İNÖNÜ ÜNİVERSİTESİ MADEN MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 00321 CEVHER HAZIRLAMA LABORATUVARI l ÖĞÜTME DENEY FÖYÜ DENEY HAZIRLIK SORULARI 1) Öğütme nedir? Öğütme işleminin gerçekleştirildiği endüstriyel uygulamalara örnekler veriniz. 2) Cevher hazırlama ve zenginleştirme işlemleri açısından öğütmenin temel amaç(lar)ı nedir? Araştırınız. 3) Taneli malzemelerde yığın yoğunluğu ne demektir? Nasıl Hesaplanır? Araştırınız. 4) Toplam ağırlıkları eşit olan ve mükemmel istiflenmiş iki çelik bilya yığınından birinci yığında büyük çaplı, ikinci yığında ise daha küçük çaplı bilyalar kullanılmıştır. Bu iki bilya yığını için yığın hacimleri ve yığın yoğunlukları hakkında ne söylenebilir? Tartışınız. 5) Silindirik bir değirmenin yüksekliği çapına eşit olup 200 cm ölçüsündedir. Bu değirmenin iç hacminin %30 luk kısmı 1 m 3 ünün ağırlığı 4600 kg olan küresel şekilli çelik bilyalarla doldurulacaktır. Buna göre; i) Değirmene doldurulması gereken toplam bilya miktarı kaç kg dır? Hesaplayınız. ii) Bu işlem için çapı 10 cm ve yoğunluğu 7,5 g/cm 3 olan bilyalardan kaç adet kullanılmalıdır? Hesaplayınız. 1. GİRİŞ Kırma işlemine kıyasla daha küçük tane boylarında yapılan boyut küçültme işlemine öğütme denir. Cevherin içerdiği farklı minerallerin birini diğerinden serbest hale getirmek, prosese uygun boyut ya da yüzey alanı veya kullanım amacına uygun boyut sağlamak amacı ile yapılmaktadır. Öğütme birçok kuvvetin etkisiyle gerçekleşmekte olup, uygulanan belli başlı kuvvetler; darbe, sıkıştırma veya ezme, kesme ve sürtünme kuvvetleridir. Öğütme, kırma gibi bir boyut küçültme işlemi olmasına rağmen; öğütme işleminin uygulandığı parçanın ve işlem sonrası ürünün boyutları kırmaya oranla daha küçük olduğundan kullanılan öğütücülerin yapıları da buna bağlı olarak kırıcılardan daha farklıdır. Değirmenlerde öğütücü yüzeylerin (boyut küçültücü elemanların) birbirleriyle temasını ancak araya giren parçalar/cevher taneleri önler; aksi durumda bu yüzeyler birbirleriyle temas halindedir. Kırıcılarda ise kırıcı yüzeyler hiç bir zaman birbirlerine temas etmezler. Öğütme işlemi için kullanılan cihazlara öğütücü veya değirmen adı verilir. Değirmenler, öğütme devrelerinde, öğütülecek cevhere ve öğütme sonrası istenilen ürünün boyutuna göre seçilir. Günümüzde çğütme teknolojilerindeki gelişmeyle birlikte endüstriyel uygulamalarda çok çeşitli tipte değirmenler kullanılmaktadır. Bunlardan bazıları: bilyalı değirmenler, çubuklu değirmenler, otojen değirmenler, valsli değirmenler, karıştırmalı değirmenler, titreşimli değirmenler, kule değirmenler, kafes değirmenler, gezegensel değirmenler vd. Bunlar içerisinde aktarılan ortam değirmenleri olarak da bilinen bilyalı, çubuklu ve otojen değirmenler cevher hazırlama ve zenginleştirme tesislerinde en yaygın olarak kullanılanlarıdır. Öğütme, prosesin akışına ve cevherin durumuna göre yaş ya da kuru olarak yapılır. Cevher zenginleştirme işlemlerinin çoğu sulu ortamlarda gerçekleştirildiği için, öğütme işlemleri de sulu olarak yapılır. Kuru öğütme yöntemleri çimento klinker ve bazı endüstriyel minerallerin (barit, kil, kalsit, talk vs..) öğütülmesinde zorunlu olabilmektedir. 2015-16 Güz Dönemi, Öğütme Deneyi, M.Birinci Sayfa 1
Aktarılan Ortam Değirmenleri Öğütülecek malzeme/cevher ile öğütücü ortamdan meydana gelen karışım, bir silindir/tambur içerisine yerleştirilir ve silindir belirli bir hızla döndürülür. Silindir dönerken, içindeki malzeme devamlı aktarılır. Bu şekilde çalışan değirmenlere aktarılan ortamla çalışan değirmenler veya tambur tipi değirmenler denilmektedir. Şekil 1. Aktarılan ortam prensibine göre çalışan bilyalı ve çubuklu değirmenler Darbe, sıkıştırma/ezme, kesme, sürtünme kuvvetleri aktarılan ortamla çalışan değirmenlerde etkili olan kuvvetlerdir. Yuvarlanan ve kayan cisimlerin uyguladığı kuvvetlerden oluşan sürtünme ve makaslama kuvvetleri, tanelere basınç olarak uygulanan darbe kuvvetine göre daha ince ürün verme eğilimindedir. Öğütücü ortam olarak bilyalar, çubuklar, çakıllar ve iri cevher parçaları kullanılmaktadır. Bu tip değirmenler kullanılan öğütücü ortam cinsine göre adlandırılır. Örneğin, aktarılan ortam prensibine göre öğütme yapan bir değirmen öğütücü otam olarak bilya kullanılıyorsa bilyalı değirmen ; çubuk kullanıyorsa çubuklu değirmen adını almaktadır (Şekil 1 ve Şekil 2). Öğütme işleminde besleme tane boyutu, çubuklu değirmenlerde 10 mm ye, otojen değirmenlerde ise 60 mm ye kadar çıkabilmektedir. Öğütme işlemi sonunda elde edilen ürünün tane boyu sınırı, teknik ve ekonomik duruma göre belirlenir. Öğütülen cevherin tane boyu inceldikçe minerallerin serbestleşmesi artarken, öğütme maliyetinde de önemli bir artış olduğu gözlenmektedir. Bu nedenle cevher içindeki değerli mineralleri optimum biçimde serbestleştirmek için (veya ekonomik serbestleşme boyutuna indirmek için) belirlenen tane boyutuna öğütme tane boyutu adı verilir. Öğütme tane boyu aslında cevherin tane serbestleşme boyutudur. Tane serbestleşme boyutu ise cevherin maksimum verim ve en yüksek tenörle zenginleştirilebildiği boyuttur. Aktarılan ortamla çalışan değirmenlerde öğütme verimi etkileyen belli başlı faktörler şunlardır: a) Öğütülen malzeme ile ilgili faktörler (tane iriliği, sertliği, kırılganlığı, nem oranı, kil oranı, yoğunluğu vd.) b) Öğütücülerin yapısal özellikleri ile ilgili faktörler (Değirmen türü, değirmen gövde şekli, değirmen besleme ve taşma sistemi, değirmen astarları, öğütücü ortam cinsi, şekli, yoğunluğu ve miktarı vd.) c) Öğütme koşulları ile ilgili faktörler (kuru veya yaş öğütme, yaş öğütmede pülp yoğunluğu, öğütme tane boyu, beslenen malzeme miktarı, öğütme süresi, değirmen dönüş hızı vd.) 2015-16 Güz Dönemi, Öğütme Deneyi, M.Birinci Sayfa 2
Şekil 2. Bilyalı ve çubuklu değirmenlerden oluşan klasik öğütme devresi 2015-16 Güz Dönemi, Öğütme Deneyi, M.Birinci Sayfa 3
2. DENEY ÇALIŞMASI 2.1. Amaç Bu deneyin genel amacı, aktarılan ortam prensibine göre çalışan değirmenleri tanımak ve bazı çalışma parametrelerinin öğütme tane boyuna olan etkisini elek analiz sonuçlarıyla birlikte değerlendirmektir. 2.2. Malzeme Kırıcı çıkışı kayaç, cevher veya kömür örnekleri 2.3. Alet ve ekipman Devirme mekanizmalı bilyalı-çubuklu değirmen, test elekleri, numune azaltma aparatları ve diğer yardımcı ekipmanlar 2.4. İşlem Bilyalı-çubuklu değirmende kuru ve yaş olarak gerçekleştirilecek öğütme deneyi için takip edilmesi gereken genel işlem aşamaları şunlardır: i) Öğütme deneyinde kullanılacak değirmenin çalışma mekanizması ve kullanım özellikleri hakkında teknik bilgi aldıktan sonra dikkatlice gerekli kontrolleri yapınız. ii) Öğütme deneyi için gerekli olan bütün araç-gereç, alet-edevat vs. ekipmanları temin ediniz ve bunları özenle temizleyiniz iii) Bilyalı ve çubuklu öğütme için değirmene şarj edilmesi gereken öğütücü ortam miktarını belirleyiniz ve bu işlem için gerekli hesaplamaları yapınız. Belirlemiş olduğunuz sayıdaki bilya ve çubuğu kuru öğütme için usulüne uygun bir şekilde temizledikten sonra değirmene özenle yerleştiriniz. iv) Kırma deneyinden elde ettiğiniz kırılmış cevherden gerekli sayıda ve yeteri miktarda temsili örnek alınız. Almış olduğunuz bu örnekler öğütme deneyinde kullanılacak besleme malzemeniz olacaktır. v) Bilyalı değirmende kuru öğütme için öğütme koşullarını (değirmen dönüş hızı, öğütme süresi, vd.) vi) Çubuklu değirmende kuru öğütme için öğütme koşullarını (değirmen dönüş hızı, öğütme süresi, vd.) vii) Bilyalı değirmende yaş öğütme için öğütme koşullarını (su-katı oranı, değirmen hızı, öğütme süresi, vd.) viii) Çubuklu değirmende yaş öğütme için öğütme koşullarını (su-katı oranı, değirmen hızı, öğütme süresi, vd.) ix) Elinizdeki her bir örneği daha sonra yapılacak elek analizi için numune saklama kaplarına boşaltınız ve güvenli bir yerde muhafaza ediniz. x) Kullandığınız bütün makine ve araç-gerecin temizliğini yapınız. 3. DENEY DEĞERLENDİRME SORULARI 1) Yapılan deneysel çalışmanın işlem aşamalarını uygun bir akım şeması üzerinde göstererek anlatınız. 2) Kırılmış ve öğütülmüş numunelerin elek analizini yapınız ve elek analiz eğrilerini çiziniz. 3) Öğütme deneyinde hangi çalışma parametreleri denenmiştir? Bu parametrelerin öğütme tane boyuna nasıl bir etkisi olmuştur? Elek analiz eğrilerinden yararlanarak değerlendiriniz. 4) Bilyalı ve çubuklu öğütme arasındaki farklılıklar nelerdir? Deney sonuçlarını karşılaştırarak irdeleyiniz. 5) Kuru ve yaş öğütme arasındaki farklılıklar nelerdir? Deney sonuçlarını karşılaştırarak irdeleyiniz. 2015-16 Güz Dönemi, Öğütme Deneyi, M.Birinci Sayfa 4
DEĞERLENDİRME KRİTERLERİ VE DENEY BAŞARI NOTU Öğütme deneyinin değerlendirilmesinde ve deney başarı notunun oluşturulmasında Kısa Sınav notu ile Deney Değerlendirme Sınav notu dikkate alınacaktır. Deney başarı notu şu şekilde hesaplanacaktır. Deney Başarı Notu= Deney Kısa Sınav Notu (%30) + Deney Değerlendirme Sınav Notu (%70) 1. Kısa Sınav (Kuiz): Deney haftasında ve ilgili ders saatinin herhangi bir bölümünde yapılabilecektir. Kısa sınav uygulaması klasik yazılı sınav (ve/veya sözlü notu şeklinde de) olabilecektir. Ders işleyişi sırasında derse aktif katılımı olan ve sözlü sorulara verilen yeterli cevaplar, cevabı veren öğrencinin kısa sınav notu olarak değerlendirilebilecektir. Kısa sınavlardan başarılı olabilmek için en azından deney föyleri dikkatlice okunmalı, deney föyünde bulunan Deney Hazırlık Soruları özellikle cevaplandırılmış olmalıdır. Gerekli durumlarda deney konusu ile ilgili başka kaynaklara da başvurulmalı, her öğrenci o gün yapacağı deneye tümüyle hazırlıklı gelmelidir. 2. Deney Değerlendirme Sınavı: Öğütme deneyi için ayrıca deney raporu istenmeyecektir. Deney raporu yerine Deney Değerlendirme Sınavı yapılacaktır. Ancak bu sınava girebilmek için ilgili deneyin kısa sınavına girmiş ve deney uygulamasına da katılmış olmak koşulu vardır. Bu koşulu sağlamayan öğrenciler deney değerlendirme sınavına girme haklarını kaybetmiş olacaklardır. Deney değerlendirme sınavı klasik yazılı sınav şeklinde olabileceği gibi deney uygulaması ve/veya sözlü soru-cevap şeklinde de olabilecektir. Deney değerlendirme sınavı üç soru grubundan oluşacaktır: (i) Birinci grup sorular ağırlıklı olarak deney konusunun dayandığı kuramsal temeller ile teorik bilgilerle ilgili olacaktır. Bu soru grubu, cevher hazırlamanın ana ilkelerini ve temel mantığını kavramış her öğrencinin rahatlıkla cevaplandırabileceği sorulardan oluşacaktır. Birinci grup soruların tam olarak cevaplandırılması için her öğrencinin deney konusunun kuramsal temellerini çeşitli kaynaklara başvurarak araştırmasının ve öğrenmesinin gerekli olduğu unutulmamalıdır. Ayrıca her öğrencinin deney dersinde anlatılanları dikkatle ve ilgiyle takip etmesi, çeşitli sorular sorması, gerektiğinde kısa notlar alması önem taşımaktadır! (ii) İkinci grup sorular ise doğrudan doğruya gerçekleştirilen deneyin pratik uygulamasıyla ilgili olacaktır. Örneğin, gerçekleştirilmiş olan deneyin amacı nedir? Amaçlara ne ölçüde ulaşılmıştır? Deney malzemesi olarak ne kullanılmıştır, bu malzemenin özellikleri nelerdir? Deneyde hangi işlem aşamaları uygulanmıştır? Deney sonucunda hangi bulgulara ulaşılmıştır? Deneyin kritik noktaları nelerdi? ve benzeri. İkinci grup soruların tam olarak cevaplandırılmasında her öğrencinin deneye aktif katılımının, deney işlem aşamalarını iyi takip etmesinin, deneysel gözlemlerde bulunmasının ve kısa notlar almasının mutlaka gerekli olduğu unutmamalıdır! (iii) Üçüncü grup sorular, deneyden elde edilen nicel verilerin kullanılabilmesine yönelik soru grubudur. Nicel veriler bir deneyin sayılabilir, ölçülebilir özelliğini veren verilerdir. Sayısal verilerin çözümlenmesi, tabloların çözümlenmesi, eğrilerin çizilmesi, sonuçların grafiksel gösterimi, çözümlemelerden çeşitli sonuçların çıkarılarak yorumlanması, bulguların tartışılması gibi matematiksel işlem ağırlıklı soru grubudur. Bu grup soruların tamamı veya bir kısmı doğrudan doğruya deneyden elde edilen verilerin çözümlenmesine yönelik olacaktır. Üçüncü grup soruların tam olarak cevaplandırılabilmesi için her öğrencinin temel matematik bilgisi alt yapısına sahip olması, dört işlem çözümlemelerinde sorunsuz olması, veri çözümlemede işlem adımlarını iyi bilmesi, özellikle birimleri ve birim dönüşümlerini iyi öğrenmesi, grafik çizme ve okuma becerisini geliştirmiş olması, sınav öncesi örnek uygulamalar üzerinde çalışılmış olması, deney föyünde verilmiş olan Deney Değerlendirme Soruları nın, bilhassa sınavdan önce, doğru ve eksiksiz bir şekilde çözümlemiş olması kilit rol oynamaktadır! 2015-16 Güz Dönemi, Öğütme Deneyi, M.Birinci Ek Sayfa (i)