İNÖNÜ ÜNİVERSİTESİ MADEN MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 00321 CEVHER HAZIRLAMA LABORATUVARI l ELEK ANALİZİ DENEYİ ARAŞTIRMA-TARTIŞMA SORULARI a) Mineral mühendisliği bakımından tane ve tane boyutu ne demektir? Araştırınız. b) Elek analizi ne demektir? Bir malzemenin elek analizi nasıl yapılır? c) Elek açıklığı, tutan elek açıklığı, geçen elek açıklığı ve eleme verimi terimleri tanımlayınız. d) Meş(mesh) sayısı neyi ifade etmektedir, nasıl tanımlanır? Belirtiniz. e) Standart elek ne demektir? Bilinen elek standartları hangileridir? Araştırınız. 1. GİRİŞ Tane boyu analizi, cevher hazırlamanın her adımında kullanılan bir yöntemdir. Özellikle serbestleşmenin saptanmasında, kırma, öğütme, sınıflandırma ve susuzlandırma gibi birim işlemlerin tasarımında, performans analizinde veya prosesin kontrol ve anlaşılmasında başvurulan ana araçlardan biridir. Genel olarak boyut küçültme işlemlerinden geçirilmiş malzemelerde değişik şekillerde ve boyutlarda taneler bulunur. Tane boyut analizi, herhangi bir boyut grubunda (ya da tane boyutu aralığında) bulunan tanelerin boyutlarıyla miktarları arasındaki ilişkiyi verir. Tane boyut dağılımını belirlemek için birçok yöntem mevcuttur(şekil 1). Şekil 1. Tane boyutu analiz yöntemleri 1
Tane boyut dağılımı, bir numunede tanelerin boyutları ile miktarları arasındaki ilişkidir. Bir numunenin boyut dağılımı bu numunede hangi boyutta ne kadar miktar malzeme bulunduğunu gösterir. Malzemenin boyut dağılımının bilinmesinin çok çeşitli yararları vardır. Bu yararların birkaçı aşağıda sıralanmıştır: Boyut küçültme işlemlerinin denetimini sağlamak Bir cevherin çeşitli tane boylarında mineral serbestleşme derecelerini saptamak Boyut küçültme cihazlarını, verdikleri sonuçlar yönünden birbiriyle karşılaştırmak Cevherlerin kırılganlık ve ufalanabilirlik derecelerini saptamak Bir malzemede boyuta göre tenör dağılımlarını saptamak Kırılmış veya öğütülmüş malzemenin ortalama tane boyutunu bulmak Belli bir malzemeye ait boyut dağılımı özelliğinden yararlanarak, bu malzemenin herhangi bir boyut küçültme işleminden sonraki tane boyutu dağılımını tahmin etmek Tane boyu analizleri genellikle 38 mikrona kadar olan iri boylarda standart laboratuvar elekleri kullanılarak yapılmaktadır. Eleme, tanelerin belirli büyüklükteki delik veya açıklıklardan geçebilme veya geçememe özelliğine dayanarak yapılan bir tane büyüklüğüne göre sınıflandırma işlemidir. Elek analizi ya da elek çözümlemesi ise, farklı büyüklükteki tanelerden oluşan kırılmış ve/veya öğütülmüş malzemenin Tane Boyu Dağılımını saptamak için yapılmaktadır. Elek analizi işleminde, elek analizi için yeteri miktara azaltılmış numune elek açıklıkları birbirinden faklı olan bir dizi elekten geçirilir. Herhangi bir elek analizinde kullanılacak olan en iri elek açıklığı, elenecek numunedeki en iri tane boyutuna bağlı olarak seçilir. Kullanılacak en iri elek açıklığı, numunedeki en iri tane boyutundan biraz küçük olmaktadır. En iri eleği takip edecek diğer eleklerin elek açıklıklarının bir geometrik dizi oluşturması tercih edilir. Bunun için laboratuvar elemesi için imal edilmiş standart test elekleri kullanılır(şekil 2a ve Ek 1). Eleme işlemine en büyük delik açıklıklı elekten başlanır ve gittikçe küçülen delik açıklıklı eleklerle devam edilir. Eleme işlemi, elle veya otomatik olarak yapılabilir. Elle elemede, elekler teker teker kullanılır. Otomatik elemede ise bir elek sarsma makinesinden(ro-tap) yararlanılır(şekil 2b). Eleklerin, elek açıklıkları üstten alta doğru gittikçe küçülecek şekilde üst üste yerleştirilmesiyle hazırlanan elek seti(genellikle 6 elekten oluşur), eleme makinesine sıkıca yerleştirilir. Makine, eleklere sürekli titreşim+eliptik dönüş+darbe şeklinde hareket verir. Eleme işleminde malzeme kuru veya yaş olarak elenebilir. Kuru eleme, topaklanma ve yapışmanın olmadığı numunelere uygulanır. Yaş eleme ise genellikle kuru elemenin güç olduğu killi, yapışkan ve çok küçük boyutlu malzemelerin elenmesinde kullanılır. Sudan etkilenen malzemeler için sulu eleme yapılmaz. Eleme işlemi sonunda elekler çıkarılıp, herbir eleğin üstünde kalan miktar tartılır ve o tane boyuna ait ağırlık yüzdesi toplam malzeme miktarına oranla hesaplanır. Elde edilen sonuçlar grafiksel olarak değerlendirilir. 2
Elek seti a) Test eleği b) Elek sarsma makinesi Şekil 2. Standart test eleği ve elek sarsma makinesi Elemede duyarlı bir ayırım, eleme randımanının (veriminin) yüksek olmasıyla sağlanabilir. Ancak eleme randımanına etki eden birçok faktör vardır: Elenen malzemedeki tane boyutu dağılımı(elenen malzemedeki elek altı oranı önemli) Elenen malzemedeki tane şekilleri Elenen malzemedeki kritik boyutlu tane oranı (kritik boyutlu tane, elek açıklığının 1,25 ile 0,75 katı arasındaki tanelerdir.) Elenen malzeme miktarı Elenen malzemenin nem oranı, kil miktarı, yoğunluğu, kırılganlığı vb. özellikleri Eleme yöntemi (elle, otomatik, kuru, yaş) Elek açıklıklarının şekli ve büyüklüğü Elek yüzeyinin geometrik özellikleri(elek yüzeyi şekli, elek açıklık oranı gibi) Eleme sırasındaki numune kaybı (numune kaybı elenen malzemenin %0,5 ini geçmemeli) Eleme süresi Bir eleme işleminde elemenin başlangıcından itibaren elek altına geçen miktar sürekli olarak artar. Bu nedenle eleme işleminin tamamlanacağı sürenin saptanması zorunludur. Eleme süresi yukarıda sayılan ilk sekiz madde ile de yakından ilişkilidir. Eleme bitiş noktası denemelerle belirlenebilir. Elek altına geçen malzeme miktarı periyodik aralıklarla kontrol edilir. Kuru elemede eleme bitiş süresi, 1 dakikada elek elek altına geçen miktarın, başlangıçtaki malzeme miktarının %1 inden daha az olduğu zamandır. 3
Toplam elek altı (%) Elek Analiziyle İlgili Örnek Bir Uygulama: İkincil kırıcıda 2,5 mm nin altına kırılmış 300 g ağırlığındaki numunenin elek analizi yapılarak elde edilen sonuçlar Çizelge 1 deki Elek Analiz Tablosu nda verilmiştir. Çizelge 1. Elek Analiz Tablosu Tane Boyutu (mm) Miktar Toplam (Kümülatif) Gram % Elek Üstü (%) Elek Altı (%) -2,500 +1,700 15,30 5,10 5,10 100,00-1,700 +1,200 60,02 20,01 25,11 94,90-1,200 +0,850 60,91 20,30 45,41 74,89-0,850 +0,600 43,83 14,61 60,02 54,59-0,600 +0,425 35,38 11,79 71,81 39,98-0,425 +0,300 24,92 8,31 80,12 28,19-0,300 +0,212 15,74 5,25 85,37 19,88-0,212 +0,150 13,17 4,39 89,76 14,63-0,150 30,73 10,24 100,00 10,24 Toplam 300,00 100,00 Elek analiz tablosundan yararlanılarak, aritmetik olarak bölünmüş kâğıda (milimetrik kâğıt) veya logaritmik ölçekli kâğıda normal dağılım eğrisi, toplam elek üstü ve toplam elek altı eğrileri çizilebilir. Çizilen bu eğrilerden en çok kullanılanı toplam elek altı eğrisidir. 100 80 60 40 20 0 0,1 1 10 Tane boyutu (mm) Şekil 3. Toplam elek altı eğrisi 4
2. DENEY ÇALIŞMASI 2.1. Amaç Çeşitli amaçlar için kırılmış ve/veya öğütülmüş cevher numunesinin tane boyut dağılımının elek analiz yöntemi ile belirlenmesi deneyin genel amacını oluşturmaktadır. 2.2. Malzeme Daha önce kırılmış ve öğütülmüş cevher veya kömür örnekleri 2.3. Donanım Laboratuvar test elekleri, elek sarsma makinesi, terazi, bıçaklı bölücü, su jeti vd. 2.4. İşlem El ile ve otomatik eleme makinesi yardımıyla gerçekleştirilecek kuru eleme sırasında aşağıdaki işlemler takip edilecektir. i) Elek analizi yapılacak kuru/kurutulmuş malzemeden 200-300 g kadar temsili örnek alınız. ii) Elek analizinde kullanılacak eleklerin elek açıklığını belirleyiniz ve elek setinizi oluşturunuz. iii) El ile elemede, elekleri teker teker kullanınız ve eleme işine en iri elekten başlayınız. iv) Eleme bitiş noktasına ulaşıldıktan sonra, elek üstünde kalan malzemeyi (kayıp olmamasına dikkat ederek) temiz bir kağıt üzerine boşaltınız ve tartınız. Ölçülen miktarı kaydediniz. v) Elek altına geçen miktarı (tavada biriken malzeme), bir sonraki eleğe aktarınız ve bu malzemeyi de yeniden eleyiniz. Elle eleme işlemini, elek dizisindeki en ince eleğin üzerindeki malzeme eleninceye kadar devam ettiriniz. vi) Otomatik eleme işlemi için ise, daha önce elek açıklıkları belirlenen elekleri, elek açıklığı en büyük elek en üstte olacak şekilde üst üste sıralanarak birbirine geçiriniz. Bu şekilde oluşturulan elek setini, dikkatli bir şekilde eleme makinesi (Ro-Tap) üzerine yerleştiriniz. Makine üzerindeki otomatik zaman ayarlayıcıyı daha önceden tespit edilen eleme süresine ayarlayınız ve eleme makinesi çalıştırınız. vii) Eleme süresi tamamlandıktan sonra, elek setini eleme makinesinden çıkarınız ve düzgün bir yüzey üzerine özenle yerleştiriniz. viii) Herbir eleğin üstünde kalan malzeme ile elek tavasında toplanan en ince fraksiyonu ayrı ayrı tartınız, tartım sonuçlarını elek analiz tablosuna geçiriniz. 2.5. Değerlendirme Soruları i) Elek analizi öncesi tartılan numune miktarı ile elek analizi sonrası toplam numune miktarını karşılaştırınız. Herhangi bir fark oluşmuş ise, bu farkın sebepleri neler olabilir? Belirtiniz. ii) Her bir numune için elek analiz tablosunu oluşturunuz ve toplam elek altı eğrisini çiziniz. iii) Öğütücü ortam cinsinin(bilya-çubuk) tane boyu dağılımına etkisini (elek analiz sonuçlarını dikkate alarak) açıklayınız. iv) Öğütme süresinin tane boyu dağılımına etkisini (elek analiz sonuçlarını dikkate alarak) açıklayınız. v) Elek analizi yapılmış her bir numune için 75 mikrondan daha küçük boyutlu malzeme miktarını, toplam elek altı eğrilerinden yararlanarak, en iyi yaklaşımla tahmin ediniz. 5
Ek 1. TYLER ve ASTM Elek Serileri TYLER Elek Serisi ASTM Elek Serisi Başlangıç Noktası: 200 meş lik elek Başlangıç Noktası: 200 meş lik elek Sabit Oran: Elek Açıklığı (milimetre=mm) (mikrometre= µm ) Meş No 4,75 mm 4750 µm 4,00 mm 4000 µm 3,35 mm 3350 µm 2,80 mm 2800 µm 2,36 mm 2360 µm 2,00 mm 2000 µm 1,70 mm 1700 µm 1,40 mm 1400 µm 1,18 mm 1180 µm 1,00 mm 1000 µm 0,850 mm 850 µm 0,710 mm 710 µm 0,600 mm 600 µm 0,500 mm 500 µm 0,425 mm 425 µm 0,355 mm 355 µm 0,300 mm 300 µm 0,250 mm 250 µm 0,212 mm 212 µm 0,180 mm 180 µm 0,150 mm 150 µm 0,125 mm 125 µm 0,106 mm 106 µm 0,090 mm 90 µm 0,075 mm 75 µm 0,063 mm 63 µm 0,053 mm 53 µm 0,045 mm 45 µm 0,038 mm 38 µm 0,032 mm 32 µm 0,025 mm 25 µm 0,020 mm 20 µm 4 5 6 7 8 10 10 14 16 18 20 24 28 32 35 42 48 60 65 80 100 115 150 170 200 230 270 325 400 450 500 635 Sabit Oran: Elek Açıklığı (milimetre=mm) (mikrometre= µm ) Meş No 4,75 mm 4750 µm 3,35 mm 3350 µm 2,36 mm 2360 µm 1,70 mm 1700 µm 1,18 mm 1180 µm 0,850 mm 850 µm 0,600 mm 600 µm 0,425 mm 425 µm 0,300 mm 300 µm 0,212 mm 212 µm 0,150 mm 150 µm 0,106 mm 106 µm 0,075 mm 75 µm 0,053 mm 53 µm 0,038 mm 38 µm 0,025 mm 25 µm 4 6 8 12 16 20 30 40 50 70 100 140 200 270 400 500 6