1
ÖNSÖZ Afyon Kocatepe Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümünde okutulmakta olan Cevher Hazırlama dersine ait laboratuvar deney föylerini içeren bu kitapçık, gerek laboratuvar uygulamalarına hazırlık ve gerekse uygulamalar esnasında öğrencilerin ihtiyaç duyduğu bilgileri temin amacıyla hazırlanmıştır. Kitapçığın hazırlanmasında daha ziyade mevcut imkânlar çerçevesinde gerçekleştirilebilecek deneylere ait bilgilere yer verildiğinden, bir takım eksikliklerin olması doğal karşılanmalıdır. Mütevazı ölçülerde hazırlanan bu kitapçığı zaman içinde güncelleştirmeyi ve daha iyisinin hazırlanmasını hedeflediğimizi ifade etmek isterim. Eserin, lisans ve yüksek lisans düzeyinde eğitim gören öğrencilerimize yararlı olmasını diliyorum. Eyüp SABAH Ocak 2007, Afyonkarahisar 2
1. GENEL BİLGİLER NUMUNE AZALTMA DENEYİ 1.1. Numune Alma Büyük bir cevher kütlesi veya yığınının bütün kimyasal ve fiziksel özelliklerini belirleyebilmek için alınan, ancak miktar yönünden o kütleden veya yığından daha az olan ve cevherin tüm özelliklerini genel olarak temsil edebilen parçaya temsili numune, parçanın alınma işlemine de numune alma adı verilir. Cevher yığınının büyüklüğü göz önüne alındığında, tüm yığının ve bu yığından elde edilen ürünlerin tümünü elden geçirmek, onların fiziksel ve kimyasal özelliklerini ölçmek söz konusu olamaz. Tüm cevher yığınının yerine cevherin tüm özelliklerini sergileyecek miktarda numune alarak o cevher hakkında gerekli bilgileri sağlamak mümkündür. Numune almanın önemi burada ortaya çıkmaktadır. Elde edilecek bilgiler, ancak doğru bir numune alımıyla anlam kazanır. Cevher yığınını temsil etmeyen numuneden elde edilecek bilgilere dayanılarak kurulacak bir cevher hazırlama tesisinin, veriler ne kadar göz kamaştırıcı olursa olsun, verimli ve ekonomik bir şekilde çalışması mümkün değildir. Hatta tesisin hiç çalışmaması söz konusu olabilir. Bir cevher yığınından alınan numune miktarı her zaman gerekli olan miktarın üzerindedir. Genellikle analiz yapmak için birkaç gram, laboratuvar ölçekte çalışmalar için birkaç yüz kilogram numune yeterli olmaktadır. Bu nedenle büyük bir cevher yığınından öngörülen miktarda numune alma, sistemli bir şekilde numuneyi azaltmakla mümkündür. Numune azaltma işlemleri sırasında muhtemel hataları önlemek ve yığın içerisindeki her bir tanenin eşit seçilebilme şartını garanti etmek amacıyla numune bölme işlemlerine geçilmeden önce, iri cevher parçalarının ufalanması ve ufalanmış parçaların da ana cevher yığınıyla tamamen harmanlanmış olması gerekmektedir (Şekil 1). Numune azaltma işlemlerinin doğruluğu, yönteme ve bu iş için tercih edilen numune küçültme aletine bağlıdır. Numune azaltma yöntemlerini aşağıdaki gibi sıralamak mümkündür. 1. Alternatif Kürek Yöntemi 2. Konileme-Dörtleme Yöntemi 3. Oluklu Bölücü (Jones RIFFLE) 4. Kavanozlu Numune Azaltma Aleti 5. Spatül ile Numune Bölme 3
Şekil 1. Katılardan numune alma. 2. DENEYİN YAPILIŞI 2.1. Alternatif Kürek Yöntemi Bu yöntem, ilkel ve emek yoğun bir işlem olmasına rağmen, etkin bir şekilde kullanılabilir. İri parçaları kırılmış cevher düz ve sert bir yüzey üzerinde harmanlandıktan sonra koni oluşturacak şekilde yığılır. Oluşturulan cevher yığınından Şekil 2 de verilen numune küreğiyle, örneğin üç kürek cevher bir tarafa, bir kürek cevher diğer tarafa konulmak suretiyle numune alınır. Şekil 2. Numune alma küreği. Kürekleme işleminde her küreğin eşit miktarda cevher aktardığı varsayılırsa ana cevher yığını 3/4 ve 1/4 büyüklüklerinde iki ayrı 4
yığına dönüştürülmüş olur. Büyük parça üzerinde herhangi bir işlem yapılmasına gerek yoktur. Böylece ana cevher yığınından onu temsil eden ve 1/4 ü büyüklüğünde bir numune alınmış olur. Bu yöntemle 1/5, 1/6 gibi oranlarda numuneler almak da mümkündür. 2.2. Konileme-Dörtleme Yöntemi Alternatif kürek yöntemi ile alınmış numunenin azaltılmasında kullanılabileceği gibi, miktarı az bir cevher yığınından alınan numunenin azaltılması işleminde de uygulanabilir. İri cevher parçaları kırıldıktan ve ana cevher yığınıyla harmanlandıktan sonra cevher bir koni oluşturacak şekilde yığılır. Koninin üzerinden bastırılarak cevher belirli bir kalınlıkta ve düzgün olarak yayılır. Yayılmış olan cevher, bölücü ile (Şekil 3) dört eşit parçaya bölünür. Çapraz parçalar birleştirilerek numune olarak ayrılır. Böylece cevher iki eşit parçaya bölünmüş olur (Şekil 4). Şekil 3. Dörtleme için kullanılan bölücü. Şekil 4. Konileme-Dörtleme yöntemi. 5
2.3. Oluklu Bölücü En tanınmış mekanik numune bölme aleti Jones RIFFLE oluklu bölücüsüdür (Şekil 5). Bu alet daha çok, akışkan özelliği yüksek kuru cevherler ve pülpler için uygundur. Jones RIFFLE oluklu bölücüsüyle numune alma işleminde cevher kütlesi veya pülp, birbirinden ayrılmış oluklar vasıtasıyla iki benzer parçaya bölünür. Parçalardan birisi numune olarak alınırken diğeri saklanır veya atılır. Oluklardaki tıkanmalar nedeniyle oluşacak sistematik hataları önlemek için, küçültülecek numunedeki tane boyutu üst sınırı cihazın oluk açıklığının 1/3 den fazla olmamalıdır. Şekil 5. Jones RIFFLE oluklu bölücüsü. 2.4. Kavanozlu Numune Azaltma Aleti Bir titreşimli besleyici ve bir eksen etrafında dönen bir dizi kavanozdan ibarettir (Şekil 6). Bu aletle, kavanoz sayısı kadar numune almak mümkündür. 6
Şekil 6. Döner tip kavanozlu numune bölme aleti. 2.5. Spatül ile Numune Bölme Numune bölme işleminin son aşamasında uygulanan bir yöntemdir. Genellikle, kimyasal analizi yapılacak küçük miktardaki numunelerin alınmasında uygulanır. Bunun için, yukarıda anlatılan yöntemlerin birbiri ardına uygulanması sonucu azaltılan numune öğütülür ve gerekli harmanlama işlemi yapıldıktan sonra bir koni haline getirilir. Koni üstten bastırılarak düzleştirilir. Düzleştirilmiş numune küçük karelere bölünür ve spatül yardımıyla her kareden büyüklüğü ile orantılı olarak numune alınır. Daha sonra, alınan numuneler birleştirilir (Şekil 7). Şekil 7. Spatül ile numune küçültme. Numunelerin Toplanması ve Saklanması Numuneler, paslanmaz, iyi izole edilmiş ve temiz kaplarda toplanmalı ve ısıya karşı korunmalıdır. Her numunenin muhafaza edildiği kabın veya torbanın üzerine; 7
Numunenin adı Alındığı yer ve zaman (tarih, saat vs.) Kullanılan numune alma yöntemi Numune parça sayısı Numune alan kişinin adı vs. mutlaka yazılmalıdır. Linyit kömürünün rutubet analizi için gerekli olan numune hazırlama işlem basamakları, Şekil 8 de akım şeması halinde gösterilmiştir. Şekil 8. Kömürde rutubet tayini için numune hazırlama. 3. DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ Yaptığınız deneyde, stoktan alacağınız numunenin maksimum tane büyüklüğünü 8 cm ve özgül ağırlığını 4 gr/cm 3 kabul ederek almanız gereken asgari numune miktarını hesaplayınız. Yaptığınız deneyde numune alma işlem basamaklarını blok diyagram halinde gösteriniz. Deney raporlarını en geç bir hafta içinde deney sorumlusuna teslim ediniz. 8
1. GENEL BİLGİLER YOĞUNLUK TAYİNİ DENEYİ 1.1. Gerçek Yoğunluk ve Yığın Yoğunluğu Tayini Birim hacimdeki madde miktarına yoğunluk denir. Yoğunluk; cevher hazırlamada, malzemenin stoklanmasında, zenginleştirilmesi sırasında ve depolanmasında büyük rol oynamaktadır. Malzemenin tespit edilen yoğunluğuna göre, kullanılacak makinalar, silolar ve depolar boyutlandırılmaktadır. Bu nedenle, bir numunenin yığın ve gerçek (bağıl) yoğunluklarının bilinmesi gerekmektedir. 1.1.1. Gerçek (bağıl) yoğunluk Özellikle ince tanelerin yoğunluğunun hassas biçimde tayininde gerçek yoğunluğun tespiti gerekmektedir. Gerçek yoğunluğun belirlenmesi için piknometre kullanılmaktadır. Şekil 1 de görülen 50 ml lik piknometre, küçük bir balon joje şeklinde olup, ağzına oluklu bir cam tapa yerleştirilmiştir. Yoğunluğu tayin edilecek olan malzeme piknometre içine yerleştirildikten sonra üzerine malzemeye uygun sıvı konulmaktadır. Sıvı olarak; hidratize olmayan numunelerin gerçek yoğunluğunun tespitinde su, hidratize olan numuneler için ise alkol veya gazyağı kullanılmaktadır. Şekil 1. 50 ml lik piknometre 9
1.1.2. Yığın yoğunluğu Yığın yoğunluğu, mineral tanelerinden oluşan yığının, taneleri ve taneleri arasındaki boşlukları da dahil olmak üzere, birim hacminin kütlesidir (Şekil 2). Şekil 2. Mineralin yapısında bulunan açık, kapalı porlar ve taneler arası boşluklar. 2. DENEYİN YAPILIŞI 2.1. Gerçek (Bağıl )Yoğunluğun Belirlenmesi Gerçek yoğunluğun belirlenebilmesi için malzemenin öğütülerek toz haline getirilmesi gerekmektedir. Bu nedenle yoğunluğu tespit edilecek olan numuneden, temsili olarak 1 kg kadar numune alınır. Temsili olarak alınmış bu numune istenilen inceliğe kadar (-0,1 mm) öğütülür. Öğütülmüş olan bu numuneden konileme-dörtleme yöntemiyle 40-50 gr kadar numune alınır. Numune 24 saat süreyle, 105 C de etüvde kurutuluu ve 15-20 dakika süreyle desikatörde soğumaya bırakılır. Piknometre temizlenir ve 105 C de etüvde kurutulur. Kurutulmuş olan bu piknometre desikatörde soğutulduktan sonra tartılarak ağırlığı tespit edilir (G P ). Piknometre ve saf su analitik dengenin sağlanması için deneyden önce birkaç saat aynı ortamda bekletilir. Piknometre tamamen su ile doldurulur. Su içinde oluşabilecek hava kabarcıkları piknometrenin sallanması yoluyla giderilmesi sağlanır. Kapiler başlığı dikkatlice kapatılır. Bu başlığın kapatılması esnasında taşan su nedeniyle piknometrenin etrafı iyice kurulandıktan sonra sulu ağırlığı tespit edilir (G PS ). Piknometre içine konan saf suyun ağırlığı, piknometrenin sulu ağırlığından (G PS ) kuru ağırlığının (G P ) çıkartılması ile tespit edilir. Saf suyun yoğunluğu sıcaklıkla birlikte değiştiğinden bu işlemden sonra piknometrenin hacmi, aşağıdaki formül ve Çizelge 10
1 de verilen veriler esas alınarak hesaplanır. Çizelge 1. Saf suyun sıcaklığa bağlı yoğunluk değerleri. Sıcaklık ( º C) Yoğunluk 20 0,998234 21 0,998022 22 0,997801 23 0,997569 24 0,997327 25 0,997075 26 0,996814 Su boşaltılır ve piknometre etüvde aynı sıcaklıkta kurutulduktan sonra içine yeterli miktarda numune (piknometre hacminin1/8 i), saat camında tartılarak (G N ) konur. Piknometrenin numune ile birlikte ağırlığı tespit edilir(g NP ). İçinde numune bulunan piknometre tamamen saf su ile doldurulur ve piknometre aralıklı olarak çalkalanarak taneler arasında kalan hava kabarcıklarının çıkması sağlanır. Kapiler başlığı dikkatlice kapatılır. Bu başlığın kapatılması esnasında taşan su nedeniyle piknometrenin etrafı iyice kurulandıktan sonra ağırlığı tespit edilir (G NPS ). Yukarıdaki ağırlıklar belirlendikten sonra, aşağıda verilen formül yardımıyla malzemenin gerçek yoğunluğu hesaplanabilir; ( g / cm N 3 ) V P ( cm 3 GN ( g) GNPS GP G ) 3 H 0( g / cm ) 2 N Burada: δ N : Numunenin yoğunluğu (gr/cm 3 ) : Saf suyun yoğunluğu (gr/cm 3 ) G n G p H 2 O : Numunenin ağırlığı (gr) : Piknometrenin ağırlığı (gr) 11
G np : Piknometre + Numune ağırlığı(gr) G nps : Piknometre + Su + Numune ağırlığı (gr) Vp : Piknometre hacmi (cm 3 ) 2.2. Yığın Yoğunluğun Belirlenmesi (DIN-1097-3) 2.2.1. Numune Katı mineral maddelerde 63 mm tane boyutuna kadar uygulanabilir. 2.2.2. Deneyde kullanılacak cihazlar Ölçüm kabı: Silindirik ölçüm kabının iç çapının, iç yüksekliğine oranı 0,5-0,8 arasında olmalıdır. Ölçüm kabı yeterince sağlam ve iç kısmı kaygan olmalıdır; numune ile doldurulduğunda kendi formunu muhafaza etmelidir. Ölçüm kabı taşana kadar doldurulduktan sonra numune kabının üstü ve dolayısıyla numunenin üst yüzeyi yere paralel bir şekilde durmalıdır. Kullanılacak ölçüm kabı hacmi ile yığın yoğunluğu ölçülecek cevherin tane boyutu arasındaki ilişki, Çizelge 1 de verilmiştir. Çizelge 1. Numune Tane Boyutu ve Ölçüm Kabı Hacmi Arasındaki İlişki. Maksimum tane boyutu Asgari hacim (lt) 4 mm ye kadar 1 16 mm ye kadar 5 31,5 mm ye kadar 10 63 mm ye kadar 20 Tartım cihazı: Yığın yoğunluğu tayini yapılacak numuneyi tartabilecek kapasite ve hassasiyette. Etüv: 105 C±5 C ye kadar sıcaklığa ayarlanabilen, uygun kapasitede ve havalandırmalı. 2.2.3. Numune hazırlama Yığın yoğunluğu ölçülecek numune, kullanılacak ölçüm kabını dolduracak miktarda olmalıdır. 12
Numune, 105±5 0 C sıcaklıkta bir etüvde sabit tartıma gelene kadar kurutulmalıdır. 2.2.4. İşlem Kurutulmuş ölçüm kabı tartılarak kütlesi (m o ) kaydedilir. Ölçüm kabı yere paralel bir konumda olacak şekilde düz bir zemine konulur ve yığın yoğunluğu belirlenecek numune, uygun bir kürekle doldurulur. Doldurma esnasında küreğin ölçüm kabından yüksekliği 50 mm den fazla olmamalıdır. Ölçüm kabında tanelerin homojen olarak dağılmasını sağlayacak şekilde doldurma yapılmalıdır. Ölçüm kabı taşana kadar doldurulduktan sonra numune kabının üst yüzeyi düzlenmelidir. Bu esnada ölçüm kabının sarsılmamasına veya sallanmamasına özen gösterilmelidir. Doldurulmuş ölçüm kabı, yeterli kapasitede olan bir tartım cihazı ile tartılarak kütlesi (m 1 ) kaydedilir. Aynı işlemlerin üç defa tekrarlanıp, ortalama değerin alınması gerekir. Hesaplanan ortalama yığın yoğunluğu değeri, virgülden sonra iki hane içerecek şekilde yuvarlanır. Yığın yoğunluğu kg/m 3 olarak aşağıdaki formülle hesaplanır. y m 1 m V 0 Burada: ρ y : Yığın yoğunluğu (kg/m 3 ) m o : Kurutulmuş, boş ölçüm kabının kütlesi (kg) m 1 : Dolu ölçüm kabının kütlesi (kg) V : Ölçüm kabının hacmi (m 3 ) 3. DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ Numuneyi tanımlayınız (tane boyutu, özgül ağırlığı vs.) Verilen numunenin gerçek (bağıl) yoğunluğu hesaplayınız. Verilen numunenin yığın yoğunluğu hesaplayınız. Deney raporlarını en geç bir hafta içinde deney sorumlusuna teslim ediniz. 13
KIRMA DENEYİ 1. GENEL BİLGİLER 1.1. Kırma Kırmanın amacı, çeşitli işletme yöntemleriyle ocaktan çıkarılan iri boyutlu cevher veya kömür parçalarından belirli büyüklük ve şekilde taneler üretmek, yüzey büyütmek ve değerli mineralleri serbest hale getirmektir. Cevher ve kömür hazırlamada kırma, ufalama işlemlerinin ilk basamağını teşkil etmektedir. Kademeli olarak yapılan bu işlemde elde edilen cevher boyutu; 100 mm nin üstünde ise iri kırma 100-10 mm arasında ise ince kırma 10 mm nin altında ise öğütme olarak ifade edilmektedir. Kırma; ufalama işleminin ilk aşaması olup genelde kuru olarak gerçekleştirilen bir işlemdir. Ocaktan gelen büyük cevher parçaları, birincil (primer) kırma işleminde, büyük kırma makinaları kullanılarak küçültülür. İkincil (sekonder) veya üçüncül kırma işlemleriyle de cevherin yeteri kadar ince boyuta indirilmesi sağlanır. Birincil kırıcılar olarak genellikle çeneli kırıcı, gyratory kırıcı ve şoklu kırıcılar kullanılmaktadır. İkincil kırıcılara örnek olarak ise, konik kırıcılar ve merdaneli kırıcılar verilebilir. Boyut küçültme oranı (ufalama oranı), kırma işleminin bir göstergesi olup kırılacak malzeme boyutunun, kırılmış malzeme boyutuna oranı olarak adlandırılmaktadır. Bu oran değişik tipteki kırıcılar için farklı değerler almaktadır. Boyut küçültme oranı, kırıcı seçiminde gözönünde bulundurulması gereken en önemli faktörlerden birisi olup, ufalanan malzemenin tane iriliğine ve kırıcı özelliklerine bağlı olarak değişmektedir. Beslenen malzemenin Boyut küçültme oranı Ufalanan malzemenin en büyük tane en büyük tane iriligi iriligi 14
1.2. Kırıcılar 1.2.1. Çeneli kırıcı Bu kırıcıların en belirgin özelliği, birbirlerine göre dar açı ile yerleştirilmiş bir sabit diğeri hareketli iki plakadan oluşmuş olmalarıdır. Kırma, cihazın çene adı verilen iki plakası arasında gerçekleşir. Çenelerden biri genellikle gövdeye sabit şekilde bağlı, diğeri hareketlidir. Çeneli kırıcılar, hareketli çenenin mafsallanış şekline göre sınıflandırılırlar (Şekil 1). Şekil 1. Çeneli kırıcıların mafsallanma şekillerine göre tipleri. Blake tipi: Hareketli çene yukarıdan mafsallı, ağız açıklığı sabit ve çıkış açıklığı değişkendir. En küçük parçaya en büyük hareketi yapar. Dodge tipi: Hareketli çene çıkış kısmından mafsallıdır. Bu nedenle ağız açıklığı değişken ve çıkış açıklığı sabittir. En büyük parçaya en büyük hareketi yapar. Universal tip: Hareketli çene ortasından mafsallı olup, ağız ve boğaz açıklıkları değişkendir. Bütün parçalara aynı hareketi yapar. Günümüzde uygulaması yoktur. Şekil 2, laboratuvar ölçekli Blake tipi çeneli kırıcıyı göstermektedir. Bu tip kırıcıya ait özellikler: Besleme boyutu: < 100 mm Çıkış boyutu: < 20 mm Kapasite: 300 kg/h kadar (kırılacak malzemenin özelliğine göre) 15
Şekil 2. Laboratuvar ölçekli çeneli kırıcı. Kırıcının Kullanımında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar: Kırıcının boğaz açıklığı belirli bir değere ayarlanmıştır. Lütfen değiştirmeyiniz. Kırma işlemi için cihazı çalıştırınız. Kırıcı tam çalışma devrine ulaşmadan besleme yapmayınız. Kırılacak malzemenin kuru olmasına dikkat ediniz. Yaş malzemeyi kuruttuktan sonra kırınız. Malzemenin özelliğinden kaynaklanan veya boğaz açıklığının yeterli olmaması durumunda meydana gelen tıkanmalarda, boğaz açıklığını artırınız. Kırma işlemi sona erdikten sonra cihazı durdurunuz. Kırılmış malzemeyi cihazı durdurduktan sonra dışarıya alınız. Çene plakalarını fırça veya basınçlı hava ile temizleyiniz. 1.2.2. Konik kırıcı Aslında oynar milli bir jiroskopik döner kırıcıdır ve diğerlerinde olduğu gibi 3 ana parçadan meydana gelmektedir. Bunlar; ana mil, kırıcı kafa veya göbek ve kesik konik şeklindeki gövdedir. Kırma işlemi konik yüzeyler arasında gerçekleşir. Boğaz açıklığı ayarı, göbek kokavlara doğru kaldırıp-indirilerek yapılır. Kırıcının yapısına göre göbek kaldırma tertibatı mekanik veya hidrolik olabilir. Şekil 3 de verilen labor ölçekli bu tip bir kırıcıya ait özellikler: 16
Besleme boyutu: < 20 mm Çıkış boyutu: < 2 mm Kapasite: 50 kg/h kadar (kırılacak malzemenin özelliğine göre) Şekil 3. Konik kırıcı ve yapı unsurları. 17
Kırıcının Kullanımında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar: Kırıcının boğaz açıklığı belirli bir değere ayarlanmıştır. Lütfen değiştirmeyiniz. Kırma işlemi için cihazı çalıştırınız. Kırıcı tam çalışma devrine ulaşmadan besleme yapmayınız. Kırma işlemi sona erdikten sonra cihazı durdurunuz. Kırılmış malzemeyi cihazı durdurduktan sonra dışarıya alınız. 1.2.3. Merdaneli kırıcı Yatay ve paralel eksenler etrafında zıt yönlerde dönen iki silindirden ibarettir. Kırılacak parça bu iki tambur arasına girerek baskı zorlaması ile kırılır. Çeşitli tiplerde imal edilmekle birlikte günümüzde en çok, tamburlardan biri sabit, diğeri ise kayabilen yataklar üzerinde dönen yaylı tip tercih edilmektedir. Kırıcı ayarı gerçi çubuklarının uçlarındaki ayar somunları yardımıyla, oynar merdane sabit merdaneye yaklaştırılıp uzaklaştırılarak merdaneler arası mesafenin ayar edilmesi ile gerçekleştirilir. Şekil 4, laboratuvar ölçekli bir merdaneli kırıcıyı göstermektedir. Şekil 4. Laboratuvar ölçekli bir merdaneli kırıcı ve çalışma şekli. 18
Bu tip kırıcıya ait özellikler: Besleme boyutu: < 12 mm Çıkış boyutu: < 0,2-0,5 mm Kırıcının Kullanımında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar: Kırıcının çıkış açıklığı belirli bir değere ayarlanmıştır. Lütfen değiştirmeyiniz. Kırma işlemi için cihazı çalıştırınız. Kırıcı tam çalışma devrine ulaşmadan besleme yapmayınız. Kırma işlemi sona erdikten sonra cihazı durdurunuz. Kırılmış malzemeyi cihazı durdurduktan sonra dışarıya alınız. Merdanelerin üzerini fırça veya basınçlı hava ile temizleyiniz. Üç Aşamalı Kırma İşlemi: Kırma işlemi genellikle iki veya üç aşamada yapılmaktadır. Ocaktan gelen cevher parçalarının büyüklüğü 150 cm kadar olabilmektedir. Bu büyüklükteki cevher parçaları birincil (primary) kırma işleminde, büyük kırma makinaları (kırıcılar) kullanılarak 20-10 cm ye küçültülebilir. İkincil (secondary) kırma işlemi, birincil kırma işlemi sonucunda oluşan ürünün (kırılmış cevherin) boyutlarını 2-0,5 cm arasına indirmekten ibarettir. Cevher sert veya kırılmaya karşı direnci yüksekse, üçüncül (tertiary) bir kırma işlemine gerek duyulabilir. Bu üç aşamayı içeren tane boyu küçültme akım şeması Şekil 5 de verilmiştir. 19
Şekil 5. Üç aşamalı kırma devresi akım şeması. 2. DENEYİN YAPILIŞI Kırıcıyı temizleyiniz. Kırıcının giriş ve çıkış açıklığını tespit ediniz. Kırılacak malzemenin kırıcının giriş açıklığına uygun olmasına dikkat ediniz. Kırma işleminden önce toplama kabını kırıcı altına yerleştiriniz. Kıracağınız malzemenin miktarını belirleyiniz. Kırma başlangıç süresini tespit ediniz. Kırma işlemi bitmeden cihazı durdurmayınız. Kırma bitiş süresini tespit ediniz. Kırıcıyı temizleyiniz. 3. DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ Kullanılan kırıcıların çalışma prensibini anlatınız. Kırıcıların boyut küçültme oranlarını bulunuz. Kırma anındaki enerji sarfiyatını hesaplayınız. Deney raporlarını en geç bir hafta içinde deney sorumlusuna teslim ediniz. 20
ÖĞÜTME DENEYİ 1. GENEL BİLGİLER 1.1. Öğütme Öğütme, boyut küçültme işlemlerinin son aşaması olup yüzey büyütmek ve istenilen tane boyutuna (serbestleşme için gerekli olan boyut) ulaşmak amacıyla 25 mm den küçük tanelere uygulanır. Kuru ve yaş olmak üzere iki şekilde yapılır. Laboratuvar uygulamaları dışında öğütme sürekli bir işlemdir; malzeme bir uçtan kontrollü bir şekilde beslenir, belli bir süre değirmen içinde kaldıktan sonra diğer uçtan taşarak değirmeni terkeder. Değirmenden alınan ürünün tane iriliği; Kullanılan öğütücü ortamın cinsine, boyutuna, miktarına ve hareket çeşidine, Besleme malının cinsine ve miktarına, Değirmen boyutlarına, Öğütme süresine, Değirmen dönüş hızına bağlı olarak değişir. Öğütücü ortam; bilya, çubuk, çakıl, öğütülecek cevherin iri parçaları veya başka bir cevher olabilir. Bütün cevherlerin, çeşitli faktörlere bağlı, ekonomik bir optimum öğütülme derecesi vardır Bu faktörler arasında en önemlileri olarak kıymetli mineral veya minerallerin serbestleşme tane iriliği ve daha sonraki zenginleştirme işlemleri için uygun boyutlar sayılabilir. Sözkonusu optimum öğütme derecesinin sağlanması ve kontrolü, iyi bir cevher hazırlamanın anahtarını oluşturmaktadır. Az öğütme, ekonomik ayırmanın yapılamamasına, konsantrasyon kademesinde randıman ve tenörün düşmesine, aşırı öğütme ise kıymetli mineralin verimli ayırma boyutlarından fazla öğütülmesine, gang minerallerinin şlam meydana getirerek ayırmayı engellemesine ve lüzumsuz enerji kaybına neden olur. Açık devre öğütme işlemlerinde sadece değirmen, kapalı devre sistemlerde ise değirmen + klasifikatör veya değirmen + siklon kullanılır (Şekil 1 ve 2). 21
Şekil 1. Açık değirmen devresi (a) (b) Şekil 2. Malzemenin doğrudan değirmene (a) ve doğrudan klasifikatöre (b) beslendiği kapalı değirmen devresi. 1.2. Değirmenin Kritik Dönüş Hızı Öğütücü ortamın (bilya veya çubuk) değirmenin iç yüzeyine yapışık olarak hareket etmesine neden olan en düşük değirmen hızına kritik hız denir. Kritik hızda hiçbir öğütme işlemi olmaz. Kritik hız, tanenin en üst noktada bulunduğu zamanki hız olup değirmenin çapına bağlıdır. Burada; N k N k : Kritik hız (D/D) D: Değirmen çapı (m) d: Bilya çapı (m) 42.3 D d Değirmenleri kritik hızın altında bir hızda çalıştırmak gerekir ve uygulamada değirmenler kritik hızın %50-90 ı arası bir hızda çalıştırılırlar. 1.3. Halkalı Değirmen Halkalı değirmen, laboratuvar ölçekte kullanılan bir değirmen tipidir. Bu tip değirmenlerde öğütme, iç içe olan halkaların arasına yerleştirilen malzemenin titreşim etkisiyle halkaların arasında 22
sıkışmasıyla gerçekleşmektedir. Halkalı değirmen özellikle hızlı, kayıpsız, çok ince boyutlar için kullanılan bir değirmendir (Şekil 3). Kuru-orta sert, sert, kırılgan ve lifsi malzemelerin bu tip değirmenle öğütülmesi mümkündür. Dayanıklı yapısı sayesinde yapı malzemeleri sektöründe (çimento), jeolojide, mineralojide, metalurjide ve enerji tesislerinde kullanılabilmektedir. Özellikle aşağıdaki malzemelerin öğütülmesi için uygundur: Çimento Klinkeri Seramik Kömür Kok Cam Metal Oksitler Mineraller Cevherler Silikatlar Cüruf Toprak Şekil 3. Halkalı değirmen. Bu değirmende 40 µm kadar öğütme yapmak mümkün olup, değirmene beslenecek maksimum tane boyutu: Yumuşak malzemeler için 10-12 mm Orta sertlikte malzemeler için 6-8 mm Sert malzemeler için 4 mm olmalıdır. 23
1.4. Bond Değirmeni Bond değirmeni; iç çapı 305 mm, uzunluğu (içten) 305 mm olan ve cevherlerin Bond Öğütme İş İndeksini hesaplamada kullanılan bilyalı bir değirmendir (Şekil 4). Değirmen haznesi, üst ve alt tabanından geçen eksen boyunca her iki tarafta rulmanlı yataklar üzerinde dönmektedir. Yan silindirik duvarda 10 x 20 cm boyutunda lastik contalı bir yükleme-boşaltma kapağı mevcuttur. Değirmen sistemi komple çelik bir sehpa üzerine oturtulmuştur. Değirmenin dönüş hızı sabit olup, 70 devir/dak dır. Ayarlanan devir sayısında değirmeni durdurmak için, dönüş sayısını sayan bir sayaç mevcuttur. Şekil 4. Bond değirmeni. İş indeksi tayini için Bond değirmeninde yapılan öğütme kuru olarak gerçekleştirilir. Bond değirmeninde standart olarak 285 adet çelik bilya vardır ve bilyaların toplam kütlesi yaklaşık 20,13 kg dır. Bu bilyaların sayısı ve dağılımı Çizelge 1 de verilmiştir. 24
Çizelge 1. Bond Değirmende Kullanılacak Bilyalar. Nominal bilya çapı (mm) Ortalama bilya çapı (mm) Bilya adedi Ağırlık (yaklaşık) (g) 38,10 36,83 43 8730 31,75 29,72 67 7197 25,40 25,91 10 705 19,05 19,30 71 2058 12,7 15,49 94 1441 Toplam 285 20131 Bond öğütme iş indeksi, Bond ebat küçültme teorisine bağlı olan bir indeks olup, taneli ve/veya toz halindeki maddelerin ebad küçültmeye karşı olan direncini ifade eder. Birimi kwh/ton dur. İş indeksi; değirmenlerin boyutlandırılmasında, enerji tüketim hesaplamalarında, öğütme verimliliğinin belirlenmesinde kullanılan bir proses parametresidir. Bond un 1960 yılında iş indeksini belirlemek için geliştirdiği yöntem ve uyguladığı eşitlikler, bugün de geçerliliğini korumakta ve diğer yöntemler için referans olmaktadır. 2. DENEYİN YAPILIŞI 2.1. Halkalı Değirmende Öğütme Deneyi Değirmen haznesi ve halkalar kuvars kumu ile temizlenir. Halkalar haznenin içine, konik kısımları alta gelecek şekilde yerleştirilir ve hazne flanşın üzerine konur. Numune, halkalar arasında yeralan her bir bölüme yaklaşık eşit miktarda gelecek şekilde paylaştırılır. Öğütülecek malzeme, hazne iç hacminin %50 sinden az olmamalıdır. Haznenin kapağı kapatılır ve flanşı altında olmak üzere değirmene yerleştirilir (Öğütme kabı değirmene yerleştirilirken numunenin değirmenin üzerine dökülmemesine dikkat ediniz). Değirmenin kapağı kapatılır ve ana şalter açık konuma getirilir. Kontrol panelindeki veya + tuşa basarak zaman ayar konumuna geçilir ve yine bu tuşlarla öğütme süresi saniye cinsinden ayarlanır. Tuşlara 5 saniye basılmadan beklenirse cihaz tekrar çalışma konumuna geri döner (Zaman ayarında hızlı bir 25
şekilde artırma ve azaltma yapmak istendiğinde tuşlara birkaç defa kısa süreli basıldıktan sonra uzun süreli basmak yeterlidir). Zaman ayarı yapıldıktan sonra çalıştırma düğmesine (yeşil) basılarak cihaz çalıştırılır. Ayarlanan öğütme süresi sonunda cihaz otomatik olarak durur. Değirmenin kapağı açılır. Hazne, numune çevreye dökülmeyecek şekilde, değirmenden dikkatlice alınır. Deneyden sonra hazne ve öğütme halkaları temizlenir. (Hazne ve halkaları kesinlikle yıkamayınız veya yaş olarak bırakmayınız). 2.2. Bond Değirmeninde Öğütme Deneyi Tamamı 3,36 mm (6 mesh) göz açıklıkta elekten geçecek şekilde kırılmış yaklaşık 10-15 kg numune hazırlanır (Yukarıda verilen kırılmış numuneyi hazırlarken numunenin aşırı kırılmasını önlemek için kapalı devre kırma yapılması tavsiye edilir). Hazırlanan numuneden, TS 3083 e uygun numune azaltma yöntemiyle 200 g numune alınır. Alınan numunenin elek analizi yapılarak, numunenin %80 inin geçtiği tane boyu (F) mikron olarak tespit edilir (Genellikle 1,651 mm den 74 m göz açıklığa kadar olan -sınır elekler dahil- eleklerden meydana gelen elek setinde tane boyu dağılımı tespit edilir. Düşey eksen kümülatif elek altı, logaritmik yatay eksen tane boyu (mikron) olacak şekilde çizilen grafikten, numunenin %80 inin geçtiği tane boyu (F) tespit edilir). Deney numunesinden numune azaltma ile alınan numune, 1 litrelik dereceli silindire konarak 700 ml lik standart hacim elde edinceye kadar silindirin tabanı düz bir zemin üzerindeki lastik levhaya hafifçe vurulur. Bilahare tartılarak, 700 ml ye tekabül eden kütle (w) tespit edilir. Bu kütle işlem süresince değirmende bulunacak numunenin kütlesini verir (Numunenin 700 ml lik standart hacme sıkıştırılması işlemi titreşimli elek makinası ile 1/2 dakikada yapılabilir). Standart 700 ml hacimde ve kütlesi tespit edilmiş numune, değirmene konur. Sayıları ve ağırlıkları Çizelge 1 de verilen dağılıma uygun olan bilyalar, değirmene yerleştirilir. 26
Değirmenin dönüş sayısı (N 1 ) ayarlanır ve değirmen çalıştırılır (Değirmenin ilk dönüş sayısı (N 1 ) seçiminde eğer benzer cevher veya maddeler için daha önce çalışma yapılmış ise bu çalışmadan faydalanılır. Diğer durumlarda 50 devir ile deneye başlanması tavsiye edilir). Değirmenin seçilen sayıdaki dönüşü tamamlandıktan sonra, değirmen otomatik olarak durur. Değirmendeki numune boşaltılır. Sonra öğütme deneyinde numunenin tamamen öğütülmesi istenen tane boyuna eşdeğer göz açıklıklı (P 1 ) deney eleğinden numune elenir. Elek üstü tartılır ve bulunan kütle değirmene konan kütleden çıkarılarak elek altının kütlesi (a) tespit edilir. Elek analizi sonucuna göre çizilen grafikten faydalanarak değirmene konan yükteki P 1 ve deney eleği altına geçecek olan numunenin kütlesi (b) bulunur. Bulunan değer, madde elek altı kütlesinden (a) çıkarılarak öğütülen net kütle (a-b) tespit edilir.öğütülen net kütle değirmen dönüş sayısına bölünerek bu periyottaki öğütülebilirlik (G 1, g / dev.) tayin edilir. İkinci periyotta değirmenden çıkan miktara (a) eşit miktarda numune deney numunesinden alınarak değirmene eklenir. Bu periyotta değirmenin dönüş sayısı aşağıdaki gibi tespit edilir: Değirmene eklenen miktardaki (a) P 1 deney eleği boyutundan ince malzeme (c, elek altı) elek analizi grafiğinden faydalanılarak tespit edilir. Bu periyotta değirmendeki malzemenin kütlece % 28,6 sının öğütülmesi beklenir. Dolayısıyla değirmendeki numunenin % 28,6 sına tekabül eden kütle (d) gram olarak tespit edilir. Bu şekilde elde edilen d ve c kütleleri arasındaki fark bulunur ve bulunan değer 1. periyotta elde edilen G 1 e bölünerek 2. periyottaki dönüş sayısı (N 2 ) tespit edilir. Sonra değirmen tespit edilen dönüş sayısında çalıştırılır (Değirmendeki yükün kütlece % 28,6 sının öğütülmesi standart denge şartlarında kütlece %250 dönüş yükü verir). Öğütme işlemi, öğütülebilirlik değerlerinde (G) birbirine yakın olan ve birbirini takip eden en az üç peryot elde edilinceye kadar tekrar edilir. G değerleri birbirine yakın olan üç değerin aritmetik ortalaması alınarak ortalama öğütme değeri (G o ) bulunur. Bu üç değerdeki maksimum G değeri ile minimum G değeri arasındaki fark, ortalamanın %3 ünden az ise bu üç değer birbirine yakın kabul edilir. 27
Son üç periyottaki P 1 deney eleği boyutundan ince malzemeler birleştirilerek, elek analizi ile tane boyu dağılımı bulunur. Elek analizi sonuçlarına göre çizilen grafikten numunenin kütlece % 80 inin geçtiği tane boyu (P, mikron) tespit edilir. Bond Öğütme İş İndeksi Tayini için yapılan öğütme işleminin akım şeması Şekil 5 de gösterilmektedir. Şekil 5. Bond Öğütme İş İndeksi tayini deneyi akım şeması. Yukarıda verilen işlemler sonucu elde edilen değerler, (1) no.lu eşitlikte yerine konularak öğütme iş indeksi (W) hesaplanır. 28
W İ = 44,5 P 0,23 x G 0,82 1 o 10 * P 10 F (1) Burada: Wi : Öğütme iş indeksi, kwh/t (WJ/t) P 1 : Öğütme iş indeksinin bulunması için dikkate alınacak olan deney eleği göz açıklığı (numunenin öğütülmesi istenen elek göz açıklığı, mikron) P : Öğütülen ürünün kütlece %80 inin geçtiği elek göz açıklığı (mikron) F :Yükün (beslenen cevher veya maddenin) kütlece %80 inin geçtiği elek göz açıklığı (mikron) G o : Son üç periyottaki öğütülebilirlik değerlerinin (G) ortalaması, g / dönüş 3. DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ Deneyin yapılışını anlatınız. Boyut küçültme oranını belirleyiniz. Bond formülüne göre öğütme için harcanan enerji miktarını bulunuz (İş endeksi deney sırasında verilecektir). Deney raporlarını en geç bir hafta içinde deney sorumlusuna teslim ediniz. 29
ELEME DENEYİ 1. GENEL BİLGİLER 1.1. Eleme Taneli malzemelerin tane boyutlarına göre sınıflandırılmasında elek, klasifikatör veya siklon kullanılmaktadır. Çeşitli tipte eleklerle yapılan sınıflandırmaya eleme adı verilir ve malzeme bir elek yardımıyla iri ve ince boyut gruplarına ayrılır. Bir eleğin delikler (açıklıklar) bulunan kısmına elek yüzeyi, elek yüzeyinin üzerindeki deliklere ise elek açıklığı denir. Elek açıklıkları iri boyutlarda (cm) veya (mm) olarak, ince boyutlarda ise (mm) veya (mikron) olarak verilir. Ayrıca, 8 mm den daha küçük elek açıklıklarının tamamında meş (mesh) sistemi de kullanılmaktadır. Bir inç uzunlukta bulunan delik sayısına meş denir. Eleme işleminde iki veya daha fazla ürünün birbirinden kesin olarak ayrıldığı tane boyutuna ayırma tane boyutu denir ve bu, kullanılan eleğin elek açıklığıdır. Fakat pratikte durum farklıdır. Elek ve eleme işlemi hatalarından ve/veya cevherin tane özelliğinden dolayı elek altına geçmesi gereken ince mal elek üstünde kalabilir ve/veya elek üstünde kalması gereken iri mal elek altına geçebilir. 1.1.1. Elemeyi etkileyen faktörler Tane şekli: Şeklin tipine (küresel, iğne, kübik, dikdörtgenler prizması v.s.) bağlı olarak elemeyi olumlu veya olumsuz etkileyebilir. Küresel tanelerin elenmesi kolaydır. Uzun taneler ise ancak uygun bir konuma geldiklerinde elek altına geçebilirler. Malzeme miktarı: Elek üzerine dökülen malzemenin tabaka kalınlığı yüksek ise eleme işlemi uzun sürebilir. Elenecek tanelerin mümkün olduğunca serbest halde yani elek yüzeyi ile temas edebilecek durumda olması gerekir. Bunun için eleğe aşırı miktarda malzeme beslenmemesi gerekir. Eleme süresi: Eleğe beslenen malzemeye ait her tanenin elek yüzeyiyle temas etmesi eleme verimi açısından zorunludur. Aksi halde, elek delik açıklığından daha küçük tanelerin elek altına geçmesi imkânsızdır. Bu nedenle eleme süresinin yeteri kadar uzun tutulması gerekir. 30
Elek hareketi: Hareketsiz bir elekte elek altına geçmesi gereken tanelerin çok büyük bir kısmı elek üzerinde kalacaktır. Bu nedenle eleme işlemi mutlaka hareketli elekle yapılmalıdır. Hareketin şekli de önem taşır. Titreşim hareketi sallantı hareketine göre daha etkilidir. Malzemenin nemi: Eğer eleme işlemi kuru olarak yapılacaksa malzemenin nem oranının çok düşük olması gerekir; %0 nem ideal bir durumdur. Ancak uygulamada bu oranı elde etmek masraflıdır. Eleme işlemi sulu olarak yapılacaksa nem oranının belli bir düzeyin üzerinde olması gerekir. Sulu elemede, su oranının, elenecek malzemeyi koyu bir çamur haline getirmemesi için yüksek olması gerekir. İç nemin kuru elemeye olumsuz bir etkisi yoktur. Taneler arası su varlığı kuru eleme işlemini güçleştirmekte, su oranı arttığında eleme gerçekleşmemektedir. Su oranı daha da arttığında kuru eleme yerine, sulu eleme işlemi geçerli olmaktadır. 1.2. Laboratuvar Elemesi Laboratuvarlarda yapılan eleme işlemlerinde laboratuvar elekleri adı verilen standart elekler (Şekil 1) kullanılmaktadır. Bu elekler yaklaşık 20 cm çapında ve 5-6 cm yüksekliğinde pirinçten veya çelikten yapılmış silindirik kuşaklardan oluşur. Bu kuşağın tabanına bir elek yüzeyi yerleştirilir. Bu elek yüzeyi genellikle tel örgüden yapılır ve elek açıklıkları çoğunlukla kare şeklindedir. Şekil 1. Standart laboratuvar eleği. Laboratuvar elemesinin en önemli amacı, çeşitli büyüklükte tanelerden oluşan bir malzemenin boyut dağılımını tespit etmektir. Boyut dağılımı, bir numunede tanelerin boyutları ile miktarları 31
arasındaki ilişkidir. Bir numunenin boyut dağılımı bu numunede hangi boyutta ne miktar malzeme bulunduğunu gösterir. Boyut dağılımını tespit etmek amacıyla standart eleklerle laboratuvar ölçekte yapılan işleme elek analizi adı verilir. Laboratuvarlarda kullanılan elekler için değişik ülkeler farklı standartlar geliştirmişlerdir (Çizelge 1). Bunların belli başlıları; ISO 565, ANSI/ASTM (Amerikan), TYLER, DIN 1171 (Alman), ANFOR (Fransız) ve BSS 410 (İngiliz). Çizelge 1. Bazı Ülkelerde Kullanılan Laboratuvar Elek Standartları. ULUSLARARASI ISO 565 AMERİKAN TYLER STANDARDI STANDARDI 1910 ANSI / ASTM (E11-61) İNGİLİZ STANDARDI BS410 (1976) ALMAN STANDARDI DIN1171 (1926) Meş No. Elek Açıklığı 26.50 mm 25.00 mm 22.40 mm 19.00 mm 16.00 mm 13.20 mm 12.50 mm 11.20 mm 9.50 mm 8.00 mm 6.70 mm 6.30 mm 5.60 mm 4.75 mm 4.00 mm 3.35 mm 2.80 mm 2.36 mm 2.00 mm 1.70 mm 1.40 mm 1.18 mm 1.00 mm 0.850 mm 0.710mm 0.600mm 0.500 mm 0.425 mm 0.355 mm 0.300 mm 0.250 mm 0.212 mm 0.180 mm 0.150 mm 0.125 mm 0.106 mm 0.090 mm 0.075 mm 0.063 mm 0.053 mm 0.045 mm 0.038 mm Meş No. 3.5 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 100 120 140 170 200 230 270 325 400 Elek Açıklığı 5.66 mm 4.76 mm 4.00 mm 3.36 mm 2.83 mm 2.38 mm 2.00 mm 1.68 mm 1.41 mm 1.19 mm 1.00 mm 0.841 mm 0.707 mm 0595 mm 0.500 mm 0.420 mm 0.354 mm 0.297 mm 0.250 mm 0.210 mm 0.177 mm 0.149 mm 0.125 mm 0.105 mm 0.088 mm 0.074 mm 0.063 mm 0.053 mm 0.044 mm 0.037 mm Meş No. 2.5 3 3.5 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 20 24 28 32 35 42 48 60 65 80 100 115 150 170 200 250 270 325 400 Elek Açıklığı 7.925 mm 6.680 mm 5.613 mm 4.699 mm 3.962 mm 3.327 mm 2.794 mm 2.382 mm 1.981 mm 1.651 mm 1.397 mm 1.168 mm 0.991 mm 0.833 mm 0.701 mm 0.589 mm 0.495 mm 0.417 mm 0.351 mm 0.295 mm 0.246 mm 0.208 mm 0.175 mm 0.147 mm 0.124 mm 0.104 mm 0.089 mm 0.074 mm 0.061 mm 0.053 mm 0.043 mm 0.038 mm Meş No. 5 6 7 8 10 12 14 16 18 22 25 30 36 44 52 60 72 85 100 120 150 170 200 240 300 350 Elek Açıklığı 3.353 mm 2.812 mm 2.411 mm 2.057 mm 1.676 mm 1.405 mm 1.204 mm 1.003 mm 0.853 mm 0.699 mm 0.599 mm 0.500 mm 0.422 mm 0.353 mm 0.295 mm 0.251 mm 0.211 mm 0.178 mm 0.152 mm 0.124 mm 0.104 mm 0.089 mm 0.076 mm 0.064 mm 0.053 mm 0.044 mm Delik Adedi/cm 2 16 25 36 64 100 121 144 196 256 400 576 900 1600 2500 3600 4900 6400 10000 Elek Açıklığı 1.50 mm 1.20 mm 1.04 mm 0.75 mm 0.60 mm 0.54 mm 0.50 mm 0.43 mm 0.38 mm 0.30 mm 0.25 mm 0.20 mm 0.15 mm 0.12 mm 0.102 mm 0.088 mm 0.075 mm 0.060 mm 32
1.2.1. Elek analizi Elek analizi; iri taneli malzemelerin (genellikle >38 m ) boyut analizi için kullanılan yöntemlerin en eskisi olup, aynı zamanda en yaygın kullanılanıdır. Elek analizi, ağırlığı bilinen taneli malzemenin iriden inceye alt alta dizilmiş eleklerden geçirilmesi ve her elek üzerinde kalan malzemenin tartılarak toplam malzemeye oranlanması şeklinde yürütülür. Eleme işlemi yaş ve kuru malzemelere uygulanır ve genellikle eleklere titreşim verilerek tüm tanelerin elek yüzeyi ile temas etmesi sağlanır. Elek analizinde kullanılacak malzeme miktarı, bilahare yapılacak analizler için gerekli olan malzeme miktarına ve maksimum tane boyutuna bağlı olup, her bir fraksiyonda yeterince malzeme olması istenir. Elek analizi için, maksimum tane boyutu esas alınarak belirlenen asgari numune miktarları Çizelge 2 de verilmiştir. Çizelge 2. Elek Analizi İçin Gerekli Olan Asgari Numune Miktarları. Maksimum tane boyutu (mm) Miktar (gr) 10 1000 1 500 0,1 100 0,01 30 Elek analizlerinde kullanılacak olan en büyük elek açıklığı numunedeki en iri tane boyutundan biraz küçük olmalıdır. Örneğin, maksimum tane boyutu 2 mm ise, kullanılması gereken en büyük elek ebadı 1,5 mm olabilir. Elek analizi için Çizelge 1 de verilen standart laboratuvar elekleriyle büyükten küçüğe doğru geometrik dizi oluşturacak şekilde bir elek serisi oluşturulur. Birbirini izleyen tam eleklerin arasında 2 = 1,4142 veya 4 2 = 1,189 gibi bir orantı katsayısı vardır. Bu orantı katsayısı kullanılarak ve belli bir referans elek alınarak birbirini izlemesi gereken elek açıklıkları hesaplanabilir. Bu referans açıklık, herhangi bir açıklık olarak alınabilmesine rağmen Amerikan Standartlarına göre 200 meş açıklık olarak belirlenmiştir. Örneğin, 2 mm altına ufalanmış bir cevherin elek analizi için oluşturulacak elek serisinde en büyük elek açıklığı 1,651 olarak alındığında, bunu takip eden elek açıklıkları; 33
1,651 : 2 = 1,168 mm 1,168 : 2 = 0,833 mm 0,833 : 2 = 0,589 mm 0,589 : 2 = 0,417 mm 0,417 : 2 = 0,295 mm şeklinde sıralanabilir. Bir numunenin boyut dağılımının temsili olabilmesi için elek analizinde en az beş eleklik bir seri oluşturulması gerekir. Eleme işlemi sonucunda her elek üzerinde kalan ve elek tavasına geçen en ince malzeme tartılır. Tartım değerleri, boyut grupları halinde boyut dağılımı çizelgesi veya elek analizi çizelgesi adı verilen bir çizelgede gösterilir. Sonuçları grafiksel olarak sunmak da mümkündür. 1.2.1.1. Çizelge halinde gösterim Çizelge 3 de sadece cevherin tane boyu grubu karakterize edilmektedir. Boyuta göre sınıflandırılmış bir cevherin mutlak tane iriliğini bu yöntemle bulmak mümkün değildir. Her grubun alt ve üst sınırları belirlidir. Bu gösterimde, çizelgedeki en iri ve ince boyutlar arasında kalmak şartıyla herhangi bir tane iriliğine karşılık gelen aralığı ve dolayısıyla aralık yüzdesini belirlemek mümkün değildir. Bu durumda, grafiksel yöntem uygulanarak çizelgede gösterilemeyen herhangi bir tane boyutuna karşılık gelen malzeme miktarını bulmak gerekmektedir. Çizelge 3. Elek Analizi Çizelgesi (Boyut Dağılımı Çizelgesi). Tane boyutu Ağırlık Ağırlık Kümülatif Elekaltı Kümülatif Eleküstü (mm) (gr) (%) (%) (%) +6,00 50 10,0 100 10,0-6,00 + 2,30 150 30,0 90,0 40,0-2,30 + 0,90 140 28,0 60,0 68,0-0,90 + 0,52 60 12,0 32,0 80,0-0,52 + 0,21 55 11,0 20,0 91,0-0,21 + 0,16 10 2,0 9,0 93,0-0,16 + 0,11 10 2,0 7,0 95,0-0,11 + 0,08 6 1,2 5,0 96,2-0,08 + 0,06 4 0,8 3,8 97,0-0,06 + 0,038 5 1,0 3,0 98,0-0,038 10 2,0 2,0 100 34
Toplam 500 100 1.2.1.2. Grafiksel gösterim Boyut dağılımı veya tane boyutu analizi verilerinin grafiksel olarak gösterimi yaygın bir yöntemdir. Grafiksel gösterimde, gerçek boyutu ölçülmemiş tanelerin boyutları hakkında bilgi edinmek mümkün olabilmektedir. Boyut dağılımı analizi verilerinin grafiksel olarak gösteriminde yaygın olarak kullanılan iki teknik vardır. Bunlar; Gates Gaudin Schuhmann dağılımı (GGS) Rosin Rammler Sperling Bennet dağılımı (RRSB) Gates Gaudin Schuhmann Dağılımı (GGS): Elek analizi işlemi esnasında, eleklerin herhangi birinden geçen malzemenin tümü o elek için elekaltı olarak tanımlanmaktadır. Her elek aralığında bulunan malzemenin % ağırlık oranı, en alttan yukarı doğru toplanarak bulunur. Bir numunede elek analizi yolu ile bulunan toplam elekaltı eğrisine boyut dağılımı eğrisi de denilmektedir. Bu eğri, Gates- Gaudin-Schuhmann adı verilen bir fonksiyona (Eşitlik 1) uymaktadır. d WF 100 (1) k Burada: W F : Numunede d boyundan küçük malzeme miktarı veya toplam elekaltı % si d : Tane boyu (Elek açıklığı), mm k : Boyut modülü (Maksimum parça boyutu), mm m : Dağılım faktörü (Elekaltı eğrisinin eğimi) (1) numaralı eşitliğin logaritması alındığında elde edilen yeni eşitlik: m m WF d log log (2) 100 W F 35 k d log m log 100 k m log d m log k Bu eşitlik y = ax + b şeklinde bir denkleme karşılık gelmektedir. Bu nedenle, elekaltı eğrisi, x ve y koordinatlarının logaritmik değerlerle verildiği (log-log) grafik kâğıdına çizildiğinde, (2) numaralı eşitliğin log-log eksenlerine göre grafiği bir doğru verir. Grafikte W F ve x
değerlerine göre işaretlenen noktaların hepsi kesin olarak bir doğru üzerinde bulunmayabilir. Bu durumda bütün noktaları en iyi şekilde ortalayan bir doğru çizilir. Ancak, uygulamada iri boyutlarda doğrusallıktan sapma gözlenir. Genellikle eğrinin üst kısmı kıvrılmaktadır. Kıvrılmanın başladığı noktadan itibaren toplam elekaltı eğrisi eğim doğrultusunda uzatılır (Şekil 2). Doğrunun eğimi m değerini ve uzantısının %100 toplam geçeni kestiği noktanın apsisi de k nın değerini verir. Burada m değeri, bir malzemenin kırılgan olup olmadığını gösterir. Eğer m küçükse eğri yatay demektir; malzemenin fazla kırılgan olduğunu gösterir, m büyükse eğri diktir; malzemenin az kırılgan olduğunu belirtir. Şekil 2. Kümülatif elekaltı eğrisi. Rosin Rammler Sperling Bennet dağılımı (RRSB): Boyut dağılımı verilerinin grafiksel olarak gösterilmesi amacıyla geliştirilen bu teknik, genellikle bilyalı değirmen ürünlerinin elek analizi sonuçlarını değerlendirmek amacıyla kullanılmaktadır. RRSB formülü (3 numaralı denklem) kömür hazırlama işlemlerinde tercih edilmektedir. d n d R 100 e (3) Burada: R: Kümülatif eleküstü % si d: Tane boyu (elek açıklığı), mm d': Boyut dağılımına bağlı bir katsayı (R = 100/e = %36,8) 36
n : Sabit sayı Eşitliğin heriki tarafının iki kere logaritması alınırsa; 100 R e n d d 100 d n log e R d log 100 loglog n log d log d R log log e Bu eşitlik de yine y nx e şeklinde bir denkleme karşılık gelmektedir. Bu bağıntıya uygun olarak kümülatif eleküstünün log.log değerlerini ve elek açıklığının log değerlerini içeren özel grafik kâğıdı hazırlanmıştır (Şekil 3). 37
Şekil 3. Rosin-Rammler-Sperling-Bennett (RRSB) diyagramı. 38
2. DENEYİN YAPILIŞI Elek analizi için yeterli miktarda temsili numune hazırlayınız. Elek analizi için uygun bir elek seti oluşturunuz. Elek setini, elek sarsma cihazına (Ro-tap) yerleştiriniz (Elek sarsma cihazında gerçekleştireceğiniz eleme işleminde, elek setinde 10 adetten fazla elek olmamasına özen gösteriniz). En üste yeralan elek üzerine kapağı yerleştirip yandaki sıkıştırma elemanları iyice sıkıştırınız. Aç-kapa butonunu kullanarak cihazı eleme işlemine hazır hale getiriniz. Eleme süresi ve titreşim genliği için arzu edilen değerleri belirleyiniz (2,5 mm nin üzerindeki titreşim genliklerinde cihazın mekanik kısımlarının zarar görebileceği ihtimalini dikkate alınız). Eleme işlemi sona erdikten sonra her bir eleğin üzerinde ve toplama kabında (elek tavasında) yeralan miktarları belirletiniz. Elekleri temizleyiniz (1 mm elek açıklığından küçük elekler çarpma ve darbelere karşı hassastır. Özellikle 0,5 mm den küçük elek açıklığına sahip eleklerin temizlenmesinde fırça vs. kullanmayınız. Elekleri ultrasonik banyoda veya basınçlı hava ile temizleyiniz). 3. DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ Elek analizi verilerinin yeraldığı Çizelgeyi oluşturunuz; bu verilerden yararlanarak kümülatif elek altı ve kümülatif elek üstü eğrilerini logaritmik kâğıda (GGS-diyagramı) çiziniz ve ortalama tane boyutunu hesaplayınız. RRSB eğrisini çiziniz. RRSB diyagramından yararlanarak hacimce özgül yüzey alanı (S v ) ve özgül yüzey alanı (S m ) değerlerini belirleyiniz. RRSB eğrisini deney sonuçlarına göre yorumlayınız. Deney raporlarını en geç bir hafta içinde deney sorumlusuna teslim ediniz. 39
HİDROSİKLONDA KLASİFİKASYON DENEYİ 1. GENEL BİLGİLER 1.1. Hidrosiklon Klasifikasyonun temel amacı ince boyutlu taneleri boyuta göre sınıflamaktır. Kapalı değirmen devrelerinde öğütme boyutundan iri taneleri değirmene tekrar geri vermek, zenginleştirme işlemleri için gerekli tane boyutunda malzeme hazırlamak, herhangi bir amaç için bir malzemenin irisini incesinden ayırmak gibi uygulamaları vardır. Bir klasifikatör olarak bir çok tesisin öğütme devrelerinde mekanik klasifikatörlerin yerini alan hidrosiklon, prensip yönünden diğer klasifikatörlerden farklıdır. Özellikle ince tane boyutlarındaki ayırma işlemleri için çok etkili olan hidrosiklon genel olarak sınıflandırma (classification), kıvamlaştırma (thickening), şlam atma (desliming) ve dizaynında bazı değişiklikler yapmak suretiyle zenginleştirme (özellikle ince kömür için) amaçlarıyla kullanılmaktadır (Şekil 1). Şekil 1. Çeşitli siklon tipleri. 40
Genellikle 150-3 m arası sınıflandırma işlemlerinde yaygın olarak kullanılan hidrosiklonların başlıca yapı unsurları (Şekil 2) şunlardır: Ayırımın gerçekleştiği gövde, Beslemenin yapıldığı teğetsel giriş, İri malzemenin alındığı alt çıkış, İnce malzemenin alındığı üst çıkış. Şekil 2. Hidrosiklonun yapısı. 1.1.1. Siklonda ayırmaya etki eden parametreler 1.1.1.1. Yapısal parametreler Siklon çapı: Büyüdükçe ayırma ebadı irileşir, kapasite artar. Giriş çapı: Büyüdükçe ayırma ebadı büyür, kapasite artar. Alt akım çıkış çapı (Apex): Küçülmesi, siklon üst akımına daha iri 41
boyutlu malzemenin gitmesine neden olur. Çapın arttırılması durumunda üst çıkışa giden malzeme azalır. Bu açıklık, siklondaki iri tanelerin boşaltılmasına müsaade edecek kadar geniş olmalıdır. Üst akım çıkış çapı (Vortex): Artarsa, ayırma ebadı irileşir ve ayırma verimi düşer. Konik kısım tepe açısı: Büyürse, siklon iç basıncı artar ve kapasite yükselir. 1.1.1.2. İşletme şartlarına bağlı parametreler Giriş basıncı: Artarsa, kapasite artar ve ayırma ebadı incelir. Besleme katı oranı: Artarsa; kapasite az artar ve ayırma boyutu büyür. Besleme malı tane boyu dağılımı: Küçüldükçe ayırma ebadı incelir, verim artar. 2. DENEYİN YAPILIŞI Tank, pompa ile kısa devre çalışacak şekilde vanalar ayarlanır. Tanka yaklaşık 10-15 lt su doldurulur ve pompa çalıştırılarak, suyun tank ve pompa arasında dolaşması sağlanır. Böylelikle ayırma öncesinde tank ve hidrosiklonun temizlenmesi sağlanır. Siklona beslenecek malzeme, çalışılması düşünülen katı-sıvı oranına göre hazırlanarak tanka beslenir. Süspansiyon, tank-pompa arasında bir süre devridaim yaptırılarak tanelerin homojen bir dağılım göstermesi sağlanır ve tank-pompa arasında kısa devre dolaşan pülp siklona beslenir Siklon çalışma basıncı ayarlandıktan sonra, siklonun rejime girmesi için bir süre beklenir. Siklon rejime girdikten sonra, üst çıkış ve alt çıkıştan numuneler alınır. Siklon devre dışı bırakılarak tank temizlenir. Alt ve üst akımlardan çıkan pülpün katı oranı tespit edilir. Besleme malı, alt çıkış ve üst çıkış ürünleri ayrı ayrı, aynı elek serisi ile elek analizine tabi tutulur. 42
3. DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ Elek analizi sonuçlarını çizelge halinde veriniz. Tromp a göre siklon performans eğrilerini çizerek, bu eğrilerden elde edilen değerleri bulunuz. Deney sonuçlarını yorumlayarak, sınıflandırmanın hassasiyeti hakkında bilgi veriniz. Deney raporlarını en geç bir hafta içinde deney sorumlusuna teslim ediniz. 43
KAYNAKLAR BICO Inc., 2006. F.C. Bond Bico Ball Mill, http://www.bicoinc.com/assets/fcbond_ballmill.pdf. DIN EN 1097-3, 1998. Tests for mechanical and physical properties of aggregates Part 3: Determination of loose bulk density and voids; German version, 7s. DIN 51701, 1985. Prüfung fester Brennstoffe; Probenahme und Probenvorbereitung; Durchführung der Probenvorbereitung, Teil 3, 12S. Kaytaz, Y., 1990. Cevher Hazırlama, İstanbul Teknik Üniversitesi, Sayı 1424, İstanbul, 124s. Ergin, Z., Semerkant, O. ve Cöcen, İ., 1996. Cevher Hazırlama-I Laboratuvar Ders Notları ve Deney Föyleri, DEÜ Mühendislik Fakültesi Yayınları, Genişletilmiş 3. Baskı, No. 169, İzmir, 159s. Önal, G. ve Ateşok, G., 1994. Cevher Hazırlama El Kitabı, Yurt Madenciliğini Geliştirme Vakfı, İstanbul, 511s. Özdağ, H., 1992. Cevher Hazırlama I, Osmangazi Üniversitesi Yayınları, Eskişehir, 151s. Sabah, E., 1999. Cevher Stoklama ve Numune Alma Yöntemleri, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Afyonkarahisar, 67s. (yayımlanmamış). Schubert, H., 1989. Aufbereitung fester mineralischer Rohstoffe, Verlag für Grundstoffindustrie, Band 1, 4. Auflage, Leipzig- Deutschland, 363S. Stark, U., 2002. Feinzerkleinerung und Korngrößenanalyse von Rohstoffen und Bauabfällen, Praktikumsanleitung ABW 2/4, Bauhaus-Universität Weimar, Deutschland, 20S..,. Zerkleinerung und Siebanalyse, Praktikum Verfahrenstechnik, Fachhochschule Aachen, Aachen-Deutschland, 19S. Yıldız, N., 1999. Öğütme-Teorisi, Uygulaması, Değirmenler ve Sınıflandırıcılar, Kozan Ofset Matbaacılık ve Ticaret Ltd. Şti., Ankara, 225s. Yüce, A.E., Başer, E. ve Ertem, B., 2005. İvrindi Flotasyon Tesisinde Zenginleştirilen Cevherin Öğütme Süresinin Optimizasyonu, İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Yerbilimleri Dergisi, C. 18, S. 2, 163-170. 44