitleri İşletmesi Ömerler Tunçbilek Lavvarına ait 3.935 kcal/kg kalorifik değere sahip ve %33,41 kül içerikli araürün kömür numunesi kullanılmıştır. 100 kg kadar temsili numune homojenleştirilmesi amacıyla öncelikle harmanlanarak flotasyon deneylerinde kullanılmak üzere konileme dörtleme metodu ile azaltılmıştır. Bilyalı değirmende (20*20 cm) 60 devir/dakika değirmen hızında 8, 10, 15 ve 20 dk. olmak üzere dört farklı sürede kuru öğütme yapılmıştır. Öğütme testleri neticesinde; 8 dakikalık öğütme ile d 80 = 0,500 mm boyutuna; 10 dakikalık öğütme ile d 80 = 0,355 mm, 15 daikalık öğütme neticesinde d 80 = 0,250 mm boyutuna, 20 dakikalık öğütme neticesinde d 80 = 0,106 mm boyutuna ulaşılmıştır (Şekil 1). Tane iriliği, pülp katı oranı, yağ asiti / gazyağı oranı, yıkama suyu hızı ve düşey boru yüksekliği parametrelerinin optimum değerleri tespit edilmiştir. Jameson flotasyonu makinesi, 2 cm çapında, 100 cm boyunda downcomer lı, 10 cm çaplı ve 75 cm boyunda hücreye sahip olup flotasyon deney şartları ise Çizelge 1 de verilmiştir. Reaktif olarak yoğunluğu 0,8 gr/cm 3 olan gazyağı ve yoğunluğu 0,9 gr/cm 3 olan MarSA, Adana fabrikasından alınan yağ asidi kullanılmıştır. 171
Kümülatif % Ağırlık Ç.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yıl:2010 Cilt:22-3 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,08 0,1 0,25 0,4 0,6 Tane İriliği (mm) 8 dk 10 dk 15 dk 20 dk Besleme Malı Şekil 1. Besleme malı (Tüvenan Kömür Numunesi) ve öğütme sürelerine bağlı olarak elde edilen ufalanmış ürünlerin tane irilik dağılımları 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 7 7.5 Tane İriliği (d 80, mm) 0,500; 0,355; 0,250 ve 0,106 Yağ Asidi / Gazyağı Oranı 3/1, 1/3, 1/1, 3/2, 2/3 Yıkama Suyu Hızı 0; 0,3; 0,6 ve 1,0 L/dk Downcomer dalış miktarı (cm) 30, 40, 50 ve 60 cm Pülp katı oranı (%) 5, 10, 15, 20 Bu deneylerde Jameson Flotasyonu hücresinin (Şekil 2) karıştırma tankına 8 L su, belirlenen pülp katı oranında kömür örneği ve katı malzemenin % 10 u miktarında yağ asidi / gazyağı eklenmiş ve 5 dakika süre koşullandırılmıştır. Daha sonra numune beslemesi gerçekleştirilmiş ve 5 dakika daha koşullandırmadan sonra 1, 2, 3, 5 ve 8 dk lık flotasyon sürelerinde konsantreler alınmıştır. Bu numuneler etüvde kurutulduktan sonra tüm konsantrelerin, besleme malı ve artığın kül analizleri yapılarak yanabilir madde verimleri hesaplanmıştır. 172
Araştırma Bulguları Şekil 2. Jameson flotasyon hücresi Tane İriliğinin Etkisi Optimum tane iriliğinin tespiti amacına yönelik olarak gerçekleştirilen çalışmada, dört farklı tane iriliği kullanılmıştır (d 80 = 0,500; 0,355; 0,250 ve 0,106 mm). Her bir boyut için 350 gr numune hazırlanarak Jameson flotasyon cihazında deneylere tabi tutulmuştur. Bu deneylerde yağ asidi / gazyağı oranı 1/1 (17,5 gr / 17,5 gr) olarak alınmıştır. Çizelge 2 den de görüldüğü gibi en iyi sonuç d80 = 0,250 mm tane iriliğinde elde edilmiştir. Çizelge 2. Jameson flotasyonunda tane iriliğinin etkisi Tane İriliği 0,500 26,45 92,60 96,29 7,40 0,355 26,37 90,41 95,19 9,59 0,250 24,55 94,97 97,48 5,03 0,106 28,38 93,57 96,77 6,43 YMV: Yanabilir Madde Verimi Pülp katı oranının etkisi Optimum pülp katı oranının tespiti amacına yönelik olarak gerçekleştirilen deneysel çalışmada, dört farklı pülp katı oranı kullanılmıştır. (%5, %10, %15 ve %20). Yapılan deneyler neticesinde %92,01 yanabilir madde veriminin elde edildiği %20 pülp katı oranının çalışma ekonomisi açısından %94,97 verimin elde edildiği 173
%5 pülp katı oranına tercih edilmesinin daha doğru olacağı düşüncesiyle optimum pülp katı oranı olarak %20 değeri seçilmiştir (Çizelge 3). Çizelge 3. Jameson flotasyonunda pülp katı oranının etkisi Pülp Katı Oranı Etkisi 5 24,55 94,97 96,62 5,03 10 20,94 85,00 91,03 15 15 17,12 82,79 90,15 17,21 20 15,30 92,01 95,19 7,99 Yağ Asidi / Gazyağı Oranının Etkisi Optimum yağ asidi / gaz yağı oranının tespiti amacına yönelik olarak gerçekleştirilen çalışmada, beş farklı yağ asidi / gazyağı oranı kullanılmıştır. (1/3, 3/1, 1/1, 2/3 ve 3/2) Çizelge 4 den de görüldüğü gibi en iyi sonuç 1/1 yağ asidi / gazyağı oranında elde edilmiştir. Yapılan deneylerden de görüldüğü gibi yağ asidi / gaz yağı oranı optimum değerden (1/1) daha da artırıldığında toplayıcıların seçimliliği azalmıştır. Erol vd (2003) tarafından da belirtildiği gibi reaktif miktarı ve oranının değiştirilmesi flotasyon performansını önemli ölçüde değiştirmektedir. Sönmez ve Cebeci (2006) gazyağı, dizel ve fuel-oil kullanarak yaptıkları çalışmada flotasyonefektif indeksinin gazyağı kullanımında daha yüksek olduğu belirtmektedir. Garcia vd (1996) ve Alanso vd (1999a) bitkisel yağların özellikle ham işlenmemiş olanların içerdikleri bazı polar grupların sahip oldukları düşük yağ/su ara yüzey gerilimi nedeniyle daha fazla mineral maddeyi ortamdan adsorpladıkları belirtilmektedir. Çizelge 4. Jameson flotasyonunda yağ asidi/gazyağı oranının etkisi Yağ asidi / gaz yağı oranı 1/3 18,89 83,10 91,52 17,90 3/1 23,61 85,83 92,89 14,17 1/1 14,06 93,60 96,79 6,40 2/3 23,06 89,10 94,53 10,90 3/2 22,77 85,66 92,81 14,34 174
Yıkama Suyu Hızının Etkisi Optimum yıkama suyu hızının tespiti amacına yönelik olarak gerçekleştırilen çalışmada, dört farklı yıkama suyu kullanılmıştır (0; 0,3; 0,6 ve 1,0 L/dk). Çizelge 5 den de görüldüğü gibi en iyi sonuç 0,6 L/dk yıkama suyu hızında elde edilmiştir. Yıkama suyu hızı 0,6 L/dk dan az olduğu taktirde köpük derinliği yükseleceği için köpük içerisine gang mineralleri karışacaktır. Yıkama suyu hızı yükseldiğinde ise köpük yüksekliği azalmakta ve konsantre içindeki kömür taneciklerinin bir kısmı tekrar pülp içerisine dökülmektedir. Çizelge 5. Jameson flotasyonunda yıkama suyu hızının etkisi Yıkama suyu hızı (L/dk) 0 23,61 72,83 86,37 27,17 0,3 24,29 75,71 87,81 24,29 0,6 13,68 90,17 95,07 9,83 1 11,87 78,54 89,23 21,46 Düşey Boru Dalma Derinliğinin Etkisi Optimum düşey boru dalma derinliğinin tespiti amacına yönelik olarak gerçekleştirilen çalışmada; 30, 40, 50 ve 60 cm düşey boru dalma derinlikleri kullanılmıştır. Çizelge 6 dan da görüldüğü gibi en iyi sonuç 40 cm dalma derinliğinde elde edilmiştir. Çizelge 6. Jameson flotasyonunda dalma derinliğinin etkisi Düşey boru dalma derinliği (cm) 30 16,00 92,13 96,05 7,87 40 17,86 94,83 97,41 5,17 50 22,10 91,00 95,48 9,00 60 23,45 92,02 96,00 7,98 Tartışma ve Sonuçlar Numunelerle yapılan deney sonuçlarına göre Tunçbilek havzası linyit kömürü ara ürününün yağ flotasyonu ile zenginleştirilmesinin mümkün olduğu görülmüştür. 175
Parametre Değerler Köpük derinliği (cm) Değişken Yıkama suyu hızı (L/dk) 0,600 d 80 (mm) 0,250 Pülp katı oranı (%) %20 ph 7-7,5 Yağ asidi / gazyağı 1/1 Yağ asidi / gazyağı miktarı Katının %10 u Downcomer dalış miktarı (cm) 40 Koşullandırma süresi (dk) 10 Flotasyon süresi (dk) 3 Optimal şartlarda yapılan flotasyon sonucunda %87,15 yanabilir madde verimi ile %10 kül içeren ürün elde edilmiştir. Kaynaklar ALONSO, M.I., VALDES, A. F., MARTİNEZ-TarazonaM.R., Garcia, A.B., 1999a; Fuel, 78, 753-759. ALONSO, M.I., VALDES, A. F., MARTİNEZ-TARAZONA M.R., GARCİA, A.B., 1999b; Proc. 10th Int. Conf. on Coal Science, Science and Technology Press, Taiyuan, China, 1115-1118. ALONSO, M.I., CASTANO, C, GARCİA, A.B., 2000; Performance of Vegetable Oils as Flotation Collectors for the Recovery of Coal from Coal Fines Wastes, Coal Preparation, 21, 411-420. BOYLU F., ATEŞOK G., 1999. Çevre Dostu Yeni Bir Enerji Hammaddesi: Kömür-Su Karışımları, Türkiye de Kömür Politikaları ve Temiz Kömür Sempozyumu, Ankara. 154-162s DPT., 2001. Madencilik Özel İhtisas Komisyon Raporu Enerji Maddeler Alt komisyonu Kömür Çalışma Grubu. Ankara, DPT: 2605 - ÖIK: 616. GARCİA, A. B.,. MARTİNEZ-TARAZONA, M. R., VEGA, J.M.G., 1996; Fuel, 75, 885-890. JAMESON, G. J., 1988. A New Concept in Flotation Machine Design, Min. Metalic KURAL, O., 1991; Komur, Kurtiş Matbaası, İstanbul,17-49.Process., Feb.,44-47 s. KEMAL, M., ARSLAN, V., 1999. Kömür Teknolojisi (Genişletilmiş 3. Baskı), D.E.Ü., Mühendislik Fakültesi Basım Ünitesi, İzmir. SONMEZ, İ. Ve CEBECİ, Y.,2006 Performance of classic oil and lubricating oils in front flotationof Ukraine coal, Fuel, 85, 1866-1870 VALDES, A.F., ALONSO, M. I., GARCIA, A.B. Proc 10 th int. Conf. On coal science, Science and Technology Press, Taiyuan, China, 1199 s 176