Türkoğlu-Şekeroba (Kahramanmaraş, Türkiye) Baritlerinin Flotasyon ile Zenginleştirilmesi Zehra Altınçelep 1, Oktay Bayat 2, Seda Demirci 3 1 Atatürk Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Erzurum, Türkiye; zaltincelep@cu.edu.tr 2 Çukurova Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Adana, Türkiye; obayat@cu.edu.tr 3 Çukurova Üniversitesi, Aladağ Meslek Yüksekokulu, Adana, Türkiye; demircis@cu.edu.tr Özet Bu çalışmada, Türkoğlu-Kahramanmaraş bölgesinde bulunan barit cevherinin flotasyon yöntemi ile zenginleştirilmesi araştırılmıştır. Deneysel çalışmalarda kullanılan cevher örnekleri Şekeroba İşletmesi maden ocağından alınmıştır. Deneysel çalışmalarda kullan ılan tüvanan cevher başlıca %80,75 BaSO 4, %8,22 SiO 2 ve %0,40 Fe 2 O 3 içermektedir. Flotasyon deneysel çalışmasında yapılan testlerde; ph, toplayıcı ve bastırıcı miktarlarının flotasyona olan etkisi araştırılmıştır. Optimum koşullarda yapılan flotasyon testleri sonuçlarına göre %92,75 BaSO 4 içeren barit konsantresi üretimi mümkün olmuştur. Anahtar Kelimeler: Barit, Flotasyon, ph, Toplayıcı Beneficiation of Türkoğlu-Şekeroba (Kahramanmaraş, Türkiye) Barite Ore by Flotation Abstract In this study, beneficiation of barite ores from Türkoğlu-Kahramanmaraş region was investigated using flotation method. For experimental study, samples were taken from Şekeroba Mining Company. The raw sample contains mainly 80.75% BaSO 4, 8.22% SiO 2 and 0.40% Fe 2 O 3. The effects of ph, collector and depressant dosage were investigated for flotation tests. A barite concentrate assaying 92.75% BaSO 4 was obtained at optimum flotation conditions. Keywords: Barite, Flotation, ph, Collector. 1. GİRİŞ Barit, baryum elementinin en yaygın minerali olan baryum sülfattan oluşmaktadır. Genellikle beyaz, opal ya da renksizdir. İçerdiği karbonlu maddelerden dolayı da siyah, sarı ve mavi renklerde de görülebilmektedir [1]. Barit genellikle kireçtaşlarındaki kurşun-çinko damarlarında, sıcak kaynak yataklarında ve hematit cevheriyle birlikte oluşmaktadır. Metalik olmayan minerallerin en ağırı baritin özgül ağırlığı 4,5 gr/cm 3 ve kendisine benzeyen silikatlardan sertliğinin az olması ile ayırt edilebilir [2]. 1
Kümülatif Ağırlık (%) Zehra ALTINÇELEP, Oktay BAYAT, Seda DEMİRCİ; Türkoğlu-Şekeroba (Kahramanmaraş, Türkiye) Baritlerinin Flotasyon ile Zenginleştirilmesi Baritin en önemli kullanım alanı sondaj sektörüdür. Dünya barit üretiminin %85-90 ı bu sektörde kullanılmaktadır. Baritin yoğunluğunun yüksek olması, aşındırıcılığının düşük olması, yüksek basınç ve ısıya karşı stabil olması, manyetik özelliğinin olmaması, çeşitli kaynaklardan kolay ve uygun maliyetle elde edilebilmesi sondaj sektöründe yaygın olarak tüketilmesini sağlamaktadır [3]. Sondaj sektöründe kullanılacak baritin, özgül ağırlığının en az 4,2 g/cm 3 ve BaSO 4 tenörünün ise en az %92 olması ve 0,045 mm (325 mesh) e kadar öğütülmesi gerekmektedir. Demir oksit miktarı ise %2-3 olabilir, fakat silisin aşındırıcı etkisi dolayısıyla fazla bulunması sakıncalıdır [4]. Oksitli cevherlerin flotasyonu, sülfürlü cevherlere göre daha zordur. Bunun sebebi, değerli mineralin yanında bulunan gang minerallerinin de oksitli olması yani değerli ve değersiz mineralin yüzey özelliklerinin benzer olmasıdır. Bu durum doğal olarak seçimliliği zorlastırmaktadır [5]. Barit flotasyonunda karboksilatlar (yağ asitleri) veya sülfonat tipi toplayıcılar kullanılmaktadır [6]. Oldukça uzun zincirli toplayıcılar (genellikle 10 karbondan fazla) bu grup minerallerin flotasyonu için gereklidir [8]. Toplayıcının özelliği ve ph ın uygun değerlere ayarlanması ile başarılı bir flotasyon yapılabilir. Ancak, içinde sertliği tanımlayan Ca 2+, Mg 2+ gibi yüksek değerlikli katyonlar bulunduran su, silikatlı minerallerin yüzeylerine adsorblanarak onların yüzey yüklerini değiştireceğinden uygun bir bastırıcı (sodyum karbonat, sodyum silikat, sodyum polifosfat vb.) ile bastırılması gerekmektedir [4]. Bu çalışmada, Türkoğlu Şekeroba A.Ş. ye ait barit cevheri flotasyon yöntemiyle zenginleştirme işlemine tabi tutulmuş ve flotasyonda etkili olan optimum parametreler belirlenmiştir. 2. MATERYAL VE YÖNTEM Deneysel çalışmalarda, Türkoğlu, Kahramanmaraş bölgesinden alınan barit (BaSO 4 ) numunesi kullanılmıştır. Barit numunesinin yoğunluğu 3,93 g/cm 3 olup %80,75 oranında BaSO 4 ile birlikte %8,22 SiO 2 ve %0,40 Fe 2 O 3 içermektedir. Flotasyon testlerinde kullanılmak üzere deneysel çalışmalarda kullanılacak olan numuneler çeneli kırıcıda kırılmış ve tamamı 2 mm lik elek ile elenmiştir. Daha sonra bu kırılmış malzeme bilyeli değirmende d 100 = 250 mikron a öğütülmüş ve öğütülmüş numunenin (flotasyon besleme malı) tane irilik dağılımı Şekil 1 de verilmiştir. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 elek altı elek üstü 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 Tane İriliği (mikron) Şekil 1: Öğütülmüş Numunenin Elek Altı-Elek Üstü Eğrileri 1 st International Mediterranean Science and Engineering Congress (IMSEC 2016), October 26-28, 2016, Adana/Turkey 2
Öğütülen numunenin öğütme sonrası tane boyutuna göre tenör (BaSO 4 ) ve % metal dağılımları Tablo 1 de verilmiştir. Tablodan da görüldüğü gibi malzemenin %47,56 sının 38 mikron altına geçtiği ve barit içeriğinin ise %83,33 nün -150 mikron tane boyutunda yoğunlaştığı görülmektedir. Bu verilerden yola çıkarak malzeme, flotasyon testlerinden önce d 100 = 250 μm altına öğütülmüş ve her bir Flotasyon testinde 200 gr lık temsili numuneler kullanılmıştır. Denver Sub-A laboratuvar tipi flotasyon makinası ve 1 litrelik hücre kullanılarak deneyler gerçekleştirilmiştir. Optimum barit flotasyonunu şartlarının belirlenebilmesi için yapılan deneylerde, ph ayarlayıcı olarak Kostik Soda (NaOH), bastırıcı olarak Sodyum Silikat (Cam Suyu) (Na 2 SiO 3 ), toplayıcı olarak ise Sodyum Dodesil Sülfat (SDS) (CH 3 (CH 2 ) 11 OSO 3 Na) ve köpürtücü olarak ise çam yağı kullanılmıştır. Tablo 1. Öğütme Sonrası Cevherin Tane Boyutuna Göre Tenör (BaSO 4 ) ve Dağılımları Tane Boyutu (mikron) Ağırlık (%) Tenör (% BaSO 4 ) Dağılım (%) Ağırlık (%) Kümülatif Elek Altı (%) BaSO 4 (%) BaSO 4 % Dağılım -250+212 6,10 70,46 5,31 100,00 80,75 100,00-212+180 5,34 72,45 4,80 93,90 81,42 94,69-180+150 5,23 73,14 4,74 88,56 81,96 89,90-150+125 5,15 75,28 4,80 83,33 82,51 85,16 125+106 3,99 78,14 3,86 78,18 82,99 80,36-106+75 7,20 80,45 7,18 74,19 83,25 76,50-75+53 7,82 81,46 7,89 66,99 83,55 69,32-53+45 5,65 82,13 5,75 59,17 83,83 61,43-45+38 5,96 83,65 6,18 53,52 84,01 55,68-38 47,56 84,05 49,50 47,56 84,05 49,50 Toplam 100,00 80,75 100,00 3. DENEY SONUÇLARI 3.1 ph ın Barit Flotasyonuna Etkisi Flotasyon için kullanılan kimyasalların, pülp içindeki mineral yüzeyleri ile bir tepkime verebilmeleri için pülp ph sının uygun olması gerekmektedir. Flotasyon deneylerinde ph değeri; 6, 7, 8 ve 9 da testler yapılmış ve elde edilen sonuçlar Şekil 2 de verilmiştir. Şekilden de görüldüğü gibi ph>7 den sonra 3 1 st International Mediterranean Science and Engineering Congress (IMSEC 2016), October 26-28, 2016, Adana/Turkey
(%) Zehra ALTINÇELEP, Oktay BAYAT, Seda DEMİRCİ; Türkoğlu-Şekeroba (Kahramanmaraş, Türkiye) Baritlerinin Flotasyon ile Zenginleştirilmesi konsantrenin tenör ve veriminde düşüşler gözlenmiştir. İleriki parametre testleri için ph değeri 7±0,2 olarak alınmıştır. Deney Koşulları: Tane boyutu (d 100 ) = -250 μm ph = 7-9 Katı oranı = %15 katı Karıştırma hızı = 1.300 d/dk Toplayıcı (Sodyum Dodesil Sülfat) miktarı = 200 gr/t Köpürtücü (Çam Yağı) miktarı = 150 gr/t Bastırıcı (Na 2 SiO 3 ) miktarı = 1.000 gr/t Koşullandırma süresi = 5 dk Flotasyon süresi = 2 dk 100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 74 72 70 6 7 8 9 ph 3.2 Toplayıcı Miktarının Etkisi Şekil 2: ph Değerinin Barit Flotasyonunda Etkisi Sodyum Dodesil Sülfat (SDS) 200-800 gr/t arasındaki miktarlarda kullanılarak en uygun toplayıcı miktarını belirlemek için bir dizi testler yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar Şekil 3 de verilmiştir. Deney Koşulları: Tane boyutu (d 100 ) = -250 μm ph = 7±0,2 Katı oranı = %15 katı Toplayıcı = Sodyum Dodesil Sülfat (200-800 gr/t) Karıştırma hızı = 1.300 d/dk Köpürtücü (Çam Yağı) miktarı = 150 gr/t Bastırıcı (Na 2 SiO 3 ) miktarı = 1.000 gr/t Koşullandırma süresi = 5 dk Flotasyon süresi = 2 dk 1 st International Mediterranean Science and Engineering Congress (IMSEC 2016), October 26-28, 2016, Adana/Turkey 4
(%) 100 95 BaSO4 Verim 90 85 80 75 70 65 60 200 400 600 800 Toplayıcı Miktarı (SDS) (gr/t) Şekil 3: Toplayıcı Miktarının Barit Flotasyonunda Etkisi Toplayıcı miktarının 200 gr/t dan fazla olduğu durumda tenörde bir miktar artış verimde ise belirgin bir düşüş gözlenmiştir. Toplayıcı miktarının artmasıyla birlikte konsantreye gang minerallerinin de toplayıcının etkisi ile yüzmesi ki bu da konsantrenin kirlenmesine yol açmaktadır, verimde belirgin bir düşüş gözlenmiştir. Yapılan testler sonucunda barit flotasyonunun nispeten az toplayıcı miktarının kullanılması halinde yapılabileceği ve bu nedenle toplayıcı (SDS) miktarı 200 gr/t olarak belirlenmiştir. Andrews ve Collings (1989) yaptıkları çalışmada belirttikleri gibi çok az toplayıcı miktarında bile baritin yüzdürülebilirliğini sağlamıştır [7]. 3.3 Bastırıcı Miktarının Etkisi Oksitli cevherlerin flotasyonunda, su sever mineral ile su sevmez mineral benzer kimyasal yapıda olduklarından bastırıcıların dikkatle seçilmesi gerekmektedir. Bu nedenle, silikat ve karbonatların bastırılmasında yaygın olarak kullanılan sodyum silikat (Na 2 SiO 3 ) bastırıcı olarak seçilmiştir. Deney sonuçlarına göre en uygun bastırıcı miktarı 500 gr/t olarak belirlenmiştir. Kaba flotasyon artığında baritin bir kısmının kaldığı gözlenmiştir. Ancak süpürme flotasyonu testleri yapıldığı halde kayda değer ölçüde bu kaba artıktan baritin kazanılması mümkün olmamıştır. Bu durum barit cevherinin bir kısmının hala gang mineralleri ile birleşik halde olduğunu yani daha ince tane boyutlarında serbestleştiğini göstermektedir. Deney Koşulları: ph = 7±0,2 Tane boyutu (d 100 ) = -250 μm 5 1 st International Mediterranean Science and Engineering Congress (IMSEC 2016), October 26-28, 2016, Adana/Turkey
(%) Zehra ALTINÇELEP, Oktay BAYAT, Seda DEMİRCİ; Türkoğlu-Şekeroba (Kahramanmaraş, Türkiye) Baritlerinin Flotasyon ile Zenginleştirilmesi Katı oranı = %15 katı Bastırıcı = Na 2 SiO 3 (500-2.000 gr/t) Karıştırma hızı = 1.300 d/dk Köpürtücü (Çam yağı) miktarı = 150 gr/t Toplayıcı (Sodyum Dodesil Sülfat) miktarı = 200 gr/t Koşullandırma süresi = 5 dk Flotasyon süresi = 2 dk 100 95 90 85 80 75 70 65 60 0 500 1000 1500 2000 2500 Bastırıcı Miktarı (gr/t) Şekil 4: Bastırıcı Miktarının Flotasyona Etkisi Kaba flotasyon deneyleri sonucunda elde edilen optimum flotasyon deney koşulları; ph 7±0,2, bastırıcı (Na 2 SiO 3 ) miktarı 500 gr/t, toplayıcı (Sodyum Dodesil Sülfat) miktarı 200 gr/t olarak tespit edilmiştir. Kaba konsantrenin hem tenörünün istenen değerden (<%92 BaSO 4 ) az olması hemde bu konsantrenin mikroskop ile incelenmesinde hala gang minerallerinden kaynaklı kirliliğin gözlenmesinden dolayı kaba flotasyonun bir seri temizleme flotasyonu ile daha yüksek tenörlü nihai konsantre elde etmek için 3 aşamalı temizleme flotasyonu yapılmıştır. Temizleme flotasyonu testlerinde sadece her aşamada 250 gr/t bastırıcı (Na 2 SiO 3 ) sisteme ilave edilmiştir. Diğer deney koşulları değiştirilmemiştir. Üç aşamalı temizleme flotasyonu sonucunda %92,75 BaSO 4 tenörlü konsantre, %87,64 BaSO 4 kazanma verimi ile elde edilmiştir. Elde edilen nihai konsantre ve nihai artık ürünleri ile deneylerde kullanılan besleme malının mineralojik incelenmesi için her bir örneğin XRD analizleri yapılmıştır. Şekil 5-7 de örneklerin XRD faz diyagramları verilmiştir. Besleme malının XRD paterninde, barit (BaSO 4 ) ve kuvars fazlarının yanı sıra az miktarda sölestin (SrSO 4 ) fazı da tespit edilmiştir (Şekil 5). Şekil 6 da görüldüğü gibi nihai barit konsantresinin büyük çoğunlukla barit içerdiği görülmektedir. Artığın XRD paterninde (Şekil 7) ise kuvars ve daha az miktarlarda barit içerdiği gözlenmiştir. 1 st International Mediterranean Science and Engineering Congress (IMSEC 2016), October 26-28, 2016, Adana/Turkey 6
Şekil 5: Besleme Malının XRD Sonuçları Şekil 6: Nihai Konsantrenin XRD Sonuçları 7 1 st International Mediterranean Science and Engineering Congress (IMSEC 2016), October 26-28, 2016, Adana/Turkey
Zehra ALTINÇELEP, Oktay BAYAT, Seda DEMİRCİ; Türkoğlu-Şekeroba (Kahramanmaraş, Türkiye) Baritlerinin Flotasyon ile Zenginleştirilmesi Şekil 7: Nihai Artığın XRD Sonuçları 4. SONUÇLAR Türkoğlu-Şekeroba (Kahramanmaraş, Türkiye) barit cevherinin en uygun koşullarda (ph = 7±0,2; d 100 = -250 μm; %15 katı; Na 2 SiO 3 = 500 gr/t; Karıştırma hızı = 1.300 d/dk; Çam Yağı = 150 gr/t; Sodyum Dodesil Sülfat = 200 gr/t; Koşullandırma süresi = 5 dk; Flotasyon süresi = 2 dk; 3 aşamalı temizleme) yapılan flotasyon yöntemi ile zenginleştirilmesi sonucunda %92,75 BaSO 4 ve %87,64 verim ile barit konsantresinin (özgül ağırlık >4,2 gr/cm 3 ) elde edilebileceği belirlenmiştir. Bu ürün sondaj sektörü için uygun niteliktedir. REFERANSLAR [1] Curreli L., Ghiani M. and Zucca A. Production of Baryte Concentrates for Specials Uses. 5. International Mineral Processing Symposium; 1994 Sep 6-8; Cappadocia (Turkey); p. 269-275. [2] Özbaş K. E., Hiçyılmaz C., Özbayoğlu G. Beylikahir Barit ve Fluorit Minerallerinin Zenginleştirilmesi. 1. Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu; 1995 Nisan 21-22; İzmir (Türkiye); 7-14 [3] http://www.frmartuklu.org [4] Özer H. (2007). Oksit Flotasyonunda Tane Boyutu, Hidrofobiklik, Köpük Yapısı ve Mekanik Taşıma Arasındaki İlişki. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü-Yüksek Lisans Tezi, 105s. [5] Özer H. ve Çilek E. C., (2010) Kuyucak Yöresine Ait Barit Cevherinin Flotasyonla Zenginleştirilmesi. Madencilik Dergisi. Vol. 49, 23-29. [6] Delice K. ve Özbayoğlu G. Gümüşköy Gümüş Cevherinden Barit in Kazanılması. 1. Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu; 1995 Nisan 21-22; İzmir (Türkiye); 15-21. [7] Andrews P. R. A. and Collings R. K. Beneficiation of Barite: A Review of Processing Studies at Canmet. Mining Engineering; 1989 June; p. 145-150. [8] Çilek E. C. (2006). Mineral Flotasyonu. Süleyman Demirel Üniversitesi. Yayın No: 59. Isparta. 1 st International Mediterranean Science and Engineering Congress (IMSEC 2016), October 26-28, 2016, Adana/Turkey 8