HİDROLİK SINIFLANDIRMA 1. 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 < 2.5 10 5 Süperkritik akış bölgesi Re > 2.5 10 5 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; Stokes bölgesinin (Laminer akış) özellikleri Geçerli tane boyutu ortalama 0.1 mm nin altındadır. Viskoz direnç yüksektir, Basınç direnci yoktur, Tanelerin hareket hızı düşüktür. 1
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 0.1-2 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. 2
2. Hidrolik Sınıfladırma Prensibleri Klasifikasyona ait genel kanunların yazı ile ifadeleri aşağıdaki gibidir: - Herhangi bir akışkan ortamda şekil ve özgül ağırlıkları ayrı olan tanelerden iri olan daha hızlı çöker, - Eğer taneler aynı şekil ve boyutta iseler çökme hızları özgül ağırlıkları ile doğru orantılıdır. - Belirli bir akışkan ortam içerisinde tane boyutundan başka tüm faktörler eşit ise; küçük boyutlu tanelerin çökelme hızı çaplarının karesi ile orantılı, iri tanelerin ise çapın karekökü ile orantılıdır. - Çökmeye karşı direnç, ortamın yoğunluğu ve vizkozitesi ile orantılıdır. - Eğer taneler aynı ağırlıkta fakat şekilleri farklı ise çökme hızlarıda farklı olmaktadır. Küresel taneler en hızlı, yassı ve düz taneler ise en yavaş çökerler. Klasifikasyonun dayandığı çökelme kanunlarında, bir taneciğin şekli küresel olarak varsayılmıştır. Ancak uygulamada tane şekilleri çok farklı olabilir. Dolayısıyla terminal çökme hızlarının hesaplanmasında şekil faktörleri göz önüne alınır. Bunun için ortalama çap denilen bir değer tarif edilmiştir. Tane hacmi K x d o 3 K cismin şekline göre değişen bir sabittir, d o Küresel taneler için : K = /6 Köşeli taneler için : K = 0.4 İzometrik taneler için : K = 0.5 alınır ve genelde K = 0.2-0.6 2.1. Klasifikasyonda İstenen Şartlar Eğer klasifikatör ürünü bir gravite konsantrasyonuna tabi tutulacaksa minerallerin yoğunluk farklarının teorisine önem vermek gerekir. Böyle bir durumda yapılan klasifikasyon işlemi tane boyutuna göre değil daha ziyade minarellerin cinsine göre olmaktadır ve zenginleştirme işlemine basamak oluşturmaktadır. Bu tip klasifikas- yonda mümkün olduğu kadar engelli çökme şartlarının sağlanmasına çalışılır ve katı konsantrasyonu fazla olan süspansiyon (% 40-70 pulp yoğunluğu) kullanılır. Klasifikatörler yalnız tane boyutuna göre sınıflandırma işleminde bilyalı değirmen ile kullanıldığında ise mineral yoğunlukları farkının tesiri minimuma indirilmelidir. Bu durum serbest çökme şartlarında (pulp yoğunluğu daha az) sağlanabilir. Tane boyutuna göre sınıflandırmada çok ince tanelerden oluşan süspansiyon kullanılıyorsa düşük pulp yoğunluğu kullanmak, yüksek çökme hızı sağlaması ve salkımlaşma ihtimalini azaltması açısından avantajlıdır. Endüstride akımlı klasifikatörlerle 50-60 m gibi çok ince tanelerin oluşturduğu süspansiyonlarla çalışıldığında % 3-4, en iri tanelerle çalışıldığı (1-0.8 mm) hallerde ise bulamaç yoğunluğu % 30-35 olarak alınır. Klasifikasyon daha ziyade tane boyutuna göre ayırma yapmakta ve başlıca şu amaçlar için kullanılmaktadır. - Kapalı değirmen devrelerinde, öğütme boyutundan iri taneleri tekrar değirmene vermek, - Zenginleştirme işlemleri için gerekli tane boyutlarında malzeme hazırlamak, - Herhangi bir amaçla, bir malzemenin irisini incesinden ayırmak. 3
3. Klasifikatör Tipleri Endüstride yapı bakımından çok çeşitli klasifikatörler bulunmasına rağmen 2 ana grupta toplamak mümkündür. - Düşey akımlı klasifikatörler - Yatay akımlı klasifikatörler 3.1. Düşey Akımlı Klasifikatörler Bu ayırıcılar, tiplerine göre ayırım yaparlar. Kısmen engelli çöküş şartları geçerlidir. Dıştan verilen ilave su ile sınıflandırma zonunda bir düşey kaldırma ve engelli çökme şartları sağlanır (Şekil 1). 3.1.1. Evans Klasifikatörü Tabanı meyilli (% 10-12) oluk şeklindedir. Tabanında belirli aralıklarla dikdörtgen kutular bulunmaktadır. Bu kutuların bir kenarında boşalma deliği vardır ve kutu içerisine uzanan düşey borulardan kaldırma suyu beslenir. Oluğun giriş ucundan su ile beslenen malzeme, oluk meyili boyunca akarkan bir tabakalaşmaya tabi olur. Bu tabakada özgül ağırlığı en yüksek olan parçaların en irisi en altta, daha ince taneler üstte, aynı şekilde hafif malzemenin iri parçaları altta ve inceleri üstte olmak üzere bulunurlar. Alt kısımda toplanan malzeme boşaltma deliklerinden dışarı alınır. Kalan kısım ise oluk boyunca hareketine devam eder ve aynı işlem diğer kutularda da gerçekleşir. Böylece ilk kutudan en iri ve en ağır, son kutudan ise en hafif ve en ince malzeme alınır (Şekil 2). 3.1.2. Richards Klasifikatörü Bu klasifikatör engelli çöküş şartlarına göre çalışmaktadır. Ancak burada basınçlı su silindir biçimli ve üst kısmı konik olan bölmelere teğet olabilir. Üçgen kesitli kutular kullanılır. Bu kutuların dibine yerleştirilmiş birer klasifikasyon kolonu bulunmaktadır (Şekil 3). Oluk akış esnasında tabakalaşan malzemeden her bir kutuda dipten itibaren belirli kısımlar alınarak malzeme çeşitli gruplara ayrılmış olur. Bu bakımdan öğütülmüş cevherin çeşitli tane büyüklüğü sınıflarına ayrılması bu tip klasifikatörlerde mümkündür. 2.1.3. Hidrosizer Klasifikatör gövdesi trapezoid biçimde bir tankdır. Gövde bir çok bölmelere ayrılmış olup genelde 5 tanedir (Şekil 4). Beslemenin akış yönünde birinci bölmeden en iri ve son bölmeden en ince taneli malzeme alınır. Her bölmedeki pulp, basıncı yeteri kadar yükselince bir yan borudaki su sütünü yükselerek bu bölmenin üstündeki diyaframı kaldırır. Böylece diyaframa bağlı olan sübap açılarak bölmenin dibinde biriken malzeme boşalır. Pulp yoğunluğunun azalmasıyla birlikte sübap otomotik olarak kapanır. Bölmedeki ince malzeme ise üstten taşarak yan bölmeye geçer. Pulp akıntısına ilave olarak alttan basınçlı su verilir. Sübabın hangi pulp yoğunluğunda açılacağı ayarlanabilir. Örneğin kuvars için pulp yoğunluğu yaklaşık % 64 katı iken, bu ağır mineraller için daha fazladır. 4
Şekil 1. Düşey akımlı klasifikasyon çalışma prensibi Şekil 2. Evans klasifikatörü Şekil 3. Richard klasifikatörü 5
Şekil 4. Hidrosizer klasifikatörü 3.2. Yatay Akımlı Klasifikatörler Bu klasifikatörler ikiye ayrılırlar: - Hareketli kısımları olmayan kum havuzları ve çökeltme havuzları - Hareketli kısımları olan mekanik klasifikatörler 3.2.1. Hareketli kısımları olmayan kum havuzları ve çöktürme konileri Kum Havuzları: Belirli derinlikte dikdörtgen şeklindeki bir havuzun yanından besleme su ile birlikte verilir. Malzemenin bir kısmı havuz dibinde çökerek toplanır. Çökmeyen malzeme ise havuzun karşı tarafından havuzu terk eder. Havuzdan geçmekte olan tane bir yandan suyun yatay taşıma etkisine diğer yandan düşey bir çökme etkisine tabi olur. Bu iki bileşkenin etkisi doğrultusunda tane ya dibe çöker yada taşarak havuzu terk eder (Şekil 5). Havuzun inşasında beton, çelik saç, veya ahşap malzeme kullanılır. Çöktürme Konileri: Tepesi aşağıda ve tabanı yatay olan bir koninin ortasından beslenen su ile gelen malzeme, taban çevresine doğru yatay akımlı taşmaya sürüklenir ve belirli irilikteki taneler çökelmekte, çökmeyenler ise taşma ile kenardan alınmaktadır (Şekil 6). Koni inşasında beton, çelik saç veya ahşap malzeme kullanılır. Ancak en önemli husus tepe açısının malzemenin özelliğine göre seçilmesidir. İri malzeme için geniş tepe açıları, ince malzema için daha dar tepe açıları seçilir. Çökeltme konileri genellikle agregat sanayinde iri kum tanelerinin şlamının uzaklaştırılmasında kullanılmaktadır. Şekil 5. Kum havuzları 6
Şekil 6. Çöktürme konisi 2.2.2. Hareketli Kısımları Olan Mekanik Klasifikatörler Mekanik klasifikatörler (Şekil 7) esas olarak yan kenarları birbirine paralel olan, dip tarafı meyilli bir çökelme tankı ve bu tank içinde mekanik bir tertip kullanarak pulpü karıştıran ve çöken kısmı taşıyan tertibe göre taraklı, spiralli veya bantlı diye adlandırılır. Bir mekanik klasifikatörün kullanılması aşağıdaki işlemlerin oluşmasını sağlamaktadır. - İstenen tane boyutundan daha iri olan malzemenin tank içinde çökmesi ve taşan kısımda iri malzemenin en az miktarda olmasını sağlamak, - Sınıflandırma sonrası uygulanacak işlem için yeterli katı oranına sahip iri malzemenin üretilmesi, - Pulpü karıştırarak birbirine yapışık halde olan tanelerin ayrılmasını sağlamak, - Çökelme tankında iri malzemenin suyunun azaltılması ve uzaklaştırılması, Bu klasifikatörlerin ana kullanım yeri kapalı devre yaş öğütmedir. Ancak son yıllarda hidrosiklon bu klasifikatörlerin yerini geniş ölçüde almaya başlamıştır. Hidrosiklon ilk yatırımın az olması ve daha az yer işgal etmesinin yanısıra yüksek katı oranlı ince malzemenin elde edilmesi hidrosiklon lehine avantaj sağlamaktadır. Öte yandan mekanik klasifikatörler daha az enerji tüketmesi, bakım masrafının daha az olmasının yanısıra elde edilen iri taneli malzeme daha fazla katı oranı içermesi ve daha az bağlı tanenin karışması gibi avantajlara sahiptir. Ayrıca daha yüksek ayırma hassasiyetinin olması ve kapalı devre öğütmede daha az devreden yükün olması gibi avantajları da mevcuttur. Mekanik klasifikatörlerin sınıflandırma dışında, su atımı, şlam atma ve yıkama gibi uygulama alanı da vardır. Dolayısıyla bu klasifikatörler susuzlandırma amacıyla aşağıda belirtilen kullanım yerlerinde uygulama alanı bulmaktadır. - Bant konveyörde taşınacak uygun katı oranlı malzeme için, - Kurutma masrafını azaltmak için su içeriği azaltılmış malzemenin eldesinde, - Suyu azaltılmış ve yıkanmış kumun devreye geri dönüşünde, - Kömür, kum, fosfat ve demir cevheri yıkama tesislerindeki ince taneli malzemenin kazanılmasında, - Sınıflandırma sonrası uygulanacak zenginleştirme işlemi sonrası kullanılan reaktiflerin süzülmesinde kullanılırlar. 7
Taraklı Klasifikatörler: Dışı düz ve belirli bir eğimle konulmuş kenarlı, dik bir çöktürme tankı içinde çalışan bir veya yan yana birkaç tarak mekanizmasından oluşmaktadır (Şekil 8). Tarak derinliği taşma ucunda az ve yakarı doğru artar. Taraklar uçlara yakın askı kollarından tahrik mekanizmasına bağlanmıştır. Tank çelik, beton ve ahşap olabilir ve yukarı ucu açık olup ince malzeme boşaltma ucu ise kapalıdır. Taraklar çelik veya demirden yapılmış olup iri malzemenin içine girerek kumu yukarı doğru sürükler. Kumu boşalttıkdan sonra tekrar yükselerek ilk duruma gelir. Çift veya üç taraklı olanlar aynı zamanda aynı hareketi yapmadığından sarsıntı azaltılmış olur. Taraklar kendi yüksekliklerinin % 90-95 i kadar yukarı kalkabilir. Tank tabanının eğimi önemli olup ince taneli malzame için az eğimli (yaklaşık % 12) kullanılır. Klasifikatör genişliği 0.5-5 m, uzunluğu ise 4-10 m olabilir. Spiral Klasifikatörler: Bunlarda da eğimli bir tank esas gövdeyi oluşturur. Gövde içinde bir veya birkaç mile monte edilmiş tek veya çift hazneli bir veya iki spiral bulunmaktadır (Şekil 9). Tek eksenli olanlara simpleks, çift eksenlilere dubleks denir. Tankın derinliği genellikle spiral çapının % 90-150 si alınır. Üç tipte yapılırlar, bunlar; - Yüksek bantlı veya saçaklı tip: Bu en çok kullanılan tipdir. Çok yavaş çökmeyen 100 mesh veya daha iri malzemeler için genel öğütme devrelerinde kullanılır. - Batık spiral tip: Taşma ucunda spiralin belirli bir kısmı taşma seviyesinin altında kalabilecek şekildedir. Böylece oluk ve hacmi arttırılmış olur. Bu klasifikatörlerin ince taneleri ayırma kapasitesi daha fazladır. - Alçak saçaklı tip: Bu tipde oluk hacmi daha azdır ve genellikle susuzlandırma isleminde kullanılır. Spiral dönme hızı 6-20 dev/dk dır. Bantlı Klasiifikatör: Bunun en tipik örneği en eskilerden ve halen kullanılmakta olan Espezanza tipi klasifikatördür. Dikdörtgen şekilli eğimli çökeltme tankında band ve zincire takılmış cok sayıda kepçelerin bulamacı karıştırması, çöken iri malzemeyi taşıyıp suyunun azaltılmış halde tankdan uzaklaştırılması bu klasifikatörün çalışma şeklini ifade eder. Havuzlu Klasifikatörler: Bunun çöktürme tankı, yuvarlak dibi basık koni şeklinde ve diğerlerine nazaran daha büyüktür. Dibinde bulunan taraklar çöken malzemeyi ortaya doğru çeker ve orada bulunan çıkış deliğinden iri mal dışarı alınır. İnce malzeme ise havuzun çevresinden taşarak boşalır. Bu tip klasifikatörler daha geniş çöktürme alanına sahip oldukları için diğer klasifikatörlere nazaran daha ince taneli malzemenin ayırımı mümkün olmaktadır. Havuz çapı 8.4 m ile sınırlıdır (Şekil 10). Şekil 7. Mekanik klasifikatör 8
Şekil 8. Taraklı Klasifikatör Şekil 9. Spiral Klasifikatör Şekil 10. Havuzlu Klasifikatör 9
HİDDOLİK SINIFLANDIRMA İLE İLGİLİ SORULAR 1. Havuz da ve hidrolik sınıflandırma türleri nelerdir. 2. Bildiğiniz havalı sınıflandırıcıları nelerdir. Şekillerini çizerek tanımlayın. 3. Linatex ve Kolon hidrolik sınıflandırıcıları şekil çizerek tanımlayın. 4. Çanak, taraklı, spiral ve vida tipi sınıflandırıcıları şekil çizerek tanımlayın. 5. Mekanik sınıflandırıcılarda çökelme zonlarını şekil çizerek tanımlayın. 6. Richars, Evans, Stokes hidrolik sınıflandırıcıları şekil çizerek tanımlayın. 7. Elütrasyon test ekipmanını şekil çizerek tanımlayın. 8. 100 µm boyutundaki tanenin %35 katı/sıvı oranındaki pülp içinden dikey 70 cm lik yüksekliği kaç saniyede düşmektedir, Re sayısını ve engelli çökelme hızını belirleyin. 10