Genel Cevher Hazırlamanın Temel Prensipleri CEVHER HAZIRLAMANIN TEMEL PRENSİPLERİ Prof.Dr. Şafak G. ÖZKAN Istanbul Universitesi, Mühendislik Fakültesi, Maden Müh. Böl., sgozkan@istanbul.edu.tr İstanbul,2012 Cevher Hazırlamanın Tanımı İçerdiği minerallerden bir veya birkaçı ekonomik değer taşıyan kayaca “CEVHER” denir. Bu ekonomik değer ya üretildiği şekli ile mevcuttur ya da bazı işlem kademelerinden geçtikten sonra bu değere sahip olmaktadır. Bir cevherdeki çeşitli mineralleri endüstrinin gereksinimine en uygun hammadde haline getirmek ve ekonomik değer taşıyanları taşımayanlardan ayırmak için yapılan işlemlerin tümüne “CEVHER HAZIRLAMA” denir. 1-Mineral: Doğal olarak oluşan, belirli bir kimyasal formüle sahip inorganik bileşiklere “mineral” denilir. Örneğin; Pirit (FeS 2 ),Galen (PbS) ve Kuvars (SiO 2 ) birer mineraldir. 2-Cevher: Yerkabuğunda bulunan, olduğu gibi veya bazı işlemler sonucu ekonomik değer taşıyan kayaca (mineral topluluğuna) cevher denir. Örneğin;Krom Cevheri (olivin+kromit minerali) Element----?Mineral---- ?Kayaç [Cevher] 3- Tenör : Bir cevher içerisindeki kıymetli mineral yüzdesine tenör denir. Örneğin %20 Tenörlü Krom Cevheri (%20 Cr 2 O 3 minerali ihtiva eder) 4-Konsantre: Zenginleştirme işlemi sonucunda elde edilen ve kıymetli mineralleri ihtiva eden ürüne “konsantre”denir. 5-Artık (Gang): Zenginleştirme işlemi sonucunda elde edilen ve kıymetsiz mineralleri ihtiva eden ürüne “artık” denir. Pirit Minerali Olivinli krom cevheri Konsantre krom cevheri %55 Cr 2 O 3 Cevher Hazırlamanın Tarihi Gelişimi Kırma ve öğütme tekniğindeki gelişmeler kırılmış ve öğütülmüş cevherin boyuta göre sınıflandırılmalarını zorunlu kılmış bu doğrultuda elekler ve çeşitli klasifikatörler geliştirilmiştir. Daha sonra 20. yy başlarında Wilfley sarsıntılı masası kullanılmaya başlanmıştır. 19. yy’ın sonlarında altın ve gümüş minerallerinin kazanılmasına yönelik siyanürizasyon prosesinin geliştirildiğini görüyoruz. ? 20. yy başlarında minerallerin manyetik ve elektrostatik özelliklerinden yararlanılarak birbirinden ayrılmasını sağlayacak cihazların geliştirilmeye başladığını görüyoruz. En önemli gelişmelerden biri yine 1900’lü yılların başlarında mineraller arasındaki fizikokimyasal özellik farklılıklarının yararlanıldığı FLOTASYON tekniği geliştirilmiştir. Bu teknik ile birlikte çok ince tane boyutlarında serbestleşen minerallerin yüksek verimler ile kazanılması gerçekleştirilmiştir. Cevher Hazırlamanın Tarihi Gelişimi İlk uygulanan Cevher Hazırlama işlemi ELLE AYIKLAMA olmuştur. Bu minerallerin; renk, görünüş ve ağırlık farkından yararlanılarak yapılmıştır. Daha sonra YIKAMA işleminin uyguladığı tahmin edilmektedir. Suyun temizleme özelliği fark edilmiş ve çok küçük mineral parçacıklarının yıkama ile daha iri parçalardan ayrılması sağlanmıştır. Cevher Hazırlamanın Tarihi Gelişimi Daha sonra minerallerin her zaman serbest halde olmadıkları fark edilmiş ve cevherin boyutunun küçültülerek tanelerin serbestleşmesini sağlayan KIRMA işlemi olmuştur. İlk kırma işlemlerine bakıldığında basit el aletleriyle yapıldığı görülmektedir. Büyük parçaların ise önce ısıtıldığı ve sonra üzerine su dökülerek ani soğutma işlemi yapılmış ve oluşan çatlamalar yardımıyla kırma kolaylaşmıştır. Bir sonraki yöntem; yıkama etkisi ve yerçekimi kuvvetinin birlikte yararlanıldığı GRAVİTE ayırması olmuştur. Eğimli taş masalardan su ve cevher birlikte akıtılmış, hafif taneler su ile akıp gitmiş ağır olan mineralleri ise masa üzerinde kalarak zenginleştirilmiştir. En büyük gelişmeler 19. yy sonları ile 20. yy başlarında olmuştur. Hem boyut küçültme hem de zenginleştirme cihazlarında önemli gelişmeler olmuştur. a) Teknolojik Nedenler Cevherin yerkabuğundan üretilişi ile kullanılışı arasında, tüketim yerinin teknolojik gereğine uygun bazı değişiklikler geçirmesi esasına dayanmaktadır. Cevher Hazırlamayı Gerektiren Nedenler Örneğin: cam endüstrisinde ana hammaddeyi oluşturan silis kumunun tane boyutunun -0,5 mm +0,1 mm aralığında olması, ve maksimum %0,5 Fe içermesi teknolojik bir zorunluluktur. Örneğin: Kauçuk, boya ve ilaç endüstrilerinde dolgu maddesi olarak kullanılar manyezit, dolamit, kalker, talk ve kaolin gibi hammaddelerin 20 mikron tane boyutunun altına öğütülmeleri teknolojik bir zorunluluktur. b) Ekonomik Nedenler Yer kabuğundan üretildikleri şekil ile ekonomik değeri olan cevherlerin, ekonomik değerlerinin arttırılması veya yer kabuğundan üretildiklerinde ekonomik olmayan cevherlere ekonomik değer kazandırılması esasına dayanmaktadır. Cevher Hazırlamayı Gerektiren Nedenler Üretildiklerinde ekonomik değer taşıyan mineralere örnek olarak, kömür, demir bakır, kurşun, çinko ve diğer bazı cevherler verilebilir. Bu tür cevherlere bir zenginleştirme işlemi yapılarak ekonomik değerleri arttırılabilmektedir. Üretildiklerinde ekonomik değeri olmayan cevherlere örnek olarak yer kabuğunda ppm mertebesinde bulunan altın, gümüş ve uranyum gibi cevherler verilebilir. Bunlar ancak cevher hazırlama ve zenginleştirme işlemleri sonrasında satılabilir hale getirilebilmektedir. c) Sosyal Nedenler Madencilik faaliyetleri ile o bölgenin sosyo-ekonomik yapısının gelişmesi. Cevher Hazırlamayı Gerektiren Nedenler Cevher Hazırlamanın Çalışma Alanı a) Cevher Hazırlama Tesisini Besleyecek Cevherin Sağlanması b) Cevherdeki Değerli Minerallerin Boyut Küçültme ile Serbest Hale Getirilmesi c) Boyut Küçültme ile Yeterli Mineral Serbestleşmesi Sağlanan Cevherin Zenginleştirilmesi d) Zenginleştirme Sonunda Elde Edilen Ürünler Üzerindeki İşlemler Maden Ocağından Üretilen Cevher NAKLİYE DEPOLAMA ZENGİNLEŞTİRME ÖNCESİ İŞLEMLER (Kırma, Öğütme, Boyutlandırma) CEVHER HAZIRLAMA TESİSİ ZENGİNLEŞTİRME İŞLEMLERİ Artık Konsantre DEĞERLİ ÜRÜN DEĞERSİZ ÜRÜN KOYULAŞTIRMA SUSUZLANDIRMA DEPOLAMA NAKLİYE DİĞER İŞLEMLER izabe vs. TESİSTEN UZAKLAŞTIRMA Artık Barajı Ufalamanın ve Sınıflandırmanın Amaçları Cevher hazırlama ve zenginleştirme işlemlerinin yapılabilmesi için değerli ve değersiz minerallerin birbirlerine bağlı taneler halinde bulunmaması gerekir. Ancak, genellikle kayacı oluşturan mineraller çok ince tane boyutunda ve birbirleri içine yayılmış halde bulunurlar. Bu yüzden ufalama ve sınıflandırma belli amaçlarla yapılır; UFALAMA VE SINIFLANDIRMA • Mineral tanelerini birbirlerinden serbest hale getirmek. • Ufalama sonucunda yüzey alanı geniş taneler elde etmek. • Belirli büyüklük ve şekilde taneler üretmek. • Ufalanmış malzemenin daha kolay taşınabilmesi özelliğinden faydalanarak nakliyede kolaylık sağlamak. Ufalamanın ve Sınıflandırmanın Aşamaları ? Tüvenan cevherin maden ocağından dinamit vs. yardımıyla patlatılması. ? Patlatma işlemini takiben cevherin veya yantaşın olduğu yerden ekskavatör, buldozer ve greyder gibi iş makinaları kullanılarak sonsuz boyuttan 100 cm tane boyutuna kadar indirilmesi. ? Maden ocağında bulunabilen mobil kırıcılar veya cevher hazırlama tesisindeki sabit kırıcılar yardımıyla yaklaşık 200 cm’den 0.5 cm’ ye kadar indirilmesi. ? Serbestleşme tane boyutunun eldesi için değirmenler yardımıyla 2.5 cm’den 1 mikron tane boyutuna kadar öğütülmesi . UFALAMA VE SINIFLANDIRMA Kırma ve öğütme işlemleri arasında ve sonrasında boyutlandırma amacıyla eleme işlemi yapılır. Çok küçük tane boyutunda eleklerin yeterli olmadığı durumlarda sınıflandırıcılar kullanılır. ? Cevher hazırlamada ufalama işlemlerinin en önemli nedenlerinden biri, cevheri oluşturan minerallerin birbirlerinden serbest hale getirilmesidir. ? Değerli minerallerin gang minerallerinden veya birbirlerinden yüksek verim ve yüksek mineral yüzdesi ile ayrılabilmesi, ancak yeterli ölçüde bir serbestleşme ile sağlanabilir. ? Kırılmış ve öğütülmüş cevher parçalarına tane, tek bir mineral içeren tanelere serbest tane, iki veya daha fazla mineral içeren tanelere de bağlı tane denilmektedir. SERBESTLEŞME DERECESİ VE TANE İRİLİĞİNİN SAPTANMASI Serbest kalma derecesi (S): Bir cevherdeki belli bir minerale ait serbest tane miktarının, o mineralin cevher içindeki toplam miktarına oranının % olarak ifadesidir. Toplam (A) Mineral Miktarı Serbest (A) Mineral Miktarı Serbestleşme Derecesi (%) = X 100 Tane Serbestleşmesi Bir mineralin serbestleşme derecesi cevherin boyutunun küçültülmesi sonucu elde edilen, belli bir minerale ait serbest tane miktarının, o mineralin cevher içindeki toplam miktarına oranının yüzdesel olarak ifadesidir ve bu serbestleşmenin oluştuğu tane boyutuna da serbestleşme tane iriliği adı verilir. BOYUT KÜÇÜLTME İLE TANE SERBESTLEŞMESİNİN SAĞLANMASI Faz Boyutu Küçülmesi ile Serbestleşme 1) Minerallerin Eşit Miktarda Bulunması Hali 2) Minerallerin Farklı Miktarlarda Bulunması Hali Tane Serbestleşmesi İki Mineralin Eşit Bulunduğu Cevher Modeli Tane Serbestleşmesi A B Birim A Mineralinin Serbestleşme Derecesi 5 , 12 % 100 256 32 = x B Mineralinin Serbestleşme Derecesi 5 , 12 % 100 256 32 = x İki Mineralin Farklı Miktarlarda Bulunduğu Cevher Modeli 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 43 44 B A Tane Serbestleşmesi Tane Serbestleşmesi A mineralinin serbest kalma derecesi hesaplanırsa: Cevher modeli 8 x 8 x 8 = 512 birim küpten B Minerali 2 x 2 x 8 = 32 birim küpten A Minerali 512 – 32 = 480 birim küpten oluşmaktadır. Kırılma sonucunda B mineralinden serbest küp meydana gelmekte; kesitten izlendiği gibi: 35, 36, 42, 43, 44, 45, 51, 52 No’lu 8 birim kareler küp olarak düşünüldüğünde ise 8 x 8 = 64 birim küp ise A ve B minerallerini içermektedir. Bu durumda A mineraline ait serbest birim küp sayısı: 512 – 64 = 448 olmaktadır. A mineralinin serbest kalma derecesi ise: olur. x S A 3 . 93 % 100 480 448 = = Tane Serbestleşmesi Farklı miktarda iki mineral içeren bir cevher modelinde minerallerin serbest kalma derecesi, matematik formüller aracılığı ile de hesap edilebilmektedirA ve B minerallerinin x tane büyüklüğündeki küplerden oluşan bir cevherin, y büyüklüğünde küpler halinde kırıldığı varsayılırsa: Tane Serbestleşmesi A = Miktarı çok olan mineral B = Miktarı az olan mineral x = Cevher içindeki mineral faz boyutu y = Boyut küçültmeden sonra elde edilen tane boyutu olduğunda, Miktarı Minerali B Miktarı Minerali A n = y x k = Tane Serbestleşmesi Tane Serbestleşmesi Miktarı az olan mineralin serbest kalma derecesi: Miktarı çok olan mineralin serbest kalma derecesi ise: formülleri ile, yaklaşık olarak hesap edilebilir. 3 1 ? ? ? ? ? ? ? = k k S B 2 2 2 3 nk k nk S A ? ? =Değişik durumlar için hesaplanan kuramsal sonuçlar aşağıda verilmektedir. k S B % S A % n=1 n=2 n=4 n=10 n=25 n=100 n=1000 0.10 0.25 0.5 1.0 2.0 4.0 8.0 16.0 32.0 64.0 0 0 0 0 12.5 42.2 66.9 82.4 90.9 95.5 0 0 0 12.5 42.2 66.9 82.4 90.9 95.5 0 0 0 0 31.3 63.3 81.3 90.6 95.4 97.6 0 0 0 0 53.1 78.6 89.9 95.3 97.6 99.0 0 0 0 50.0 80.0 91.2 95.9 97.9 99.1 99.8 0 0 44.0 80.0 92.0 96.5 98.5 99.4 99.9 100.0 0 56.0 86.0 95.0 97.9 99.1 99.1 99.9 100.0 100.0 77.0 95.5 98.6 99.5 99.8 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 Tane Serbestleşmesi Serbest kalma derecesi ‘S’ ile, cevherdeki mineral faz boyutu- kırılmış tane boyutu arasındaki ilişki ? * Boyut küçültmeden sonra elde edilen tanelerin boyutu, cevherdeki mineral faz boyutlarından daha küçük değilse, miktarı az olan mineral hiç serbest kalmayabilir. ? * Miktarı az olan mineralin önemli ölçüde serbest kalabilmesi için, boyut küçültmenin, bazı özel durumlar dışında, faz boyutunun çok altında olması gerekir. Tane Serbestleşmesi ? Minerallerden birinin miktarı diğerine göre çok fazla ise (n büyükse), boyut küçültme ile elde edilen taneler, mineral faz boyutundan büyük olsa bile, miktarı çok olan mineral önemli ölçüde serbest kalabilir. ? Miktarı çok olan mineral, az olan minerale göre, daha fazla serbest kalır ? En uygun koşullar altında, boyut küçültme iki katına çıkarıldığında serbest kalma derecesi % 20 civarında artabilmektedir. Tane Serbestleşmesi Mineral Faz Sınırlarından Ayrılma ile Serbest Kalma 1.) Cevher Yatağının Oluşumu İle İlgili Özellikler 2.) Cevherin İçerdiği Minerallerin Özellikleri Ekonomik Serbestleşme Derecesinin Bağlı Olduğu Faktörler: a) Cevherin değerli mineral içeriğine, b) Değerli mineralin faz boyut dağılımına, c) Değerli mineralin ekonomik değerine, d) Zenginleştirme tesisinin kapasitesi Tane Serbestleşmesi Bağlı (Bileşik) Tanelerin Zenginleştirme İşlemlerindeki Davranışları a) Mineral faz boyutlarının tane büyüklüğünden daha iri olması hali: Bu tür taneler, özgül ağırlık farkına göre zenginleştirme ve flotasyonda genellikle ara üründe, manyetik ayırmada ise konsantrede bulunabilirler. Tekrar boyut küçültme ile serbestleştirilebilirler. Tane Serbestleşmesi b) Bir Mineralin diğeri içinde ince dağılımlı olarak bulunması hali Bu tür tanelerde ince dağılımlı mineralin boyutu bazan çok küçük olabilir (5-10 mikron). Mineral miktarına bağlı olarak, özgül ağırlık farkı ile zenginleştirmede ve flotasyonda artık veya araüründe, manyetik zenginleştirmede, konsantre veya araüründe bulunurlar. Tekrar boyut küçültme ile serbest hale getirilmeleri güçtür. c) Bir mineralin ince bir kabuk şeklinde diğerinin etrafını kaplaması hali Bu tür taneler, flotasyon ve manyetik zenginleştirmede yüzeyi kaplayan mineralin, gravite yönteminde ise, miktarı çok olan mineralin, davranışına yakın bir durum gösterirler. Boyutları çok fazla küçültülerek serbest hale getirilebilirler. Tane Serbestleşmesi d) Bir mineralin diğerinin içinde levhalar halinde bulunması hali Bu taneler; flotasyon ve gravite zenginleştirmesinde, minerallerin miktarlarına bağlı olarak, konsantre, artık ve araürüne geçebilirler. Manyetik zenginleştirmede ise büyük olasılıkla konsantreye gelirler. Tekrar öğütmeyle serbestleşebilirler. e) Bir mineralin diğerinin yüzeyinde küçük bir parça halinde bulunması hali Bu tür taneler, flotasyon ve gravite zenginleştirmesinde, miktarı çok olan mineralin özelliklerine göre davranırlar Tane Serbestleşmesi f) Bir mineralin diğerinin içinde bulunması hali Bu tür bağlı taneler; zenginleştirme yöntemlerinde dıştaki mineralin özelliğine göre davranırlar. Tekrar boyut küçültme ile serbest hale getirilmeleri oldukça güçtür. g) Bir Mineralin iç içe bulunması hali Bu tür taneler, dıştaki mineralin özelliğine göre davranırlar. Boyut küçültme ile serbest hale getirilmeleri oldukça güçtür. Tane Serbestleşmesi SERBESTLEŞME BOYUTUNUN SAPTANMASI 1. Zenginleştirme Yöntemi 2. Tane Sayımı Yöntemi 3. Optik Mikroskop ile Sayım Yöntemi 4. Bağlılık Faktörü Tane Serbestleşmesi Serbestleşme derecesi ve serbestleşme tane iriliği iki temel yöntemle saptanabilmektedir. Bunlardan ilki, zenginleştirilecek cevherden alınan temsili numunelerin değişik tane boyutlarına indirilerek, her bir numune ile zenginleştirme deneyleri yapılarak en uygun verim ve tenör değerlerinin yakalandığı tane boyutunun serbestleşme tane iriliği olarak seçilmesine dayanan zenginleştirme yöntemidir. Bu yöntem genellikle özgül ağırlık farkına dayalı zenginleştirme yöntemlerinin uygulanmasına karar verilen minerallere uygulanır. İkinci serbestleşme derecesi tayini yöntemi ise, tane boyutu fraksiyonlarına ayrılmış temsili cevher numunelerinin ince ve parlak kesitleri alınarak optik mikroskop veya X-ışını mikroanaliz cihazları yardımıyla tane sayımı esasına dayanır. Bu yöntemde her bir tane boyutu fraksiyonunda serbest ve bağlı taneler tek tek sayılarak istatiksel yöntemlerle serbestleşme derecesi bulunur. (HSM Serbest Tane Sayısı)+(HSM Bağlı Tane Sayısıx1,4) Hedef Seçilen Mineralin Serbest Tane Sayısı Hedef Seçilen Mineralin Serbestleşme Derecesi(%) X 100 = ? Maden ocağından gelen iri boyutlu cevheri taşıma ve besleme açısından uygun boyuta indirgemek için, çoğunlukla 150 cm ile 10-20 cm arasında uygulanan kırma işlemine birincil (primer) kırma denir ve çeneli ve döner kırıcılar bu tip kırma için kullanılır. Cevherin öğütme cihazına beslenebilmesi için uygun boyuta getirilmesine ise ikincil veya üçüncül (sekonder veya tersiyer) kırma adı verilir ve bu amaç için genellikle konik, merdaneli ve çekiçli kırıcılar tercih edilir. İkincil kırma işlemi yaklaşık 15 cm tane boyutundan 0.5-2 cm’ye kadar uygulanabilmektedir. ? Kırma işlemi yapılmadan önce cevherin bir ızgara veya elekten geçirilerek kırıcıya beslenmesi veya kırıcıdan elde edilen ürünün yeniden elenerek elek üstünün kırıcıya yeniden beslenmesi gibi açık ve kapalı devre kırma tertipleri mevcuttur. Hiç kuşkusuzdur ki, kırma işleminin başarısının kontrolü ancak bir eleme işlemi ile yapılabilir ve kırıcının performansı bu şekilde ölçülebilir. Bir cevherin yantaşından verimli bir şekilde ayrılabilmesi için serbestleşme tane iriliğine kadar ufalanması gerektiğinden ve bu da ancak tanelerin cm veya mm tane boyutundan mikron tane boyutuna indirilmesi ile başarılabileceğinden kırma işlemini takiben öğütme işlemleri gerçekleştirilir. ÖĞÜTME İŞLEMİ VE DEĞİRMENLERİN SINIFLANDIRILMASI Öğütme işlemi bir tesisin en büyük enerji giderini oluşturduğundan üzerinde hassasiyetle durulması gerekli bir husustur. Öğütme işlemi için genellikle çubuklu, bilyalı, çakıllı ve otojen değirmenler ile yaş veya kuru olarak kullanılabilmektedirler. Değirmenlere genelde 5-250 mm tane boyutundaki malzeme beslenerek 10-300 mikron tane boyutundaki ürün elde edilir. . ÖĞÜTME İŞLEMİ VE DEĞİRMENLERİN SINIFLANDIRILMASI Teorik olarak, kırma işleminde kırmayı gerçekleştiren yüzeyler birbirlerine hiç temas etmezken, öğütme işleminde ise öğütücü ortam olarak kullanılan çelik, seramik vs. gibi, çubuk ve bilyaların birbirleriyle temasını aralara giren cevher taneleri önler Öğütme işlemi bir tesisin en büyük enerji giderini oluşturduğundan üzerinde hassasiyetle durulması gerekli bir husustur. Öğütme işlemi için genellikle çubuklu, bilyalı, çakıllı ve otojen değirmenler ile yaş veya kuru olarak kullanılabilmektedirler. Değirmenlere genelde 5-250 mm tane boyutundaki malzeme beslenerek 10-300 mikron tane boyutundaki ürün elde edilir. Teorik olarak, kırma işleminde kırmayı gerçekleştiren yüzeyler birbirlerine hiç temas etmezken, öğütme işleminde ise öğütücü ortam olarak kullanılan çelik, seramik vs. gibi, çubuk ve bilyaların birbirleriyle temasını aralara giren cevher taneleri önler. ÖĞÜTME İŞLEMİ VE DEĞİRMENLERİN SINIFLANDIRILMASI ? Yukarıda sayılan ve aktarılan ortamla çalışan tip değirmenlerin çalışma prensibi, yere paralel bir silindirik tüpün dönerek içindeki ortamın cevher tanelerini ufalaması olayına dayanır. Öğütme işlemi için ayrıca, yuvarlanan merdane, dönen disk ve tokmakla dövme sistemleri de mevcuttur. ? Günümüzde dikey tip valsli değirmenler hem öğütme hem de kurutma işlemlerini bir arada başarabilmektedir. ? Enerji gereksinimi en fazla olan cevher hazırlama kademesi olduğu için öğütme işleminde ne yetersiz öğütme ne de aşırı öğütme istenen bir olay değildir. Çünkü yetersiz öğütme cevher zenginleştirme kademesinin gereksinim duyduğu yeterli serbestleşme tane iriliğinde ürünler veremez. Aynı şekilde aşırı öğütme de cevher zenginleştirme işlemlerinin verimini olumsuz yönde etkiler. SINIFLANDIRMA (KLASİFİKASYON) İŞLEMİ Cevher hazırlamada sınıflandırma işlemi; çeşitli tanelerin karışımından oluşan bir malzemede taneler eğer fiziki büyüklüklerine göre birbirlerinden ayrılıyorlarsa eleme, eğer aralarında boyut, özgül ağırlık veya şekil farkı olan tanelerin su veya hava gibi bir ortamda farklı hızlarla çökelmelerinden yararlanılarak birbirlerinden ayrılıyorlarsa klasifikasyon adını almaktadır. Eleme için kullanılan araçlara elek denir. Elek açıklıkları iri boyutlarda cm veya mm olarak, ince boyutlarda mm veya mikron olarak gösterilir. Ayrıca 8 mm’ den daha küçük elek açıklıklarının tanımında mesh sistemi kullanılır. Elek yüzeyindeki bir inch’lik uzunlukta bulunan delik sayısına karşılık gelen mesh terimi Amerikan ve İngilizler tarafından sıklıkla kullanılmaktadır. Elekler endüstriyel olarak, elek yüzeyinin yapısına veya eleğin çalışma şekline göre sınıflandırılabilirler. İster endüstride isterse laboratuvarda olsun eleme işleminin kolaylığı açısından tane boyutu inceldikçe eğer malzemenin yapısı da uygunsa sulu (yaş) eleme tercih edilmektedir. ELEKLER VE HİDROSİKLONLAR ? Klasifikatörler ise genelde eleme işleminin verimli bir şekilde yapılamadığı 3-800 mikron tane boyutundaki malzemeler için kuru veya yaş olarak yapılabilir. ? Klasifikasyonun amacı kapalı devre çalışan değirmenlerde, öğütme boyutundan iri olan taneleri tekrar değirmene vermek, zenginleştirme işlemleri için gerekli tane boyutunda malzeme hazırlamak ve herhangi bir malzemenin irisini incesinden ayırmaktır. ? Klasifikatör çeşitleri olarak çöktürme havuzları, çöktürme konileri, hidrolik klasifikatörler, taraklı klasifikatörler, spiral klasifikatörler ve siklonlar sayılabilir. SPİRAL KLASİFİKATÖR Çeneli Kırıcı Merdaneli Kırıcı Bıçaklı Kırıcı Çekiçli Kırıcı Darbeli Kırıcı Quelle: Stieß, 1994 Döner Ve Konik Kırıcı Valsli Değirmen Bilyalı Değirmen Boru Tipi Değirmen Titreşimli Değirmen Quelle: Stieß, 1994 YA V AŞ NORMAL HIZLI A. Fiziksel Özellikler Sertlik Gevreklik Yapı ve Kırılış Şekli Renk ve Parlaklık Manyetik Duyarlık Elektrik İletkenliği Fluoresans ve Fosforesans Radyo-Aktivite B. Fiziko-Kimyasal Özellikler Yüzey ve Ara Yüzey Özellikleri C. Kimyasal Özellikler Isıl Özellikleri Farklı Çözünürlük Mineral Mohs Değeri Knoop Ortalama Değeri Talk 1 21 Jips 2 54 Kalsit 3 132 Fluorit 4 188 Apatit 5 476 Ortoklas 6 682 Kuvars 7 958 Topaz 8 1435 Korund 9 2004 Elmas 10 7000 Zenginleştirme Yönteminin Seçimi a) Cevherin İçerdiği Minerallerin Tanımı b) Tanımlanan Minerallerin Özelliklerinin Saptanması c) Zenginleştirmede Yararlanılacak Özellik Farklarının Belirlenmesi d) Tane Serbestleşme Boyutunun Saptanması e) Uygun Yöntem veya Yöntemlerin Belirlenmesi YARARLANILAN MİNERAL ÖZELLİKLERİ ZENGİNLEŞTİRME YÖNTEMLERİ UYGULAMA BOYUTU, mm KURU İŞLEMLER YAŞ İŞLEMLER Dayanıklılık – Gevreklik Yapı ve Kırılış Şekli Isı ile Dağlama BOYUTA GÖRE SINIFLANDIRMA İLE ZENGİNLEŞTİRME Eleme -200 +0.5 Siklon -1.0 +0.02 Eleme -100 +0.1 Klasifikasyon -2.0 +0.05 Hidrosiklon -1 +0.001 Renk, parlaklık, fluoresans, radyoaktivite, manyetizma, iletkenlik, Özgül Ağırlık, X-Işını AYIKLAMA (TRİYAJ) İLE ZENGİNLEŞTİRME Elle Ayıklama -300 +30 Otomatik Ayıklama -200 +5 Özgül Ağırlık, Yapı ve Kırılış şekli, Sürtünme, Isı ve Gözenekliliğin Değişimi ÖZGÜL AĞIRLIK FARKI (GRAVİTE) İLE ZENGİNLEŞTİRME Jig -5.0 +0.2 Sarsıntılı Masa -0.5 +0.1 Ağır Ortam Koni ve Tanbur -100 +1.0 Ağır Ortam Siklon -30 +0.5 Jig -25 +0.1 Sarsıntılı Masa -2.0 +0.05 Humprey Spirali -2.0 +0.1 MGS -0.1 +0.01 Reichert Konisi ve Spirali -2.0 +0.02 Manyetik Duyarlılık, Isı ile Manyetikliğin Değişimi MANYETİK AYIRMA İLE ZENGİNLEŞTİRME Düşük Alan Şiddetli -100 +0.1 Yüksek Alan Şiddetli -10 +0.1 Nadir Topraklı Man. Ay. -100 +1.0 Düşük Alan Şiddetli -3.0 +0.001 Yüksek Alan Şiddetli -3.0 +0.001 Elektrik İletkenlik ELEKTROSTATİK AYIRMA İLE ZENGİNLEŞTİRME -3.0 +0.1 Yüzey ve Ara Yüzey Özellikleri SALKIMLAŞTIRMA ve DAĞITMA (Flokülasyon ve Dispersiyon) Seçimli Salkımlaştırma -0.02 FLOTASYON (Yüzdürme) -0.3 +0.01 Köpük Flotasyonu -0.3 Tabla Flotasyonu -1.0 Kolon Flotasyonu -0.1 AMALGAMLAŞTIRMA -2.0 Farklı Çözünürlük, Kimyasal Reaksiyon KİMYASAL ZENGİNLEŞTİRME Kalsinasyon -200 Kavurma -200 Siyanürasyon -0,075 Karıştırma Liçi -0.5 Yığın Liçi -100 Süzülme Liçi -50 M İNERAL ÖZE LL İKLER ADI KİMYASAL FORMÜLÜ RENK ÖZGÜL AĞIRLIK MANYETİK DUYARLIK ELEKTRİK İLETKENLİK RADYO- AKTİVİTE SERTLİK KUVARS SiO 2 Beyaz 2,65 -0.2 Dia Manyetik Yalıtkan Değil 7.0 RU T İ L TiO 2 Kahverengi 4,20 2.0 Para Manyetik İletken Değil 6.25 İ LM E N İ T FeTiO 3 Siyah 4,75 162 Para Manyetik İletken Değil 5.5 Z İ RKON ZrSiO 4 Beyaz 4,70 -0.3 Dia Manyetik Yalıtkan Bazen Radyoaktif 7.5 MO NAZİT (La,Ce,Th)PO 4 Kırmızı Kahverengi 5,10 15 Para Manyetik Yalıtkan Radyoaktif 5.25 Sahil Kumu Ağır Mineraller Hafif Mineraller Rutil Kuvars İlmenit Monazit Zirkon İletkenler Yalıtkanlar Rutil Monazit İlmenit Zirkon Manyetik Manyetik Olmayan Manyetik Manyetik Olmayan İlmenit Monazit Rutil Zirkon Serbest Taneler halinde kuvars, rutil, zirkon, ilmenit, monazit içermekte ÖZGÜL AĞIRLIK FARKI İLE ZENGİNLEŞTİRME ELEKTOSTATİK AYIRMA İLE ZENGİNLEŞTİRME MANYETİK AYIRMA İLE ZENGİNLEŞTİRME MANYETİK AYIRMA İLE ZENGİNLEŞTİRME Cevher Hazırlama ve Zenginleştirme’de Akım Şeması Geliştirilmesi İki Ürünlü Basit Zenginleştirme Devresi Boyut küçültme Ocaktan Gelen Cevher Zenginleştirme Artık KonsantreBoyut küçültme Ocaktan Gelen Cevher Zenginleştirme Artık Konsantre Ara Ürün Ara Ürünün Geri Döndürülmesini İçeren Zenginleştirme Devresi Boyut küçültme Ocaktan Gelen Cevher Zenginleştirme Artık Konsantre Ara Ürün Boyut küçültme Ara Ürünün Tekrar Öğütülmesini İçeren Zenginleştirme Devresi Boyut küçültme Ocaktan Gelen Cevher Kaba Zenginleştirme Kaba Artık Kaba Konsantre Boyut küçültme Boyut küçültme Süpürme Temizleme Nihai Artık Nihai Konsantre Kaba Zenginleştirme, Temizleme Ve Süpürmeyi İçeren Zenginleştirme Devresi İri Boyut Küçültme Ocaktan Gelen Cevher Zenginleştirme Artık Konsantre Ara Ürün Orta Dereceli Boyut Küçültme Zenginleştirme İnce Boyut Küçültme Zenginleştirme Ara Ürün Kaba Konsantre Kaba Konsantre Tek Kademede Artık Atılan Kademeli Zenginleştirme Devresi İri Boyut Küçültme Ocaktan Gelen Cevher Zenginleştirme Artık Küçük Boyutlu Konsantre İnce Boyut Küçültme Zenginleştirme İri Boyutlu Konsantre Kaba Artık İki Kademede Konsantre Alınan Kademeli Zenginleştirme Devresi Boyut Küçültme Ocaktan Gelen Cevher Zenginleştirme İri Artık Kaba Konsantre İnce Boyut Küçültme Zenginleştirme İnce Artık Konsantre İki Kademede Artık Atılan Kademeli Zenginleştirme Devresi Zenginleştirme Sonuçlarının Değerlendirilmesi ? Gerek cevher hazırlama tesislerindeki zenginleştirme işlemlerinin denetimi gerekse, laboratuvarda yapılan zenginleştirme deneyleri sonuçlarının değerlendirilmesi, yapılan işlemlerin etkinliğinin belirlenmesi ve ekonomisi açısından önem taşımaktadır. ? Söz konusu değerlendirme, ya zenginleştirme formülleri denilen formüller kullanılarak veya metalurjik denge çizelgesi oluşturularak yapılmaktadır. Zenginleştirme (Konsantrasyon) Formülleri: ? Bu formüller, zenginleştirme işlemine giren cevher ve çıkan ürünlerin (konsantre, artık) ağırlık ve değerli metal dengelerine dayanılarak çıkarılmaktadır. Metalurjik Denge Çizelgesi Ağırlık Dengesi: B = K + A Değerli metal dengesi: B.b = K.k + A.a CEVHER ZENGİNLEŞTİRME KONSANTRE ARTIK K k A a B b İki ürünlü bir zenginleştirme işleminde kullanılan formüller: B: Zenginleştirme İşlemine Beslenen Cevherin Ağırlığı b: Zenginleştirme İşlemine Beslenen Cevherin değerli element (veya bileşik) yüzdesi (Tenörü) K: Konsantrenin Ağırlığı k: Konsantrenin Tenörü A: Artığın Ağırlığı a: Artığın Tenörü Ağırlık ve değerli metal dengelerini yazarsak: B = K + A (1) B.b = K.k + A.a (2) (1) denkleminin her iki tarafı a ile çarpıldığında, B.a = K.a + A.a (3) denklemi elde edilmektedir. (2) ve (3) denklemleri taraf tarafa çıkarılarak, a b a k K B ? ? = a k a b B K ? ? = B (b-a) = K (k-a) (4) B.b = K.k + A.a (2) B.a = K.a + A.a (3) (-) k b k a K B ? ? = k a k b B A ? ? = B (b-k) = A (a-k) (4) B.b = K.k + A.a (2) B.k = K.k + A.k (3) (-) a b b k K A ? ? = b k a b A K ? ? = A (b-a) = K (k-b) (4) B.b = K.k + A.a (2) B.b = K.b + A.b (3) (-) Zenginleştirme (Konsantrasyon) Formülleri Zenginleştirme (Konsantrasyon) Oranı: Zenginleştirme işlemine beslenen cevher ağırlığının, elde edilen konsantrenin ağırlığına oranına zenginleştirme oranı (Z) denir. (13) Zenginleştirme oranı, (4) No.’lu denklemden yararlanılarak, değerli metal % leri ile de hesaplanabilir: (14) K B Z = a b a k K B Z ? ? = =Zenginleştirme (Konsantrasyon) Formülleri Metal Kazanma Verimi: Zenginleştirme işlemine beslenen cevherde bulunan değerli metal miktarına göre, konsantrede toplanan değerli metal yüzdesine verim (V) denir. 100 % ? ? ? ? ? ? ? ? = Agirligi Metal Degerli Cevherdeki Beslenen Agirligi Metal Degerli eki Konsantred V 100 . ) ( ) ( % a k b a b k V ? ? = 100 . . . % b B k K V = Cevherdeki değerli metal miktarı B.b, konsantredeki ise K.k, olduğuna göre, Metal Kazanma Verimi: (15) şekilde belirtilebilir. K/B=1/Z=b-a/k-a yazıldığında, Metal verimi, çeşitli ürünlerdeki metal yüzdelerine göre: (16) Zenginleştirme (Konsantrasyon) Formülleri Metal Kaybı: Zenginleştirme işlemine beslenen cevherde bulunan değerli metal miktarına göre, artıkla atılan değerli metal yüzdesine metal kaybı (j) denir. (17) 100 . . . % b B a A j = veya % j = 100 – V (18) olarak hesaplanır. İkiden fazla ürün elde edilen zenginleştirme işlemlerinin sonuçları da, aynı esaslara dayanılarak çıkartılan formüller ile değerlendirilmektedir. Zenginleştirme (Konsantrasyon) Formülleri İki ayrı konsantre üretilen bir işlem göz önüne alınırsa; K 1 ? x mineralinin toplandığı konsantrenin ağırlığı k 1x ? x minerali konsantresinde x ile ilgili metal %’si k 1y ? x minerali konsantresinde y ile ilgili metal %’si K 2 ? y mineralinin toplandığı konsantrenin ağırlığı K 2x ? y minerali konsantresinde x ile ilgili metal %’si K 2y ? y minerali konsantresinde y ile ilgili metal %’si B ? Beslenen cevher ağırlığı b x ? Beslenen cevherde x minerali ile ilgili metal %’si b y ? Beslenen cevherde y minerali ile ilgili metal %’si A ? Atılan artığın ağırlığı a x ? Artıkta x minerali ile ilgili metal %’si a y ? Artıkta y minerali ile ilgili metal %’si olduğuna göre, ağırlık dengesi aşağıdaki şekilde olur: B = K 1 + K 2 +A (19) Zenginleştirme (Konsantrasyon) Formülleri x ve y mineralleri ile ilgili metal dengesi yazıldığında: B b x = K 2 k 1x + K 2 k 2x + A a x (20) B b y = K 1 k 1y + K 2 k 2y + A a y (21) denklemleri elde edilir. x minerali için zenginleştirme oranı (Z x ): (22) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? a k k b a k k b a k k k a k k k K Z x x y y y y x x x x y y y y x x x B ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = = 2 2 2 2 2 2 1 2 2 1 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 100 100 2 2 1 2 2 1 2 2 2 2 1 1 1 % ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? = a k k k a k k k b a k k b a k k b k b B k K V x x y y y y x x x x x y y y y x x x x x x x minerali için metal kazanma verimi (V x ) ise : (23) Y minerali için de aynı şekilde Z y ve V y formülleri yazılabilir. Zenginleştirme Sonuçlarının Değerlendirilmesi Metalurjik Denge Çizelgesi Metalurjik Denge Çizelgesi ÜRÜNLER AĞIRLIK % Zn (3) DAĞILIM Ton (1) % (2) Ton (4) % (5) KONSANTRE 65.0 10.8 58.8 34.32 91.45 ARTIK 535.0 89.2 0.6 3.21 8.55 BESLENEN CEVHER 600.0 100.0 6.25 37.53 100.00 (4) no.lu kolonun hesaplanması: 65,0 x 0,588 = 34,32 535,0 x 0,006 = 3,21 (5) no.lu kolonun hesaplanması: (34,32 / 37,53) x 100 = 91,45 (3,21 / 37,53) x 100 = 8,55 K A B k a b Deneye Beslenen Cevherin Zn İçeriğinin Hesapla Bulunması: 37,53 / 600,0 x 100 = 6,25 Zenginleştirme oranı da, formülü kullanılarak, olarak bulunur. Metalurjik Denge Çizelgesi K B Z = 9 2 . 65 600 = = Z Metalurjik Denge Çizelgesi ÖRNEK % 21.3 Fe içeren ve değerli minerali manyetit olan demir cevherinin 1000 gr’lık temsili numunesi üzerinde, aşağıdaki akım şemasına göre yapılan deneyin sonuçları, akım şeması üzerinde gösterilmektedir. CEVHER BOYUT KÜÇÜLTME Konsantre Kaba Artık 2. ZENGİNLEŞTİRME (Süpürme) Ara Ürün Nihai Artık 1. ZENGİNLEŞTİRME 220 gr % 68.6 Fe 700 gr % 5.5 Fe 40 gr % 44.0 Fe 1000 gr % 21.3 FeDeney Sonuçlarını Gösteren Metalurjik Denge Çizelgesi Metalurjik Denge Çizelgesi ÜRÜNLER AĞIRLIK % Fe DAĞILIM gr % gr % KONSANTRE 220 22.9 68.6 150.9 72.9 ARAÜRÜN 40 4.2 44.0 17.6 8.5 ARTIK 700 72.9 5.5 38.5 18.6 BESLENEN CEVHER (Hesaplanan) 960 100.0 21.56 207.0 100.0 BESLENEN CEVHER (Ölçülen) 1000 21.30 213.0 Metalurjik Denge Çizelgesi Tesise Uyarlanan Metalurjik Denge Çizelgesi ÜRÜNLER AĞIRLIK % Fe DAĞILIM gr % gr % KONSANTRE 244.4 25.4 68.6 167.7 81.0 ARTIK 715.6 74.6 5.5 39.3 19.0 BESLENEN CEVHER (Hesaplanan) 960.0 100.0 21.56 207.0 100.0 Araürünün Konsantre ve Artığa dağıtılması işlemi gerçekleştirilmiştir. Metalurjik Denge Çizelgesi Zenginleştirme Oranı 3.93 4 . 244 960 = = = K B Z 3.93 06 . 16 1 . 63 5 . 5 56 . 21 5 . 5 6 . 68 = = - = - = a b a k Z Metal Kazanma Verimi % 81 100 . ) 5 . 5 6 . 68 ( 56 . 21 ) 5 . 5 56 . 21 ( 6 . 68 100 . ) ( ) ( = - - = - - = a k b a b k V olarak hesaplanmaktadır. 1. Metal Zenginleştirme Tesisleri (Au, Ag, Cr, Cu, Pb, Zn, vb.) 2. Kömür Yıkama Tesislerinde (Park Teknik, TKİ, TTK Tesislerinde) 3. Demir-Çelik Sanayisi (Erdemir, Kardemir vs.) 4. Cam, Seramik, Çimento Endüstrisi (Şişe Cam, Nuh Çimento vs.) 5. Termik Enerji Santrallerinde (Çayırhan, Soma, Çatalağzı vb.) 6. Nükleer Hammadde Üretimi (Uranyum, Toryum) 7. İnşaat Agrega Malzemeleri 8. Gübre, Yem Sanayi 9. Deterjan, Boya Sanayi 10. Artık Değerlendirme 11. Toprak Islah Çalışmaları Kısaca; cevher hazırlama mühendisleri kırma,öğütme ve malzemelerin birbirinden ayrılması ile ilgili her türlü alanlarda çalışabilmektedir. ÜLKEMİZDE 90 Civarında Cevher Hazırlama Tesisi 80 Civarında Kömür Yıkama Tesisi bulunmaktadır. Ve her geçen gün bu sayı artmaktadır. Boyuta Göre Sınıflandırma Ve Ayıklama (Triyaj) İle Zenginleştirme BOYUTA GÖRE SINIFLANDIRMA İLE ZENGİNLEŞTİRME 1) Boyut Küçültmeden Sonra Sınıflandırma İle Zenginleştirme 2) Yıkama ve Dağıtmadan Sonra Sınıflandırma İle Zenginleştirme Boyuta Göre Sınıflandırma ve Ayıklama İle Zenginleştirme Pervaneli Karıştırıcı Kütüklü Yıkayıcı Yalaklı Yıkayıcı Aktarma Tamburu Tromel CEVHER BOYUT KÜÇÜLTME BOYUTA GÖRE SINIFLANDIRMA YIKAMA VE DAĞITMA (+) (-) Dağıtılmış Ürün Yıkanmış Ürün Elek Klasifikatör Hidrosiklon Boyut Küçültme Ve Boyuta Göre Sınıflandırma İşlemlerinin Genel Akım Şeması Dağıtıcı Olarak Kullanılan Aygıtlar 1. Karıştırma İle Dağıtma Yapan Aygıtlar • Yalaklı Yıkayıcı • Pervaneli Dağıtıcı (Attrition Scrubber) • Kütüklü Dağıtıcı – Yıkayıcı 2. Aktarılan Ortamda Dağıtma Yapan Aygıtlar • Aktarma Tamburu • Döner Elekli (Tromel) Yıkayıcı • Basınçlı Su ile Çalışan Dağıtıcılar Boyuta Göre Sınıflandırma ve Ayıklama İle Zenginleştirme BOYUTA GÖRE ZENGİNLEŞTİRMENİN UYGULANDIĞI CEVHER TÜRLERİ 1 Taneleri Arasında Şekil Farkı Olan Cevher ve Malzemeler (Mika, Amyant, Au-Ag Cevherleri) Boyut Küçültme + Boyuta Göre Sınıflandırma 2 Konglomeratik Cevherler (Fosfat, Mangan,Demir ) Boyut Küçültme ± Dağıtma + Boyuta Göre Sınıflandırma 3 Kil Mineralleri İçeren Cevherler (Bor, End. Mineraller) Boyut Küçültme + Dağıtma + Boyuta Göre Sınıflandırma 4 Demir Oksitle Sıvanmış Cevherler ± Boyut Küçültme + Dağıtma + Boyuta Göre Sınıflandırma Boyuta Göre Sınıflandırma ve Ayıklama İle Zenginleştirme AYIKLAMA İLE ZENGİNLEŞTİRME 1) Elle ayıklama (Triyaj) 2) Otomatik Ayıklama Elle Ayıklamaya Tabi Tutulacak Cevherlerde aranan özellikler 1. Ayrılması istenilen mineraller arasında belirgin renk, parlaklık, şekil ve ağırlık farkı bulunmalıdır. 2. Elle ayıklanacak cevherlerde tane boyutu –30+3 cm olmalıdır. 3. Tanelerin iyi tanınması için ayıklama öncesinde cevherin yıkanması gereklidir. Boyuta Göre Sınıflandırma ve Ayıklama İle Zenginleştirme Konveyör tipi yüzeylerde yapılan elle ayıklamada 1 işçi; cevherin boyut ve ağırlığına bağlı olarak 2-5 ton/saat arasında ayıklama yapabilir. Boyuta Göre Sınıflandırma ve Ayıklama İle Zenginleştirme Elle ayıklama (Triyaj) M.A.Ş. (Magnezit A.Ş.Tesisi) Elle ayıklama bandı Boyuta Göre Sınıflandırma ve Ayıklama İle Zenginleştirme Elle ayıklama (Triyaj) KALEMADEN (Kil-Kaolen Zenginleştirme Tesisi) Flinttaşı elle ayıklama bölümü Boyuta Göre Sınıflandırma ve Ayıklama İle Zenginleştirme Otomatik Ayıklamaya Tabi Tutulacak Cevherlerin Özellikleri •Ayıklanacak mineraller arasında kesin özellik farkları olmalı, • Tane boyutu 20 - 0.5 cm boyutunda olmalı, •Cevher taneleri birbirine yakın boyutlarda olmalı, •Tane yüzeylerini temizlemek için ayıklama öncesi yıkama yapılmalı. Özgül Ağırlık Farkı (Gravite) İle Zenginleştirme Özgül Ağırlık Farkı (Gravite) ile Zenginleştirme Mineral Tanelerinin aralarındaki özgül ağırlık farklılığının neden olduğu, akışkan ortamlardaki hareket farklılığına dayanılarak, birbirlerinden ayrılması ile gerçekleştirilen zenginleştirme olarak tanımlanabilir. Özgül ağırlık farkı ile zenginleştirmede akışkan ortam olarak çoğunlukla SU, bazen SUDAN DAHA AĞIR BİR AKIŞKAN, zaman zamanda HA V A kullanılır. Özgül Ağırlık Farkı (Gravite) ile Zenginleştirme Özgül ağırlık farkı ile zenginleştirmede, mineral tanelerinin akışkan ortamlardaki hareket hızları ve davranışları; ?Mineral tanelerinin özgül ağırlığı, ?Mineral tanelerinin şekil ve büyüklüğü, ?Akışkan ortamın akış rejimi, ?Akışkan ortamın viskozite ve yoğunluğu gibi özellikleri ve içinde zenginleştirme yapılan aygıtın yapı ve çalışma şekli ile yakından ilişkilidir. Özgül Ağırlık Farkı (Gravite) ile Zenginleştirme ÇÖKME KURALLARI 1:Özgül ağırlığı ve Şekli aynı olan iki taneden BOYUTU BÜYÜK OLAN DAHA HIZLI ÇÖKER. 2:Boyutu ve Şekli aynı olan iki taneden ÖZGÜL AĞIRLIĞI BÜYÜK OLAN DAHA HIZLI ÇÖKER. 3:Boyutu ve Özgül Ağırlığı aynı olan iki taneden YUV ARLAK OLAN YASSI OLANDAN DAHA HIZLI ÇÖKER. 4:Bir tane yoğunluğu düşük olan bir sıvıda, yoğunluğu yüksek olan bir sıvıdakinden DAHA HIZLI ÇÖKER 5:Bir tane viskositesi düşük olan bir sıvıda, viskositesi yüksek olan bir sıvıdakinden DAHA HIZLI ÇÖKER Özgül Ağırlık Farkı (Gravite) ile Zenginleştirme Akışkan bir ortam içerisinde bulunan bir taneye etkiyen kuvvetler; 1) Yerçekimi kuvveti, 2) Akışkanın kaldırma kuvveti, 3) Tane ve akışkanın özelliklerine bağlı direnç kuvvetlerinden etkilenmektedir. Tanenin hareket denklemi: mg – m ’ g – F D = m (dv / dt ) şeklindedir. m = tanenin kütlesi m’ = tane ile aynı hacimdeki akışkanın kütlesi g = yerçekimi ivmesi F D = direnç kuvveti v = tanenin hareket hızı Özgül Ağırlık Farkı (Gravite) ile Zenginleştirme Tanenin hareket (çöküş) hızı arttıkça, akışkan tarafından uygulanan direnç kuvveti de artar. Direnç kuvveti taneyi hareket ettiren diğer kuvvetlere eşit olduğu zaman, tanenin hızı sabit kalır. Bu hıza TERMİNAL HIZ adı verilir. Terminal hıza erişildiğinde ivme (dv / dt) = 0 olduğundan; F D =( m-m ı ) g yazılabilir. d çaplı ve ? özgül ağırlığında küresel bir katı tanenin ? yoğunluklu bir akışkan içerisinde çöktüğü göz önüne alınırsa; ? F D = (? – ?) gd 3 ? (1) (2) mg – m ’ g – F D = m (dv / dt ) Özgül Ağırlık Farkı (Gravite) ile Zenginleştirme Direnç kuvveti (F D ) akışkanın akış rejimine, yoğunluğuna, viskozitesine ve katı tanenin boyutu ile hızına bağlı olarak değişir. Genel olarak; F D = C D (L . ? . ? . v) (3) C D : direnç sabiti L : tane boyutu (çap) ? : akışkanın yoğunluğu ? : akışkanın viskozitesi v : tanenin hareket hızı Direnç kuvveti Direnç sabiti C D = tanenin kesit alanı x tane üzerindeki dinamik basınç d çaplı küresel tanenin kesit alanı ?d 2 / 4, tane üzerindeki dinamik basınç (1/2) ?.v 2 olduğundan: 2 2 2 1 4 v d F C D D ? ? = (4) yazılabilir. Özgül Ağırlık Farkı (Gravite) ile Zenginleştirme Akışkanlar mekaniğinin akış rejimleri ile ilgili temelini oluşturan ve 1883 yılında Osborne Reynolds tarafından ortaya atılan Reynolds sayısı (R e ): ile direnç sabiti C D arasındaki deneysel bağıntı incelendiğinde 4 farklı akış rejiminin olduğu görülmektedir. vd R e ? = ? (5) Akışkan bir ortamda çökmekte olan bir küre için, Reynolds sayısı (R e ) ile Direnç sabiti C D arasındaki deneysel bağıntı. Direnç sabiti C D Laminer akış bölgesi R e < 1 Transisyonel akış bölgesi 1 < R e < 1000 Türbülans akış bölgesi 1000 < R e < 2,5 x 10 5 Süperkritik akış bölgesi R e > 2,5 x 10 5 Özgül Ağırlık Farkı (Gravite) ile Zenginleştirme Özgül Ağırlık Farkı (Gravite) ile Zenginleştirme Şimdiye kadar incelenen hareket denklemleri, küresel şekilli bireysel tanelerin akışkan ortamlardaki davranışlarını açıklamaktadır. Akışkan ortamlarda uygulanan Cevher Zenginleştirme işlemlerinde ise, değişik Boyut, ve Özgül Ağırlıktaki çok sayıda tanenin bir arada hareketi söz konusudur. Bu durumda mineral tanelerinin çökelmelerini etkileyen başlıca değişkenler; •Pülpün katı oranı, •Görünür özgül ağırlığı, •Görünür viskozitesidir. Pülpte Katı Oranı < %15 ise; Serbest Çöküş, Pülpte Katı Oranı > %15 ise; Engelli Çöküş meydana gelir. Zenginleştirme işlemlerinde Engelli çöküş koşulları geçerlidir. Özgül Ağırlık Farkı (Gravite) ile Zenginleştirme Türbülans akıştaki eşit çökme oranı, TAGGART tarafından Zenginleştirme (Konsantrasyon) Kriteri olarak tarif edilmiştir. Zenginleştirme (Konsantrasyon) Kriterinin değeri özgül ağırlık farkı ile zenginleştirmenin hangi boyutlarda ve hangi yöntemle uygulanabileceği hakkında genel bir fikir verir. ? ? ? ? ? ? = H A k (18) Özgül Ağırlık Farkı (Gravite) ile Zenginleştirme k>2.5 ise ayırma çok küçük boyutlara kadar kolayca uygulanabilir. Serbestleşme boyutuna bağlı olarak bütün gravite yöntemleri kullanılabilir. 2.5>k>1.75 ise ayırma yine kolaydır. Ancak 0.1 mm’ye kadar uygulanabilir. Serbestleşme boyutuna bağlı olarak bütün gravite yöntemleri kullanılabilir. 1.75>k>1.50 ise ayırma güçleşir, alt uygulama boyutu 1mm’dir. Ağır ortam ve jig kullanılabilir. 1.50>k>1.25 ise oldukça güçtür, ancak çakıl büyüklüğündeki tanelere uygulanabilir. Ağır ortam ve jig kullanılabilir. k<1.25 ise ekonomik bir ayırma mümkün değildir. Ancak akışkan özgül ağırlığı arttırılarak ayırma yapılabilir. Özgül Ağırlık Farkı (Gravite) ile Zenginleştirme Gravite Yöntemlerine Uygulanan Boyut Aralığı Özgül Ağırlık Farkı (Gravite) ile Zenginleştirme ÖZGÜL AĞIRLIK FARKI İLE ZENGİNLEŞTİRMEDE; 1) Durgun ortam (Ağır-Ortam) 2) Düşey hareketli akışkan ortam (jig) 3) Tabaka halinde akan akışkan ortam (oluk, spiral, masa v.b.) olmak üzere genellikle üç çeşit akışkan ortam kullanılır. Ağır Ortam Ayırması ile Zenginleştirme TANIM İri boyutlu mineral tanelerinin, aralarındaki özgül ağırlık farklılığına dayanılarak, ağır bir akışkan ortam içersinde, yüzme ve batma yoluyla birbirinden ayrılması ile yapılan zenginleştirme işlemine, ağır-ortam veya ağır-sıvı ayırması ile zenginleştirme, bir diğer ifade ile; yüzdürme-batırma ile zenginleştirme denilmektedir. DURGUN ORTAM Ağır Ortam Ayırması ile Zenginleştirme Ağır ortam ayırmalarında yerçekimi ile buna karşı koyan ve ortam viskozitesinden kaynaklanan direnç kuvveti mineral tanelerinin birbirlerinden ayrılmasında etkin olan kuvvetlerdir. Ağır ortam banyolarında genellikle LAMİNER akış koşulları bulunduğundan mineral tanelerinin hareketinde Stokes yasası geçerli olmaktadır. Hacimleri eşit, özgül ağırlıkları; 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 gr/cm 3 olan küre şekilli 5 mineral tanesi yoğunluğu 2.2 gr/cm 3 olan bir ağır-ortam içine konursa: 2.0 ve 2.1 gr/cm 3 özgül ağırlıklı taneler YÜZER, 2.3 ve 2.4 gr/cm 3 özgül ağırlıklı taneler ise BATAR (Stokes yasasına göre yüksek ö.a’lı tane en yüksek terminal hıza sahip olacağından dibe ilk önce varır), 2.2 gr/cm 3 özgül ağırlıklı tane ise ortam içinde denge halinde yani ASKIDA kalır Ağır Ortam Ayırması ile Zenginleştirme 2,0 2,1 2,2 2,2 2,3 2,4 AKIŞKAN YOĞUNLUĞU 2,2 gr/cm 3 YÜZER BATAR ASKIDA KALIR Ağır Ortam Ayırması ile Zenginleştirme Ağır Ortam Ayırması ile Zenginleştirmenin Uygulama Esasları Ayrılacak mineraller arasında en az 0.1 gr/cm 3 özgül ağırlık farkı olmalı ve ayırma işlemini etkileyecek kadar gözeneklilik olmamalıdır. Tesis çaplı uygulamalardaki işlem kademeleri; -Beslenecek cevher uygun şekilde hazırlanması, -Ağır ortam içeren ayırıcı cihazda yüzen ve batan ürünlerin ayrılması, -Yüzen ve batan ürünlerin ayrı ayrı alınması ve ürünlerle birlikte gelen ağır ortamın uzaklaştırılması, -Temizleme, ayarlama ve ayarlanmış ağır ortamın tekrar ayırıcı cihaza gönderilmesidir. Ağır Ortam Ayırması ile Zenginleştirmenin Genel Akım Şeması KULLANILAN AĞIR ORTAMLAR 1. Tuzların sudaki çözeltileri •CaCI 2 •ZnCI 2 2. Organik Sıvılar •Tetra Brom Etan •Bromoform v.d. 3. Katıların su içindeki süspansiyonu •Ferro-silikon •Manyetit •Galen Ağır Ortam Ayırması ile Zenginleştirme Ağır Ortam Ayırması ile Zenginleştirme Ağır Ortam Ayırması ile Zenginleştirmenin Uygulama Türleri Ağır ortam ayırma yöntemi STATİK (3 mm’den daha iri malzemelerde) ve DİNAMİK (0,5mm’ye kadar) olmak üzere ikiye ayrılır. Statik yöntemde tambur veya koni şeklinde banyolar kullanılırken, dinamik sistemde Siklon ve Stripa Teknesi kullanılır. Başlıca uygulama şekilleri; ?Tek bir banyo içerisinde ayırma ?Banyonun kontrollü olarak karıştırılması ile ayırma ?Farklı özgül ağırlıklı banyolardan oluşan bir dizide ayırma ?Üst yüzeyi ile dibi arasında özgül ağırlığı değişen tek bir banyoda ayırma (Cyanamid prosesi) ?Hidrolik olarak genişletilmiş bir ayırma ortamı kullanarak ayırma (Change ve Stripa prosesleri) ?Merkezkaç kuvvetinde yararlanarak ayırma (ağır ortam siklonu) ?Diğerleri Jig ile Zenginleştirme TANIM Farklı özgül ağırlıktaki mineral tanelerinin, düşey hareketli bir akışkan ortamdan yararlanarak, tabakalar halinde ayrılması ile yapılan zenginleştirmeye, düşey hareketli akışkan ortamda zenginleştirme veya jig ile zenginleştirme adı verilir. Jiglerde akışkan ortam olarak çoğunlukla su, bazen hava nadiren de ağır bir sıvı kullanılır. DÜŞEY HAREKETLİ AKIŞKAN ORTAMDA ZENGİNLEŞTİRME (JİG İLE ZENGİNLEŞTİRME) Jig ile Zenginleştirme Jig ile Zenginleştirmenin Genel Esasları Jiglerde, akışkan ortam içerisinde ve elek üzerinde bulunan iri boyutlu mineral taneleri, akışkan ortama verilen aşağıdan yukarı (basma) ve yukarıdan aşağı (emme) hareketin etkisiyle faklı tabakalar oluştururlar. Ağır mineraller alt tabakada yer alırken, hafif mineraller üst tabakada yer alır. Farklı tabakaların ayrı ayrı jigden dışarı alınması sonucunda zenginleştirme işlemi tamamlanmış olur. Bir Jigin Şematik Olarak Görünümü Jig ile Zenginleştirme Jig ile zenginleştirmede etkili olan başlıca kuvvetler •Yerçekimi, •Hidrodinamik kuvvetler •Hareket halindeki tanelerin potansiyel enerjilerinin kinetik enerjiye dönüşümünden kaynaklanan kuvvetler. Bu kuvvetlerin şiddet ve yönleri, dolayısıyla da ayırmaya olan etkileri, cevher, jig hareketi ve jigin yapısal özelliklerine bağlıdır. Cevher Özellikleri: tane boyutu, tane şekli ve özgül ağırlık, Jigin Hareket Özellikleri: pülsasyon hızı, ivmesi ve genliği, Jigin Yapısal Özellikleri: tabaka kalınlığı, jig boyutları, bölme adedi, tabakaların jigden boşalma şekli, kaldırma suyu miktarı ve hareket mekanizması şekli. Tabaka Halinde Akan Akışkan Ortamda Zenginleştirme Küçük boyutlu mineral tanelerinin, yataya yakın eğimdeki bir yüzey üzerinde, ince bir tabaka halinde akan akışkan ortam içinde, özgül ağırlık farklarına göre ayrılmaları yoluyla yapılan zenginleştirmeye, tabaka halinde akan akışkan ortamda zenginleştirme denir. Tabaka Halinde Akan Akışkan Ortamda Zenginleştirme Bu ayırma yönteminde kullanılan aygıtlar; Ayırıcı yüzeyi sabit: (eşikli oluk, daralan oluk, Reichert konisi, Humprey spirali) ve Ayırıcı yüzeyi hareketli: (sarsıntılı masa, Bart Mozley masası) olmak üzere iki ana gruba ayrılırlar. Günümüzde de özellikle sarsıntılı masa ve spiral, başlıcaları krom, demir, şelit, kalay, barit olmak üzere, birçok cevherin zenginleştirilmesinde başarı ile kullanılmaktadır. Tabaka Halinde Akan Akışkan Ortamda Zenginleştirme Tabaka Halinde Akan Akışkan Ortamda Zenginleştirmenin Genel Esasları Tabaka halinde akan akışkan ortamda zenginleştirmede, özgül ağırlık, şekil, boyut ve hacim gibi mineral özellikleri ile akışkanın viskozite ve özgül ağırlığına bağlı olan hidrodinamik kuvvetler etkilidir. Ayrıca; *akışkan tabakasının kalınlığı, *çeşitli derinliklerde farklı olan akış hızının yanı sıra; *üzerinde akış olan yüzeyin özellikleri ve *yüzeye verilen hareketin şekli de minerallerin ayrılmasını etkilemektedir. Ayırıcı aygıtlarda akışkan olarak çoğunlukla SU, nadiren de HAVA kullanılır. Akışkanın Özellikleri ve Katı Tanelerin Hareketleri Az eğimli düzgün bir yüzey üzerinde akmakta olan bir su tabakasının kalınlığı ve akış hızının bağlı olduğu faktörler: • Akmakta olan suyun hacmi • Üzerinde akış olan yüzeyin genişliği • Suyun, akışın olduğu yüzeye eriştiği anda, akış doğrultusundaki hızı • Akışın olduğu yüzeyin eğimi •Akışa karşı olan engeller (akan tabaka içindeki yan akımlar, akan suyun yüzeyinde rüzgar etkisi, akışa karşı olan viskoz direnç, akan su ile akışın olduğu yüzey arasındaki sürtünme, suyun akan bakaya düzgün olarak girmemesi) Tabaka Halinde Akan Akışkan Ortamda Zenginleştirme Farklı Özgül Ağırlık ve Büyüklükteki Tanelerin Akan Su Tabakası İçindeki Dizilişleri. Yuvarlanma hareketinin etkisi de göz önüne alındığında, farklı özgül ağırlık ve boyuttaki tanelerin, akan su tabakası içinde, akış doğrultusundaki dizilişleri aşağıdaki şekilde görülmektedir. Buna göre;Yuvarlanma hareketi en fazla iri parçalar üzerinde etkili olduğundan, en iri ve en hafif tane en çok, en küçük ve en ağır tane en az hareket etmektedir. Tabaka Halinde Akan Akışkan Ortamda Zenginleştirme Suyun aktığı yüzey nadiren düz olmakta, genellikle yüzey üzerine belirli aralıklarla eşikler yerleştirilerek, su akışı engellenmektedir. Eşiklerin ön tarafında suyun eşiğe çarpmasıyla oluşan türbülans akış, engelli çöküş koşullarının doğmasına neden olarak, birlikte hareket eden iri-ağır ve ince-hafif tanelerin birbirinden ayrılmasını sağlamaktadır. Tabaka Halinde Akan Akışkan Ortamda Zenginleştirme Akan Su Tabakası İçindeki Katı Hareketi Üzerindeki Eşik Etkisi. Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi, eşiklerin önünde jigdekine benzer şekilde tabakalanma olmakta, ağır taneler eşik dibinde toplanırken, hafif taneler eşiği aşarak suyla birlikte akmaktadır. Tabaka Halinde Akan Akışkan Ortamda Zenginleştirme Ayrıcı Yüzeyi Sabit Olan Aygıtlar: Ayırıcı yüzeyi sabit olan aygıtlar, düşük verimle çalışmalarına rağmen, basit yapıları ucuzlukları ve kolay işletilmeleri nedeniyle, zenginleştirme işlemlerinde kullanırlar. Bu gruba giren başlıca aygıtlar; sabit oluklar ve sabit masalardır. •Sabit Oluk, •Eşikli Oluk, •Daralan Oluk, •Spiral Oluk (Humprey Spirali), •Sabit Masa, Tabaka Halinde Akan Akışkan Ortamda Zenginleştirme Ayrıcı Yüzeyi Hareketli Olan Aygıtlar: Ayırıcı yüzeyi hareketli olan aygıtlarda, ayırıcı yüzey uygun bir mekanizma ile çeşitli şekillerde hareket ettirilmektedir. Başlıcaları; 1. Hareketli Oluklar • Revolver (kömür için) • Vanner (ağır mineraller için) • Denver-Buckman (ağır mineraller için) 2. Sarsıntılı Masalar • Wilfley Masası • Deister Masası • Bart-Mozley Masası • Havalı Masa ve Çapraz Bantlı Ayırıcı 3. MGS (Multi Gravite Ayırıcısı) Manyetik Ayırma ile Zenginleştirme Manyetik Ayırma ile Zenginleştirme Farklı manyetik duyarlıktaki (susceptibility) bireysel mineral tanelerinin, uygun bir manyetik alan içinde, başlıca manyetik kuvvet olmak üzere, yerçekimi, sürtünme, merkezkaç v.b. kuvvetlerin bileşik etkilerine dayanılarak, birbirinden ayrılması yoluyla gerçekleştirilen zenginleştirmeye, manyetik ayırma ile zenginleştirme denir. Manyetik ayırma, demirin uzaklaştırılması ve manyetit içeren demir cevherlerinin zenginleştirilmesinde, 1849’dan beri bilinen ve kullanılan, eski bir yöntemdir. 1910’da yüksek alan şiddetli kuru manyetik ayırmanın gelişmiştir. 1960’ta Jones tarafından geliştirilen, yüksek alan şiddetli yaş manyetik ayırıcılarla 0,1mm’den daha ufak taneler zenginleştirilebilmiştir. Manyetik Ayırma ile Zenginleştirme Katıların Manyetik Özellikleri Katıların manyetik özellikleri, dış yörüngelerdeki elektronların dönüş (spin) hareketleri ile atom ve elektronlardaki devamlı manyetik momentlerden kaynaklanmaktadır. Katılarda yapay ve doğal olmak üzere iki tür mıknatıslık bulunur. Yapay mıknatıslık manyetik bir alanın etkisiyle, geçici olarak kazanılır. Doğal mıknatıslık ise, kendiliğinden oluşur ve kalıcıdır. Diamanyetizm ve paramanyetizm yapay mıknatıslığa, ferromanyetizm de doğal mıknatıslığa ait örneklerdir. Manyetik Ayırma ile Zenginleştirme Diamanyetizm (Zayıf mıknatıslık) Manyetik bir alana konulan, katı maddede elektriksel değişme sonucu oluşan mıknatıslığa diamanyetizm denir. Bu mıknatıslık, uygulanan manyetik alana ters yönde bir manyetik moment’e neden olur. Diamanyetik cisimlerin mıknatıslığı çok zayıf olup, negatif işaretlidir. Paramanyetizm (Kuvvetli mıknatıslık): Katı maddelerin, atom ve elektronlarındaki sabit manyetik momentlerin neden olduğu mıknatıslığa paramanyetizm denir. Manyetik momentler, yörüngelerdeki çiftleşmemiş elektronlardan ve dış yörüngelerdeki elektronların spin hareketlerinden kaynaklanmaktadır. Manyetik momentlerin (manyetik dipol) katı içindeki dizilişleri paramanyetik davranışa neden olmaktadır. Manyetik alan uygulanmadığı zaman, madde içinde rastgele dizilen manyetik dipoller, manyetik alan uygulandığında, alanın şiddetine bağlı olarak, kısmen veya tamamen manyetik alan yönünde dizilirler. Paramanyetik maddeler, mutlak değer olarak küçük fakat pozitif bir manyetik duyarlılığa sahiptirler. Manyetik Ayırma ile Zenginleştirme Ferromanyetizm (Çok kuvvetli mıknatıslık): Bazı katı maddelerde, manyetik momentler kendiliklerinden ve birbirlerine paralel olarak yönlenirler. Bu tür maddelere ferromanyetik maddeler, bu yolla oluşan mıknatıslığa da ferromanyetizm denir. Ye, Co, Ni gibi maddeler ferromanyetik özellik taşırlar. Ferromanyetik maddelerin manyetik duyarlıkları, pozitif ve büyük mutlak değerlidir. Katılarda Manyetik Alan: Doğal mıknatıs veya elektromıknatısların çevresinde oluşan ve kuvvet çizgileri ile karakterize edilen kuvvet alanlarına manyetik alan denilmektedir. Şekil: 78 a’da izlenen mıknatısın iki ucu kuzey (N) ve güney (S) kutupları olup, bunlar manyetik alan çizgilerinin giriş ve çıkışlarım temsil ederler. Her bir kutba, birim manyetik kutup adı verilir. Manyetik bir alan içinde bulunan katı maddelere manyetik alan tarafından uygulanan kuvvet, Coulomb bağıntısı ile hesaplanmaktadır: Manyetik Ayırma ile Zenginleştirme 2 2 1 d m m F ? = 2 1 ,m m = ? (1) Coulomb bağıntısı: F = iki kutup arasında oluşan kuvvet = kutupların şidetleri d = iki kutup arasındaki uzaklık ortamın manyetik geçirgenliği (permiability) Manyetik Alan Şiddeti: Manyetik alan içinde, manyetik alanın birim kutup şiddeti üzerinde oluşturduğu kuvvete manyetik alan şiddeti (H) denir. Alan şiddeti birimi Öersted olup, birim manyetik kutba 1 din’lik kuvvet uygulayan alan şiddetidir. 2 d m H = (2) Manyetik Ayırma ile Zenginleştirme Elektromanyetik Alan: Bir maddeden elektrik akımı geçtiğinde madde etrafında oluşan alana elektromanyetik (EM) alan adı verilir. EM alan şiddeti: L nI H 4 , 0 = (3) H = manyetik alan şiddeti (Oersted) n = sargı sayısı I = akım şiddeti (amper) L = bobin uzunluğu (cm) Etki (İndüksiyon) ile Mıknatıslanma: Bir doğal mıknatıs veya elektromıknatısın manyetik alanına konan malzeme etki ile mıknatıslanır. Oluşan yeni manyetik alana indüksiyon alanı (B) adı verilir. B = H + 4?M (4) B = indüksiyon alanı şiddeti (Gauss) M = mıknatıslanma şiddeti (Oersted) Manyetik Kutup ve Manyetik Alanlar Manyetik alan Elektromanyetik alan İndüksiyon alan Manyetik Ayırma ile Zenginleştirme Manyetik Duyarlık (Susceptibility) (k): Etki ile sağlanan mıknatıslığın, kendisini oluşturan manyetik alan şiddetine oranıdır. k = M / H (5) paramanyetik malzemelerin duyarlığı (+), diamanyetikler (-) Manyetik Geçirgenlik (Permeabilite) (µ) İndüksiyon alanın manyetik alana oranıdır. µ = B / H (6) (4) Nolu bağıntı kullanılarak µ = 1 + 4 ? M / H (7) yazılabilir. MANYETİK AYIRMADA ETKİN KUVVETLER Mineral taneleri manyetik alandan kuru veya sulu bir akış şeklinde geçmekte ve manyetik alanın bir mineral tanesine etkisi 1 saniyeden daha az bir zaman aralığında gerçekleşmektedir. Manyetik alanda hareket eden bir mineral tanesi; manyetik çekim kuvvetinden başka, moment, yerçekimi, sürtünme, hidrolik ve taneler arası itici veya çekici kuvvetlerin etkisindedir. Manyetik Ayırma ile Zenginleştirme MANYETİK AYIRMADA ETKİN KUVVETLER Taneler arası kuvvetler MANYETİK MANYETİK OLMAYAN ARAÜRÜN BESLEME Çeşitli kuvvetlerin bir arada etkisi Manyetik Ayırma ile Zenginleştirme Manyetik Çekim Kuvveti: Belirli bir manyetik alan içerisinde bulunan bir mineral tanesini etkileyen manyetik kuvvet: F m = manyetik kuvvet V = mineral tanesinin hacmi k m = mineralin manyetik duyarlığı k o = ortamın manyetik duyarlığı H = manyetik alan şiddeti dB / dx = alan gradyanı H alan şiddetindeki manyetik alana konan ferromanyetik bir çubuk veya tel civarındaki, r yarıçaplı küresel bir mineral tanesini çeken manyetik kuvvet: F m = 1.84 (k m - k o ) . H 2 . r 2 olur. dx dB H k k V F o m m . ). .( ? ?Minerallerin Demire Göre Çekim Kuvvetleri ve Ayırma Akım Şiddetleri Bazı Minerallerin İçin Gerekli İndüksiyon Alan Şiddeti Manyetik Ayırma ile Zenginleştirme MANYETİK AYIRICILAR Manyetik ayırma işlemlerinde kullanılan cihazların sahip olması gereken başlıca ortak özellikler; •Bir nokta veya yüzeyde toplanabilen uygun şiddette bir manyetik alan, •Manyetik alan şiddetinin kolayca ayarlanabilmesi, •Mineral tanelerinin düzgün bir akışla beslenebilmesi, •Manyetik olmayan tanelerin manyetik salkımlarda kalmasının önlenmesi, •Ayrılan ürünlerin ayrı ayrı alınabilmesi, •Ara ürün alınabilmesi, •Cihazın mekanik kısımlarının aşınmaya karşı dayanıklı olması. Cevher hazırlamada kullanılan manyetik ayırıcılar, kullanılış amacına, uygulanan manyetik alan şiddetine, ayırımın kuru veya yaş olarak yapılışına, ve ayırıcının yapısal özelliklerine bağlı olarak sınıflandırılabilir. Elektrostatik Ayırma İle Zenginleştirme Elektrostatik Ayırma ile Zenginleştirme Minerallerin iletkenlik farkına dayanan ve mineral tanelerinin kuru olarak zenginleştirilmesi için uygulanan yönteme, elektrostatik zenginleştirme veya yüksek gerilim zenginleştirmesi adı verilir. Esas olarak elektrostatik kuvvetlere dayanan bu yöntemde, minerallerin, yüksek gerilim altında statik bir elektrik yükü kazanıp, bu yükü bir süre kaybetmeme yeteneğinden yararlanılmaktadır. Uygun şekilde etki altında bulundurulan mineraller, elektron kazanarak veya kaybederek, elektrikle yüklendiklerinden, topraklanmış veya elektrik yüklü, başka maddeler tarafından itilir, çekilir yada nötr (yüksüz) hale getirilebilirler. Mineral tanelerine kazandırılan statik elektrik yükü, tane büyüklüğü, di-elektrik sabiti, kutuplaşma, sıcaklık, gibi etkenlere bağlı olarak değişmekte ve minerallerin birbirlerinden ayrılmasında etkili olmaktadır. Ayrıca sürtünme ve yerçekimi kuvvetleri ayırımda etkilidir. Elektrostatik zenginleştirme yöntemi genel olarak, mineral tanelerine elektrik yükü kazandırmaya ve farklı yüklenen tanelerin birbirinden ayrılması esasına dayanmaktadır. Elektrostatik Ayırma ile Zenginleştirme Elektrostatik Ayırma ile Zenginleştirme Mineral tanelerine elektrik yükü kazandırma metotları, •İletim (Kondüksiyon) ile Yükleme, •İyon (Gaz iyonu) Bombardımanı ile Yükleme, •Sürtünme ile ile Yükleme (Triboelektrik), •Piro-Elektrik Yükleme, •Piyezo-Elektrik Yükleme, •Işık veya Radyasyon İletkenliği Elektrostatik Ayırma ile Zenginleştirme Elektrostatik Ayırıcılar Bu cihazlarda, elektrik alanını oluşturan elektrodlardan biri, topraklanmış ve belirli bir yönde dönen bir tambur, diğeri de belirli bir elektrik yükü olan elektrod (gaz tüpü), veya yüksek gerilim altında (18000 volttan büyük) fıskiye şeklinde iyon boşalması sağlayan iğne uçlu elektrodtur. Gaz tüpü ve iğne uçlu elektrodlar birlikte de kullanılabilir. Yalnızca Tüp Elektrod Kullanılması Durumu; Tambur üzerine beslenen mineral tanelerinden reversibil pozitif olanlar; tambura elektron vererek pozitif yük kazanırlar ve tamburdan uzaklaşıpters işaretli elektroda yaklaşarak hareket ederler. Bu olaya kaldırma (lifting) denir. Yalıtkan taneler ise, herhangi bir elektron alış verişinde bulunmadıklarından, yüksüz halde, merkezkaç, yerçekimi ve sürtünme kuvvetlerinin etkisiyle parabolik bir yörünge ile düşerek iletken parçalardan ayrılırlar. Tüp Elektrod Kullanılması Durumunda Ayrılma Yalnızca İğne Uçlu Elektrod Kullanılması Durumu; İğne uçlu eletroda yüksek gerilim (50000 volt’a kadar) uygulanmakla elde edilen gaz iyonlarının bombardımanına uğrayan mineral tanelerinden iletken olanlar, aldıkları iyonları kolaylıkla tambura (toprağa) iletip, yüksüz olarak parabolik yörünge ile düşerler. Yalıtkan taneler almış oldukları iyonları tambura iletemediklerinden, negatif bir yük kazanmış olurlar ve ters yüklü tambura yapışarak hareket ederler. Bu olaya yapışma (pinnig) denir. Yalıtkan olan taneler aldıkları iyonları elektrik alandan çıktıktan sonra da kaybedemediklerinden, bir fırça ile tambur yüzeyinden uzaklaştırılırlar. Yarı iletken taneler ise elektrik alandan çıktıktan sonra aldıkları iyonları tambura iletip, yüksüz hale geçtiklerinden tamburdan ayrılırlar. Elektrostatik Ayırma ile Zenginleştirme İğne Uçlu Elektrod Kullanılması Durumunda Ayrılma Elektrostatik Ayırma ile Zenginleştirme Tüp ve İğne Uçlu Elektrodların Birlikte Kullanılması; İletken taneler kaldırılarak, yalıtkanlarda yapıştırılarak birbirlerinden ayrıldıklarından daha seçimli bir ayırım olur. İki elektrodun birbirlerine göre konumuna bağlı olarak farklı durumlar oluşturulabilir. KİMYASAL ZENGİNLEŞTİRME Kimyasal Zenginleştirme Bir cevherin içerdiği değerli metal veya metallerin, o metalleri taşıyan minerallerin fiziksel ve kimyasal yapılarının değiştirilmesi ile, kazanılması için uygulanan işlemler dizisine KİMYASAL ZENGİNLEŞTİRME adı verilir. * Kimyasal çözünürlük farkı ile zenginleştirme (LİÇ), * Isıl işlemlerle zenginleştirme olmak üzere iki önemli kimyasal zenginleştirme çeşidi vardır. Kimyasal Zenginleştirme LİÇ İLE ZENGİNLEŞTİRME Cevher içersindeki, değerli metal veya metallerin uygun bir çözelti içerisinde seçimli (selektif) olarak çözündürülmesi ve çözeltiden selektif olarak kazanılması için uygulanan işlemler dizisine liç adı verilmektedir. Çözeltiye alma ve çözeltiden kazanma gibi iki ana kademeden oluşan liç işlemi, madencilikten metal üretimine kadar, geniş bir alanı kapsamaktadır ve esas olarak Hidrometalurji’nin sahasına girmektedir. LİÇ İşlemi Genel Akım Şeması TÜVENAN CEVHER Boyut Küçültme Boyuta Göre Ayırma Zenginleştirme Kimyasal Isıl İşlemler LİÇ KATI-SIVI AYIRMASI ÇÖZELTİDEN METAL KAZANMA METAL VEYA KONSANTRE KATI ARTIK REAKTİF AYARLAMA TAZE KİMYASAL REAKTİF LİÇ ÖNCESİ HAZIRLAMA Kimyasal Zenginleştirme LİÇ Öncesi İşlemler: Maden ocağından gelen cevherlerin liç işlemine tabi tutulmadan önce bazı hazırlık işlemlerine tabi tutularak LİÇ’e hazır hale getirilmeleri gerekmektedir. Hazırlık işlemleri: •Boyut Küçültme ve Boyuta Göre Sınıflandırma: Yapılacak liç işleminin koşullarına bağlı olarak cevherin boyutunun kırma ve öğütme ile küçültülmesi, eleme veya klasifikasyon ile istenilen boyutların ayrılması. •Zenginleştirme: Cevher içerisindeki değerli minerallerin, çeşitli yöntemlerle zenginleştirilmesi veya liç sırasında zararlı olabilecek kalker, dolomit, kil v.b. safsızlıkların uzaklaştırılması. •Kimyasal ve Isıl İşlemler: Cevher içerisindeki değerlerin liç sırasında çözünmesini kolaylaştırmak veya cevherdeki bazı maddelerin neden olabileceği fazla reaktif tüketimini önlemek için oksitleme, indirgeme, kalsinasyon, sülfatlaştırma ve klorürleştirme işlemlerinin uygulanması. Kimyasal Zenginleştirme Çözeltiye Alma Cevher içerisinde bulunan değerli kısmın özelliklerine bağlı olarak farklı kimyasal çözücüler ve değişik yöntemlerle çözeltiye alma işlemleri gerçekleştirilmektedir. Liç işlemi; kullanılan çözücü türü ve işlemin uygulanış şekline bağlı olarak değişik isimler alır. Kimyasal Çözücüler: Liç işleminde asit veya baz olmak üzere çeşitli kimyasal çözücüler kullanılır. liçte kontrol edilmesi gereken başlıca değişkenlerdir. Kimyasal Zenginleştirme Asit liç; kimyasal çözücü olarak çeşitli asitlerin ve ferroklorür gibi tuzların kullanıldığı liç işlemidir. Bazik liç; kimyasal çözücü olarak başlıca amonyak veya soda olmak üzere çeşitli bazların kullanıldığı liç işlemidir. Kimyasal Zenginleştirme BAŞLICA LİÇ TÜRLERİ 1.Yerinde Liç (Insitu Leaching) 2.Yığın Liçi (Heap Leaching) 3.Tank Liçi (Vat Leaching) 4.Süzülme Liçi (Percolation Leaching) 5.Karıştırma Liçi (Agitation Leaching) Kimyasal Zenginleştirme Değerlerin (Metallerin) Liç Çözeltisinden Kazanılması Çeşitli yöntemlerle uygulanan çözümlendirme işlemlerinden sonra çözeltiye geçen, değerli metal veya metallerin çözeltiden geri kazanılması bir dizi işlem gerektirmektedir. Öncelikle çözeltinin çözülmeyen kısımlardan ayrılıp temizlenmesi ardından, değerli kısmın kazanılması gerekir. Son olarak ise değerlerin ayrılması ile boşalan çözeltinin ayarlanarak tekrar devreye beslenmesi gerekir. Katı – Sıvı Ayırımı: Liç çözeltilerinin çözünmeyen katı kısmından ayrılması amacıyla; Çöktürme, Koyulaştırma, Filtreleme ve Berraklaştırma işlemleri uygulanır. Manyetik Ayırma ile Zenginleştirme Liç’in Cevherlere Uygulanması ? Alüminyum, titanyum ve uranyum cevherlerinin değerlendirilmesinde, teknolojik ve ekonomik açıdan en geçerli yöntem olarak liç uygulanmaktadır. ? Altın, gümüş, kobalt, nikel üretiminin önemli bir kısmı liç ile yapılmakta, bakır ve çinko oksit cevherlerinin değerlendirilmesindeki uygulama da hızla gelişmektedir. ? Ayrıca; sodyum, potasyum, bor, iyod, brom tuzu yatakları ve toryum, lantanyum, niobyum, tantalyum v.s, gibi nadir toprak metallerini taşıyan cevherler de liç ile değerlendirilmektedir. Manyetik Ayırma ile Zenginleştirme Liç’in Cevherlere Uygulanması ? Bunların dışında, bazı nadir metaller de liç işlemeleri sırasında yan ürün olarak kazanılmaktadır. Örneğin, çinko cevherlerinin liçi sırasında, kadmiyum, talyum, indiyum, bakır cevherlerinin liçinde nikel, kobalt, selenyum, tellüryum, uranyum cevherlerinin liçinde, toryum, vanadyum, skandiyum, termik santral artıklarında, galyum ve germanyum elde edilmektedir. Ülkemizde, Seydişehir’deki Alüminyum ve Kayseri’deki çinko tesislerinde kimyasal zenginleştirme yöntemleri uygulanmaktadır.