FBE- Cevher Hazırlama Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/20

Gözat

Yazar "Güven, Onur" ile FBE- Cevher Hazırlama Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
  • Öge
    Tane Morfolojisinin Flotasyona Etkisi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-08-24) Güven, Onur ; Çelik, Mehmet Sabri ; 10122037 ; Cevher Hazırlama Mühendisliği ; Mineral Processing Engineering
    Cevherlerin mineral serbestleşmesi günümüzde giderek azaldığından dolayı ince boyutlarda mineralleri ayırabilen yöntemler önem kazanmaktadır. İnce boyutlarda ayırma yapabilen flotasyon, tanelerin ıslanabilirlik farklarından faydalandığı için özellikle minerallerinin gravite farkı düşük olan cevher gruplarına daha fazla uygulanmaktadır. Reaktif türü ve pH gibi parametrelerin flotasyon sonuçlarına etkileri literatürde ayrıntılı olarak yer almaktadır. Buna mukabili, tane morfolojisinin flotasyon işlemlerindeki etkileriyle ilgili yayımlanan güncel makaleler haricinde, tane morfolojisini oluşturan şekil ve pürüzlülük gibi faktörlerin flotasyon verimlerine olan etkilerini inceleyen makaleler henüz az sayıda olup önerilen mekanizmalar tam olarak teyid edilememiştir. Bu doktora tez çalışmasında tane morfolojisindeki değişimlerin flotasyon üzerine olan etkileri gerek deneysel gerekse teorik modeller kullanılarak araştırılmıştır. Tezin deneysel kısmında, tanelerin özellikle pürüzlülük değerlerini değiştirmek amacıyla asitle muamele, farklı ortamlarda öğütme (bilyalı değirmende, ince boyutlu aşındırıcı tozlarla) ve kumlama işlemleri uygulanmıştır. Bu yöntemler içinde en çarpıcı olan kumlama yöntemi endüstride genellikle yüzeylerin temizlenmesi, pürüzlendirilmesi yahut aşındırılmasıyla amacıyla belirli şartlar altında tanelerin yüzeylere gönderilmesi prensibine dayalı olarak işletilmektedir. Yapılan bu işlemler neticesinde yüzeylerde meydana gelen değişimler çok ayrıntılı olarak incelenmiş olsa da, yüzeylere gönderilen tanelerin özellikleri hakkında bir çalışma literatürde yer almamaktadır. Dolayısıyla bu çalışmada kumlama işlemleri sonrasında tane yüzeylerinde meydana gelen değişimler tane-yüzey arasındaki mesafenin ve nozül basıncının değişiminin bir fonksiyonu olarak incelenmiştir. Deneylerde öğütme şartları ve kumlama sonrasında elde edilen ürünler için tanelerin boyut dağılımları, şekil faktörleri ve pürüzlülük dereceleri ayrı ayrı yapılmıştır. Literatüre yapılan bu katkının haricinde farklı öğütme şartlarında üretilen tanelerin şekil faktörü ve pürüzlülük değerleri öğütme sürelerinin bir fonksiyonu olarak incelenmiştir. Tanelerin şekil faktörleri binoküler mikroskopla alınan görüntülerin uygun yazılımlarla değerlendirilerek elde edilebilirken, pürüzlülük parametreleri ise B.E.T., optik profilometre ölçümleri ve atomik kuvvet mikroskobu ve taramalı elektron mikroskobu gibi yöntemlerle belirlenmiştir.. Yapılan bu çalışmalarla, tane üretim yönteminin tanelerin morfolojik özellikleri açısından son derece önemli olduğu gösterilmiş olup, istenilen pürüzlülük ve şekil faktörlerinin elde edilmesinde yöntemle birlikte yöntemin uygulanmasında geçerli parametrelerden örneğin nozül basıncı, öğütücü ortam türü, miktarı ve süresi ve tane boyutu gibi parametrelerin de ayrıca değerlendirilmesi gerektiği gösterilmiştir. Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar ışığında, orijinalde yuvarlak olan cam küreleriyle gerçekleştirilen çalışmalarda belirli bir öğütme süresine kadar köşelilik parametresinin yükseldiği ancak bu süreden sonraki süre aralıklarında önemli değişimler elde edilemediği gösterilmiştir. Öğütme işlemleri neticesinde belirli bir pürüzlülük değerine getirilen tanelerin pürüzlülük derecelerinin ayarlanmasında belirli sürelerde aşındırıcı ortamla muamele işlemleri uygulanmış olup, şekil faktörlerinde nispi değişimlerle birlikte pürüzlülük derecelerinde önemli farklar elde edilmiştir. Farklı pürüzlülük ve şekil faktörlerine sahip tanelerle yürütülen mikro-flotasyon çalışmalarında daha köşeli tanelerin yuvarlak tanelere nazaran daha yüksek verimle kazanıldığı gösterilmiştir. Bu durum flotasyon işlemlerinde şekil faktörlerinin rolünü göstermekte olup, bir diğer deney serisinde ise aynı şekil faktörüne sahip yuvarlak tanelerde flotasyon verimlerinin değerlendirilmesinde pürüzlülüğün belirleyici bir parametre olduğu gösterilmiştir. Ayrıca literatürde ilk defa yer alacak olan tane morfolojisinin hidrofobisiteyle ilişkisinin incelendiği çalışmalarda, düşük kollektör konsantrasyonlarında flotasyon verimlerinde tane pürüzlülüğü daha etkin bir parametre olurken, yüksek konsantrasyonlarda şekil faktörünün daha etkin rol oynadığı gösterilmiştir. Cam küreleri ile yapılan bu çalışmalara ek olarak endüstriyel bir hammadde olan alüminayla gerçekleştirilen çalışmalarda ise, orijinal hali köşeli olan alümina tanelerinin yine belirli bir öğütme süresine kadar daha köşeli hale geldiği bir değerden sonra ise düşüşler gerçekleştiği gösterilmiştir. Cam kürelere uygulanan benzer akım şeması sonucunda, en yüksek köşelilik değerine ulaşılan öğütme devresinden alınan ürün, aşındırıcı malzemeyle belirli sürelerde muamele edilerek pürüzlülük derecesi değiştirilmiştir. Ancak alüminanın sertlik derecesi ve köşeli yapısı gereğince, gerek şekil faktörlerinde gerekse pürüzlülük derecelerinde elde edilen değişimler cam kürelerinde olduğu gibi geniş bir aralıkda olmamıştır. Zira bu durum flotasyon verimleri açısından da benzer bir eğilim göstermiş olup, flotasyon verimleri arasında nıspi değişimler elde edildiği görülmüştür. Farklı kollektör konsantrasyonlarında yapılan deneylerde düşük konsantrasyonlarda gerek öğütülmüş gerekse pürüzlü hale getirilmiş tanelerin daha yüksek değerler verdiği ancak bir karşılaştırma yapılması durumunda işlem görmemiş taneler ve pürüzlü tanelerle yapılan flotasyon verimleri arasındaki farkın, benzer şekilde daha köşeli tanelerle yapılan flotasyon verimleri arasındaki farktan daha yüksek olduğunu belirlenmiştir. Yüksek konsantrasyonlarda ise cam kürelerinde de olduğu üzere şekil faktörünün daha belirleyici bir parametre olduğu gösterilmiştir. Elde edilen bu sonuçlar ışığında yüksek reaktif konsantrasyonlarında şekil faktörünün etkisinin hakim olduğu ancak hidrofobisitenin zayıf olduğu düşük reaktif konsantrasyonlarında flotasyon verimlerinde pürüzlülüğün esas itici güç olduğu bulunmuştur. Bu kapsamda, uygulamalarda tane morfolojisine ince ayar verilerek önemli kazanımlar sağlanılacağı önerilmektedir. Bu tez kapsamında yer alan teorik çalışmalarda, DLVO teorisinin bir türevi olan bir model literatürden adapte edilerek kullanılmış ve bu çalışmada elde edilen flotasyon sonuçları, tane-kabarcık etkileşimleri ile açıklanmıştır. Model kapsamında değerlendirilen kuvvetler başlıca van der Waals ve elektriksel çift tabaka kuvetleri olup, bu kuvvetlerin hesabında Hamaker sabiti , tane-kabarcık arası mesafe, tane çapı, debye tabakası kalınlığı gibi parametreler kullanılmaktadır. Hesaplamalar öncelikle pürüzsüz yüzeyler için yapılmış olup, sonrasında pürüzlülük parametresinin eklenmesiyle birlikte pürüzlü yüzeyler arasındaki enerji bariyeri hesaplanmıştır. Ayrıca flotasyon şartlarının doğru olarak analiz edilebilmesi amacıyla DLVO harici bir bileşen olan hidrofobik kuvvetlerde eklenmiştir. Hidrofobik kuvvetlerin hesabında literatürde temelde Washburn denklemleri olarak gösterilen ve van Oss teorisinin esas alındığı formüllerin türevi alınarak deneysel çalışmalarda kullanılan şartlara adapte edilmiştir. Dolayısıyla model bünyesinde enerji bariyerinin hesabında bu üç kuvvetin toplamı kullanılmış olup, elde edilen enerji bariyeri değerleriyle flotasyon kinetiği sonuçları arasında bir korelasyon kurulmaya çalışılmıştır. Sonuç olarak yuvarlarak tanelerde pürüzlülük derecesinin artmasına mukabil yükselen flotasyon verimlerinin yanı sıra flotasyon kinetiği de artmakta, tane-kabarcık arasındaki enerji bariyeri beklenildiği üzere düşme eğilimi göstermektedir. Bu durum deneysel çalışmalardan elde edilen verilerin teorik bulgularla da uyumlu olduğunu teyid etmektedir.