Siklojet FLotasyon Hücresi

İNCE BOYUTLU KÖMÜRLERİN FLOTASYONU İÇİN YENİ BİR FLOTASYON

MAKİNESİNİN (SİKLOJET HÜCRESİNİN) GELİŞTİRİLMESİ

Hasan HACIFAZLIOĞLU

Zonguldak Karaelmas Üniversitesi

Fen Bilimleri Enstitüsü

Maden Mühendisliği Anabilim Dalında

Doktora Tezi

Olarak Hazırlanmıştır

ZONGULDAK

Haziran 2009

iii

ÖZET

Doktora Tezi

İNCE BOYUTLU KÖMÜRLERİN FLOTASYONU İÇİN YENİ BİR FLOTASYON

MAKİNESİNİN (SİKLOJET HÜCRESİNİN) GELİŞTİRİLMESİ


Zonguldak Karaelmas Üniversitesi

Fen Bilimleri Enstitüsü

Maden Mühendisliği Anabilim Dalı

Tez Danışmanı: Prof. Dr. İhsan TOROĞLU

Haziran 2009, 229 sayfa.

Bu tez kapsamında, geleneksel flotasyon makinelerine alternatif oluşturabilecek kül ve

kükürt gidermede etkili yeni bir flotasyon makinesi (siklojet flotasyon hücresi) tasarlanmış,

tasarım ve çalışma parametreleri optimize edilmiştir. Optimize edilen parametreler, konik

jet yüksekliği, konik tüp daldırma derinliği, pülp besleme basıncı, kesitsel hava hızı,

kesitsel yıkama suyu hızı, toplayıcı ve köpürtücü tipi ve miktarı, pH değeri, bastırıcı

miktarı, pülpte katı oranı ve köpük kalınlığıdır.

Siklojet hücresinde yapılan flotasyon çalışmalarında 4 farklı özellikte kömür kullanılmıştır.

Bunlardan ikisi, düşük kükürtlü (<%1) ve yüksek küllü olan Zonguldak siklon üst akımı

çok ince boyutlu şlam kömür (-0.212 mm) ve Zonguldak siklon alt akımı iri boyutlu (-1

mm) kömürdür. Bu kömürlerin kül içerikleri sırasıyla %48.80 ve %44.50’dir. Siklojet

hücresinde basit bir süpürme kademesiyle (toplam flotasyon süresi 60 saniye), bu

iv

ÖZET (devam ediyor)

kömürlerden sırasıyla %11.32 ve %20.20 küllü kömürler %72.80 ve %74.30 yanabilir

verimle kazanılmıştır.

Siklojet hücresinde flotasyona tabi tutulan diğer iki kömür tipi ise yüksek kükürt içerikli

Dursunbey linyiti (boyutu: -212 µm) ve Azdavay bitümlü kömürü (boyutu: -212 µm)’dür.

Bu kömürlerin toplam kükürt içerikleri sırasıyla %2.40 ve %1.60’tır. Optimum koşulda,

Siklojet hücresinden elde edilen temiz kömürlerin toplam kükürt içerikleri; Dursunbey

linyiti için %1.20, Azdavay kömürü için %0.83’tür. Siklojet hücresinin piritik kükürt

uzaklaştırma oranları ise sırasıyla %57.14 ve %52.50’dir. Diğer taraftan, kül giderme

başarısı makul bir yanabilir verimle (>%50) sırasıyla %41.22 ve %62.59’dur.

Son aşamada şlam kömürün temizlenmesi için, siklojet hücresinin flotasyon performansı

Kolon ve Mekanik hücrenin flotasyon performansları ile karşılaştırılmıştır. Kolon

flotasyonu daha temiz (%8.45-%%10.50 küllü) ürünler vermesine karşın, göreceli olarak

siklojet ve mekanik hücreye göre daha düşük yanabilir verim değerleri (%40.05-%56.46)

sağlamıştır. Mekanik hücre ise yüksek yanabilir verimler (%58.46-%78.45) sağlarken,

yeterince temiz (%15.68-%21.40 küllü) ürün verememiştir. Siklojet hücresi ise hem

yüksek verim değerleri (%47.95-%72.95) hemde oldukça düşük küllü (%8.90-%11.32)

ürünler vermiştir.

Anahtar Sözcükler : Siklojet Hücresi, Mekanik Hücre, Kolon Hücresi, Flotasyon, Kömür

Bilim Kodu : 607.02.04

v

ABSTRACT

Ph.D. Thesis

DEVELOPMENT OF A NEW FLOTATION MACHINE (CYCLOJET CELL) FOR

FLOTATION OF FINE COALS


Zonguldak Karaelmas University

Graduate School of Natural and Applied Sciences

Department of Mining Engineering

Thesis Advisor: Prof. Dr. İhsan TOROĞLU

June 2009, 229 pages.

Within the scope of this thesis, a new flotation machine (cyclojet flotation cell) that can be

an alternative to the tradiational flotation machines has been designed to remove ash and

sulphur effectively. Design and operating parameters of the new flotation cell optimised

were conical jet height, conical tube immersion dept, pulp feeding pressure, superficial air

rate, superficial wash water rate, collector and frother type and amount, pH value,

depressant amount, solid ratio and froth thickness.

Four different types of coal having different qualities were used in flotation studies which

were carried out in the cyclojet cell. Two of these were low-sulphurous (<1%) and high

ash, cyclone overflow Zonguldak ultrafine slime (-0.212 mm) and cyclone underflow

Zonguldak coarse (-1 mm) coals. Ash contents of these coals are 48.80% and 44.50%,

respectively. By a simple scavenger stage (total flotation time 60 second) in the cyclojet

vi

ABSTRACT (continued)

cell, 11.30% and 20.20% ash coals were recovered with a 72.80% and %74.30%

combustible recovery values, respectively.

The other two coals being subject to flotation in the cyclojet cell are high sulphurous

Dursunbey lignite (size: -212 µm) and Azdavay bituminous coal (size: -212 µm). Total

content of sulfur of these coals are respectively 2.40% and 1.60%. In optimum conditions,

the total content of sulfur of the clean coals obtained in the cyclojet cell are for Dursunbey

lignite 1.20% and for Azdavay coal 0.83%. Removal rates of pyritic sulfur of the cyclojet

cell are 57.14% and 52.50%, respectively. On the other hand, ash removal successes are

41.22% and 62.59%, respectively with a reasonable combustible recovery values (>50%).

Finally, the flotation performance of cyclojet cell for cleaning Zonguldak coal slime

compared with that of column and mechanical cell. Although column cell produced cleaner

(%8.45-%10.50 ash) products, values of combustible recovery (%40.05-%56.46) were

found lower than those of other cells. While mechanical cell have yielded higher

combustible recoveries (%58.46-%78.45), it didnt produced enough low ash (%15.68-

%21.40 ash) coals. Cyclojet cell both produced cleaner (%8.90-%11.32) products and

yielded higher combustible recovery values (%47.95-%72.95).

Keywords : Cyclojet Cell, Mechanical Cell, Column Cell, Flotation, Coal

Science Code : 607.02.04

vii

TEŞEKKÜR

Öncelikle, Siklojet Flotasyon Hücresinin ZKÜ Cevher Hazırlama Laboratuarına

kazandırılmasından, tezin bitmesine kadar sağladığı tüm imkanlardan, kazandırdığı yeni

teorik ve pratik bilgilerden ve burada saymakla bitiremeyeceğim emeklerinden dolayı

Sayın Hocam Prof. Dr. İhsan TOROĞLU (ZKÜ)’na sonsuz teşekkürü bir borç bilirim.

Tez sınav jürisinde görev alarak tezin başından sonuna kadar titizlikle kontrolünü yapan ve

değerli öneri ve katkılarıyla tezin daha derin olmasını sağlayan Sayın Hocam Prof. Dr.

Ayhan Ali SİRKECİ’ye (İTÜ), Sayın Hocam Doç. Dr. Sait KIZGUT’a (ZKÜ), Sayın

Hocam Yrd. Doç. Dr. Dilek ÇUHADAROĞLU’na (ZKÜ) ve Sayın Hocam Yrd. Doç. Dr.

Hale SÜTCÜ’ye (ZKÜ) çok teşekkür ederim.

Doktora eğitimine teşvik ederek bu eserin ortaya çıkmasında maddi ve manevi

yardımlarıyla her daim yanımda olan Siyaset Bilimi Uzmanı ve Sağlık Bakanlığı Müfettişi

Sayın Erkan HACIFAZLIOGLU’na, Makine Mühendisi Sayın Zafer

HACIFAZLIOĞLU’na ve aileme sonsuz teşekkürü bir borç bilirim.

viii

ix

İÇİNDEKİLER

Sayfa

KABUL ......................................................................................................................... ii

ÖZET ............................................................................................................................ iii

ABSTRACT .................................................................................................................. v

TEŞEKKÜR .................................................................................................................. vii

İÇİNDEKİLER.............................................................................................................. ix

ŞEKİLLER DİZİNİ ...................................................................................................... xv

ÇİZELGELER DİZİNİ ............................................................................................... xix

EK AÇIKLAMALAR DİZİNİ .................................................................................... xxi

SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ ................................................................ xxiii

BÖLÜM 1 GİRİŞ .......................................................................................................... 1

BÖLÜM 2 KÖMÜR HAKKINDA GENEL BİLGİLER ................................................ 5

2.1 KÖMÜRÜN TANIMI ................................................................................. 5

2.2 KÖMÜRÜN FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ. ......................... 5

2.2.1 Yoğunluk .............................................................................................. 6

2.2.2 Nem ...................................................................................................... 6

2.2.3 Gözeneklilik ve Yüzey Alanı ................................................................ 6

2.2.4 Sertlik ................................................................................................... 7

2.2.5 Ufalanabilirlik ve Öğütülebilirlik .......................................................... 7

2.2.6 Özgül Isı ............................................................................................... 8

2.2.7 Isıl ve Elektriksel İletkenlik .................................................................. 8

2.2.8 Renk ve Çizgi Rengi ............................................................................. 8

2.2.9 Plastikleşme .......................................................................................... 9

2.2.10 Kül....................................................................................................... 9

2.2.11 Uçucu Madde ...................................................................................... 9

2.2.12 Karbon ve Hidrojen.............................................................................. 10

x

İÇİNDEKİLER (devam ediyor)

Sayfa

2.2.13 Azot ve Oksijen ................................................................................... 10

2.2.14 Kükürt ................................................................................................ 10

2.2.15 Isıl (Kalorifik) Değer .......................................................................... 10

2.3 KÖMÜRDE BULUNAN KÜKÜRT TÜRLERİ............................................ 11

2.3.1 Organik Kükürt .................................................................................... 11

2.3.2 İnorganik Kükürt ................................................................................. 12

2.3.2.1 Piritik Kükürt ............................................................................... 12

2.3.2.2 Sülfat Kükürdü ............................................................................. 13

2.3.2.3 Elementer Kükürt .......................................................................... 13

2.4 KÖMÜRLERİN SINIFLANDIRILMASI .................................................... 14

2.5 KÖMÜRÜN PETROGRAFİK İÇERİĞİ ...................................................... 15

2.6 KÖMÜRÜN İÇERDİĞİ SAFSIZLIKLAR .................................................. 15

2.7 KÖMÜRÜN KULLANIM ALANLARI ....................................................... 16

2.7.1 Kömürün Termik Santrallerde Elektrik Enerjisi Üretimi İçin Kullanımı. 17

2.7.2 Kömürün Yakıt Olarak Kullanımı ....................................................... 17

2.7.2.1 Çimento Sanayisinde .................................................................... 18

2.7.2.2 Şeker Sanayisinde ve Çay Sanayisinde ......................................... 18

2.7.2.3 Tuğla ve Seramik Sanayisinde ...................................................... 18

2.7.2.4 Metal Ergitme Fırınları ve Kalker Kalsinasyonunda ..................... 19

2.7.3 Kömürün Kimyasal Hammadde Olarak Kullanımı ............................... 19

2.7.4 Kömürün Gübre Olarak Kullanımı ....................................................... 19

BÖLÜM 3 KÖMÜR ZENGİNLEŞTİRME YÖNTEMLERİ .......................................... 21

3.1 YOĞUNLUK FARKINA GÖRE AYIRMA YAPAN YÖNTEMLER ............ 23

3.1.1 Jigler...................................................................................................... 24

3.1.2 Spiraller ................................................................................................. 24

3.1.3 Reichert Konisi ..................................................................................... 26

3.1.4 Sallantılı Masalar .................................................................................. 27

3.1.5 Su Siklonu (Water-Only Cyclone) ......................................................... 28

3.1.6 Multi Gravite Ayırıcısı (MGS) .............................................................. 30

3.1.7 Falcon Cihazı ........................................................................................ 32

xi


Sayfa

3.1.8 Knelson Cihazı ..................................................................................... 34

2.2.9 Kelsey Jigi ........................................................................................... 36

2.2.10 Ağır Ortamla Çalışan Cihazlar ............................................................. 37

2.2.11 Hidrolik Ayırıcılar (Hidroseparatörler) ................................................ 38

3.2 YÜZEY ÖZELLİKLERİNE GÖRE AYIRMA YAPAN YÖNTEMLER ........ 38

3.2.1 Flotasyon ............................................................................................... 38

3.2.2 Seçimli Aglomerasyon .......................................................................... 40

3.2.3 Seçimli Flokülasyon .............................................................................. 42

3.3 MANYETİK AYIRMA ................................................................................. 43

3.4 ELEKTROSTATİK AYIRMA ....................................................................... 46

3.5 KİMYASAL YÖNTEMLER.......................................................................... 47

3.6 BİYOLOJİK YÖNTEMLER .......................................................................... 49

BÖLÜM 4 KÖMÜRÜN FLOTASYONLA ZENGİNLEŞTİRİLMESİ........................... 51

4.1 FLOTASYONUN TANIMI............................................................................ 51

4.2 FLOTASYONUN TARİHİ GELİŞİMİ........................................................... 55

4.3 FLOTASYON REAKTİFLERİ ..................................................................... 58

4.3.1 Toplayıcılar ........................................................................................... 58

4.3.1.1 İyonlaşmayan (Non-Polar) Toplayıcılar ........................................ 59

4.3.1.2 İyonlaşan (Polar) Toplayıcılar ...................................................... 59

4.3.2 Köpürtücüler......................................................................................... 61

4.3.3 Bastırıcılar ............................................................................................ 62

4.3.4 Canlandırıcılar ...................................................................................... 62

4.3.5 pH Ayarlama Reaktifleri ...................................................................... 63

4.4 FLOTASYON MAKİNELERİ (HÜCRELERİ) .............................................. 63

4.4.1 Mekanik Karıştırmalı Flotasyon Hücreleri ............................................ 64

4.4.2 Kolon Flotasyonu Hücreleri ................................................................. 65

4.4.3 Jet Flotasyonu Hücreleri ....................................................................... 72

4.4.4 Pnömatik Flotasyon Hücreleri .............................................................. 75

4.4.5 Santrifuj Flotasyonu Hücreleri ............................................................... 77

4.4.6 Diğer Flotasyon Yöntemleri................................................................... 80

xii


Sayfa

4.5 KÖMÜR FLOTASYONUNDA VERİMİ ETKİLEYEN PARAMETRELER . 82

4.5.1 Kömür Özelliklerine Bağlı Parametreler ............................................... 82

4.5.1.1 Kömür Rankı ................................................................................ 82

4.5.1.2 Tane Boyutu ................................................................................. 82

4.5.1.3 Kömür Külü ................................................................................ 83

4.5.1.4 Kömür Nemi ................................................................................ 83

4.5.1.5 Temas Açısı ................................................................................ 83

4.5.1.6 Oksidasyon Derecesi ................................................................... 83

4.5.1.7 Zeta Potansiyeli ............................................................................ 84

4.5.1.8 Şlam Oranı .................................................................................. 84

4.5.2 Çalışma Koşullarına Bağlı Parametreler ............................................... 85

4.5.2.1 Pülpte Katı Oranı .......................................................................... 85

4.5.2.2 Köpürtücü ve Toplayıcı Miktarı .................................................. 86

4.5.2.3 Köpük Kalınlığı ........................................................................... 86

4.5.2.4 Yıkama Suyu Hızı ........................................................................ 87

4.5.2.5 Karıştırma Hızı ............................................................................ 87

4.5.2.6 Kesitsel Hava Hızı ....................................................................... 88

4.5.2.7 Hacimsel Hava Miktarı ................................................................ 88

4.5.1.8 Hava Kabarcığının Taşıma Kapasitesi ......................................... 89

4.6 KÖMÜR FLOTASYONU İLE İLGİLİ YAPILMIŞ OLAN ÇALIŞMALAR .. 89

BÖLÜM 5 SİKLOJET FLOTASYON HÜCRESİNİN TANITILMASI ...................... 99

5.1 GELENEKSEL YÖNTEMLER VE SİKLOJET HÜCRESİ......................... 99

5.2 SİKLOJET HÜCRESİNİN ÇALIŞMA PRENSİBİ...................................... 101

5.3 SİKLOJET HÜCRESİ DENEY DÜZENEĞİ............................................... 104

BÖLÜM 6 SİKLOJET HÜCRESİNDE MİNERAL MADDE

GİDERME ÇALIŞMALARI .................................................................... 107

6.1 KÖMÜR NUMUNELERİNİN ÖZELLİKLERİ........................................... 107

6.2 DENEYSEL YÖNTEM............................................................................... 114

xiii


Sayfa

6.3 SİKLOJET HÜCRESİNDE ŞLAM KÖMÜR NUMUNESİNİN FLOTASYONU

İÇİN TASARIM PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU................ 116

6.3.1 Optimum Hava Hızının Belirlenmesi .................................................. 116

6.3.2 Optimum Konik Jet Uzunluğunun Belirlenmesi ................................. 120

6.3.3 Optimum Konik Tüp Daldırma Derinliğinin Belirlenmesi ................... 124

6.3.4 Optimum Yıkama Suyu Tipi ve Miktarının Belirlenmesi .................... 126


İÇİN ÇALIŞMA PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU ................. 132

6.4.1 Optimum Toplayıcı Tipi ve Miktarının Belirlenmesi........................... 132

6.4.2 Optimum Köpürtücü Tipi ve Miktarının Belirlenmesi ......................... 135

6.4.3 Optimum Bastırıcı Miktarının ve pH’ın Belirlenmesi .......................... 139

6.4.4 Optimum Pülpte Katı Oranının Belirlenmesi....................................... 142

6.4.5 Optimum Köpük Kalınlığının Belirlenmesi ......................................... 144

6.5 SİKLOJET HÜCRESİNDE İRİ KÖMÜR NUMUNESİNİN FLOTASYONU

İÇİN TASARIM PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU ................ 147

6.5.1 Optimum Konik Jet Uzunluğunun Belirlenmesi .................................. 147

6.5.2 Optimum Yıkama Suyu Hızının Belirlenemesi.................................... 150

6.6 SİKLOJET HÜCRESİNDE İRİ KÖMÜR NUMUNESİNİN FLOTASYONU

İÇİN ÇALIŞMA PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU ................ 151

6.6.1 Optimum Toplayıcı Miktarının Belirlenmesi....................................... 152

6.6.2 Optimum Köpürtücü Miktarının Belirlenemesi ................................... 153

6.6.1 Optimum Pülpte Katı Oranın Belirlenmesi.......................................... 155

6.6.2 Optimum Köpük Kalınlığının Belirlenemesi ....................................... 157

6.7 SİKLOJET HÜCRESİNDE ŞLAM KÖMÜR VE İRİ KÖMÜR

NUMUNELERİNİN OPTİMUM KOŞULLARDA FLOTASYONU......... 158

6.8 SİKLOJET HÜCRESİNDE KÜKÜRT GİDERME ÇALIŞMALARI ......... 162

6.8.1 Siklojet Hücresinde Dursunbey Kömür Numunesinin Flotasyonu İçin

Tasarım ve Çalışma Parametrelerinin Optimizasyonu ....................... 165

6.8.1.1 Optimum Konik Jet Uzunluğunun Belirlenmesi......................... 165

6.8.1.2 Optimum Yıkama Suyu Hızının Belirlenmesi............................ 169

6.8.1.3 Optimum Köpürtücü Tipinin Belirlenmesi................................. 173

6.8.1.4 Optimum pH Değerinin Belirlenmesi ........................................ 178

xiv


Sayfa

6.8.1.5 Optimum Köpük Kalınlığının Belirlenmesi ............................... 181

6.8.2 Siklojet Hücresinde Azdavay Kömür Numunesinin Flotasyonu İçin

Tasarım ve Çalışma Parametrelerinin Optimizasyonu ......................... 184

6.8.2.1 Optimum Konik Jet Uzunluğunun Belirlenmesi......................... 184

6.8.2.2 Optimum Yıkama Suyu Hızının Belirlenmesi............................ 185

6.8.2.3 Optimum Köpük Kalınlığının Belirlenmesi ............................... 186

6.8.3 Siklojet Hücresinde Dursunbey ve Azdavay Kömür Numunelerinin

Optimum Koşullarda Flotasyonu......................................................... 187

BÖLÜM 7 SİKLOJET HÜCRESİNİN FLOTASYON PERFORMANSININ

MEKANİK VE KOLON HÜCRESİ İLE KARŞILAŞTIRILMASI........... 193

7.1 DENEYLERDE KULLANILAN NUMUNENIN ÖZELLİKLERİ .............. 193

7.2 SİKLOJET HÜCRESİ DENEYLERİ .......................................................... 195

7.3 MEKANİK HÜCRE DENEYLERİ ............................................................. 196

7.4 KOLON HÜCRESİ DENEYLERİ .............................................................. 197

7.5 FLOTASYON PERFORMANSLARININ KARŞILAŞTIRILMASI ........... 198

BÖLÜM 8 SONUÇLAR VE ÖNERİLER................................................................... 203

8.1 SONUÇLAR ............................................................................................... 203

8.2 ÖNERİLER................................................................................................. 206

KAYNAKLAR........................................................................................................... 207

BİBLİYOGRAFYA.................................................................................................... 221

EK AÇIKLAMALAR A KÖMÜR ANALİZLERİNİN YAPILIŞ YÖNTEMLERİ ..... 223

ÖZGEÇMİŞ................................................................................................................ 229

xv

ŞEKİLLER DİZİNİ

No Sayfa

2.1 Pirit mineralinin kristal ve geometrik yapısının görüntüsü. ...................................... 12

3.1 Tane boyutuna göre kömür temizleme yöntemleri .................................................... 21

3.2 Krebs kömür spirali ve bir hatvesinin görüntüsü....................................................... 23

3.3 Endüstriyel ölçekli su siklonu/spiral ünitesi devresi.................................................. 24

3.4 Reichert konisinin çalışma prensibi .......................................................................... 25

3.5 Sallantılı bir masada kömürün temizlenmesi............................................................. 26

3.6 Su siklonun çalışma prensibi ve iki farklı hidrosiklon görüntüsü ............................. 28

3.7 MGS’nin çalışma prensibi ve endüstriyel uygulaması .............................................. 30

3.8 Falkon ciazının çalışma prensibi ve bir ticari örneği ................................................ 31

3.9 Falkon cihazının, spiral ve paket kolon ile karşılaştırılması ...................................... 32

3.10 Knelson cihazının çalışma prensibi ve endüstriyel uygulaması ............................... 33

3.11 Falkon ve Knelson’un farklı boyuttaki kömürler için kül giderme başarıları ........... 34

3.12 Kelsey jigi çalışma prensibi ve bir ticari örneği .................................................... 35

3.13 Ağır ortam siklonunun çalışma prensibi ve endüstriyel ölçekte uygulaması ............ 36

3.14 Kolon flotasyonunun konvansiyonel hücre ile karşılaştırılması .............................. 39

3.15 Permroll kuru manyetik ayırıcısının çalışma prensibi ve ticari örneği ..................... 43

3.16 Elektrostatik bir ayırıcının çalışma prensibi. ........................................................... 45

4.1 Flotasyonun oluşum mekanizması ve kabarcık-tanecik bağlarının oluşturulması ...... 51

4.2 Mineral flotasyonunda üç fazın teması ve denge durumu.......................................... 52

4.3 Değişik flotasyon hücrelerinde değişik kabarcık oluşturma mekanizmaları............... 54

4.4 Flotasyonun gelişiminde emeği geçen önemli bilim adamları ................................... 56

4.5 Flotasyonun uygulandığı ilk yıllardaki flotasyon yöntemleri .................................... 57

4.6 Outokumpu tipi klasik flotasyon hücresi ve pervanesinin görüntüsü ......................... 65

4.7 CPT kolonu ve Çayeli Bakır İşletmelerindeki kullanımı (köpük zonu). .................... 66

4.8 Alternatif kolon flotsayonu hücresi tasarımları ......................................................... 67

xvi

ŞEKİLLER DİZİNİ (devam ediyor)

No Sayfa

4.9 Alternatif kolon flotasyonu hücresi tasarımları ......................................................... 68

4.10 Alternatif Jet flotasyonu hücreleri........................................................................... 73

4.11 Alternatif pnömatik flotasyon hücreleri .................................................................. 76

4.12 Alternatif santrifuj flotasyonu hücreleri. ................................................................. 78

4.12 Çözünmüş hava flotasyonu ve köpük ayırıcı........................................................... 81

4.14 Jameson hücresi ile kolon flotasyonun karşılaştırılması .......................................... 84

4.15 İleri teknoloji flotasyon makinelerinin karşılaştırılması .......................................... 92

4.16 Zonguldak toz ve şlam kömürünün değişik flotasyon hücrelerinde flotasyonu ........ 95

5.1 Yeni nesil flotasyon makinelerinden kolon ve jet flotasyonu sistemleri ................. 100

5.2 ZKÜ’de geliştirilen pilot ölçekli siklojet hücresinin görünümü.............................. 102

5.3 Siklojet hücresindeki konik tüp ve etrafında oluşan hava kabarcıklar..................... 102

5.4 Siklojet hücresinde oluşturulan konik siklonik jet ve girdap akımının görüntüsü ... 102

5.5 Konik jete bağlı olarak oluşan kesme kuvvetleri ve jetin etkinliği.......................... 104

5.6 Siklojet ve mekanik hücrede oluşan hava kabarcıkların görüntüsü......................... 104

5.7 Pilot ölçekli Siklojet hücresinin şematik deney düzeneği ....................................... 105

5.8 Bazı önemli tasarım parametrelerinin hücre üzerinde gösterimleri ......................... 106

6.1 Numunelere uygulanan release flotasyon testi akım şeması ................................... 111

6.2 Şlam kömür ve iri kömür numunelerinin release eğrileri ....................................... 113

6.3 Dursunbey ve Azdavay kömür numunelerinin release eğrileri. .............................. 113

6.4 Optimizasyon deneylerinde uygulanan devre sistemi (kaba+ I.süpürme). .............. 114

6.5 Siklojet hücresinde by-pass ve artık alma sistemi .................................................. 115

6.6 Hava hızı ölçümlerinde kullanılan doğalgaz ölçer ve sistem üzerindeki görüntüsü. 117

6.7 Düşük ve yüksek hava hızlarının flotasyon köpüğünün görüntüsüne etkisi ............ 118

6.8 Kesitsel hava hızının ayırma verimine etkisi.......................................................... 120

6.9 Konik jet uzunluğunun ayırma verimine etkisi ...................................................... 122

6.10 Konik jet uzunluğuna bağlı olarak jet etkinliği ve emilen hava miktarları. ........... 123

6.11 Konik tüp daldırma derinliğinin ayırma verimine etkisi ....................................... 125

6.12 Konik tüp daldırma derinliğine bağlı olarak oluşan kabarcıkların görüntüsü ........ 126

6.13 Siklojet hücresinde tesis edilen duş ve jet tipi yıkama suyu sistemleri.................. 127

6.14 Yıkama suyu sistemlerinin ayırma verimine etkisi............................................... 128

xvii


No Sayfa

6.15 Bias faktörünün ayırma verimine etkisi ............................................................... 131

6.16 Toplayıcı tipine bağlı olarak toplayıcı miktarının yanabilir verime etkisi ............. 134

6.17 Farklı tipteki köpürtücülerin oluşturduğu kabarcıkların görüntüleri ..................... 135

6.18 Köpürtücü tipinin ve miktarının yanabilir verime etkisi ....................................... 137

6.19 Sodyum silikat miktarının yanabilir verime etkisi................................................ 140

6.20 pH değerinin yanabilir verime etkisi.................................................................... 142

6.21 Katı oranın yanabilir verimine etkisi.................................................................... 143

6.22 Köpük kalınlığının yanabilir verimine etkisi........................................................ 146

6.23 Flotasyonda düşük ve yüksek köpük kalınlığının gang taşınımına etkisi .............. 146

6.24 Konik jet uzunluğunun yanabilir verime etkisi..................................................... 149

6.25 Konik jet uzunluğuna bağlı olarak yanabilir verimdeki azalma............................ 151

6.26 Yıkama suyu hızının ayırma verimlerine etkisi .................................................... 153

6.27 Gazyağı miktarının yanabilir verimlere etkisi ...................................................... 153

6.28 MIBC miktarının yanabilir verimlere etkisi ......................................................... 155

6.29 Katı oranının yanabilir verime etkisi.................................................................... 156

6.30 Şlam kömür ve iri kömürün flotasyonunda oluşan köpük tabakası görüntüsü....... 157

6.31 Şlam kömür ve iri kömür için flotasyon süresinin kül giderimine etkisi ............... 160

6.32 Siklojet hücresi sonuçlarının release eğrisi ile karşılaştırılması ............................ 161

6.33 Siklojet ve mekanik hücrede killerle kaplı tanenin hareketi.................................. 161

6.34 Dursunbey ve Azdavay kömürlerinin flotasyonunda köpük görüntüsü................. 162

6.35 Release test akım şeması ..................................................................................... 163

6.36 Temiz kömür külüne bağlı olarak toplamlı miktarın değişimi .............................. 164

6.37 Temiz kömür külüne bağlı olarak yanabilir verimin değişimi .............................. 164

6.38 Temiz kömür kükürt içeriğine bağlı olarak yanabilir verimin değişimi ................ 166

6.39 Jet yüksekliğine bağlı olarak köpük dönüş hızı ve emilen hava miktarları............. 166

6.40 Siklojet hücresindeki girdap akımının görüntüsü ................................................. 168

6.41 Konik jet uzunluğunun yanabilir verime etkisi..................................................... 168

6.42 Konik jet uzunluğunun piritik kükürtteki azalmaya etkisi .................................... 169

6.43 Konik jet uzunluğuna bağlı olarak temiz kömür piritik kükürt içeriği .................. 171

6.44 Yıkama suyu hızının yanabilir verime etkisi ........................................................ 171

xviii


No Sayfa

6.45 Yıkama suyu hızının piritik kükürtteki azalmaya etkisi........................................ 172

6.46 Yıkama suyu hızının temiz kömür piritik kükürt içeriğine etkisi .......................... 172

6.47 Yıkama suyunun kül ve piritik kükürdü yıkama mekanizması ............................. 173

6.48 Dursunbey linyitinin Dowfroth- 250 ve 2EH ile flotasyonu. ................................ 175

6.49 Farklı köpürtücü tipinin ve miktarının yanabilir verime etkisi.............................. 176

6.50 Köpürtücü tipine bağlı olarak piritik kükürtteki azalmalar ................................... 177

6.51 Farklı köpürtücü tipinin ve miktarının piritik kükürtteki azalmaya etkisi ............. 178

6.52 Köpürtücü tipine bağlı olarak küldeki azalma oranları......................................... 179

6.53 pH değerinin yanabilir verime etkisi.................................................................... 179

6.54 pH değerinin piritik kükürtteki azalmaya etkisi .................................................... 180

6.55 Köpük kalınlığının yanabilir verime etkisi........................................................... 172

6.56 Köpük kalınlığının piritik kükürtteki azalmaya etkisi .......................................... 183

6.57 Köpük kalınlığının temiz kömür piritik kükürt içeriğine etkisi............................. 190

6.58 Flotasyon üresine bağlı olarak piritik kükürtteki azalma oranları. ........................ 191

6.59 Siklojet sonuçlarının kül bakımından release eğrisi ile karşılaştırılması ............... 192

6.60 Siklojet sonuçlarının piritik kükürt bakımından release eğrisi ile karşılaştırması.. 194

7.1 Release test yönteminin akım şeması..................................................................... 195

7.2 Sikojet hücresi deneylerinde kullanılan makine ve deneylerin yapılış yöntemleri … 196

7.3 Mekanik hücre deneylerinde kullanılan makine ve deneylerin yapılış yöntemleri .. 196

7.4 Kolon flotasyonu deney düzeneği ve deneylerin yapılış yöntemleri ....................... 197

7.5 Flotasyon makinelerinin performanslarının release eğrisi ile karşılaştırması .......... 200

7.6 Siklojet, mekanik ve kolon hücrelerinde artıktaki yanabilir madde kayıpları.......... 201

xix

ÇİZELGELER DİZİNİ

No Sayfa

3.1 Ülkelere göre kömür yıkama cihazlarının yüzde dağılımları ..................................... 21

3.2 Boyut grubuna göre MGS cihazının performansı...................................................... 31

3.3 Knelson cihazının İngiliz kömürü için test sonuçları................................................. 35

3.4 Kömürde bulunan bazı safsızlıklara ait manyetik çekilebilirlik değerleri .................. 44

3.5 Çeşitli kömürlerin manyetik ayırıcıda kükürt giderimleri.......................................... 45

3.6 Kimyasal kükürt giderme yöntemlerinden bazıları.................................................... 48

4.1 Kömür flotasyonunda kullanılan bazı önemli bastırıcı tipleri……............................... 62

6.1 Deneysel çalışmalarda kullanılan numunelerin kimyasal analizleri........................ 108

6.2 Şlam kömür numunesinin boyut dağılımı ve boyut gruplarında kül içerikleri......... 109

6.3 İri kömür numunesinin boyut dağılımı ve boyut gruplarında kül içerikleri............. 109

6.4 Azdavay kömür numunesinin boyut dağılımı ve boyut gruplarında kül içerikleri .... 109

6.5 Dursunbey kömür numunesi boyut dağılımı ve boyut gruplarında kül içerikleri ...... 110

6.6 Deneysel çalışmalarda kullanılan kömür numunelerinin release test sonuçları ....... 112

6.7 Besleme basıncına bağlı olarak kesitsel hava hızındaki değişimin etkileri.............. 119

6.8 Besleme basıncına bağlı olarak konik jet uzunluğundaki değişimin etkileri ........... 121

6.9 Konik jet uzunluğunun ayırma verimine etkisi ...................................................... 125

6.10 Yıkama suyu sistemine bağlı olarak yıkama suyu hızındaki değişimin etkileri..... 128

6.11 Deneysel çalışmalarda kullanılan toplayıcıların özellikleri .................................. 132

6.12 Toplayıcı tipine bağlı olarak toplayıcı miktarındaki değişim etkileri.................... 134

6.13 Köpürtücü tipine bağlı olarak köpürtücü miktarındaki değişimin etkileri ............. 137

6.14 Bastırıcı miktarındaki değişimin etkileri .............................................................. 140

6.15 pH değerindeki değişimin etkileri........................................................................ 141

6.16 Katı oranındaki değişimin etkileri........................................................................ 143

6.17 Köpük kalınlığındaki değişimin etkileri............................................................... 145

6.18 Besleme basıncına bağlı olarak konik jet uzunluğundaki değişimin etkileri ......... 148

6.19 Yıkama suyu hızındaki değişimin etkileri ............................................................ 150

6.20 Toplayıcı miktarındaki değişimin etkileri ............................................................ 152

xx

ÇİZELGELER DİZİNİ (devam ediyor)

No Sayfa

6.21 Köpürtücü miktarındaki değişimin etkileri .......................................................... 154

6.22 Pülpte katı oranındaki değişimin etkileri.............................................................. 156


6.24 Optimum tasarım ve çalışma parametreleri.......................................................... 158

6.25 Optimum koşullar altında yapılan flotasyon deneylerinin sonuçları. .................... 159

6.26 Konik jet uzunluğundaki değişimin etkileri. ........................................................ 167


6.28 Köpürtücü tipine bağlı olarak köpürtücü miktarındaki değişimin etkileri ............. 174

6.29 pH değerindeki değişimin etkileri........................................................................ 178


6.31 Konik jet uzunluğundaki değişimin etkileri ......................................................... 185



6.34 Dursunbey ve Azdavay kömürlerinin flotasyonu için optimum parametreler ....... 188

6.35 Dursunbey ve Azdavay kömürlerinin optimum koşulda flotasyon sonuçları ........ 189

7.1 Deneylerde kullanılan şlam kömür numunesinin kimyasal analizi ......................... 193

7.2 Şlam kömür numunesinin boyut dağılımı ve boyut gruplarında kül içerikleri......... 194

7.3 Zonguldak şlam kömürünün release flotasyon testi sonuçları................................. 195

7.4 Siklojet, mekanik ve kolon hücrelerinin deney sonuçları ....................................... 199

xxi

EK AÇIKLAMALAR DİZİNİ

Sayfa

A Kömür Analizlerinin Yapılış Yöntemleri................................................................. 223

xxii

xxiii

SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ

ε : hacimsel hava oranı

P1 : çıkış basıncı

P2 : giriş basıncı

ρ : pülp yoğunluğu

g : yerçekimi ivmesi

h : toplam yükseklik

Ca : taşıma kapasitesi

α : sabit sayı

d80 : toplam malzemenin %80’inin geçtiği elek boyutu

ρp : katı malzemenin yoğunluğu

Jg : kesitsel hava hızı

Av : hacimsel hava miktarı

Ww: yıkama suyu hızı

A : hücre kesit alanı

xxiv

1

BÖLÜM 1

GİRİŞ

Dünyada geniş rezervleri bulunan, emniyetli, üretimi kolay ve ucuz bir fosil yakıt olan

kömür, yakın gelecekte de bu özelliğini sürdürmeye devam edecektir. Bugün, dünya

elektrik üretiminin %39’u kömüre dayalı termik santrallerden yapılmaktadır. Bu oran

ülkemizde %23 düzeyinde olup, yakın ve orta vadede bu payını koruması beklenmektedir.

Ayrıca, Dünya çelik üretiminin %70’i kömür ve kok kullanılarak yapılmaktadır.

Ülkemizde, enerji çeşitliliği içerisinde diğer enerji kaynakları da muhakkak

kullanılmalıdır. Ancak kömür, özellikle ülkemiz için önemli bir özkaynak varlığı olması

nedeniyle, dışa bağımlılığı azaltmak ve enerji güvenliğini artırmak için muhakkak ön

planda tutulmalıdır.

Bugün itibariyle linyit rezervlerimizin 8.3 milyar ton, taşkömürü rezervlerimizin ise 1.3

milyar tonun üzerinde olduğu tahmin edilmektedir. Tüvenan olarak bakıldığında, kömür

kaynaklarımızın büyük çoğunluğunda çeşitli sorunlar vardır ve mevcut haliyle kullanımları

çevre anlamında önemli problemler yaratmaktadır. Linyit kömürlerimizin en önemli

sorunu kükürt içeriğinin oldukça yüksek ve ısıl değerinin düşük olmasıdır. Bu yüzden

linyitlerimiz genellikle termik santral yakıtı olarak değerlendirilmektedir.

Taşkömürlerimizde ise en önemli sorun kül içerikleri olup, kükürt bakımından önemli

sorunlar teşkil etmemektedir.

Ülkemiz kömürleri için yukarıda bahsedilen problemler nedeniyle, kömür hazırlama

işlemleri, kömürün kullanımı için muhakkak olması gereken bir uygulama haline

getirilmelidir. Ayrıca, dünyamızın içinde bulunduğu çevresel kirlenmenin getirdiği bazı

kısıtlamalar bakımından, kömürlerin işletilmesi sonucunda açığa çıkan her türlü atığın

zararlı etkilerinin giderilmesine yönelik çalışmalara da ağırlık verilmelidir. Çünkü

önümüzdeki yıllarda kömürlerimiz, getirilmesi çok olası bazı çevre kısıtlamalarıyla önemli

ölçüde kullanılamaz hale gelecek ve mevcut kömür kullanımı da yasaklanmaya

başlayacaktır.

2

Tüvenan kömürün yakılması sonucu, çevre ve insan sağlığı açısından zararlı olan en

önemli iki kirletici; kükürtdioksit (SO2) ve partiküler maddeler yani uçucu küldür.

Kükürtdioksit ve partiküler maddelerin çevreyi kirletme oranları, doğrudan, yakılan

kömürün kül ve kükürt içeriklerine bağlıdır. Yakılan kömürün kül ve kükürt içeriği artıkça,

çevre de o ölçüde kirlenmektedir. Ayrıca, yüksek kül ve kükürt yakma sistemlerinde

korozyona neden olmakta, cüruf oluşturmakta ve kazan borularının tıkanmasına neden

olmaktadır. Kükürt oksitlerin bulutlarda bulunan yağmur damlacıklarıyla birleşmesi

sonucu asit yağmurları meydana gelmektedir. Asit yağmurlarının, nehirlere ve göllere,

ormana ve bitki örtüsüne, binalara ve insan sağlığına olan zararlı etkileri önemsenmeyecek

derecede çoktur. Asit yağmurlarının, geçmişte, çok sayıdaki canlı ölümlerine ve

milyarlarca hektarlık ormanlık alanların yok olmasına neden olduğu bilinmektedir. Ayrıca,

havadaki kükürtdioksitin solunması, üst solunum yollarında boğucu, keskin ve tahriş edici

etkiler yaratmakta, solunum yolu ve akciğer hastalıklarına neden olmaktadır.

Kömürün yanması ile açığa çıkan kül ise, genellikle suyu ve toprağı kirletmektedir. Külün

atık olarak karada toplanması, yağmur suyuyla ekstraksiyona uğraması sonucu, suların ve

toprağın kirlenmesine neden olmaktadır. Ayrıca, külde bulunan eser miktardaki uranyum,

toryum ve radon gibi radyoaktif elementler çevre sağlığı açısından büyük tehlikeler arz

etmektedir. Örneğin, 2x150 MW kapasitey sahip Çatalağzı Termik Santralinde %50 küllü

kömürler yakılmakta ve her yıl ortalama 750 000 ton kül açığa çıkmaktadır. Bu küllerin

bertarafında ve nakliyesinde yaşanan sorunlar ve ayrıca çevrecilerin yoğun baskıları

Termik Santralleri daha temiz yakıtlar kullanmaya zorlamaktadırlar.

Kömürün yakılması sonucu oluşan yukarıdaki problemlerden ötürü, kömürlerden kül ve

kükürdün giderilmesi uzun yıllar kaçınılmaz bir çalışma alanı olmuştur. Önceleri herhangi

bir temizleme işlemine girmeden, doğrudan yakılan kömürler, günümüzde çeşitli

temizleme işlemlerinden geçirilerek kullanılmaktadır. Bu sayede, kömür yakılmadan önce

temiz bir yakıt haline getirilebilmektedir. Klasik kömür hazırlama yöntemleri (ağır ortam,

spiral, sallantılı masa, klasik flotasyon vb.) ile ortalama kül içeriği %40-50 olan şlamı

atılmış ince kömürlerden, %15-20’nin altında küllü ürünler elde etmek mümkündür.

Toz kömürlerin temizlenmesi için kullanılan en yaygın yöntemlerden biri de köpük

flotasyonudur. Dünya üzerinde yılda yaklaşık 142 milyon ton toz kömür flotasyon

yöntemi ile kül ve kükürdünden arındırılmakta ve bu rakam yeni flotasyon cihazları

3

geliştirildikçe günden güne artmaktadır. Ancak, flotasyon ile kükürdün uzaklaştırılma

oranı, inorganik kükürt içeriği ile sınırlı olmaktadır. Yani klasik kömür hazırlama

yöntemlerinde olduğu gibi, klasik flotasyon yöntemi de yalnızca kömürden inorganik

kükürdü uzaklaştırabilmektedir. Kömürdeki kükürdün büyük bir bölümünü oluşturan

organik kükürt ise, yalnızca kimyasal ve biyolojik yöntemlerle giderilebilmektedir. Ancak,

bu yöntemlerin uygulanabilirliğinin zor ve maliyetli oluşu, ayrıca kömürün yapısını

bozması, endüstriyel ölçekteki kullanımını kısıtlamaktadır. Bu yüzden, kükürt giderimi için

daha çok flotasyon yöntemi üzerinde durulmakta ve kükürtdü önemli ölçüde giderebilen

ASH ve CFC gibi alternatif flotasyon makineleri tasarlanmaktadır. Bilindiği gibi, klasik

(mekanik) hücrelerdeki bazı olumsuz koşullar (yüksek türbülans, iri boyutlu kabarcık

oluşumu, transmisyon kayıpları vb.) yüksek verim ile istenen kül ve kükürt oranlarında

temiz kömür üretimini zorlaştırmaktadır. Özellikle boyutun çok ince olduğu şlam

flotasyonunda, mekanik hücrede meydana gelen yoğun mekanik taşınma, düşük küllü

temiz kömür üretimini neredeyse imkansız hale getirmektedir.

Bu tez kapsamında, klasik flotasyon cihazlarına alternatif oluşturabilecek, özellikle çok

ince tanelerin flotasyonunda kül ve kükürt gidermede etkili olabilecek, yeni bir flotasyon

makinesi (Siklojet Hücresi) tasarlanmıştır. Klasik flotasyondaki olumsuz koşulları ortadan

kaldıran bu hücre ile kül ve kükürt giderme çalışmaları yapılmış ve yüksek kalitede

(örneğin Azdavay kömürü için ~%7 kül ve %0.81 kükürtlü) temiz kömürler üretilmiştir.

Ayrıca, şlam diye nitelendirilen çok ince boyutlu (d80~63 µm) ve yüksek küllü (%48.80)

bitümlü kömürlerden yüksek yanabilir verim değerleri (%70-80) ile oldukça düşük küllü

(%10-15) ürünler elde edilmiştir. Tesislerden derelere akıtılan veya termik santrallere ucuz

yakıt olarak verilen ve çevre kirliliğinde önemli etkiye sahip olan bu şlam (çamur)

yığınlarından ekonomik değeri olan kömürlerin üretilmesi, gerek ekonomik gerekse

çevresel sorunlara önemli ölçüde fayda sağlayacaktır.

4

5

BÖLÜM 2

KÖMÜR HAKKINDA GENEL BİLGİLER

2.1 KÖMÜRÜN TANIMI

Kömür, çoğunlukla bitki parçalarından oluşmuş, farklı organik ve inorganik maddeleri

bünyesinde barındıran, havanın oksijeni ile yanabilen, heterojen organoklastik bir tortul

kayaçtır. Kömür genel olarak, turba, linyit, taş kömürü ve antrasit olmak üzere başlıca dört

grup altında incelenmektedir. Kömürün ısıl değeri turbadan antrasite doğru artmakta olup,

her grup kömürün kullanım alanıda farklılık göstermektedir. Örneğin, linyitler termik

santrallerde elektrik üretimi için kullanılmakta iken, taş kömürleri daha çok demir çelik

sektöründe kullanılmaktadır.

Turba, kömür oluşumunun ilk evresini oluşturmaktadır. Turba oluştuktan sonra, artan

sıcaklık ve basıncın etkisiyle bir dizi fiziksel ve kimyasal değişiklik geçirir. Önce linyite,

sonra taşkömürüne ve en son aşamada antrasite dönüşür. Şartlar uygun olursa kömür son

aşamada grafite de dönüşebilmektedir. Turbanın, linyit, taşkömürü ve antrasite dönüşmesi

sürecine kömürleşme denir. Kömürleşme süreci, turbanın oluştuğu bataklıkta turbanın

üzerinin ince klastik veya diğer tortullarla örtülmesiyle başlamaktadır. Bu örtülme

sonucunda basınç ve sıcaklık artmakta, bitki kalıntıları sıkışmakta ve bakterilerin etkileri

sonucunda meydana gelen biyokimyasal olaylarla turbalar meydana gelmektedir. Bu

turbalar zamanla gazlarını (N, H) ve özellikle oksijeni kaybederek karbon yönünden zengin

kömürler oluştururlar (Keskin 1986, Karayiğit 1998).

Bir kömür örneği çıplak gözle incelendiğinde, rengi kahverengiden siyaha kadar değişiklik

gösterebilir. Orijinal durumdaki bitki kısımlarının ve kömürleşme sürecinin farklılığı,

kömürlerde fiziksel ve kimyasal yapıdaki oluşumları meydana getirir. Bu oluşumlar

genellikle bantlı yapıdadır ve gözle seçilebilir. Kömürün iyi bir şekilde değerlendirilmesi

ve kullanılması bunun içindeki oluşumların (litotiplerin) tanınmasına, bilinmesine ve

6

gerektiğinde birbirlerinden ayrılmasına bağlıdır. Kömürün ince kesit veya parlatma halinde

hazırlanması ile yapılacak mikroskop incelemeleri, bu oluşumlarında değişik yapıda ve

gözle seçilemeyen bitki parçalarından oluştuğunu ortaya koyar. Litotipleri meydana getiren

bu bitki parçacıklarına “maseral” adı verilir. Kömürün litotipleri ise; vitrain (parlak),

clarain (parlak ve donuk şeritli), durain (donuk bandlı) ve fusain (ipliksi yapılı)’dir.

Maseralleri ise vitrinit (parlak), eksinit (koyu gri) ve inertinit (açık gri)’tir (Ateşok 2004,

Karayiğit 1998).

2.2 KÖMÜRÜN FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ

2.2.1 Yoğunluk

Kömürün yoğunluğu kömürleşme derecesine bağlı olarak değişmektedir. Sabit karbon,

uçucu madde, nem ve içerdiği kül miktarı yoğunluğu etkileyen en önemli faktörlerdir.

Karbon miktarı; %60’tan %96’ya kadar artarken, yoğunluk da 1.20 gr/cm3’den 1.70

gr/cm3’e kadar yükselir. Linyitlerin yoğunluğu 0.5-1.30 gr/cm3, bitümlü kömürün 1.15-

1.70 gr/cm3, antrasitin ise 1.40-1.70 gr/cm3 arasındadır (Ateşok 2004).

2.2.2 Nem

Kömürler; kömürleşme derecelerine göre farklı nem içerirler. Herhangi bir nemlendirme

veya kurutma olmadığı taktirde ocak çıkışında; taşkömürü %1–3, sert linyitler %20-30,

yumuşak linyitler % 40-60, turbalar ise %60’in üzerinde nem içerirler. Görüldüğü gibi,

kömürün ocak çıkışında içerdiği nem miktarı, kömürleşme dercesi artıkça azalmaktadır.

Kömürde nem hem fiziksel hemde kimyasal olarak bulunabilmektedir.

Genel olarak kömürde nem; “bünye nemi”, “kaba nem” ve “molekül suyu” olmak üzere

başlıca üç şekilde bulunur. Bünye nemi; adsorpsiyonla ve kapiler kuvvetlerlerle fiziksel

olarak kömüre bağlı olan suyu ifade eder. Kaba nem ise kömür yüzeyinde tutulan suyu

ifade eder. Molekül suyu ise kömüre kimyasal olarak bağlı olan sudur ( Meriçboyu vd.

1998).

7

2.2.3 Gözeneklilik ve Yüzey Alanı

Kömür oldukça gözenekli bir maddedir. Boyutları; birkaç mikron ile birkaç milimetre

arasında değişen boşluklara sahiptir. Karbon içeriği %75’in altında olan kömürler makro

gözenekli, %85-91 arasında olan kömürler ise mikro gözeneklerden oluşmaktadır.

Gözenekler, kılcal damarlar şeklinde olabileceği gibi küresel veya düzensiz şekillerde de

olabilirler. Kömürün fazla gözenekleri olması; çabuk yanmasına ve okside olmasına neden

olur. Kömürün gözeneklilik derecesi doğrudan doğruya külsüz ve kuru halde iken içerdiği

karbon miktarına bağlıdır.

Yüzey alanı, kömürün adsopsiyon ve reaktivite gibi önemli özelliklerini etkilemektedir.

Kömürün yüzey alanı kömürleşme dercesine bağlı olarak değişmekte ve koklaşabilen taş

kömüründe en düşük seviyeye inmektedir. Linyitlere doğru artan yüzey alanı, antrasitlerde

de, koklaşabilen taşkömürüne oranla biraz daha yüksektir. Linyitin yaklaşık yüzey alanı

150 m2/g seviyesindedir ve bu alanın %90’ı gözeneklerden oluşur (Meriçboyu vd. 1998).

2.2.4 Sertlik

Kömürün sertliği, ekonomik yönden önem taşıyan ufalanma ve öğütülebilme özelliklerini

etkiler. Ayrıca, kömür-su karışımı yakıtlar ve sıvılaştırma prosesinde önemli rol oynar.

Kömürün sertliği, cinsine, karbon miktarına ve uçucu madde miktarına bağlıdır. Karbon

miktarı arttıkça sertlik azalır. Linyitlerin Mohs sertlik ölçeğinde aldıkları değer yaklaşık

olarak 1-3; Bitümlü kömürler için 2.5-3 ve antrasitler için 3-4 aralğındadır (Schobert 1987,

Boylu ve Ateşok 2000).

2.2.5 Ufalanabilirlik ve Öğütülebilirlik

Bir parçanın daha küçük parçalara ayrılması olayına “ufalanabilirlik” denir.

Ufalanabilirlik, kömürün önemli özelliklerinden biridir. Kolay ufalanabilen kömürler,

kolayca oksitlenebilirler. Bu oksitlenme; ani yanmalara, koklaşabilir kömürlerin

koklaşabilme özelliklerinin azalmasına ya da tamamen kaybolmasına neden olur. Kömürün

ufalanabilirliği, fiziksel, kimyasal ve içerdiği bileşiklerin özelliklerine bağlıdır.

8

Kömürün öğütülebilirliği, sertlik, mukavemet ve kırılganlık gibi fiziksel özelliklerine bağlı

olup, kömür tozu yakıt olarak kullanıldığında önem taşımaktadır. Kömürün sertliği arttıkça

öğütülebilirliği azalmaktadır. Kömürün öğütülebilirliğini saptamak için Hardgrove test

cihazı kullanılır. Bu cihaz öğütmenin sekiz tane çelik, yuvarlak bilye ile yapıldığı minyatür

bir değirmendir. Öğütülebilirliğin hesaplanmasında 0.074 mm delik açıklığına sahip eleğin

altına geçen kömürün ağırlığı kullanılmaktadır. Hardgrove index değeri kömürün

öğütülebilirliği ile ters orantılı olarak değişir. Yani yüksek bir hardgrove değeri kolay,

küçük bir değer ise zor öğütülebilirliği gösterir. Bitümlü kömürlerin Hardgrove indexsi

(HGI) 45-80 arasında iken, linyitlerde 25-40 arasındadır (Bilgin vd. 1998).

2.2.6 Özgül Isı

Özgül ısı, birim kütlenin ısıl kapasitesi olarak tanımlanır. Kömürün özgül ısısının en çok

kullanıldığı yer, koklaştırma prosesi için gereken ısının hesaplanmasıdır. Kömürün özgül

ısısı genellikle 0.2-0.4 kcal/kg 0C arasındadır. Suyun özgül ısısı, kömürünkinin yaklaşık 4

katı kadar olduğundan, kömürün nem içeriğinin artması, özgül ısısında büyük ölçüde artışa

neden olur (Meriçboyu vd. 1998).

2.2.7 Isıl ve Elektriksel İletkenlik

Kömürde uçucu maddenin, nem ve yoğunluğun artmasıyla ısıl iletkenlik artmaktadır.

%12.1 nem içeren linyitte, ısı iletim katsayısı 0.142 kcal/mh 0C iken, antrasitte 0.205

kcal/mh 0C’tir (Gumz 1962).

Kömürün rutubet oranı ve mineral madde içeriği arttıkça, dielektrik katsayısı

yükselmektedir. Bunun yanında, kömürleşme oranına da bağlıdır. Kömür, kömürleşme

derecesi arttıkça, özellikle %87 karbon oranından sonra, iletkenliğinin arttığı

görülmektedir (Meriçboyu vd. 1998).

2.2.8 Renk ve Çizgi Rengi

Kömürlerin rengi, açık kahverenginden koyu siyaha kadar değişir. Bitümlü kömürler ve

antrasitlerin renkleri, siyahın değişik tonlarında değişir. Linyitler ise kahverenginin

9

tonlarındandır. Çizgi rengi, bir kömür parçası ile pürüzlü bir porselen yüzey üzerine çizgi

çizilerek elde edilir (Ateşok 2004).

2.2.9 Plastikleşme

Metalürjik kok üretiminde kömürün kullanılabilmesi için 350-500 0C arasında

yumuşayarak belli bir akışkanlık kazanması gerekmektedir. Kömürün akışkanlık

kazanmasına “plastikleşme” denir. Plastikleşmenin ölçüsü Gieseler plastometresi ile

ölçülür. Akışkanlığı 70 ile 1000 ddpm arasıda olan kömürler iyi kalitede kok verir (Ateşok

vd. 1998, Kemal ve Arslan 1999).

2.2.10 Kül

Kömür yandığında kalan külün kaynağı, kömürün içerdiği mineral maddelerdir. Kömürün

içinde bulunan organik maddeler yanma esnasında oksitlenerek veya parçalanarak geride

kül bırakırlar. Külün rengi tam beyaz ile çikolata rengi arasında değişir. Kül temelde

silisyum, alüminyum, demir, kalsiyum ve az miktarda magnezyum, titan, sodyum ve

potasyum bileşiklerinden oluşur. Silikatların kaynağı, şist ve kil mineralleri iken; demir

oksitin en önemli kaynağı pirittir. Kalsiyum ve magnezyum oksitler ise karbonat

minerallerinin parçalanması sonucu oluşur. Kül, kömürde istenmeyen bir bileşendir ve

yakma işlemi sonunda atılır. Bazı bileşenleri çeşitli amaçlar (örneğin tuğla yapımı) için

kullanılabilsede ekonomik değeri oldukça düşüktür. Ayrıca, yüksek kül, kok üretimde

kokun sağlamlığını azaltmaktadır (Ateşok vd. 1998, Meriçboyu vd. 1998).

2.2.11 Uçucu Madde

Kömür, oksijensiz ortamda ısıtıldığında gaz ve sıvı ürünler halinde birtakım maddeler

çıkmakta ve geride kok kalmaktadır. Isıtmaya bağlı olarak çıkan bu gaz ve sıvı maddelere

kömürün “uçucu maddesi” denir. Kömürün uçucu maddeleri; hidrojen, karbonmonoksit,

metan, katran buharı, karbondioksit ve su buharıdır. Linyitlerin yaklaşık %40’ı uçucu

maddelerden oluşur. Kömürleşme derecesi arttıkça uçucu madde miktarı azalmaktadır.

Düşük uçucu içeren kömürler kısa alevle, yüksek uçucu içeren kömürler ise uzun alevle

yanmaktadır (Ateşok 2004, Yıldız 2007).

10

2.2.12 Karbon ve Hidrojen

Kömür yandığı zaman oluşan ısının hemen hemen tamamı içerdiği karbon ve hidrojenin

yanması sonucunda oluşmaktadır. Karbon ve hidrojen, kömürde hem organik hemde

inorganik yapıda bulunabilmektedir. Kömürleşme derecesi artıkça hidrojen/karbon oranı

küçülmekte, karbon miktarı artmaktadır. Turba, linyit, bitümlü kömür ve antrasit için kuru

ve külsüz bazda hidrojen yüzdeleri sırasıyla ~5.5, ~5 , ~4.5-5.5 ve ~3-4’tür. Karbon

yüzdesi ise sırasıyla ~60, ~65-75, ~90-92 ve ~92-94’tür (Ateşok 2004).

2.2.13 Azot ve Oksijen

Kömürün içerdiği azotun tamamı organik yapıdadır ve miktarı genellikle %15 ’in üzerine

çıkmamaktadır. Genellikle bitümlü kömürlerin azot içerikleri linyitlerinkinden fazladır.

Kömürün yanması ile oluşan azot oksitler, kükürt oksitlerden sonra kömürden kaynaklanan

ikinci önemli hava kirleticidir.

Kömürde oksijen içeren fonksiyonel gruplar; hidroksitler, karboksilik asitler, eterler,

furunlar ve piranlardır (Meriçboyu vd. 1998).

2.2.14 Kükürt

Kömürde kükürt; organik, piritik, sülfat ve elementer kükürt olmak üzere başlıca dört

şekilde bulunur. Kömürün kükürt türleri aşağıda ayrı bir başlık altında ayrıntılı olarak

incelenmiştir (Bkz. 2.3).

2.2.15 Isıl (Kalorifik) Değer

Kömürün ısıl değeri, kömürleşme derecesine ve organik yapısına karışmış olan yanmayan

maddelerin miktarına bağlıdır. Kömürün ısıl değeri, kömürün yaşına bağlı olarak değişir ve

yaş arttıkça ısıl değerde artar. Taş kömürlerinin ısıl değeri yaklaşık 5000-7000 kcal/kg

iken; linyitlerin 3000-5000 kcal/kg’dır (Özdoğan ve Ünver 1998). Kalorimetrede

hesaplanan ısıl değer “üst ısıl değer” olarak tanımlanır. Alt ısıl değer ise kolorimetrede

yanma ile oluşan tüm suyun yoğunlaşma ısısının, üst ısıl değerden çıkarılmasıyla bulunur.

11

2.3 KÖMÜRDE BULUNAN KÜKÜRT TÜRLERİ

Tüm kömürler değişik oranlarda kükürt içerir. Genel olarak linyitler 0.3-6 aralığında, taş

kömürleri ise 0.6-3 aralığında kükürt içermektedir. Ancak, kükürt içeriği %6’ın üzerinde

olan kömürlerde (linyitler) mevcuttur (Özdoğan ve Ünver 1998, Ateşok 2004). Kömürdeki

kükürt; organik ve inorganik olmak üzere başlıca iki formda bulunmaktadır. İnorganik

kükürt kömürde; “sülfat”, “piritik” ve “elementer kükürt” olarak bulunur. Ancak, bazı

araştırmacılar kömürdeki kükürdü organik, piritik ve sülfat kükürdü olmak üzere başlıca üç

grup altında toplamaktadırlar.

2.3.1 Organik Kükürt

Kömürde hidrokarbon yapıya bağlı olarak bulunan kükürde “organik kükürt” denir. Bu tür

kükürdün kökeni, kömürü oluşturan bitkisel maddelerin içerdiği aminoasitler

(proteinler)’dir. Kükürt yanabilir olduğundan kömürün ısıl değerini olumsuz yönde

etkilemez. Ancak, kömürün yanmasıyla kükürdün önemli bir bölümü oksitlenerek SO2

gazına dönüşür. Bu da hava kalitesini olumsuz yönde etkiler. Organik kükürt bileşiklerini

ayırmak ve analiz etmek için kömürün makromoleküler yapısını parçalamak gerekir. Başka

bir deyişle, organik kükürt, kömürün organik materyalinin bir parçasıdır. Bu nedenle,

kimyasal bağlar kırılmadan fiziksel yöntemlerle uzaklaştırılması mümkün değildir. Fiziksel

zenginleştirme yöntemleri ile kömürdeki kükürt miktarı yalnızca bünyedeki organik kükürt

seviyesine kadar inebilmektedir (Jorjani et al. 2004, Bilir 1993).

Kömürde bulunan organik kükürt bileşikleri, alifatik ve aromatik kükürt bileşikleri olmak

üzere ikiye ayrılır. Alifatik kükürt bileşikleri genelde termal olarak dayanıksızdırlar. Isıtma

veya piroliz sırasında H2S ve daha kararlı heterosiklik bileşikler oluştururlar. Organik

kükürt bileşikleri içinde en kararlı olanları tiyofenlerdir. Bu bileşiklerin giderimi oldukça

zor ve yavaştır. Kömürleşme derecesi yükseldikçe tiyofenik kükürt oranı da

yükselmektedir (Morrison 1981, Doğan 1988, Yaman vd. 1998, Sönmez 2000). Dünyadaki

kömürlerin büyük bir kısmında toplam kükürt oranı %0.4-9 arasındadır. Organik kükürt

genellikle %0.5-2 arasındadır ve toplam kükürdün %97’sine kadar çıkabilmektedir (Ateşok

1986).

12

2.3.2 İnorganik Kükürt

Kömürde inorganik kükürt; piritik, sülfat ve elementer kükürt olmak üzere başlıca üç

şekilde bulunur. Kömürleşme derecesi arttıkça inorganik kükürdün toplam kükürt içindeki

oranı artar.

2.3.2.1 Piritik Kükürt

Kömürde inorganik kükürdün büyük bir bölümü disülfür halinde demire bağlanmış olarak,

yani FeS2 şeklinde bulunmaktadır. Kömürde, FeS2 bileşiğinin iki farklı kristal yapısı

vardır. Kristal yapısı kübik olan tür “pirit”, rombik olan tür ise “markazit”tir. Bu iki

mineralin özgül ağırlıkları da birbirinden farklıdır. Piritin özgül ağırlığı 5, markasitin özgül

ağırlığı ise 4.87’dir. Pirit markazitten daha kararlı ve daha az reaktiftir. Markazit 450 oC

sıcaklığa ısıtıldığında pirite dönüşmektedir (Yaman 1998, Tsai 1982). Sonuç olarak, piritik

kükürt kömürde bulunan pirit ve markasitten meydana gelmekte ve pirit daha fazla

bulunduğu için “piritik kükürt” denilmektedir. Kömürdeki makroskobik pirit tanecikleri;

bantlar, damarlar, boğumcuklar, mercekler veya dissemine şekilde bulunabilmektedir.

Gözle görülebilir ya da mikroskobik olsun piritik kükürt, kömürden serbestleştirildiği

takdirde flotasyon veya diğer zenginleştirme yöntemleriyle kömürden ayrılabilir (Baruah

and Gogoi 1998, Ateşok 1986, İman 2006). Pirit bileşiğinin (FeS2 ) kristal ve geometrik

yapısı Şekil 2.1’de gösterilmiştir. Bu yapıda, her bir demir iyonu altı adet kükürt atomuna

koordine olmuş şekilde bulunmaktadır. Piritteki Fe+2 iyonu, disülfür iyonları (S2-2) ile

sarılmış halde; NaCl tuzundaki yapıya benzemektedir. S-S bağının merkezi, NaCl’deki

klora karşılık gelmektedir (Açışlı 2002).

Şekil 2.1 Pirit mineralinin kristal ve geometrik yapısının görüntüsü.

13

Piritik kükürdü, yoğunluk farkından faydalanarak kömürden fiziksel yöntemlerle

uzaklaştırmak mümkündür. Piritin yoğunluğu kömüre göre daha büyüktür. Eğer tane

boyutu çok küçükse (-0.5 mm) flotasyon yöntemi ile de kükürt uzaklaştırılabilmektedir.

2.3.2.2 Sülfat Kükürdü

Sülfat kükürdü çoğunlukla, kalsiyum ve demir sülfat kristalleri halinde ve gevşek yapılı

olarak kömürün yapısında bulunur. Başka bir deyişle, CaSO4 2H2O (Jibs) ve kömürün hava

ile uzun süre teması sonucunda oluşan FeSO4 bileşikleri halindedir. Kömürün ihtiva ettiği

sülfat kükürdünün miktarı oldukça azdır, ancak oksitlenme sonucu sülfat kükürt miktarı

artmaktadır. Sulfat kükürdü (özellikle FeSO4 ve CuSO4 gibi) suda kolay çözünebildiğinden

kömürden uzaklaştırılması oldukça kolaydır. Ancak, Alçıtaşı, Jips (CaSO4.2H2O), suda

çözünmeyen bir bileşiktir. Fakat, flotasyonda çeşitli bastırıcıların kullanılmasıyla

kolaylıkla bastırılabilir. Jibs yanma işleminde de kolay bozulmadığı için hava kirliliği

açısından da önemli bir problem teşkil etmemektedir (Kawatra and Eisele 1997, Yaman vd.

1998, Abdollahy et al. 2006). Kömürün yanması sırasında, sülfat kökenli kükürt yanmadığı

için külde kalmaktadır. Ayrıca, kömürün bünesindeki karbonatlı minerallerin miktarına

bağlı olarak bir miktar yanabilir kükürt (850 0C’de yanan ve SO2 gazı çıkaran kükürt)

sülfat oluşturmakta ve küle geçmektedir. Yanmayan orijinal sülfat ve sonradan oluşan

sülfatlar külde kükürt olarak isimlendirilir. Kömürdeki külde kükürt miktarı, toplam

kükürdün %20-50’si kadardır (Yıldız 2007).

2.3.2.3 Elementer Kükürt

Elementer kükürt, kömür gibi güçlü doğal hidrofobdur. Bu yüzden, flotasyonda önemli

ölçüde problem yaratabilir. Ancak kömür içerisindeki oranının oldukça düşük (<%0.2)

olması bu sorunu ortadan kaldırmaktadır (İman 2006, Yıldız 2007). Piritin hidrofob

olmasına neden olan, yapısında bulunan elementer kükürt atomlarıdır. Ayrıca, uygun

koşullar altında kömürdeki pirit, elementer kükürde dönüşebilmektedir. Elementer kükürt

oluşturabilecek iki reaksiyon aşağıda verilmiştir:

2 Fe+3 + FeS2------� 3 Fe+2 + 2 S (2.1)

FeS2 + 3 H2O-----� Fe(OH)3 + 2 S0 +3 H+ + 3e- (2.2)

14

Ortamın elverişli olması durumunda yukarıdaki kükürtler, kömürde elementer kükürt

olarak kalacak ve flotasyonda sorun yaratacaktır. Ancak bu kükürtlerin oksidasyona

uğramaları sonucunda, sülfat (SO42-) kükürdü meydana gelecek ve flotasyonda çözündüğü

için sorun olmayacaktır (Kawatra and Eisele 1997).

2.4 KÖMÜRLERİN SINIFLANDIRILMASI

Bir kömürün fiziksel ve kimyasal özellikleri, kömürlerin sınıflandırılmasında ve kömür

kalitesinin belirlenmesinde kullanılmaktadır. Bir kömürün kalitesi, kömürün maseral ve

mineral madde içeriği ile birlikte kömürleşme derecesine bağlıdır. Kömürlerin

sınıflandırılmasında genel olarak sabit karbon yüzdesi, kalorifik değer, uçucu madde, nem

ve hidrojen yüzdeleri temel olarak alınmıştır. Kömür kalitesinin belirlenmesi amacıyla, pek

çok uluslararası kuruluş, örneğin ASTM ve ISO ve başka ulusal kuruluşlar tarafından

analiz standartları (Frazer, Collier, Cambell, Şeyler, Grout, Pars, Toronto, Grüner, Doğal

ve Jenetik sınıflandırmaları gibi) geliştirilmiştir. Uluslararası geçerliliği olan ve en çok

kullanılan sınıflandırma türleri ASTM ve ISO sınıflandırmalarıdır.

ASTM sınıflandırması, yüksek kömürleşme derecesine uğramış kömürlerde kuru ve külsüz

esasa göre sabit karbon ve uçucu madde yüzdeleri; düşük kömürleşme derecesine uğramış

kömürlerde alt kalorifik değer, koklaşma ve havanın etkisi ile bozulma özellikleri

gözönünde tutularak ortaya çıkarılmıştır. Bu sınıflandırmada kömürler; antrasit, bitümlü

kömür, alt bitümlü kömür ve linyit olmak üzere dört ana sınıfa ve bunlarda kendi içlerinde

alt sınıflara ayrılmaktadırlar (Ateşok 2004).

Uluslararası Standartlar Örgütü (ISO) tarafından desteklenen sınıflamada; kalorifik değer,

uçucu madde içeriği, sabit karbon miktarı, koklaşma ve kekleşme özellikleri temel

alınarak, kömürler sert (taşkömürü) ve kahverengi (alt-bitümlü ve linyit) kömürler olarak

iki ayrı sınıfa ayrılmıştır: Sert Kömürler (Taşkömürü-Hard Coal); nemli ve külsüz bazda

24 MJ/kg (5700 kcal/kg) üzerinde kalorifik değere sahip olan kömürdür. Uçucu madde

içeriği, kalorifik değer ve koklaşma özelliklerine göre “koklaşabilir kömürler”, “diğer

bitümlü kömürler” ve “antrasit” olarak üç alt sınıflara ayrılır. Koklaşabilir kömür, yüksek

fırınlarda kullanılabilir kalitede koklaşma özelliğine sahip olup, metalurjik kömür olarakta

adlandırılır. Diğer bitümlü kömürler ve antrasit ise, koklaşabilir kömür olarak

sınıflandırılmayan taşkömürüdür. Bu kömürler buhar kömürü (steam coal) olarak da

15

adlandırılır. Kahverengi kömürler (Brown Coal); nemli ve külsüz bazda 24 MJ/kg (5700

Kcal/kg) altında kalorifik değere sahip olan kömürdür. Toplam nem içeriği ve kalorifik

değere göre “yarı bitümlü kömür” ve “linyit” olmak üzere başlıca iki alt sınıfa ayrılırlar.

Yarı bitümlü kömür, 17-24 MJ/kg (4165-5700 kcal/kg) arasında kalorifik değere, linyit ise

17 MJ/kg (4165 kcal/kg) altında kalorifik değere sahip olan kömürdür.

2.5 KÖMÜRÜN PETROGRAFİK İÇERİĞİ

Kömürün petrografik içeriği, koklaştırma, sıvılaştırma ve gazlaştırma alanlarında büyük

önem kazanır. Bir taşkömürü numunesine gözle bakıldığında parlak ve donuk bantlardan

oluştuğu gözlenir. Parlak bantlar vitren ve klaren iken, donuk bantlar durain ve füzendir.

Bunların hepsine kömür kayacı anlamına gelen litotip denir. Litotipler de maserallerden

oluşurlar. Maseraller, kömürleri oluşturan en küçük mikroskobik birimlerdir ve az veya

çok homojen yapıya sahiptirler. İnorganik kayaçların en küçük birimleri olan minerallere

benzetilebilirler. Maseraller bir araya gelip maseral gruplarını oluştururlar. Maseral

grupları da gözle değil, sadece mikroskop altında görülebilirler. Vitrinit, inertenit ve eksinit

terimleri bu maseral gruplarına verilen adlardır. Dört kömür kayacından sadece vitren ve

füzen bir maseral veya maseral grubundan oluşur. Örneğin, vitren tamamen vitrinit ve

füzen de tamamen inertenitdir. Düren ve klarende ise, bir maseral grubu hâkimken diğer

iki maseral grubu, bu kömür kayaçlarının az bir bölümünü oluştururlar.

2.6 KÖMÜRÜN İÇERDİĞİ SAFSIZLIKLAR

Kömürün içerdiği ve gerek kullanım gerekse kömür yıkamada önem taşıyan safsızlıklar

nem, kül ve kükürt olamak üzere başlıca üç grupta toplanmaktadır. Nem (su), kömür

yerindeyken, kuru ve yağlı gözükmesine karşın, su ile doygundur. Bu nem varlığı, yatak

nemi olarak adlandırılır. Nem, kömürün yüzeyinde olduğu gibi, kömür içindeki çatlak ve

gözeneklerde de bulunabilir. Taşkömürleri, orijinal bazda, genellikle % 10'un altında nem

içerirken, linyitler, kalitesine bağlı olarak % 55'lere kadar ulaşan oranlarda nem

içerebilirler. Bütün kömürler karbon haricinde organik olmayan maddeler içerirler.

Kömürün yanmasından sonra, yanmayan maddelerden oluşan bu artığa kül denir. Külün

büyük bir kısmı kimyasal bileşim olarak silisyum, alüminyum ve demir oksitlerinden

ibarettir. Kömürlerde bünye külü ve harici kül olmak üzere başlıca iki türlü kül bulunur.

16

Bünye külü, kömürü oluşturan bitkilerden gelen inorganik maddelerdir ve kömürdeki

toplam külün % 2-3' ünü oluştururlar. Harici kül ise, kömürü oluşturan bitkilerin dışında

kömüre karışan yabancı maddelerdir. Bu maddeler, kömüre, kömürleşme esnasında

karışabileceği gibi, kömürleşmeden sonra da kömür damarları içindeki çatlak ve kırıklar

boyunca girebilirler. Bu yabancı maddeler kil, şist, kumtaşı, kireçtaşı ve benzerleri olabilir.

Bunlar, kömür içinde mikroskobik parçalar halinde bulunabileceği gibi, damarlar ve/veya

tabakalar halinde de bulunabilir. Yabancı maddeler, tüvenan kömüre, üretim esnasında

tavan ve taban yantaşlarından da karışabilir. Bunların hepsi harici külü oluştururlar. Bünye

külü, kömürden, yıkama yöntemleriyle uzaklaştırılamazken, harici kül, kömür yıkama

yöntemleriyle belli bir oranda azaltılabilir.

Kükürt kömürde en istenmeyen safsızlıklardandır. Yüksek kükürtlü kömürlerin yakılması

sonucunda atmosferdeki kükürtdioksit (SO2) emisyonları artmakta ve asit yağmurlarına

neden olup bundan çevre ve insan sağlığını ciddi şekilde etkilemektedir. Kükürt,

metalurjide kullanılan kokun kalitesini de düşürmektedir. Ayrıca, kükürtlü kömürlerin

yakılmasıyla yakma sistemlerinde korozyon meydana gelmekte, curüf oluşmakta ve kazan

boruları tıkanmaktadır. Kükürt bazı kömürlerde az, bazılarında ise çok bulunur.

Kömürlerde bulunan kükürt organik, inorganik veya sülfat formda bulunabilir. Bunlara ek

olarak bazı kömürlerde elemanter kükürtle de karşılaşılmıştır. Organik kükürt, kömürün

organik materyalinin bir parçasıdır. Bu nedenle, kömürden fiziksel yöntemlerle

uzaklaştırılması mümkün değildir. Sülfat kükürdü, kömürde toplam kükürtün çok az bir

kısmını oluşturur. Jips (CaSO4) halinde bulunduğu gibi, kömürün hava ile uzun süre teması

sonucu FeSO4 olarak da bulunabilir. Piritik kükürt ise, pirit ve markasit minerallerine bağlı

olarak bulunur. Kömür içerisinde bantlar, damarlar, mercekler, küresel veya dissemine

tanecikler halinde türlü şekil ve biçimlerde dağılabilirler. İster gözle görülebilir

(makroskobik), ister mikroskobik olsun piritik kükürt, kömürden serbestleştiği takdirde

flotasyon veya diğer zenginleştirme yöntemleriyle kömürden temizlenebilir.

2.7 KÖMÜRÜN KULLANIM ALANLARI

Kömürün yanıcı maddeler içermesi, çağlar boyunca yakacak olarak kullanılmasına neden

olmuş, ancak buharla çalışan makinelerin üretilmesinden sonra, pek çok sanayi dalında da

kullanılmaya başlamıştır. Günümüzde daha çok bir enerji kaynağı olarak tüketilen kömür,

17

gelişmiş ülkelerde, özellikle kimya sanayiinde, boyadan ilaca, gübreden plastiğe kadar çok

geniş bir alanda, önemli bir hammadde olarak yer almaktadır.

2.7.1 Kömürün Termik Santrallerde Elekrik Enerjisi Üretimi İçin Kullanımı

Kömür elektrik üretiminde vazgeçilmez bir yakıttır. Dünya birincil enerji ihtiyacının

yaklaşık % 23.3’ü kömürden karşılanmakta ve dünya elektrik üretiminin yaklaşık % 39’u

kömürden üretilmektedir. Elektrik üretiminin yaklaşık %95’ini kömürden sağlayan

Polonya elektrik üretiminde kömür kullanan ülkeler arasında başı çekmekte, %93’lük

oranla Güney Afrika Cumhuriyeti ikinci sırada yer almaktadır. Bunları sırasıyla; Çin Halk

Cumhuriyeti (%79), Avustralya (%77) Hindistan (%68), Çek Cumhuriyeti (%62),

Yunanistan (%61), Almanya (%51) ve ABD (%51) izlemektedir (DPT 2006).

Türkiye’de, 1990 yılında %1 taşkömürü ve %34 linyit olmak üzere kömürün elektrik

üretimindeki payı %35 iken, 2003 yılında %3 taşkömürü ve %18 linyit olmak üzere %21

seviyesine gerilemiştir. Buna karşılık 1990 yılında doğal gazın elektrik üretimindeki payı

%18 iken 2005 yılında % 32 seviyesine yükselmiştir. 2005 yılında, toplam elektrik üretimi

içerisindeki taşkömürü payının yaklaşık %6 olacağı tahmin edilmektedir (DPT 2006).

Kömür, termik santrallerde, %60’ı 90 mikronun altında olacak şekilde öğütüldükten

sonrra, sıcak havayla sürüklenerek, 1100-12000C’taki yanma odalarına püskürtülmektedir.

Termik santrallerin karakteri gereği, kullanılan enerji kaynağının ancak %30’u net

elektriğe dönüşmekte, geri kalanı ise artık ısı olarak çıkmaktadır (Beker 1998).

Günümüzde bu artık ısıdan değişik şekillerde yararlanılmaktadır. Örneğin Almanyada

türbini terk eden buharın ısısı kent merkezlerinin ısıtılmasında kullanılmakta ve termik

sanrallerden elde edilen net enerjinin verimi %80’lere yükseltilmektedir (Önal et al. 1994).

2.7.2 Kömürün Yakıt Olarak Kullanımı

Kömürlerin kullanımında genel olarak tane boyutu önemli bir faktördür. Çeşitli boyut

guruplarındaki kömürler farklı amaçlar için kullanılırlar. Örneğin, direkt olarak üretim

boyutunda evlerde ve enerji santralarında kullanılabilen taş kömürlerinin 125 mm üstü

boyut grubu elle yakılan ocaklarda, 18-50 mm arası boyut grubu küçük sanayi ocakları ve

evlerde yakıt olarak, 18 mm altı boyut grubu ise sanayi ocaklarında ve pulverize yakıt

olarak kullanılır (Ateşok 1994).

18

2.7.2.1 Çimento Sanayisi

Çimento sanayisi büyük miktarda enerji tüketen bir sanayi dalıdır. Bir kilogram kilinker

üretimi için yaklaşık 800 kcal’lık enerji gereksinimi vardır. Bir ton çimento üretmek

amacıyla kullanılan yakıt payı, fuel oil kullanıldığı takdirde üretim maliyetinin yaklaşık

nyarısıdır. Bu pay fuel oil yerine kömür kullanıldığında %50 azalmaktadır. Çimento

sektöründe kullanılan kömürlerin, maksimum %10-15 kül, %2 kükürt, %10-12 nem

içermesi ve ısıl değerinin 6500-7000 kcal/kg arasında olması gerekir (Beker 1998).

2.7.2.2 Şeker ve Çay Sanayisi

Şeker fabrikalarında kullanılan linyitler, değerlendirilirken kullanım yerine bağlı olarak,

ısıl değeri 2500-3000 kcal/kg ve 4000 kcal/kg’dan büyük olanlar olmak üzere ikiye

ayrılmaktadır. Şeker üretiminde kullanılacak kömürün nem içeriğinin ve külünün de

mümkün olduğu kadar az olması istenmektedir. Şeker üretiminde her iki kalitede linyit

kullanılmakla birlikte, ispirto üretiminde, 4000 kcal/kg ısıl değerli linyit ile birlikte fuel oil

de kullanılmaktadır (Beker 1998). Çay işletmelerinin kullandığı katı yakıtlar konusunda

detaylı bilgi olmamakla birlikte 2003 yılı TTK sektörel kömür satışları içerisinde Çay-

Kur’a yapılan satış miktarı 62.000 ton, 2004 yılında ise 69.000 ton’dur (DPT 2006).

2.7.2.3 Tuğla ve Seramik Sanayisi

Tuğla sanyisinde pişirme fırınlarında kullanılan linyit, toz hale getirildikten sonra

değerlendirilmektedir. Bir ton ateş tuğlası üretmek için gerekli olan enerji miktarı, 250 ile

1 milyon kcal arasındadır. Tuğla ve seramik sanayisinde kullanılan kömürlerin uçucu

maddesinin ve kül ergime derecesinin yüksek olması istenir. Günümüzde, tuğla, seramik

ve cam endüstrisinde gerekli enerjinin %15’i kömürden elde edilmektedir (Beker 1998).

2.7.2.4 Metal Ergitme Fırınları ve Kalker Kalsinasyonu

Metal ergitme fırınlarında, uçucu kısmı %20’nin üstünde ve ısıl değeri 7500-8000 kcal/kg

olan yumuşak kömürler tercih edilir. Kül kükürt ve nem değerlerinin mümkün mertebe

düşük ve kül ergime derecesinin yüksek olması gerekir. Kalker kalsinasyonunda ise düşük

kül ve kükürt içeriği ve yüksek uçucu kısmı bulunan kömürler tercih edilmektedir.

19

2.7. 3 Kömürün Kimyasal Ham Madde Olarak Kullanımı

Kömürün kimyasal hammadde olarak kullanımı 4 başlık altında toplanabilir; Bunlar kok

üretimi, aktif karbon üretimi, gazlaştırma ve sıvılaştırmadır. Taşkömürü sınıfına giren

kömürlerin en önemli kullanım alanı kok üretimidir. Kok, kömürün havasız bir ortamda

ısıtılmasıyla elde edilir ve bilindiği gibi fırınların belli başlı indirgeme hammaddesidir.

Dünyada üretilen koklaşabilir taşkömürünün yaklaşık %90’ı ham çelik için pik demir

üretiminde kullanılmaktadır (Beker 1998).

Aktif karbon; kömür, asfalt, katran, kauçuk, odun, fındık, ceviz ve pirinç kabuğu, zeytin,

şeftali ve badem çekirdekleri gibi pek çok malzemeden üretilebilmektedir. Kömürden aktif

karbon üretimi aşamasında, aktivasyon ve karbonizasyon olmak üzere başlıca iki işlem

uygulanır. Aktivasyon işleminde numune kimyasal reaktifle (KOH, NaOH ve LiOH gibi)

kaynatılır ve daha sonra elde edilen ürüne karbonizasyon işlemi uygulanır (Dural 2005).

Gazlaştırma işlemi, kömürün; su buharı, hava, oksijen ve hidrojen ile tepkimeye

sokulmasıyla gaz ürünlerin (CH4, H2, N2, H2S vb gibi) elde edilmesidir. Kömürün

gazlaştırılmasıyla hem yarı kok hem de gaz üretimi mümkün olabilmektedir. Kömürün,

hava veya herhangi bir reaktanın olmadığı bir ortamda termal bozundurulması sonucu katı

sıvı ve gaz yakıtlar üretilebilir. Sıvı yakıtlara örnek olarak Fischer-Tropsch benzini,

Fischer-Tropsch dizel yakıtı ve alkoller verilebilir.

2.7. 4 Kömürün Gübre Olarak Kullanımı

Kömür; karbon, hidrojen, azot, kükürt, potasyum ve fosfor gibi elementleri bünyesinde

bulundurur. Kömür gübresi, toprağa hem azot vermekte hemde karbonu ile bitkiyi

beslemekte ve mikroelemanlarıyla zehirlenmesini önlemektedir. Ayrıca, toprağın nem

tutma ve baz değiştirme kapasitesini düzenlemekte, pH değişimini önlemektedir. Linyit,

toprağa ön işlem görmeden verilebileceği gibi, yükseltgenme, amonyaklaşma ve bunların

karışımı olan yöntemlerle zenginleştirildikten sonra da verilebilmektedir (Ateşok 2004).

20

21

BÖLÜM 3

KÖMÜR ZENGİNLEŞTİRME YÖNTEMLERİ

Tüvenan kömür, üretim yöntemine ve kömürün kırılganlığına bağlı olarak, farklı

boyutlarda olabilmektedir. Genellikle, üretimden gelen kömür, maksimum tane boyutu

400-500 mm civarında olan ve bellirli bir dağılıma göre sıfıra kadar değişen, farklı boyut

gruplarında olabilmektedir. Bu kömür, kömür yıkama tesisine girmeden önce, 180 veya

120 mm açıklıklı bir elekten elenmekte ve elek üstü genellikle elle ayıklama yöntemiyle

zenginleştirilmektedir. Elek altına geçen kömür ise bantlarla kömür yıkama tesisine

verilmektedir. Tesiste iri boyutlar (1-180 mm) genellikle ağır ortam tekneleriyle (Drewboy,

Teska vb.) veya jiglerle zenginleştirilmektedir. Daha ince taneler (-1 mm) ise genellikle

spiraller, sallantılı masalar veya flotasyon yöntemi ile zenginleştirilmektedir. Flotasyon

yönteminin besleme boyutu spiral ve sallantılı masaya göre daha küçük olup, günümüzde

şlam diye adlandırılan -0.1 mm boyut grubu kömür için de uygulanabilmektedir. Birkaç

mikronluk tanelerin kazanılmasında ise seçimli aglomerasyon veya flokülasyon uygulanır.

Çizelge 3.1’de ülkelere göre kömür yıkama tesislerinde kullanılan yıkama cihazlarının

kullanım oranları yüzde olarak gösterilmiştir.

Çizelge 3.1 Ülkelere göre kömür yıkama cihazlarının yüzde dağılımları (DTI 2001).

Kömür Üretici Ülkeler Yöntem ABD Çin İngiltere Rusya Avustralya Hindistan Almanya Jigleme (%) 13 60 30 48 22 47 79 Ağır Ortam (%) 52 23 30 24 60 35 15 Flotasyon (%) 18 14 15 10 10 2 6 Diğer (%) 17 3 25 18 8 16 0

Kömürden kükürtün giderilmesi; “baca gazlarında tutulmaları”, “yanma esnasında

tutulmaları” ve “ön işlemle (zenginleştirme)” yakıttan uzaklaştırılmaları şeklinde

olabilmektedir. Yapılan çalışmalar sonucunda; termik santrallerde yakılan kömürlerin

kükürt içeriğinin ön işlem ile belirli bir değerin altına indirilmesi, oluşacak olan kükürtlü

bileşiklerin yanma sonrasında tutulmasından daha ekonomik olduğu tespit edilmiştir

22

(Hucko et al. 1998, Karatepe vd. 1998, Doğan 1988). Kömürün içerdiği kükürtlü

bileşiklerin yanma öncesinde uzaklaştırılması; fiziksel (gravite veya yüzey özellikleri

farklılığından faydalanarak), kimyasal veya biyolojik yöntemlerle gerçekleştirilmektedir.

Kömür madenciliğinin yapıldığı ilk yıllarda ocaktan çıkarılan iri kömürler herhangi bir

zenginleştirme işlemine tabi tutulmaksızın doğrudan kullanılmıştır. 25 mm’den ince

kömürlere ise çok düşük değer biçildiğinden üretilen kömürler önce 25 mm’den elenmiş ve

inceler ya ocakta bırakılmış, ya da artıklara karıştırılmıştır. Zamanla toz kömür oranının ve

gereksiniminin artması, kömür fiyatlarının yükselmesi ve enerji krizi gibi nedenler yeni

yıkama yöntemlerinin geliştirilmesini sağlamıştır. Bu yöntemlerden bazıları yoğunluk

farkına göre, bazıları da yüzey özelliklerine göre kömür-kül ve kömür-kükürt ayrımını

gerçekleştirmektedir. Yöntemlerin bir kısmında ise her iki özellikten de

faydalanılmaktadır. Kömür endüstrisinde, yaygın olmasada yukarıdaki yöntemlerin

haricinde manyetik, elektrostatik ve kimyasal yönetemlerden de faydalanılmaktadır. Şekil

3.1’de 1950’den günümüze kadar kömür zenginleştirme için tercih edilen kömür

temizleme yöntemleri tane boyut guruplarına göre gösterilmiştir (Phillips 1998).

Şekil 3.1 Tane boyutuna göre kömür temizleme yöntemleri (Phillips 1998).

23

3.1 YOĞUNLUK FARKINA GÖRE AYIRMA YAPAN YÖNTEMLER

İnce kömür zenginleştirmede kullanılan ve yoğunluk farkına göre ayırma yapan cihazlar;

feldspatlı jigler, Reichert spirali, Reichert konisi, sallantılı masa, su siklonu, ağır ortamla

çalışan cihazlar ve hidrolik ayırıcılardır. Bunların yanında, daha çok metalik cevherlerin

zenginleştirilmesinde kullanılan multi gravite ayırıcısı, kelsey jigi, knelson ve falcon

konsantratörü gibi cihazlarda kömür zenginleştirme amacıyla kullanılabilmektedir. Ayrıca,

ağır ortam cihazlarında, değişik ağır ortam sıvıları (sıvı karbondioksit, freon vb.)

kullanılarak toz kömürler etkili bir şekilde zenginleştirilebilmektedir (Rubiera et al. 1997,

Özbayoğlu 1998, Kemal ve Arslan 2000).

Yoğunluk farkına göre ayırmada kükürt giderme yötemlerinin etkinliği, kimyasal ve

biyolojik kükürt giderme yöntemlerine göre daha azdır. Bu yöntemler ile kömürün organik

kükürt içeriği üzerinde bir değişim meydana getirmek mümkün değildir. Bu nedenle

gravite yöntemleri kömürden yalnızca piritik kükürdün uzaklaştırılmasını sağlar ki, bu da

yöntemin toplam kükürt giderme etkinliğini en ideal koşullarda bile, o kömürün piritik

kükürt yüzdesi ile sınırlandırır. Kükürt giderme başarısı; piritik kükürt/organik kükürt

oranının yüksek olmasına, piritin tane boyutunun çok küçük olmasına, piritin çoğunlukla

serbest halde veya kömürle çok az miktarda birleşik halde bulunmasına bağlıdır. Piritin,

kömür içerisinde mikroskobik tanecikler halinde dağılım oranı arttıkça, yöntemin başarısı

için kömürün daha küçük tane boyutlarına öğütülmesi gerekir (Ateşok 1986, Doğan 1988,

Uslu 2002).

Kömürün organik ve inorganik kısımları birbirinden farklı yoğunluklara sahiptir. Kömürün

inorganik kısmının özgül ağırlığı 2-5 arasında değişmektedir. Kömürün organik

bileşenlerinden exinit 1.00-1.28, mikrinit 1.35-1.45, vitrinit 1.27-1.43 arasında değişen

özgül ağırlıklara sahiptir. Fusinitin özgül ağırlığı ise 1.5’in üzerine çıkabilir (Tsai 1982,

Yaman vd. 1998). Yoğunluk farkına göre kükürdün giderilmesinde, kömürün organik ve

inorganik kısımları arasındaki bu özgül ağırlık farklılığından yararlanılır. Toz kömürler

için en yaygın kullanılan ve yoğunluk farklılığından faydalanarak zenginleştirme yapan

cihazlar; jigler, spiraller, sallantılı masalar ve su siklonlarıdır. Bunların yanında, yeni

geliştirilmiş olan multi gravite ayırıcısı, kelsey jigi, knelson ve falcon cihazlarda kömürden

kükürt giderme için kullanılabilmektedir.

24

3.1.1 Jigler

Akışkan ortam olarak genellikle suyun, bazen de havanın veya bir ağır sıvının kullanıldığı

jigler, akışkan ortama düşey doğrultuda hareket verirler. Jig kutusu içinde bulunan akışkan

ortam, bir hareket sistemi ile aşağıdan yukarıya doğru (basma) ve yukarıdan aşağıya doğru

(emme) hareket ettirilir. Ortamda bulunan farklı özgül ağırlıklı mineral taneleri, bu

hareketin etkisi altında değişik hızlarda çökerek belirli bir süre sonunda tabakalar meydana

getirirler. Şist gibi ağır mineraller, alt tabakada yer alırken, kömür gibi hafif taneler üst

tabakayı oluşturur. Jigler genellikle iri boyutlu kömürlerin zenginleştirilmesinde

kullanılmaktadır. Ancak bazı jiglerin ince boyutlara kadar (~75 micron) etkinlikleri

bulunmaktadır. İnce boyutlarda etkin olan jiglerden en önemlileri “Feldispatlı jig”, “Batac

jigi” ve “pnömatik jig”’dir.

3.1.2 Spiraller

Bir spiral ayırıcıda, yukarıdan su ile verilen ince kömür, aşağıya doğru inerken, yoğunluğa

göre spiral içinde sıralanmakta ve kömür ile şist birbirinden ayrılmaktadır. Şekil 3.2’de

kömür zenginleştirme için kullanılan krebs spirali ve bir hatvesi gösterilmiştir.

Şekil 3.2 Krebs kömür spirali ve bir hatvesinin görüntüsü.

Spirallerde etkili olan kuvvetler, sürtünme kuvvetleti (ağır taneciklerde daha büyük) ve

suyun ileri ve yana doğru akış hızlarıdır. Ağır tanecikler, sürtünmeden dolayı frenlenmekte

ve yavaş hareket etmektedir. Bunun sonucu olarak da ağır taneler spiralin iç kısımlarında

25

hafif taneler ise dış kısımlarında sıralanmaktadır. Pulp yoğunluğu genellikle %20-30

civarındadır. Çok ince boyutlu malzemelerde %50’lere kadar çıkabilmektedir. Ayrım

boyutu 1 mm ile 75 mikron arasında olan bu spiraller ile saatte 4 ton’a kadar kömür

zenginleştirilebilmektedir (Özbayoğlu 1994, Atasoy and Spottiswood 1995, Kemal ve

Arslan 1999).

Endüstriyel ölçekte ABD’de uygulanan ve oldukça düşük küllü ürünlerin eldesini sağlayan

bir spiral devresi Şekil 3.3’de gösterilmiştir. Bu devrede, spiral öncesinde +150 mikron

boyutlu ve %28.70 küllü kömür, önce bir su siklonundan geçirilmekte ve üst akımdan

%5.17 küllü bir temiz kömür ile alt akımdan %68.80 küllü bir artık alınmaktadır. Daha

sonra bu artık spirale beslenmekte ve spiral ünitesinden %7.80 küllü ürünler elde

edilmektedir. Her iki cihazın ürünleri birleştirilerek toplamda %5.60 küllü bir temiz kömür,

ağırlıkça %59.63’lük bir kazanımla elde edilebilmektedir (Bethell and Moorhead 2000).

Şekil 3.3 Endüstriyel ölçekli spiral ünitesi devresi (Bethell and Moorhead 2000).

26

Reichert-Wickers spiralleri son yıllarda ince kömürün zenginleştirilmesinde en fazla

kullanılan gelişmiş bir spiral türüdür. Kömür için özel olarak hazırlanmış ve poliüretandan

imal edilmiş, 10-12 dönümlü bu spiraller, 8-16 adetlik bataryalar halinde çalıştırılarak dar

bir alanda yüksek kapasitelere ulaşabilmektedir. Reichert-Wickers spiralleri için en uygun

besleme boyutu 0.1 ile 3 mm arasındadır (Önal ve Güney 1998).

3.1.3 Reichert Konisi

Reichert konisi, ilk olarak sahil kumları içerisindeki ağır metallerin kazanılması için

1960’lı yıllarda Avustralya’da geliştirilmiştir. Simetrik olarak yerleştirilmiş alt ve üst

konilerden oluşan bu sistemde, konilerin yatayla yaptıkları açı 170 civarındadır (Şekil 3.4).

Besleme koniye üstten dairesel olarak yapılmakta ve beslenen pülp engelli çökme

köşullarında koninin yüzeyinden aşağıya doğru akarken bir tabaka oluşturmaktadır. Bu

tabakanın altında ağır taneler, üstünde ise hafif taneler yer alarak bir ayrışma meydana

gelir. Daha sonra, ağır taneler koni üzerindeki delikten dışarıya alınırken, hafif taneler

koninin merkezine doğru hareket etmektedirler (Şekil 3.4). Koni çapları 2-3.5 m arasında

olup, kapasiteleri koni çapına bağlı olarak 50 ile 300 ton/saat arasında değişmektedir.

Beslenen pülp genellikle %35-60 katı içermektedir. Ayırma alt boyutu ise 30-40 mikrona

kadar inebilmektedir (Kemal ve Arslan 1999, Doğan 1994).

Şekil 3.4 Reichert konisinin çalışma prensibi.

27

3.1.4 Sallantılı Masalar

Sallantılı masada kömür yıkama, bazı batı Avrupa ülkelerinde, özellikle ABD’de önemli

ölçüde uygulanmaktadır (Şekil 3.5). Önceleri şlam halindeki kömür, sallantılı masada

yıkanırken, bugün ince kömür (0-10 mm) sallantılı masada yıkamaya tabi tutulmaktadır.

Hatta daha iri kömürlerin de sallantılı masada yıkandığı tesisler mevcuttur. Kömür

yıkamada en çok kullanılan sallantılı masa tipi, Deister tipi sallantılı masalarıdır. Bunların

uzunlukları, 4-5 m ve genişlikleri de 1.6-1.8 m arasındadır. Bu masalarda; eğim uzunluk ve

genişlik yönünde, titreşim sayısı (250-300 devir/dakika) ve titreşim boyu (18-30 mm)

ayarlanabilmektedir. Sallantı boyu tane iriliği büyüdükçe ve kapasite arttıkça

büyümektedir. Masa üzerindeki çıkıntılar ağaç veya kauçuktan yapılmaktadır. Bu

çıkıntıların (çıtaların) yüksekliği, yıkanacak kömür tane iriliğine göre seçilmekteyse de,

20-25 mm’den daha küçük olmamaktadır. İri kömürlerde çıta yüksekliği 70 mm ve daha

yüksek olabilmektedir. Çıtaların yüksekliği besleme tarafından artık çıkış tarafına doğru

azalmaktadır. Kömür sarsıntılı masaları, cevher zenginleştirmede kullanılanlarından daha

geniş yüzeyli ve daha yüksek çıtalıdır. Kapasiteleri beslenen kömürlerin yıkanabilirlik

özelliklerine bağlıdır. -9.5 mm boyutlu kömürler için, bir masanın yapabileceği en fazla

kapasite saatte 10 tondur. Tane boyutunun üst limiti 25 mm’ye yükseltildiğinde kapasite

saatte 15 tona çıkmaktadır. Çok katlı masaların kullanılmasıyla kapasitenin arttırılması

mümkündür (Palowitch et al. 1991, Kemal ve Arslan 1999).

Şekil 3.5 Sallantılı masada kömürün temizlenmesi.

Sallantılı masalar çeşitli firmalar tarafından imal edilmekte ve bu firmalara göre masanın

şekilleri ve hareket mekanizmaları değişik olabilmektedir. En çok kullanılan masalar

28

Wilfley ve Deister tipi sallantılı masalarıdır. Wilfley masası bir yamuk şeklinde olurken,

Deister masası paralelkenar şeklindedir. İki masanın hareket mekanizmalarında da farklılık

vardır. Sallantılı masalarda kontrol yıkama suyu, besleme malı miktarı, çıta düzeni ve çıta

yükseklikleri, masaların eğimi, sarsıntı hareketinin genliği ve bu hareketin frekansının

değişimleri vasıtası ile olmaktadır. Genel kural olarak, iri boyutlu taneler ile çalışılırken

uzun genlik, düşük hız, fazla eğim, yüksek çıta, ve az su kullanılmaktadır. İnce boyutlu

tanelerle çalışılırken de buna karşın kısa genlik, yüksek hız, az eğim, alçak çıta ve fazla su

kullanılmaktadır. Sallantılı masalar oldukça önemli miktarda su gerektirir. Su miktarı

ayırma tane boyutuna bağlı olarak ton başına 5-10 ton arasındadır. Suyun kıt olduğu

yörelerde bu bir problem olmaktadır. Bu problemi aşmak için su yerine basınçlı hava ile

çalışan pnömatik sallantılı masalar geliştirilmiş olup, bu tip masalarla asbest ve mika

mineralleri zenginleştirmelerinde ve kömür yıkamalarında çok iyi sonuçlar alınmaktadır

(Palowitch et al. 1992, Wills 1997, Yıldız 2007).

Kül içeriği %25.30 olan Kütahya Gediz kömürünün -2+0.5 mm fraksiyonu ile yapılan bir

sallantılı masa deneyi sonucunda, %11.46 küllü ürünler %76.74 yanabilir verimle elde

edilmiştir. Artığın kül içeriği ise yaklaşık %74 bulunmuştur (Önal ve Acarkan 1988).

Arslan (1999) tarafından Tunçbilek kömürleri ile yapılan bir diğer sallantılı masa

deneyinde ise, -3+0 mm’lik kömür örneğinin kül içeriği %31.48’den %16.99’a, kükürt

içeriği ise %3.09’dan %2.59’a düşürülmüştür. Bu boyuttaki ağırlıkça verim ise yaklaşık

%49’dur. Aynı çalışmada, yüksek bir verimle en yüksek kükürt giderimi 0.5x0.1 mm boyut

fraksiyonu ile elde edilmiştir. Bu fraksiyondan %54.88 ağırlıkça verim ile %2.38 kükürtlü

ürünler elde edilmiştir. Bu konsantrenin kül içeriği ise %18.80’dir.

3.1.5 Su Siklonu (Water Only Cyclone)

Şekil 3.6’da görülen su siklonuna su ve kömür %10-15 pülp yoğunluğunda belirli bir

basınçla (0.6-1.5 atm) beslenir. Hafif olan kömür tanecikleri siklonun orta kısmında

yoğunlaşarak vorteksten yukarıya doğru hareket eder. Bu arada ağır olan şist ve pirit gibi

diğer taneler de, siklon duvarından aşağıya doğru yönelerek apeksten dışarı çıkar. Su

siklonlarının en belirgin özellikleri, vortekslerinin daha uzun ve koniklik açıların daha

geniş olmasıdır (Özbayoğlu 1994, Kemal ve Arslan 1999, Yıldız 2007). Bu sayede, elde

edilen güçlü vakum (otojen ağır ortam etkisi) ile hafif tanelerin daha kolay yukarıya doğru

29

yükselmesini sağlamaktadır. Su siklonlarında yıkanacak kömür için ideal tane iriliği 0.1-6

mm arasındadır. Ancak, bu siklonlar ile -0.063 mm kömürlerden piritik kükürt rahatlıkla

uzaklaştırılabilmektedir. Çin’de yapılan bir çalışmada flotasyona göre daha kolay ve daha

etkin bir yol olduğu belirtilmiştir. Çok ince boyutlu kömürlerden piriti giderme için en hızlı

cihaz olarak tanımlanmaktadır. Bazı kaynaklarda su siklonları “hidrosiklon” olarak ta

adlandırılmaktadır (Schubert 1991).

Şekil 3.6 Su siklonun çalışma prensibi ve iki farklı hidrosiklon görüntüsü.

ABD’de Batı Virjinya Bandmill kömür hazırlama tesisinde yanlızca tek kademeli su

siklonu ile %3-5 kükürtlü +150 mikronluk toz kömürlerden, %1.08 kükürtlü ürünler elde

edilmektedir. Elde edilen artığın (siklon alt akımı) kükürt oranı ise %8.87’dir. Ağırlıkça

verim değerinin ise %69.55 olduğu belirtilmektedir (Bethell and Moorhead 2000). Aynı

tesiste, su siklonu ile kül içeriği de %28.70’den %5.17’ye düşürülmektedir.

Boyutu 10 mm’nin altında olan Aydın-Şahinali linyitinin 254 mm (10 inç)’lik su

siklonunda zenginleştirilmesi durumunda, %46.62 küllü kömürden %25.84 küllü temiz

kömürler, ağırlıkça %52.16 verimle kazanılmıştır (2 kademeli temizleme). Ancak, elde

edilen artığın kül içeriği %54 olup, yüksek oranda yanıcı madde içermektedir. Bu yüzden

elde edilen artığın ayırma hassasiyeti daha yüksek bir cihazda yıkanması tavsiye edilmiş ve

su siklonun yüksek kapasitesi nedeniyle ön konsantre üretiminde kullanılabileceği

belirtilmiştir (Semerkant ve Kemal 1988).

30

Ruberia ve arkadaşları (1997) tarafından su siklonu ile yapılan bir başka çalışmada, kül

giderme başarısı %20.90 iken, kükürt giderme başarısı %26.10 bulunmuştur. Bir tip ingiliz

kömürünün kül içeriği %18.90’dan %15’e, kükürt içeriği ise %4.21’den %3.11’e

düşmüştür (%80.10 ağırlıkça verim). Aynı çalışmada, su siklonunun kapasitesinin knelson

ve falkon cihazlarına göre kat kat daha yüksek olduğu, kül ve kükürt giderme başarısının

ise yaklaşık olarak aynı olduğu belirtilmiştir.

Oruç (2006) tarafından yapılan başka bir çalışmada ise, %80’i 20 mikronun altında olan

Tunçbilek lavvar artığından 44 mm’lik hidrosiklon ile kül içeriği %66.21’den %45.87’ye

düşürülmüştür. Aynı çalışmada kömür kazanımın %74.02 olduğu belirtilmiştir.

3.1.6 Multi Gravite Ayırıcısı (MGS)

Multi gravite ayırıcısı (MGS) ya da akan film ayırıcısı olarak bilinen bu cihaz, boyutu 100

µm’nin altında olan cevherleri zenginleştirmek üzere İngiltere’de geliştirilmiş olan yeni

teknoloji bir gravite ayırıcısıdır. Bu yöntem sarsıntılı masadan esinlenerek geliştirilmiştir.

Bilinen yatay sallantılı masa yüzeyinin, bir tambura doğru dönüşü şeklinde tasavvur

edilebilir. Multi gravite ayırıcısı’nda minerallerin birbirinden ayrılması, 150-300 dev/dak.

hızla dönen eğimli bir tamburun iç yüzeyinde gerçekleşmektedir. Tamburun ekseni

boyunca oluşturulan titreşim ile desteklenen tambur hareketinin etkisiyle, tanecikler gravite

kuvvetinin yanısıra merkezkaç kuvvetinin de etkisi altında kalırlar. Tambur paslanmaz

çeliktir ve poliüretan astarla kaplıdır. Oluşan merkezkaç kuvvetleri yerçekimi ivmesinin 6-

24 katı kadardır. Şekil 3.7’de şematik görünümü verilen MGS’nin, 0.9-1.2 metre çapındaki

tamburun ortasına %20-50 pülpte katı oranında beslenen cevherdeki nispeten daha ağır

taneler tamburun dönmesi sonucu tamburun tabanına yerleşirken, hafif mineraller

tabakanın üst kısmında ve daha sulu bir durumda bulunurlar. Hafif taneler suyun da

etkisiyle tamburun eğimi boyunca aşağıya doğru hareket eder. Ağır tane ise, küreyici kollar

vasıtasıyla yukarıya doğru taşınır ve tamburun arka ucundan dışarıya alınır (Önal vd.

1996).

Endüstriyel ölçekli MGS ünitesinin kapasitesi 2 t/h düzeyinde olup, genellikle çift tambur

halinde çalıştırılırlar. Tambur hacminin (kapasitesinin) büyütülmesi durumda, sistemin

verimi düşmekte ve ayrım gerçekleştirilememektedir. Bu yüzden endüstriyel ölçekte bu

cihazlar birbirine bağlı seri küçük tamburlar halinde kullanılırlar. Başta İngiltere olmak

31

üzere, kalay, demir, kromit ve barit minerallerinin zenginleştirilmesi için uygulamaları

mevcuttur. Kanada, Ingiltere ve Amerika’da ise çok ince kömürlerden piritin giderilmesi

için pilot ölçekte uygulamaları yapılmaktadır. Türkiye de ise çeşitli araştırmacılar

tarafından çok ince (-0.1 mm) kömürlerin kül ve kükürdünün giderilmesi ve süper temiz

kömür üretimi için denenmiş ve olumlu sonuçlar alınmıştır (Yıldırım vd. 1995, Aslan

1999).

Şekil 3.7 MGS’nin çalışma prensibi ve endüstriyel uygulaması (Jakabsky et al. 1998).

Ruberia ve arkadaşları (1997) tarafından yapılan bir çalışmada, MGS ile bir tip İngiliz

kömürünün boyut gruplarına göre ayırma performansları belirlenmiştir. Elde edilen

bulgular Çizelge 3.2’de özetlenmiştir. Buna göre en yüksek kükürt giderimi -0.045+0.020

mm boyut grubuyla elde edilmiştir. Kükürt içeriği MGS ile %2.16’dan %1.63’e

düşürülmüştür. Aynı çalışmada MGS’nin kapasitesinin oldukça düşük olduğu belirtilmiştir.

Çizelge 3.2 Boyut grubuna göre MGS cihazının performansı (Rubiera et al. 1997).

Besleme Temiz Kömür Artık Boyut (mm) Kül

(%) Kükürt

(%) Kül (%)

Kükürt (%)

Verim (%)

Kül (%)

Kükürt(%)

-0.5+0.25 5.10 2.53 4.50 2.47 87.40 9.3 2.95 -0.125+0.063 7.30 2.47 4.70 2.08 87.0 24.90 5.05 -0.045+0.020 7.80 2.16 5.80 1.63 89.20 24.90 6.56 -0.020 23.10 2.24 22.80 2.01 92.50 27.40 5.07 Toplam 11.50 2.37 10.50 2.13 89.30 19.40 4.46

32

3.1.7 Falkon Cihazı

Falcon cihazında ayrımın yapıldığı ünite kova şeklinde olup, besleme kovanın orta

kısmından su ve kömür karışımı halinde yapılmaktadır. Bu kovanın kenarı, alt kısımla

düşeyle belli bir açı yaparken, üst kısımda düşey duruma gelmektedir. Düşey konumdaki

kısımda, ağır malzemenin sürekli olarak dışarıya atılmasını sağlayan delikler vardır (Şekil

3.6). Bu deliklerin çapı, beslenen malzemedeki en iri tane iriliğinden birkaç katı daha

büyük tutulmaktadır. Kova, motor tarafından döndürülen bir tabla üzerinde oturmaktadır.

Bu sayede yerçekimi ivmesinin 300 katı kadar fazla santrifüj ivme uygulanabilmektedir

(Xiao 1998, Honaker and Das 2004). Yüksek ivmenin sağladığı gravite farklılığı daha

hassas bir ayrımın gerçekleşmesini sağlar. Özellikle, -1 mm ile 37 mikron arasında etkili

ayırma yapabilmesi spiral ve flotasyon devresine alternatif oluşturabilmektedir. Toz kömür

yıkayan diğer aygıtlarda genelde 1.7-1.8 gr/cm3 ayırma yoğunluklarında kalınırken, Falkon

cihazı ile 1.5 g/cm3 ayırma yoğunluğuna kadar inilebilmektedir. Çalışma devresine

manyetit ilavesi ise, Falkon cihazının Ep değerini 0.04’e kadar düşürmek mümkün

olmuştur (Kemal ve Arslan 2000).

Şekil 3.8 Falkon ciazının çalışma prensibi ve bir ticari örneği (Honaker et al. 1996).

Falkon cihazında temizlenecek olan kömür, genellikle 100 mikronun altına ya da

serbesleşme boyutuna kadar öğütülmektedir. Bu nedenle, yıkama sonucu elde edilecek

temiz kömürün kül oranı, kullanılan cihazın ayırma hassasiyetine bağlıdır. Falkon

cihazında ayırma hassasiyeti belirli bir tane iriliğine kadar (40 mikron), flotasyondan çok

daha iyidir. Bunun nedeni olarakta, birleşik tanelerin flotasyonda yüzmesi ve temiz kömüre

Besleme Temiz Kömür

Artık

Kalma Bölgesi

Tam Tabakalaşma

Kısmi Tabakalaşma

Tam Dağılma

33

geçmesidir. Falkon cihazında ise ayırmada etkili mekanizma, yüksek santrifuj ivmesinin

sağladığı gravite farklılıklarıdır ve daha hassas bir ayırma gerçekleştirmektedir. Bu cihaz,

flotasyonla zenginleştirilmeleri çok zor olan sert linyit ve oksitlenmiş taşkömürlerinin

yıkanmalarını da mümkün kılmaktadır (Honaker et al. 1996, Kemal ve Arslan 2000).

Honaker ve arkadaşları tarafından yapılan bir çalışmada (1996) Falkon cihazı ile %30-35

kül içeren toz kömürlerden, %80-90 yanabilir verimle %7-9 küllü ürünler elde edilmiştir.

Aynı çalışmada, Falkon cihazı spiral ve paket kolon flotasyonu ile karşılaştırılmıştır. Şekil

3.7’den de görülebileceği gibi 600 mikronun altındaki taneler için Falkon cihazı spiral

ayırıcısına göre daha iyi sonuçlar vermiştir. Paket kolon ise çok ince boyutlarda daha

verimli olsa bile, özellikle 100 mikronun üzerindeki taneler için verimi Falkon cihazına

göre daha düşüktür. Buna göre falkon cihazının -600+100 mikron aralığında diğer

yöntemlere göre daha iyi sonuç verdiği söylenebilir. Aynı çalışmada, piritik kükürdün de

Falkon cihazı ile %95-98 aralığında giderilebileceği belirtilmiştir.

Şekil 3.9 Falkon, spiral ve paket kolon flotasyonun ayırma verimliliklerinin karşılaştırılması (Honaker et al. 1996).

Honaker ve Patil (2002) trafından yapılan başka bir çalışmada ise Falkon ünitesine ağır

ortam (manyetit) eklenmiştir. Bu yolla %22 küllü kömürlerden %68.80 yanabilir verimle

%7.43 küllü ürünler elde edilmiştir. Kül değerindeki düşüş azalan gravite kuvveti

yardımıyla açıklanmıştır.

Tane Boyutu (mikron)

Ayı

rma

Ve

rim

lili

ği (

%)

34

Falkon cihazının, Türkiyedeki uygulaması Afyon Kocatepe Üniversitesinde yapılmıştır.

Hidrosiklon ürünü olan %45.87 küllü Tunçbilek lavvar artığı (d80<20 µm) kömürlerinden,

%87.19 kömür kazanımıyla %40.26 küllü ürünler elde edilmiştir. Buna göre artık

Tunçbilek kömürü için falkon cihazının kül giderme başarısının çok iyi olmadığı

söylenebilir (Oruç 2006).

3.1.8 Knelson Cihazı

Knelson cihazı, Lee Mar Şirketi tarafından 1980’li yıllarda Kanada’da geliştirilmiştir. Bu

cihazda ayrım, akışkan bir su tabakası içinde, pülp içindeki taneciklere santrifuj kuvvetleri

uygulanarak yapılır. Konik şekilli bir kova içinde, yukarıya doğru çapları daha da

genişeyen delikli halkalar bulunur. Konik kovanın dönmesi ile oluşan santrifuj

kuvvetlerinin etkisi ile ağır tanecikler halkaların üzerindeki deliklere girmekte ve

konsantrasyon işlemi başlamaktadır. Hafif taneler ise alttan verilen ve film şeklinde

yukarıya doğru akan suyun etkisi ile kovanın köşelerinden üst kısma doğru taşınmaktadır.

Halka içerisine giren bazı hafif taneler ise, kovanın belli bir süre dönmesi ile birlikte ağır

tanelerle yer değiştirmekte ve halka içerisi tamamen ağır tanelerle dolmaktadır. Konik

kovanın durdurulmasıyla bu ağır taneler alt kısımdaki bir kanaldan alınmaktadır (Knelson

1992, Honaker et al. 1996). Bu cihazda, kovanın dönüş hızı 400 dev./dak olup, yerçekimi

ivmesinin 60 katı büyüklüğünde santrifuj ivmeleri oluşturulabilmektedir. En önemli

avantajı diğer cihazlara göre daha az su harcaması ve işletim maliyetinin oldukça düşük

olmasıdır (Silva 1986).

Şekil 3.10 Knelson cihazının çalışma prensibi ve endüstriyel uygulaması (Silva 1986).

Honaker ve arkadaşları tarafından yapılan bir çalışmada (1996) knelson cihazı ile falkon

cihazı karşılaştırılmıştır. Boyutu -600+210 µm olan Illinois No.5 kömürü ile yapılan

Haf

ifle

r

Konsantrasyon bölgesi

Akışk

an S

u ta

baka

sı

H

afif

ler

(köm

ür)

Pülp Beslemesi Halkalar

Ağır taneler (Şist Pirit vb.)

35

çalışma sonucunda, knelson cihazı, falkon cihazına göre biraz daha iyi sonuçlar vermiştir.

Kül içeriği %21’den %8’e, yaklaşık %85 yanabilir verimle düşürülmüştür. Ancak, aynı

kömürün -210+37 µm boyutu için falkon cihazı daha iyi sonuç vermiştir (Şekil 3.9). Bunun

başlıca nedeni, Falkon cihazının, knelsona göre daha yüksek santrifuj kuvvetleri

oluşturmasıdır (300 kata karşılık 60 kat yerçekimi ivmesi). Sonuç olarak, knelson

cihazının, falkona göre biraz daha iri boyutlarda çalıştığı söylenebilir. Falkon ve Knelson

cihazlarının her ikisinin de kömürden piritik kükürdü uzaklaştırmada başarıları yaklaşık

olarak aynı olup, kömürden piritik kükürt giderme başarısı, yüksek bir yanabilir verim

değeriyle, yani %90-99 arasındadır (Honaker vd. 1996).

Şekil 3.11 Falkon ve Knelson cihazlarının farklı boyuttaki kömürler için (-600+210 µm ve -210+37 µm) kül giderme başarıları (Honaker vd. 1996).

Ruberia ve arkadaşları (1997) tarafından yapılan bir çalışmada Knelson cihazı için

optimum koşullar altında yapılan deneyeler sonucunda Çizelge 3.3’deki sonuçlara

ulaşılmıştır. Deneyler tane boyutu 0.2 mm’nin altında olan İngiliz kömürü ile yapılmıştır.

Buna göre kül ve kükürt içeriği sırasıyla %18.90’dan %15’e ve %4.21’den 3.19’a

düşürülebilmiştir.

Çizelge 3.3 Knelson cihazının İngiliz kömürü için test sonuçları (Ruberia vd. 1997).

Ürünler Kül (%) Kükürt (%) Verim (%) Temiz Kömür 15.00 3.19 83.40 Artık 38.40 9.32 16.60 Besleme 18.90 4.21 -

Y

anab

ilir

Ver

im (

%)

Yan

abil

ir V

erim

(%

)

Kül Giderme (%) Kül Giderme (%)

-600+210 µm -210+37 µm

İdeal ayırma eğrisi

İdeal ayırma eğrisi

36

Knelson ve Falkon cihazının kesikli çalışması, MGS’nin ise boyutunun büyütülmesi

durumunda veriminin düşmesi, bu cihazların kapasitelerini sınırlandırmıştır. Her ne kadar

literatürde bu cihazlarla ilgili kömür üzerine pek çok çalışma bulunsada, bu çalışmalar ya

deneysel ölçekte ya da pilot ölçekte kalmıştır. Düşük kapasiteleri nedeniyle kömür

endüstrisinde bu cihazların kullanımı henüz yaygın değildir. Bu cihazların kapasitesinin

arttırılması için çok sayıda cihazın seri olarak bağlanması gerekmektedir.

3.1.9 Kelsey Jigi

Kelsey jigi, Chris Kelsey tarafından 1990 yılında Avustralya’da geliştirilmiştir. Klasik

jiglerde kullanılan tüm parametrelerden yaralanan ve bunlara ilaveten santrifüj kuvvetini

de kullanan yeni bir jig tipidir. Bu jig, yerçekimi ivmesinin 40 katı bir santrifuj ivmesi

oluşturabilmektedir. 13 ülkede olmak üzere 60 bölgede bakır, çinko, altın, demir, nikel,

kromit ve platin grubu metallerin zenginleştirilmesi için endüstriyel ölçekte uygulamaları

mevcuttur. Kapasiteleri 5-60 kg/saat arasında değişen bu jigler ile 150 mikronun altındaki

taneler bile etkili bir şekilde zenginleştirilebilmektedir. Henüz kömür için araştırma

aşamasında olan Kelsey jigi, özellikle ince taneli piritin kömürden uzaklaştırılması için

ümit vericidir (Xiao 1998, DTI 2001).

Şekil 3.12 Kelsey jigi çalışma prensibi ve bir ticari örneği (Beniuk et al. 1994).

Besleme

Şist

Kömür

37

3.1.10 Ağır Ortamla Çalışan Cihazlar İnce kömürü temizlemek için kullanılan ağır ortam cihazları, siklon veya siklon tipi

(Dynawhirlpool, Tri-Flo ve Larcodem gibi) cihazlardır. Ağır ortam siklonları, şekil

yönünden normal tane sınıflaması yapan siklonlardan biraz farklı olup, daha geniş

yapıdadır ve düşey durumda çalışmayıp yatayla yaklaşık 20-30 derece açı yaparak

çalışmaktadırlar. Kömür temizlemede kullanılan böyle bir siklon Şekil 3.13’de

gösterilmiştir. Burada manyetit ve ferro-silikon karışımı ağır ortam, siklona teğetsel olarak

kömür ile beraber verilmektedir. Bu besleme için belli yükseklikte bir depo kullanılarak bir

su sütünu basıncından yararlanılmakta, pompa kullanılmamakta ve bu yolla pompalama

esnasında tanelerin sınıflanmasına engel olunmaktadır. Ağır mineraller siklonun alt

ucundan alınmakta, hafif mineraller (kömür) ise siklonun üst kısmından çıkarak siklonu

terk etmektedir (Güney vd. 1995, Wills 1998, Özbayoğlu 1998).

Şekil 3.13 Ağır ortam siklonunun çalışma prensibi ve endüstriyel ölçekte uygulaması.

Ağır ortam ayırmasında, yerçekimi ve hidrodinamik basıncın yanında merkezkaç

kuvvetinden de faydalanılır. Bu özelliği ile bu cihazlar 2 mm’nin altındaki kömürlerin

temizlenmesine olanak sağlamıştır. Kömür için ortalama besleme boyutu 0.5-0.4 mm’dir.

Ağır ortam siklonlarında performans, ayırma yoğunluğuna ve boyut dağılımına bağlı

olarak değişmektedir. Besleme kapasiteleri ortalama 60 ton/saat’tir (Ateşok 1986).

Konvansiyonel ağır ortam siklonları ile 150 mikronun üzerindeki taneler etkili bir şeklide

zenginleştirilebilmektedir. Ancak, tane boyutu düştükçe verimlilik düşmekte (<150 µm) ve

ayrım yoğunluğu yükselmektedir. Bu problemler; ağır yoğunluklu organik sıvılar (sıvı

karbondioksit ve Freon gibi) veya mikronize manyetit (d80~ 3-5 µm) kullanmak suretiyle

Temiz Kömür

Besleme

Üst Akım

Alt Akım

Artık

Kömür Artık

38

giderilebilmektedir. Bu sıvılarla 40 mikrona kadar etkili ayırma yapmak mümkündür

(Kemal ve Arslan 2000). 25 cm çaplı bir siklonda, 5 mikronluk manyetit kullanılarak, 0.07

hata faktörüyle -100+15 mikronluk kömür tozlarından çok yüksek ayırma verimi değeri

elde edilmiştir (Özbayoğlu 1998).

Yüzdürme- batırma testleri ile kömürün ağır ortam ayırıcılarda yıkanabilirliği tespit edilir.

Atak ve Güney (1988) tarafından, farklı ayırma yoğunluklarında Çayırhan, Gediz ve Çan

Linyitlerine yüzdürme-batırma testleri uygulayarak, kükürt giderme başarıları

araştırılmıştır. Ancak elde edilen temiz kömürlerle, beslenen kömürlerin kükürt içerikleri

yaklaşık olarak aynı bulunmuştur. Hatta bazı yoğunluklarda temiz kömürün kükürt içeriği,

beslenen kömürün kükürt içeriğine göre daha yüksek bulunmuştur. Ancak aynı çalışmada,

ağır yoğunluklar ile kül içeriği %40-70 oranında azaltılmıştır. Buna göre ağır ortam

ayırıcılarının kükürt gidermede yeterince başarılı olmadığını söylemek mümkündür.

3.1.11 Hidrolik Ayıcılar (Hidroseparatörler)

Hidrolik ayırıcıları diğer ayırıcılardan ayıran en önemli özellik, bir hücre içerisinde

tanelerin çökme yönüne zıt bir su akımının verilmesi ve engelli çökme koşullarının

yaratılmasıdır. Bu ayırıcılarda, aşağıdan yukarıya doğru hızlı bir su hareketi yaratıldığında,

su akışının hızına bağlı olarak, taneler yoğunluğa göre tabakalaşmaya uğramaktadırlar.

Ayırma hassasiyeti düşük olan bu cihazların, yıkanma özelliği iyi olan bazı kömürlerin

yıkanmasında kullanıldığı bilinmektedir. Alt su miktarının ve hızının iyi ayarlanması

sayesinde bu cihazlarla oldukça iyi ayırma yapılabilir. Yıkanacak kömürün tane iriliği ise

13 mm’ye kadar çıkabilmektedir (Bayraktar 1994, Kemal ve Arslan 1999).

3.2 YÜZEY ÖZELLİKLERİNE GÖRE AYIRMA YAPAN YÖNTEMLER

3.2.1 Flotasyon

Flotasyon günümüzde en önemli ve en çok kullanılan zenginleştirme yöntemlerinden

biridir. Bugün üretilen cevher konsantrelerinin yarısından fazlası flotasyon yöntemi ile

gerçekleştirilmekte ve bu metodla üretilen konsantre miktarı milyonlarca tonu bulmaktadır.

Flotasyonun ilk uygulamaları çinko, kurşun ve bakır gibi metallerin sülfürlü bileşikleri

39

üzerinde olmuştur. Kömür için ilk uygulaması ise 1920 yılında Hollanda’da olmuştur.

Flotasyon, kömür zenginleştirilmesinde başlıca üç amaç için uygulanmaktadır. Bunlar;

a) kömürün içerdiği kül ve kükürt (piritik) gibi safsızlıkları gidermek,

b) yıkama suyu içinde kalan toz kömürü kazanmak

c) lavvarlardan atılan ve siyah su olarak adlandırılan proses suyunu temizlemektir.

Kömürün kül ve kükürt içeriğinin düşürülmesinde, iri tanelerde gravite yöntemleri

uygulanmaktadır. 500 mikrondan ince tanelerde ise yaygın olarak flotasyon yöntemi

uygulanmaktadır. Bazen de ocak çıkışındaki tüvenan kömür 500 mikronun altına

öğütüldükten sonra flotasyon işlemine tabi tutularak kül ve kükürdünden arındırılmaktadır.

Yüzey özellikleri açısından kömürün organik kısmı hidrofobik, pirit dışında kalan

inorganik kısmı ise çok güçlü hidrofiliktir. Bu yöntemlerin etkinliği kömürün tane

boyutunun küçültülmesi ile artmaktadır. Yoğunluk farklılığından yararlanan yöntemlerde

olduğu gibi, bu yöntemlerle de yalnızca kömürde bulunan inorganik kükürt

giderilebilmektedir.

Kömür flotasyonunun diğer bir nedeni ise çevresel tutumlar ve çevrecilerin baskısıdır.

Çevrenin korunması gerektiği için kömürün zenginleştirilerek düşük küllü, yüksek kalorili

ve kükürtsüz yakıtlar haline getirilmesi zorunludur. Bu yüzden daha temiz yakıtların eldesi

için son 20 yıl içinde kömür temizleme ünitelerinde yeni teknolojiler geliştirilmiştir. En

büyük gelişmeler ise flotasyon yöntemi ve makineleri üzerinde olmuştur. Günümüzde en

çok kullanım alanı bulan bu yeni nesil flotasyon yöntemleri kolon, pnömatik ve jet

(Jameson) flotasyonudur. Ancak, bunların dışında 100’ün üzerinde alternatif flotasyon

yöntemi ve makinesi geliştirilmiştir. Bugünün flotasyon teknolojisi ile 38 mikronun

altındaki kömürlerden süper düşük küllü (<%3) kömürler üretmek mümkündür. Örneğin,

siklo-mikrokabarcık kolonu ile şlam kömürlerden yüksek yanabilir verim değerleri ile

%1.5 küllü ürünler elde edilmiştir (Li et al, 2003). Yine, Jameson ve pnömatik hücre tipleri

ile %5’in altında küllü temiz kömürler üretilebilmektedir (Heiser 1996, Mohanty and

Honaker 1999, Taşdemir 2006). Yeni nesil flotasyon makinelerinin yüksek köpük

kalınlıkları, köpüğünün yıkanabilme durumları ve mikro kabarcık üretebilme yetenekleri

sayesinde çok ince tanelerden oldukça düşük küllü ürünler elde edilebilmektedir.

40

Flotasyon yöntemi ile kömürde bulunan organik kükürt giderilememektedir. Ancak, çeşitli

flotasyon yöntemleri ile yalnızca inorganik (piritik) kükürt giderilebilmektedir. Kömür

flotasyonunda, gerek küçük boyutlu pirit tanelerinin köpüğe yapışması ya da kabarcıklar

arasında köpüğe taşınması, gerekse serbestleşmenin tam olmaması nedeniyle piritin büyük

bir bölümü kömürle birlikte yüzmektedir. Piritin yüzmesini önlemek için flotasyonda

çeşitli bastırıcılar kullanılmakta veya flotasyon iki kademeli yapılarak kömürden piritik

kükürt uzaklaştırılmaktadır. İki kademeli flotasyon genellikle, piritin çöktürülüp, kömürün

yüzdürülmesi veya kömürün çöktürülüp piritin yüzdürülmesi esasına dayanır (Önal 1978,

Demirel 1988). Ayrıca, santrifuj kuvvetlerinden faydalanan gelişmiş flotasyon aygıtlarıyla

piritik kükürt önemli ölçüde uzaklaştırılabilmektedir. Örneğin, Lai (2002) tarafından

yapılan bir çalışmada, CFC kolonu ile piritik kükürt içeriği %2.27’den %0.5’in altına

düşürülmüştür. Mikrocell kolon ile yapılan endüstriyel ölçekte bir çalışmanın sonuçları ise

kullanılan mikrocell kolonu ile birlikte Şekil 3.14’de gösterilmiştir.

Şekil 3.14 Laburatuar ve endüstriyel ölçekli bir flotasyon kolonun (mikrocell)

konvansiyonel hücre ile sonuçlarının karşılaştırılması (Yoon 2006).

3.2.2 Seçimli Aglomerasyon

Flotasyon, toz kömürlerden kükürt ve külün uzaklaştırılması için kullanılan en yaygın

yöntemidir. Ancak, flotasyonun verimi ve seçimliliği özellikle 38 µm’nin altındaki

kömürlerde düşmektedir. Ayrıca, kil oranı yüksek ve oksitlenmiş kömürlerin flotasyonu

oldukça zor olup, verim düşük olmaktadır. Bu durumda, flotasyonun yerini alabilecek

Yan

abil

ir V

erim

(%

)

Ürün Külü (%)

41

alternatif yöntem seçimli yağ aglomerasyonu veya seçimli flokülasyondur. Seçimli yağ

aglomerasyonu, yüksek killi ve çok ince boyutlu kömürlerin temizlenmesinde kullanılan

çok etkin bir yöntemdir (Hazra et al. 1986, Hoşten ve Uçbaş 1989).

Seçimli aglomerasyon yöntemi, tane boyutu birkaç mikron olan kömürlere başarıyla

uygulanabilmektedir Kömür doğal olarak beraberindeki inorganik maddelere göre daha

hidrofobiktir. Toz kömürün sudaki suspansiyonuna hidrokarbon tipi bir yağ konulup

karıştırıldığında, hidrofobik kömür tanecikleri ince bir yağ tabakası ile kaplanırlar. Yüksek

devirli karıştırma sonucunda, yağla kaplı kömür tanecikleri çarpışırlar ve yüzeylerindeki

yağın bağlayıcı etkisiyle birbirlerine tutunarak aglomeratları oluşturular. Hidrofilik

mineraller ise süspansiyonda dağınık bir halde bulunur. Daha sonra eleme veya flotasyon

gibi bir yöntemle bu aglomeratlar hidrofilik minerallerden kolaylıkla ayrılırlar.

Aglomeratların flotasyonla alınmasına kimi kaynaklarda “agloflotasyon prosesi” de

denilmektedir. Aglomerasyonda, maliyeti ve verimi etkileyen en önemli iki parametre

kullanılan yağ miktarı ve yüksek devirli karıştırma hızıdır. Kömürün ağırlıkça %20-50’si

oranında kullanılan yağlar (bağlayıcılar); heptan, pentan, toluen, gaz yağı gibi hafif yağlar

ve dizel (motorin), fuel oil gibi ağır yağlardır. Bunlar ayrı ayrı veya ekonomik olması

bakımından karışım halinde de kullanılabilmektedir. Yağ maliyeti aglomerasyonda en

önemli problem olup, son yıllarda yapılan çalışmaların pek çoğu yağı geri kazanma

üzerinedir (Capes et al. 1973, Hoşten ve Uçbaş 1989, Özbayoğlu 1998, Yaman vd. 1998).

Ayrıca günümüzde, daha ekonomik bitkisel kökenli yağlarla (ayçiçek ve soya yağı gibi)

yapılan çalışmalar da devam etmekte olup, olumlu sonuçlar alınmaktadır. Zira yapılan bir

çalışmada, bitümlü kömürler için heptan ile yapılan aglomerasyon ile rafine ayçiçeği yağı

veya soya yağı ile yapılan aglomerasyon çalışmalarının benzer verimler sağladığı

belirtilmektedir (Garcia et al. 1996). Aglomerasyon işleminde verimi etkileyen önemli

parametrelerden bazıları, bağlayıcı türü ve miktarı, karıştırma hızı, pülp yoğunluğu ve

aglomerasyon süresidir.

Yağ aglomerasyonu üzerine, Türkiye de deneysel ölçekli olarak pek çok araştırma

yapılmıştır. Hoşten ve Uçbaş (1989) Zonguldak kömürleri ile yaptıkları yağ

aglomerasyonu çalışmasında yüksek küllü (%45-50) kömürlerden, %8-10 küllü temiz

kömürler elde etmişlerdir. Aynı çalışmada, aglomerasyonun flotasyona göre daha avantajlı

ve ekonomik olduğu, ayrıca kullanılan yağın verim üzerinde herhangi bir etkisinin

olmadığını belirtmişlerdir. Yamık ve arakadaşları (1994) tarafından yapılan bir başka

42

çalışmada, Seyitömer linyitine ağırlıkça %20 gazyağıyla aglomerasyon uygulanmıştır.

Ancak, seyitömer kömürünün yeterince hidrobof olmaması nedeniyle olumlu sonuçlar

alınamamıştır. Ünal ve arkadaşları (2000) tarafından Zonguldak kömürünün

aglomerasyonu için farklı yağlar denenmiştir. Gazyağı, motorin ve Kerkük ham petrolu ile

yapılan çalışmalar sonucunda en uygun yağın gazyağı olduğu belirtilmiş ve ağırlıkça %15

gazyağı ilavesi ile %8.32 küllü kömürler üretilmiştir. Aktaş (2002) tarafından Zonguldak

kömürleriyle yapılan bir başka çalışmada ise aglomerasyona yüzey aktif madde Tritonx-

100 ilavesi yapılmış, ancak verimde bir artış sağlanamamıştır. Abakay ve arkadaşları

(2004) tarafından yapılan bir çalışmada, aglomerasyon için göl ve deniz suyu denenmiş,

ancak sonuçlar musluk suyuna göre daha başarısız bulunmuştur. Uslu ve arkadaşları (2006)

tarafından yapılan bir çalışmada, Yusufeli bitümlü kömürüne uygulanan aglomerasyon

sonucu, piritik kükürt içeriği %5.26’dan %1.33’e düşürülmüştür. Deneylerde aglomera

edici olarak kömürün ağırlığının %27’si kadar gazyağı kullanılmış ve aglomeratlar

(kömür) bir elekle, dağılmış pirit taneciklerinden ayrılmıştır. Abakay (2007) tarafından

Hazro kömürü ile yapılan bir agloflotasyon çalışmasında ise külün %43.98’i, kükürdün ise

%39.15’i, %86.59’luk bir yanabilir verimle giderilmiştir. Şırnak Asfaltitinden ise külün

%34.01’i, kükürdün ise %34.78’i, %74.74 ağırlıkça verim değeriyle giderilmiştir.

3.2.3 Seçimli Flokülasyon

Flokülasyon, süspansiyon içerisinde dağılmış çok küçük boyutu (< 20 mikron) kömür

taneciklerinin uygun flokülantla muamele edilip bir araya getirilmesi işlemidir.

Flokülasyonda başarının en önemli şartı birbirini iten elektrik yüklerinin zararsız hale

getirilmesidir. İnce taneli kömürlerden seçimli pirit flokülasyonu ile kömürün kükürt

içeriği önemli ölçüde düşürülebilmektedir. Araştırmaların ışığı altında; piritin ksantat

içeren bir flokülant ile çöktürülmesi ve kömürün süspansiyonda bırakılması, ya da piritin

yine ksantat içeren bir dağıtıcı ile dağıtılması ve kömürün bir flokülant ile çöktürülmesi

teorik olarak mümkündür. Burada sözü edilen ikinci olasılık, yani bir ksantatlı dağıtıcı ile

piritin süspansiyonda dağıtılması ve bir flokülant ile kömürün çöktürülmesi 1980’li

yıllarda denenmiş ve olumsuz sonuçlar alınmıştır. Söz konusu çalışmada, ksantatlı dağıtıcı

olarak poliakrilik asit ve flokülant olarak poliakril amid (poliacrylamid) kullanılmıştır.

Sonuçta piritik kükürdün yalnızca %7-17’si giderilebilmiştir. Bunun başlıca nedeni; piritin

yüksek olan yoğunluğundan dolayı hızla çökmüş olmasıdır (Lowe and Littlefair 1986,

Attia and Fuerstenau 1992, Koca 1987). Bu durumda, yukarıda sözü edilen birinci olasılık,

43

yani piritin çöktürülerek kömürün süspansiyonda dağıtılması işlemi flokülasyon veriminin

yükselmesi açısından daha avantajlıdır (Koca vd. 1988). Koca ve arkadaşları tarafından

(1988) yapılan bir çalışmada flokülant olarak PEGX (polietilen glikol ksantat) kullanılmış

ve piritik kükürdün %78.6’sı giderilmiştir. Ancak verimin düşük olduğu belirtilmiştir

(%57.6). Deneylerde süspansiyonda kalan kömür flotasyon ile alınmıştır.

Kömürdeki pirit genellikle 10-100 mikron boyutlarındadır. Bu piritin gravite, manyetik ve

gelişmiş flotasyon yöntemi ile giderilmesi mümkün iken, kömürde dissemine bir şekilde

bulunan jel piritin (melnikovit) giderilmesi oldukça zor bir işlemdir. Ancak, selektif

flokülasyon ile 3 mikronun altına öğütülen kömürden jel piriti uzaklaştırmak mümkündür.

Zira, 3 mikronun altına öğütülen ve %3.9 piritik kükürt içeren Çorak (Bolu) linyiti ile

yapılan bir flokülasyon çalışmasında, yalnızca bir kademe temizleme uygulanarak piritik

kükürt içeriği %1.35’e, %65.7 ağırlıkça verimle düşürülmüştür. Tek kademeli kaba

flokülasyon ile piritik kükürt %2.5’e, %76 ağırlıkça verimle düşürülmüştür. Sözkonusu

çalışmada, flokülant olarak 10 ppm düzeyinde selüloz ksantat (piriti floküle edici), kömür

bastırıcısı olarak 5 ppm nişasta ve kil minerallerinin dağıtılması için 200 ppm Tetra

Sodyum Piro Fosfat kullanılmıştır. Çalışma pH’sı 10.2’dir. Nişastanın varlığı, selüloz

ksantatın kömür üzerine absorbe olmasını engellemiş ve yanlızca seçimli olarak pirit

tanelerinin floküle olup çökmesini sağlamıştır (Tefek 1989).

3.3 MANYETİK AYIRMA

Manyetik ayırmada yararlanılan özellik minerallerin farklı manyetik duyarlılıklarıdır. Her

mineralin farklı manyetik duyarlılığı vardır. Genel olarak, katı cisimlerin manyetik

duyarlılığı, bu cisimleri oluşturan atomların dış yörüngelerindeki elektronların spin

hareketleri ile bu elektronların manyetik momentlerinden kaynaklanmaktadır. Tabiattaki

bütün katı cisimler bir manyetik alan içine girdiğinde az veya çok bu alandan etkilenir ve

manyetik kutuplar tarafından itilir veya çekilirler.

Manyetik kutuplar tarafından çekilen cisimlere “paramanyetik”, itilen cisimlere ise

“diamanyetik” cisimler denir. Çok kuvvetli manyetik duyarlılık gösteren cisimler ise

“ferromanyetik” cisimler olarak tanımlanır. Saf demirin çekilebilirliği 100 olarak

alındığında; bir mineral 10-100 arası çekilebilirliğe sahip ise bu mineral ferromanyetik, 5-

10 orta derecede manyetik, 1-5 zayıf manyetik, 0-1 çok zayıf manyetik ve sıfırdan küçük

44

olması durumunda ise diamanyetik mineral diye adlandırılır. Kömür içerisinde yer

alabilecek bazı safsızlıkların manyetik çekilebilirlikleri Çizelge 3.4’de verilmiştir

(Özbayoğlu ve Arol 1994).

Çizelge 3.4 Kömürde bulunan bazı safsızlıklara ait manyetik çekilebilirlik değerleri.

Mineral safsızlık Formül Çekilebilirlik Manyetit Fe3O4 15.00-50.00 Hematit Fe2O3 0.260-4.640 Limonit FeO(OH). nH2O 0.130-3.210

Pirit FeS2 0.002-0.230 Kuvars SiO2 -0.0005

Manyetik ayırıcılar genel olarak, düşük alan şiddetli ve yüksek alan şiddetli manyetik

ayırıcı tipleri olarak ikiye ayrılır. Şekil 3.15’de yüksek alan şiddetli, sabit mıknatıslı, rulo

tipi ve kuru işletilen ticari bir manyetik ayırıcı gösterilmiştir. Bu ayırıcı, biri manyetik

olmak üzere iki rulodan oluşmaktadır. Rulolar arasında cevherin manyetik alan içine

taşınmasını sağlayan bir bant bulunmaktadır. Bandın hareketi rulolardan birine bağlanmış

bir motor ile kontrol edilmektedir. Ruloların dönüş hızı işlenen malzeme özelliklerine bağlı

olarak ayarlanabilmektedir. Ayrılacak malzeme, bant üzerine titreşimli besleyici üniteden

istenilen hızda dökülmektedir. Besleyici titreşimi ayarlanarak besleme hızı kontrol

edilebilmektedir.

Şekil 3.15 Permroll kuru manyetik ayırıcısının çalışma prensibi ve ticari örneği.

Kömürün çerisinde bulunan inorganik safsızlıkların önemli bir bölümünü demir sülfürlü

(FeS2 gibi) mineraller oluşturmaktadır. Bu yüzden, kömürün inorganik kısmı piritin

saflığına bağlı olarak zayıf paramanyetik veya diyamanyetik, organik kısmı ise tamamen

Ayırıcı Bıçak

45

diyamanyetik özellik gösterir. Bu özellikler manyetik ayırmada yeterli olmayıp, pirit

taneciklerinin manyetik hassasiyetlerinin arttırılması gerekir. İlk yapılan çalışmalarda,

piritin manyetik hassasiyeti, aşırı ısıtılmış buhar ile karıştırılarak sağlanmıştır. Bu yolla,

pirit oksitlenmekte ve daha güçlü manyetik özelliği olan pirotine dönüşmektedir. Daha

sonraki çalışmalarda ise, mikrodalga enerjisinden faydalanarak pirit taneciklerinin

manyetik özellikleri arttırılmıştır. Bu yolla, manyetik duyarlılıkları yükseltilen piritler,

daha sonraki aşamada yüksek alan şiddetli manyetik ayırıcılarla ayrılabilmektedir (Önal

vd. 1998, Yaman vd. 1998, Kelland et al. 1988, Arslan 2006).

Manyetik işlemlerle kükürt giderme işlemi, kömürün %50’den fazla pirit ve mineral madde

içermesi durumunda ekonomik olmaktadır. Manyetik ayırma yöntemiyle, piritik kükürdün

%70-90’ı ile kül yapıcı bazı demirli safsızlıkların önemli bir kısmı uzaklaştırılabilmektedir.

Örneğin, Önal (1978) tarafından çeşitli kömürlerle, Carpco labaratuvar tipi yaş manyetik

ayırıcı ile yapılan deneyler sonucunda piritik kükürdün %80-90’ı giderilebilmiştir.

Deneylerde 150 mikronun altına öğütülmüş %10 pülp yoğunluğu ile 7 ayrı kömür

numunesi kullanılmıştır. Manyetik alan şiddeti ise 24000 Gaus’tur. Deneylere ait sonuçlar

Çizelge 3.5’de verilmiştir. Kül giderme çalışmaları ise Bozkurt ve arkadaşları tarafından

(1990) Tunçbilek kömürleriyle Permroll manyetik ayırıcısında yapılmıştır. Burada, külü

oluşturan marn’ın %20.31 oranında Fe2O3 içerdiği ve manyetik duyarlılığa sahip olduğu

belirtilmiştir. Sonuçta, -9.5+0 mm boyut fraksiyonu için, %37.12 kül içeren Tunçbilek

kömüründen %28.35 küllü ürünler elde edilmiştir (kül giderme başarısı %47.10). Diğer

taraftan kükürt giderme başarısıysa %40.33 olup, %2.61’den %2.25’e düşürülmüştür

(Bozkurt vd. 1990).

Çizelge 3.5 Çeşitli kömürlerin manyetik ayırıcıda kükürt giderimleri (Önal 1978).

Beslenen Kömür

Temiz Kömür

Kömür Çeşitleri

Σ S %

Piritik S (%)

ΣS (%)

Piritik S (%)

Ayırma

Verimi (%)

Muğla/Yatağan 3.91 1.30 2.35 0.26 80.0 Aydın/Söke 2.97 1.00 2.10 0.13 87.0 Ankara/Beypazarı 5.00 2.10 3.20 0.30 85.7 Çanakkale/Asmalı 3.78 1.90 2.15 0.27 85.7 İstanbul/Kilyos 6.66 3.80 3.30 0.44 85.8 Afşin/Elbistan 1.62 1.20 0.48 0.06 95.0 Şırnak (Asfaltit) 2.94 1.80 1.40 0.26 85.6

46

3.4 ELEKTROSTATİK AYIRMA

Elektrostatik ayırmada, kömür ve yantaşın farklı elektriksel iletkenlik özelliklerinden

yararlanılır. Manyetik ayırmada olduğu gibi, bu yöntem de, daha çok piritik kükürdü

uzaklaştırma için kullanılmaktadır. Ekonomik açıdan pahalı bir işlem olduğundan kullanım

alanları sınırlı ve kömür için endüstriyel uygulaması bulunmamaktadır.

Kullanılan elektrostatik ayırıcılar, dönen topraklanmış metalik yüzeyli bir tambur ve

karşısında elektron saçan bir elektroddan oluşmaktadır (Şekil 3.16). Ayırıcıya verilen

mineral taneleri tamburun dönmesi ile bir düşme yörüngesine girmektedir. Tambur

üzerinde bu taşınma esnasında mineral taneleri elektrod ile tamburun oluşturduğu elektrik

alanı içerisinden geçmektedirler. İletken olan mineral taneleri aldıkları elektronları

topraklanmış tambura vererek pozitif yüklü hale geçmekte ve tambur yüzeyinden itilerek

bir düşme yörüngesine girerek ayrılmaktadırlar. Yalıtkan mineraller ise aldıkları elektronu

muhafaza ederek negatif yüklü durumlarıyla tambur tarafından tutulmakta ve tamburun

dönüşü esnasında bir fırça ile uygun bir yerde tamburdan dışarıya alınmaktadır. Bu

yöntemin başarılı olabilmesi için, taneciğe etki eden elektrostatik güçlerin yerçekimi ve

taneler arası etkileşim kuvvetlerini yenmesi gerekir (Donelly 1999, Arslan 2006).

Şekil 3.16 Elektrostatik bir ayırıcının çalışma prensibi.

Kömürün iletkenliği mineral maddeden ve özellikle piritten oldukça düşüktür. Elektro

statik ayırmada, etkili bir ayırma için ayırma işleminden önce, kömür ve inorganik

kısımlarının elektrostatik olarak yüklenmeleri ya da yüklerinin arttırılması gerekir. Yükün

47

arttırılması için geliştirilen yöntemlerden bazıları; iyon bombardımanı, iletken yüklemesi

(kondüktif endüksiyon) ve sürtünme ile yüklenme (triboelektrostatik yöntem)’dir.

Özellikle son yıllarda geliştirilmiş olan triboelektrostatik yöntemde tanelerin yüklenmesi,

öğütülmüş kömürün bir boru içerisinde basınçlı hava ile taşınırken oluşturduğu türbülans

sonucunda, birbirlerine çarpması veya sürtmesi ile elde edilir. Bu yolla, kömür pozitif yük

kazanırken, piritle kül oluşturan diğer mineraller ise negatif yükle yüklenirler. Daha sonra

bu taneler elektrostatik bir ayırıcıdan geçirilerek ayrım gerçekleştirilir (Kemal ve Yılmaz

1994, Yaman vd. 1998, Jiang and Tao 2003, Arslan 2006).

3.5 KİMYASAL YÖNTEMLER

Kimyasal mineral giderme çalışmaları; a) kükürt içeriğinin düşürülmesi, b) kül yapıcı

minerallerin azaltılması, c) süper temiz kömür üretimi amaçlı yürütülmektedir. Bu

çalışmalarda, kömür külü gravite-flotasyon yöntemleriyle belli bir düzeye indirilmesinin

ardından kimyasal yöntemler kullanılarak kül içeriği %1 gibi bir değerin altına

indirilmektedir. İkinci Dünya savaşı yıllarında Almanya’da pilot ölçekte; fiziksel

yöntemler ve flotasyon uygulaması ile kül içeriği %0.8 civarına düşürülen kömüre kostik

soda-HCl ile mineral giderme işlemi uygulanmış ve elde edilen nihai ürünün kül içeriği

%0.3’ün altına düşürülmüştür. 1980’li yıllarda, erimiş kostik liç (MCL) prosesi

geliştirilmiştir. Pilot çapta uygulanan bu proseste, kömür yatay döner fırın içerisinde 350-

400 0C civarında ergimiş kostik soda (KOH+NaOH karışımı) ile muamele edilmektedir.

Bu yolla mineral madde ve kükürtler suda veya asitte çözünebilen bileşikler haline

dönüştürülmektedir. Fırından alınan kömür keki su ve seyreltik asitle yıkanmaktadır. Bu

yolla %4 kükürt, %11 kül içeren bir kömürden %0.4 kükürt ve %0.65 kül içeriğinde süper

temiz kömür elde edildiği belirtilmektedir (Ratanakandilok et al. 2001).

Günümüzde kömürün mineral içeriğinin azaltılmasında genellikle hidroflörik asit (HF) ve

sodyum hidroksit (NaOH) ile çözündürme (liç) tercih edilmektedir. HF/H2SiF6HF

karışımlarıyla yapılan çalışmalarda uygun sonuçlar alındığı bilinmektedir. HF ile yapılan

çalışmalarda, piritin çözünmediği, Ca ve Na gibi bazı elementlerin florürle yaptıkları

çözünmez bileşiklerin sorun yarattığı, yaygın olarak belirtilmiştir. Bu nedenle HF’le

muamele öncesinde veya sonrasında HCI ile çözündürme sonucu, kükürt ve mineral madde

içeriği daha da azaltılabilmektedir (Akyürek 1998).

48

Steel ve Patrick (2001) ultra temiz kömür üretimi için yaptıkları çalışmada HF ve bunu

takiben HNO3 kullanmışlardır. Yaklaşık %7.9 kül içeren yüksek uçuculu kömürlerden, HF

ile önce kül içeriği %2.6’ya, daha sonra HNO3 ile %0.6 seviyesine düşürmüşlerdir. Ayrıca,

kükürt içeriği de %2.6’dan %1.4’e düşmüştür. Zonguldak Karaelmas Üniverisitesi, Maden

Mühendisliği bölümünde ise aynı yöntem kullanılarak, yani önce HF daha sonra HNO3 ile

çözündürme yoluyla çeşitli kömürlerin kül içeriği %7-10’dan %0.45’nin altına altına kadar

düşürülmüştür (Özkul 2003, Yılmaz 2004).

Kimyasal yöntemlerle kömürden organik ve inorganik kükürdü gidermek mümkündür.

Kömürün kükürdünün kimyasal yöntemlerle uzaklaştırılmasında, liç (çözündürme)

yöntemi uygulanarak piritik ve organik kükürdün çözülebilir hale getirilmesine çalışılır.

Kimyasal kükürt giderme yöntemleri, kömürün kükürt içeriği ile seçimli olarak tepkimeye

girebilme özelliğine sahip olan kimyasal maddelerin kullanıldığı yöntemlerdir. Bu

yöntemlerin uygulanması sonucunda kömürdeki kükürt ya doğrudan kömürden ayrılmakta,

ya da kömürden kolayca uzaklaştırılabilen bir yapıya dönüşmektedir. En yaygın olarak

bilinen kimyasal kükürt giderme yöntemleri Çizelge 5.1’de verilmiştir (Doğan 1988,

Yaman vd. 1998, Çinpolat 1998). Kimyasal yöntemlerin pek çoğu, kömürden kül ve

kükürdün uzaklaştırılmasını sağlamakta, fakat pek azı ticari olarak geliştirilmiştir. Ayrıca,

kömürün kalitesinde meydana gelen bozulmalar kimyasal liçteki en önemli sakıncalardır.

Çizelge 3.6 Kimyasal kükürt giderme yöntemleri (Çinpolat 1998).

ÇALIŞMA KOŞULLARI YÖNTEM

REAKTİFLER

Ortam

Sıcaklık Basınç Zaman

(oC) (MPa) (dk) PETC-oksitleme CaCO3 O2 150-200 5.5-6.9 60

AMES-yaş oksitleme O2, Na2CO3 O2 150 1.5 60 LEDGEMONT-

oksitleme 02, Na2CO3,

NH4OH O2 150-200 1.5 60

TRW MEYERS O2, Fe2(SO4)3, aseton, CaCO3

O2 100-130 0.3-0.6 300-480

JPL-klorlama Cl2, 1,1,1-trikloretan

Cl2 60-130 0.1-0.5 4-5

KVB-oksitleme ve yerdeğiştirme

NO2, NaOH NO2 100 0.1 3-6

BATELLE- hidrotermal yerdeğiştirme

NaOH, Ca(OH)2,

CaCO3, CO2 CO2 250-350 0.4-1.7 10-30

IGT- hidrojenleme H2, Fe2O3 H2 800 0.1 60

49

3.7 BİYOLOJİK YÖNTEMLER

Bazı bakteriler yaşamları için gerekli olan enerjiyi kükürtlü bileşikleri oksitleyerek

sağlarlar. Böylece kükürtlü bileşikler oksitlenerek suda çözünen sülfatlara dönüşürler. Bu

amaçla kullanılan bazı bakteriler; Thiobacillus Ferrooxidans, Sulfolobus acidocaldarius ve

Sulfobacillus thermosulfidooksidans’dır (Yaman vd. 1998, Sönmez 2000).

Biyolojik yöntemler “bakteri liçi” ve “bakteri flotasyonu” olmak üzere başlıca iki yöntemle

uygulanmaktadır. Bakteri liçine göre, bakterilerin kıvamlandırılarak flotasyona tabi

tutulması, piritik kükürdün ve mineral maddenin gideriminde daha başarılıdır. Ayrıca, bu

yolla kıvamlandırma süresinin de birkaç dakikaya indiği belirtilmektedir. Bir Türk linyiti

ile yapılan çalışmada; bakteri liçi için 10 gün gerekli iken, bakterinin kıvamlandırılması ve

ardından flotasyonu yalnızca birkaç saat sürmüştür. Bakterilerle kıvamlandırmada,

Thiobacilli türü bakteriler kullanılmakta ve pirit yüzeyleri bir dereceye kadar oksitlenerek

hidrofil hale gelmektedir. Bundan sonra, flotasyon işleminin uygulanması halinde doğal

olarak hidrofob yapıya sahip olan kömür, flotasyon hücresinde yüzdürme suretiyle piritten

ayrılmaktadır (Doğan 1990). Thiobacillus türü bakteriler kullanılarak kömürde bulunan

piritik kükürdün %70-80 oranında giderilebildiği belirtilmektedir. Sulfolobus bakterileri

ise piritik kükürdün yanı sıra organik kükürdün de %60-65’ini giderebilmektedir (Doğan

1988, İbişoğu, 1995). Doğan ve arkadaşları (1984) tarafından yapılan bir çalışmada,

Erzurum-Aşkale linyitlerinden piritik kükürdün %56.6’sı giderilmiştir. Piritik kükürt

içeriği 10 günlük bakteriyel liç süresi sonuda %2.88’den %1.24’e düşmüştür. Bozdemir ve

arkadaşları (1996) Rodococcus Rhodochrous türü bakteri kullanarak Mengen Kömürü ile

yaptıkları bakteriyel kükürt giderme deneylerinde pH’ın 6.5 ve sıcaklığın 28 oC olduğu

ortamda organik kükürdün % 27.1’ini ve toplam kükürdün % 30.2’sini 75 saatte

gidermişlerdir.

Biyokimyasal yöntemlerin avantajları; çok az mineral ve oksijen kullanımı, düşük sıcaklık

ve düşük pH’dır. Fakat bu avantajlar yanında, uzun bekleme (fermantasyon) süresi, ürün

kararlılığı, proses kontrolu ve kömür örneklerinin oldukça iyi öğütülmüş olmaları gibi

dezavantajları da vardır. Bu bağlamda, biyolojik yöntemlerin endüstride kullanabilirliğinin

yaygınlaşması için uzun bir zaman alacağı tahmin edilmektedir (Yaman vd. 1998, Sönmez,

2000).

50

51

BÖLÜM 4

KÖMÜRÜN FLOTASYONLA ZENGİNLEŞTİRİLMESİ

4.1 FLOTASYONUN TANIMI

Flotasyon, gravimetrik yöntemlerle zenginleştirilmesi mümkün olmayan çok ince boyutlu

cevherlerin zenginleştirilmesinde kullanılan bir fizikokimyasal ayırma tekniğidir. En kısa

ifadeyle cevherleri yüzdürme yoluyla zenginleştirme yöntemidir. Bu yöntemde, tanelerin

farklı yüzey özelliklerinden ve pülp içerisinde oluşturulan hava kabarcıklarından

faydalanılır. Tanelerinin birbirinden ayrılması; hava kabarcığı ile temas kuran tanelerin

(hidrofoblar) yukarıya doğru, kuramayan tanelerin (hidrofiller) ise aşağıya doğru hareketi

ile sağlanır (Şekil 4.1).

Şekil 4.1 Flotasyonun oluşum mekanizması ve kabarcık-tanecik bağlarının oluşturulması.

Bir flotasyon işleminde mineral taneleri, pulpün içinde dağılmış durumda olan hava

kabarcıkları ile sürekli temas halindedir. Hidrofob, yani flotasyona elverişli olan her tane

hava kabarcığının yüzeyine yapışma eğilimindedir. Yapıştığı zaman bir kısmı hava ile geri

kalan kısmı da su ile temas halindedir, böylece su-hava, mineral-hava, mineral-su ara

yüzeylerinin birbirini kestiği bir hat meydana gelir. Üç faza sınır olan bu hat üzerinde bu

üç ara yüzeyin yüzey gerilimleri hem kendi aralarında hem de yerin çekim kuvveti ve

Hidrofob Tanecik

Hidrofil Tanecik

Hava Kabarcığı

Kömür Taneciği Hidrofob Mineral Taneciği

Hava Kabarcığı

52

suyun basıncı gibi diger kuvvetlerle denge halinde olurlar. Şekil 2’de üç fazın teması ve

denge durum basitçe gösterilmiştir. Bu üç faz dengede olduğu zaman, yüzey gerilimleri

toplamı sıfıra eşit olmalıdır. Üç faz dengede iken:

γ Mineral-Hava + γ Mineral-Su + γ Su-Hava = 0 (4.1)

γ Mineral-Hava = γ Mineral-Su + γ Su-Hava Cosθ (4.2)

Cosθ = (γ Mineral-Hava - γ Mineral-Su) / γ Su-Hava (4.3)

Yukarıdaki ilk iki eşitliğin birleştirilmesi ile young eşitliği (üçüncü eşitlik) elde edilir.

Young eşitliğindeki açıya temas açısı denir. Temas açısı sıfır olduğunda γ Hava-Su < γ

Mineral-Hava - γ Su-Mineral olur. Bu durumda su mineral yüzeyini tamamen ıslatır ve

mineralin yüzmesi gerçekleşmez. Buna bağlı olarak; temas açısı ne kadar büyük olursa,

göreceli olarak mineralin hidrofob özelliği o kadar fazla olacak ve mineralin flotasyon

yeteneği o derece güçlü olacaktır.

Şekil 4.2 Mineral flotasyonunda üç fazın teması ve yüzey gerilimleri.

Temas açısı ölçümlerinde goniometre olarak adlandırılan cihazlar kullanılır. İyi bir

flotasyon için temas açısının 40 dereceden büyük olması gerekir. Genellikle yüksek

kömürleşme derecesindeki kömürler için temas açısı 10-20 derece arasında değişirken,

düşük kömürleşme derecesindeki kömürlerde sıfır dereceye kadar düşmektedir. Kömürün

karbon içeriği %89 olduğunda temas açısı (yüzebilirliği) maksimum olur. Bu değere

ulaşıncaya kadar hidroksil ve asit gruplarının azalmasıyla polar karakter kaybolmaktadır.

Böylelikle yüzey hidrofobik ve yüzebilir konuma gelmektedir. Karbon içeriği bu değerden

fazla olursa yüzebilirliği azalmaktadır. Karbon atomlarının üç boyutta büyüyen yapı

oluşturması ile hidrofobluğu azalır. Kömür litotipleri arasında maksimum temas açısını

veren vitrain’dir (Özbayoğlu 1984, Ateşok 1986, Yaman vd, 1998).

53

Flotasyon; yağ, film ve köpük flotasyonu olmak üzere başlıca 3 yöntemle

uygulanmaktadır. Yağ ve film flotasyonun günümüzde endüstriyel ölçekte uygulamaları

bulunmamaktadır. Endüstriyel ölçekte uygulanan ve bizimde sözünü ettiğimiz en yaygın

kullanılan flotasyon yöntemi köpük flotasyonudur. Köpük flotasyonu fizikokimyasal bir

yöntem olup, teknik bakımdan 3 kısma ayrılır. Bunlar:

1. Minerallerin reaktiflerle (kimyasallarla) muamele edilmesi

2. Sulu bir ortamda hava kabarcığının oluşturulması

3. Kabarcık-tanecik çarpışmasının sağlanması

Reaktiflerle muamelenin esası, istenilen minerali yüzebilir hale sokmak ve diğer

minerallerin yüzmesini engelleyecek durumu sağlamaktır. Bir mineralin yüzebilmesi bu

mineralin su ile “ıslanmaması” (hidrofob olması) özelliğine bağlıdır. Islanmama özelliği

bir katının yüzey moleküllerinin özelliklerine göre değişir; yani bu moleküllerin polar olup

olmamasına bağlıdır. Polar moleküller iyonlardan oluşur ve su içerisinde iyonlaştıkları için

ıslanabilir özelliktedirler. Bu yüzden bu tip cevherler flotasyon işlemi için elverişli

değildir. Yüzeyleri polar olmayan doğal hidrofob kömür, grafit, talk, elmas ve kükürt gibi

mineraller ise flotasyon işlemi için daha elverişlidir. Ancak, günümüzde kullanılan çeşitli

reaktifler ile istenilen cevheri “ıslanabilir” ya da “ıslanamaz” hale getirmek mümkündür.

Örneğin, kömürün yüzebilirliği sodyum silikat (Na2SiO3) ve sodyum karbonat (NaCO3)

gibi bastırıcı reaktifler ile önlenebilir. Benzer şekilde doğal yüzebilir olan piriti (FeS2)

kireç veya sodyum siyanür (NaCN) ile bastırmak mümkündür. Çoğu flotasyon

uygulamalarında kömür yüzdürülmesine karşın, yoğun pirit içermesi durumunda kömür

bastırılır ve pirit yüzdürülür. Bu şekilde kömürden hidrofob piriti uzaklaştırmak

mümkündür (Atak 1982, Kawatra and Eisele 1997, Çilek 2006, Yamık 1994).

Kömürün yüzebilirliğini arttırmak ve daha güçlü kabarcık-tanecik bağları oluşturmak için

genellikle gazyağı, fuel oil, motorin (mazot) gibi hidrokarbon kökenli polar olmayan

yağlar kullanılmaktadır. Bu yağlar kömür yüzeyini bir film şeklinde kaplamakta ve hava

kabarcığı ile tanecik arasındaki adhezyon kuvveti arttırarak daha güçlü yapışmaların

oluşmasını sağlamaktadır. Bu yolla hem flotasyon hızı, hem de yanabilir kısım kazanımı

artmaktadır. Taşkömürü flotasyonunda yağların kullanım oranı genellikle 0.5-2 kg/t

mertebelerinde iken, kömürleşme derecesi düşük olan linyit flotasyonunda bu oran 6 kg/t

seviyelerine kadar çıkabilmektedir. Diğer taraftan, Pamak 1 gibi polar olan (iyonlaşan)

54

toplayıcılarla da kömür flotasyonu yapmak mümkündür. Ancak, bu toplayıcılar polar

olmayan yağlar kadar verimli olmayı, yalnızca kül giderme açısından daha avantajlı

olmaktadırlar (Cebeci 2002, Jia vd. 2002, Sis vd. 2003, Ceylan ve Küçük 2004, Sis vd.

2006, Sönmez ve Cebeci 2006).

Genellikle bir toplayıcı ilavesi ile bir tank içerisinde muamele görmüş kömürün

yüzdürülebilmesi için su içerisinde hava kabarcığının oluşturulması ve kömür-kabarcık

temasının sağlanması gerekir. Değişik flotasyon makinelerinde kabarcıklar değişik

şekillerde oluşturulabilmektedir. Örneğin, klasik flotasyon hücrelerinde (Denver ve Wedag

gibi) kabarcıklar mekanik karıştırma yolu ile, Jameson hücresinde ise suyun jet hareketiyle

oluşturulur. Kolon flotasyonunda ise gözenekli malzemeye ya da sparger denen özel hava

üreteçlerine kompresörden hava verilerek kabarcık oluşturulmaktadır (Şekil 4.3). Ayrıca,

elektrik akımıyla (elektroflotasyon) veya havanın bir ortamda çözündürülerek başka bir

ortamda serbest bırakılmasıyla da (DAF) kabarcık oluşturulabilmektedir.

Şekil 4.3 Değişik flotasyon hücrelerinde değişik kabarcık oluşturma mekanizmaları.

Flotasyon işlemi için flotasyon makinesinin oluşturduğu kabarcıklar genellikle yetersizdir.

Bu yüzden, kabarcık boyutunu küçültmek ve kabarcık sayısını arttırmak için köpürtücü

denen reaktifler kullanılır. Bu reaktifler hem daha sağlam köpük oluşumunu sağlamakta

hem de mikro kabarcık üreterek toplam kabarcık yüzey alanını arttırmakta ve bu yolla çok

ince boyutlu tanelerin (<0.075 mm) flotasyonuna olanak sağlamaktadır. Flotasyonda

köpüğün belli bir dayanıklılığın olması gerektiği gibi makineden alındıktan kısa bir süre

sonra da sönmesi gerekir. Uzun süre dayanan ve sönmeyen köpük, flotasyondan sonraki

çöktürme veya filtreleme gibi işlemlerde problemler yaratır. Birbirine sık olarak bağlanmış

Kolon flotasyonunda gözenekli malzemeye

hava verilmesiyle

Jameson hücresinde pülp jeti ile Mekanik hücrede

mekanik karıştırma yolu ile Pnömatik hücrede

Reaktör sistemi ile

55

küçük kabarcıklı köpük ile yüksek flotasyon verimi elde edilir. Böyle bir köpük yapısı

köpüğü saran minerali daha rahat taşır ve çökerek pülpe karışmasını önler. Diğer yandan,

gevşek yapılı ve büyük kabarcıklı köpük taşınan gang parçalarının kolayca çökmesine

sebep olarak büyük oranda verimin düşmesine neden olur. Ancak, iri boyutlu kabarcıklar

ile daha temiz ürünler elde edilir. En yaygın kullanılan köpürtücüler; Alkoller (MIBC,

octanol, hegzanol vb.), çamyağı, poliglikoller (DF 200-250-400…) ve kresilik asit (kömür

katranından elde edilir)’tir (Tan vd. 2005, Gupta 2007).

Flotasyonda son aşama olan “tanecik-kabarcık çarpışması”nın sağlanması için klasik

hücrelerde karıştırma işleminden faydalanılır. Ancak, bu hücrelerde çok ince tanelerin

flotasyonunda, tanelerin kabarcıklarla çarpışma olasılığı düşük olduğu için verim de düşük

olmaktadır. Bu durumda klasik hücrede karıştırma hızı arttırılır. Jameson hücresinde ise su

jetinin etkisiyle yoğun karışma sağlamak mümkündür. Bu yüzden çok ince tanelerin

flotasyonu için uygun olduğu söylenebilir. Kolon flotasyonunda ise taneler yukarıdan

aşağıya doğru inerken, aşağıdan yukarıya doğru yükselen hava kabarcıkları ile çarpışarak

tanecik-kabarcık bağları oluşturulur.

4.2 FLOTASYONUN TARİHİ GELİŞİMİ

Flotasyon ile ilgili ilk çalışmalar yağ-su ara yüzeyinde katıların toplanması doğrultusunda

olmuştur. Pülp içerisine gaz gönderilmesi ilk defa 1877’de Almanya’da Bessel kardeşler

tarafından yapılmıştır. Bessel kardeşler, grafit flotasyonunu, çeşitli yağlar kullanarak,

kaynar suyun meydana getirdiği su buharı ile ve karbonatlarla reaksiyona giren asidin

çıkardığı karbondioksit gazı kabarcıkları ile gerçekleştirdiler. Aynı usul İngiltere ve

Amerika’da yeniden bulunarak karbonat ve sülfürlerin flotasyonunda uygulandı.

Flotasyona ait ilk önemli buluş 1902 yılında Froment tarafından yapılmıştır. Bu keşif,

yağlanmış sülfür minerali tanelerinin, su içinde meydana getirilen gaz kabarcıklarına

yapışıp suyun yüzeyine çıkmasından bahsetmektedir. Bu olayı aynı yıl İngiltere’de tespit

eden Delprat pulpun içinde sülfirik asitin kireç taşına etkisiyle meydana gelen gaz

kabarcıklarından yararlanma fikrini ortaya attı. 1906’da Elmore aldığı İngiliz patentinde

yağlı mineral pulplarında kısmi vakum meydana getirerek hava kabarcıklarından

yararlanılabileceğini öne sürdü. Ama bu buluşlar endüstriyel açıdan önemli bir sonuç

vermemiştir. 1906’da Sulman, Picard ve Ballot hava kabarcıklarının pulpün kuvvetli

56

karıştırılmasıyla meydana getirilebileceği ve cevher miktarının %1’ini geçmeyecek kadar

az yağ kullanmakla flotasyon yapılabileceğini söyledi. Bu prensiplere dayanan ilk flo-

tasyon makinesi 1910 yılında T. J. Hoover tarafından yapıldı ve 1912-1925 yıllarında önce

Avustralya sonra Amerika’da flotasyon sanayisinde başarıyla uygulanmıştır. 1918’de

Welsh flotasyon pulplarına basınçlı hava vermek fikrini öne sürdü. Hunt ve Forrester ve

daha sonra Callow basınçlı hava kullanan flotasyon makinelerini yaptılar. 1924 yılına

kadar flotasyon yöntemi sadece yağ kullanarak, bütün sülfür minerallarini beraberce asit

ortamda yüzdürmekten ileri gidemedi. 1924’de Keller ilk defa olarak flotasyonda ksantat

kullandı. Bundan sonra bazik ortamda selektif flotasyon yapılmaya başlandı. Yağ

flotasyonundan kimyasal flotasyona geçilmiş oldu. Organik ve inorganik kimyasal reak-

tiflerin kullanılmasıyla, flotasyonda büyük gelişmeler elde edilmiş ve bu konsantrasyon

yöntemi sülfür cevherlerde olduğu gibi, oksit ve metal olmayan cevherlerinde önemli bir

kısmına uygulanabilecek hale getirilmiştir. Flotasyonun gelişmesinde emeği olan bilim

adamlarından Taggart, Gaudin, Petersen ve Wark’tur (Arbiter and Haris 1964, Atak 1982,

Atak ve Tolun 1994, Wills 1997). Şekil 4.4’de flotasyonun gelişiminde emeği geçen iki

önemli bilim adamı, Şekil 4.5’de ise flotasyonun uygulandığı ilk yıllardaki flotasyon

makineleri gösterilmiştir.

a. Arthur F. Taggart b. Antoine M. Gaudin

Şekil 4.4 Flotasyonun gelişiminde emeği geçen önemli bilim adamlarından ikisi.

Son yıllarda yeni nesil flotasyon makine tasarımları hızla devam etmekte olup, ayrıca

flotasyon çalışmalarına vibroakustik teknoloji (ultrasonik titreşim gibi) ve mikro dalga

enerjisi de yeni uygulamalarla birlikte girmektedir.

57

Şekil 4.5 Flotasyonun uygulandığı ilk yıllardaki flotasyon yöntemleri (makineleri).

58

4.3 FLOTASYON REAKTİFLERİ

Bir cevherin içerdiği minerallerin yüzey özelliklerinin flotasyon için uygun hale

getirilmesi, başka bir deyişle cevherin içerdiği bir mineralin tercihen hidrofob hale

getirilirken, geri kalan diğer minerallerin hidrofil halde kalmalarının sağlanması için,

cevherin su ile etkileşime başlamasından itibaren pülp içerisine farklı amaçlarla çeşitli

kimyasallar (reaktifler) ilave edilir. Bu kimyasallar önem sırasına göre; toplayıcılar,

köpürtücüler, bastırıcılar, canlandırıcılar ve pH ayarlayıcılar olmak üzere başlıca 5 grup

altında toplanmaktadır. Bu kimyasalların cinsi ve miktarı cevherin türüne göre değişiklik

göstermekte olup, flotasyonda tamamının kullanılma zorunluluğu bulunmamaktadır.

Örneğin kömür flotasyonunda çoğu zaman yanlızca toplayıcı ve köpürtücü yeterli

olmaktadır. Hatta, bazı uygulamalarda yanlızca köpürtücü yeterlidir.

4.3.1 Toplayıcılar

Yüzeyleri polar olmayan mineraller zayıf kovalent bağlarla bağlı moleküllerden oluşmuş

olup kırılma yüzeyleri Van der Waals kuvvetleriyle birbirine bağlıdır. Böyle mineral

yüzeyleri doğal olarak hidrofobdur, suda ıslanmaz ve hava kabarcıklarına yapışırlar. Bu tip

mineral örnekleri grafit, kükürt, molibdenit, elmas, kömürler ve talk’dır. Bunlarda θ temas

açıları 60 ila 90 derece arasında değişmektedir.

Yüzeyleri polar olan mineraller kuvvetli kovalent bağlarla bağlı moleküllerden oluşmuş

olup kırılma yüzeyleri iyonik bağlarla bağlıdırlar ve su molekülleri ile kolaylıkla

reaksiyona girip ıslanırlar yani hidrofil özellik gösterirler. Polar mineral yüzeylerini

hidrofob yüzeyler haline getirmek ve polar olmayan mineral yüzeylerini de daha fazla

hidrofob yapmak için bu yüzeylerce adsorbe edilen kimyasal reaktifler toplayıcı (kollektör)

olarak tanımlanırlar.

Toplayıcılar organik bileşikler olup mineral tanelerinin suspansiyon halinde bulunduğu

pülpe katılıp karıştırılırlar. Bu karıştırma işlemi esnasında toplayıcı molekülleri veya

iyonları yüzmesi istenen mineral yüzeyleri üzerinde adsorbe olarak bu yüzeyleri hidrofob

yüzeyler haline getirir ve sonuç olarak bu mineraller hava kabarcıklarına yapışıp su

yüzeyinde bir köpük tabakası oluştururlar. Toplayıcılar; iyonlaşmayan (non-polar) ve

iyonlaşan (polar) bileşikler olarak ikiye ayrılır:

59

4.3.1.1 İyonlaşmayan (Non-Polar) Toplayıcılar

Bu tip toplayıcılar elektriksel yük açısından nötr, polar grupları olmayan hidrokarbon

zincirinden oluşmuş organik (genellikle yağlar) bileşiklerdir. Bunlar suda çözünmediği için

pülpün kuvvetle karıştırılması esnasında emülsiyon halinde pülp içinde bulunarak mineral

yüzeyleri üzerinde ince bir tabaka halinde fiziksel olarak adsorbe olurlar. Başka bir deyişle,

hidrofob minerallerin yüzeylerini kaplarlar ve flotasyon verimliliğinin artmasına yardımcı

olurlar. Örneğin kömür flotasyonunda kullanılan gazyağı ve fuel oil gibi yağlar bu tip

toplayıcılardandır. İyonlaşmayan toplayıcılar genellikle seçici olmayıp, iyonlaşan seçici

reaktiflerin etkilerini kuvvetlendirmek için yardımcı toplayıcılar olarak kullanılmaktadır

(Atak ve Tolun 1994, Çilek 2006).

4.3.1.2 İyonlaşan (Polar) Toplayıcılar

Suda çözünen bu toplayıcılarda, toplayıcı molekülleri iki kısımdan oluşmaktadır. Bu

kısımlar hidrokarbon radikalini içeren polar olmayan kısımlar ve pozitif veya negatif yüklü

polar kısımlardır. Toplayıcılar polar kısımlarının katyon ve anyon olmasına göre katyonik

ve anyonik toplayıcılar olmak üzere ikiye ayrılırlar:

Katyonik Toplayıcılar

Bu tip toplayıcıların en önemlileri beş değerlikli azot bazlı aminlerdir (NHx). Bir

hidrojenin hidrokarbon radikali ile değişikliği birincil aminleri, iki hidrojenin değişikliği

ikincil aminleri, üç hidrojenin değişikliği üçüncül aminleri ve dört hidrojen değişikliği

dördüncül aminleri oluşturur.

Katyonik toplayıcılar yani aminler, genellikle metal oksitlerin flotasyonunda, örneğin

kuvars gibi silikatların, barit gibi sülfatların ve kromitin flotasyonunda kullanılırlar.

Mineral yüzeylerinde adsorbe olmalarında elektriksel çift tabaka etkili olup, elektrostatik

bağlanma (fiziksel bağlanma) söz konusudur. Bu çeşit bağlanma anyonik toplayıcıların

kimyasal bağlanmalarına karşın nisbeten zayıf bir bağlanmadır. Katyonik toplayıcıların en

çok kullanılanları n-dodesilamin, dodesilamin klorür, dodesilamin asetat, dimetilamin,

oktadesilamin, alkileterpropilenamin (Flotigam EDA), alkileterpropilendiamin (Flotigam

V), kokoalkilamintiyoasetat (Armac C) ve alkileteramil asetat’dır (Çilek 2006).

60

Anyonik Toplayıcılar

Bu tip toplayıcılarda, polar kısımlar negatif yüklü olup, genellikle metalik minerallerin

pozitif işaretli yüzeylerine kimyasal olarak kuvvetli şekilde adsorbe olurlar. Polar

kısımlarının tabiatına göre oksihidriller ve Sülfihidriller olarak iki gruba ayrılırlar.

Oksihidril toplayıcılar da kendi aralarında karboksilatlar, sülfatlar ve sülfanatlar olarak

ayrılırlar. Karboksilatlar, R.COOH formülü ile verilirler. Burada R hidrokarbon radikalini

göstermektedir. Bunlar organik asitler ve bunların tuzları olan sabunlardır. Bunlar pratikte

yağ asitleri olarak bilinmekte ve tabiatta bitkisel ve hayvani yağların esas bileşenlerini

oluşturmaktadırlar. Toplayıcı olarak kuvvetlilikleri hidrokarbon radikalindeki karbon

atomu sayısı arttıkça artmaktadır. Karboksilatlar kalsiyum, baryum, stronsiyum ve

magnezyum minerallerinin, demirdışı minerallerin karbonatlarının ve alkali ve toprak

alkali metallerin suda çözünen tuzlarının flotasyonunda kullanılırlar.

Toplayıcı üretici firmalardan en önemlileri Cytec, Clariant, Akzo Nobel ve SNF

Flomin’dir. Bu firmaların değişik ticari isimlerde (Aerofloat, Flotigam, Flotinor ve

Hostafloat gibi) pek çok ürünü bulunmaktadır.

Kömürün yüzebilirliğini arttırmak ve daha güçlü kabarcık-tanecik bağları oluşturmak için

genellikle gazyağı, fuel oil, motorin (mazot) gibi hidrokarbon kökenli polar olmayan

yağlar kullanılmaktadır. Bu yağlar kömür yüzeyini bir film şeklinde kaplamakta ve hava

kabarcığı ile tanecik arasındaki adhezyon kuvveti arttırarak daha güçlü yapışmaların

(temasların) oluşmasını sağlamaktadır. Bu yolla hem flotasyon hızı hem de yanabilir kısım

kazanımı artmaktadır. Taşkömürü flotasyonunda yağların kullanım oranı genellikle 0.5-2

kg/t mertebelerinde iken, kömürleşme derecesi düşük olan linyit flotasyonunda bu oran 6-8

kg/t seviyelerine kadar çıkabilmektedir.

Diğer taraftan, Pamak 1 gibi polar olan (iyonlaşan) toplayıcılarla da kömür flotasyonu

yapmak mümkündür. Ancak bu toplayıcılar polar olmayan yağlar kadar verimli olmayıp

yalnızca kül giderme açısından daha avantajlı olmaktadır (Cebeci 2002, Jia vd. 2002, Sis

vd. 2003, Ceylan ve Küçük 2004, Sis vd. 2006, Sönmez ve Cebeci 2006).

61

4.3.2 Köpürtücüler

Flotasyon başarısında anahtar rolü oynayan ve flotasyon sırasında tüm kimyasallar ilave

edildikten sonra, hücre içerisine hava verilmeden önce pülp içine ilave edilen son flotasyon

kimyasalı köpürtücülerdir. Köpürtücüler, su-hava arayüzeyine absorplanarak yüzey

gerilimini azaltırlar. Yüzey geriliminin azalışı ile pülp içine verilen hava küçük kabarcıklar

halinde dağılır ve hidrofob minerallere yapışırlar. Flotasyon sırasında köpürtücü

kullanımının temel amacı sadece küçük çaplı kabarcık oluşturmak değil, bir diğeriye çok

kısa bir süre içerisinde birleşmeyen küçük boyutlu ve kararlı kabarcıkların

oluşturulmasıdır. Kararlı kabarcıkların oluşumu ve köpüğün kararlılığı kullanılan

köpürtücü cinsi ve buna bağlı olarak su-hava arayüzey gerilimi, besleme içerisindeki ince

boyutlu tanelerin varlığı ile değişiklik gösterir (Çilek 2007).

Köpürtücüler de organik bileşikler olup, molekülleri toplayıcılar gibi polar ve polar

olmayan kısımlardan oluşurlar. Köpürtücülerin çoğunluğu suda az çözünürler ve genellikle

aşağıdaki organik bileşik gruplarından oluşurlar. Bunlar sırasıyla hidroksil R.OH, karboksil

R.COOH, karbonil R.CO, amino R.NH2, sulfo R.OSO2.OH ve R.SO2.OH gruplarıdır.

Kullanılan köpürtücüler içinde hidroksil grubuna giren alkoller hiç ilave toplayıcılık

özelliği taşımadıklarından en geniş ölçekde kullanılan köpürtücülerdendir. Bunlardan en

önemlileri amil alkol (C5H11OH), içinde aromatik alkoller içeren ve en önemli bileşeni

terpinol (Cl0H17OH) olan çam yağı ve kresilik asit (CH3C6HO4OH)’dır. Diğer çok

kullanılan sentetik bir alkol metilizobütilkarbinol (MIBC)’dir. Diğer suda kolayca çözünen

sentetik köpürtücüler, poliglikol eterleridir. Köpürtücüler çeşitli firmalar (Cytec, Dow

Chemicals, Clariant, Akzo Nobel ve SNF Flomin) tarafından üretilip Dowfroth (DF),

Aerofroth, Oreprep, Flomin ve Flotanol gibi ticari isimlerle satılmaktadırlar.

Kömür flotasyonunda en yaygın kullanılan köpürtücü tipleri, alkoller (MIBC, izo-octanol,

izo amil alkol, 2-etil hegzanol, Aerofroth 88 vb.), çamyağı, poliglikoller (DF 250) ve

kresilik asit (kömür katranından elde edilir)’tir. Kullanım oranları ise 50-500 g/t

oranlarındadır (Tan vd. 2005, Gupta 2007, Hacıfazlıoğlu and Sütcü 2007).

62

4.3.3 Bastırıcılar

Bastırma yüzebilen mineralleri yüzemez, diğer bir deyişle hidrofob yüzeyleri hidrofil

yüzeyler haline getirme olayıdır. Bastırıcı reaktiflerin çoğunluğu inorganik bileşikler olup

bunlara ilaveten bazı organik bileşikler de bastırıcı olarak kullanılmaktadır. Kömür

flotasyonunda en yaygın kullanılan bastırıcılar Çizelge 4.1’de verilmiştir.

Bastırıcılar, mineral yüzeyinde toplayıcının adsorbsiyon etkisini azaltılır veya bazı

mineralleri hidrofilleştirerek flotasyonunu engeller. Elektrolit özelliği olmayan ve

inorganik asitlerin tuzları kömür flotasyonunda bastırıcı olarak kullanılır. Elektrolit özelliği

olmayanlar kömür üzerinde, tuzlar gang minerali üzerinde etkilidir, kömür flotasyonunda

kullanılan organik bastırıcılar olarak tannik asit, nişasta, dekstrin (uzun zincirli nişasta)

verilebilir. Bunların molekül yapıları ve moleküler ağırlıkları büyüktür ve kömürü

bastırırlar. İnorganik türlere örnek olarak kireç (CaO) ve sodyum siyanür (NaCN)

belirtilebilir. Kireç pirit bastırmada, sodyum siyanür, arsenopirit, pirit, ve sfalarit için

etkilidir. Piritik kükürdü ayırmak amacıyla flotasyonda kullanılan bastırıcılar önemli

reaktif grubunu oluşturmaktadır. Bu bastırıcılar arasında nişasta ve polisakaridler,

poliksantat, oksitleyici ve indirgeyici maddeler sayılabilir. Ayrıca sodyum veya potasyum

bikromat (K2Cr2O7) pirit bastırıcı olarak kullanılabilir. Fakat nişasta ve bikromatların

kömürüde bastırdığı görülür (Kawatre and Eisele 1997, Kural 1998, Şapçı 2004).

Çizelge 4.1 Kömür flotasyonunda kullanılan bazı önemli bastırıcı tipleri.

Bastırıcının Adı

Kimyasal Formülü

Flotasyondaki Amacı

Sodyum Silikat Na2SiO3 Kil minerallerini bastırmak/dağıtmak Kostik Soda Na2CO3 Kil minerallerini bastırmak/dağıtmak

Sodyum Siyanür NaCN Piriti bastırmak Kireç CaO Piriti bastırmak

Nişasta (Dextrin) Dextroz polimeri Kömürü bastırmak Potasyumpermanganat KMnO4 Kömürü bastırmak

4.3.4 Canlandırıcılar

Hidrofob yapılmak istenen bir mineral, en uygun toplayıcı kullanılsa bile yeterince

hidrofob hale getirilemeyebilir. Bu durumda, canlandırıcı olarak isimlendirilen kimyasal

maddeler kullanılır. Tamamı organik olmayan ve suda çözünebilen tuz tipi kimyasal

63

bileşikler (eloktrolitler) olan canlandırıcılar, toplayıcı ilavesinden önce kullanılarak, hedef

mineral yüzeyi ile toplayıcı molekülleri arasında ya var olan etkileşimin artmasını yada

etkileşimin olmasını sağlar. Canlandırıcılar pülp içerisine ilave edildiklerinde ortaya çıkan

anyon ve katyonlardan birisi hedef mineral yüzeyine absorplanır ve mineralin yüzeyi

toplayıcının absorblanabileceği duruma getirilmiş olur. Daha sonra ilave edilen toplayıcı

iyonları bu yeni yüzeye absorplanarak minerali hidrofob yapar. Örneğin flotasyonda

potasyum permanganatla basırılmış kömürün yüzdürülmesi için %1’lik NaOH çözeltisi

canlandırıcı etkisi yapar (Ateşok 1986; Çilek 2006). Cevher hazırlamda en yaygın

kullanılan canlandırıcı reaktifler CuSO4, Pb(NO3)2, H2SO4 ve Na2S’dir.

4.3.5 pH Ayarlama Reaktifleri

Flotasyonda ortamın pH’ı çok önemli bir değişken olup, toplayıcıyla mineral yüzeylerinin

kaplanması, aktifleştirme ve bastırma işlemlerinde pH’ın önemi büyüktür. Diğer bir deyişle

bu işlemlerin belli pH değerlerinde yapılması zorunluluğu vardır. Örneğin, kömürün en iyi

yüzebildiği pH değeri 7 (nötr) elde edilmiştir. pH’ın alkali (bazik) ortamlarda

ayarlanmasında ucuz olması nedeni ile en çok kullanılan reaktif kireçtir (CaO). Özel

hallerde NaOH, Na2CO3 ve KOH’da yüksek pH değerlerine erişmek için kullanılabilir.

pH değerini asidik ortamlarda tutulmasında ise yine ucuz olması nedeni ile en çok

kullanılan asit sülfirik asittir (H2SO4). Bazı hallerde HCl sülfirik asitin yerine

kullanılabildiği gibi bazı oksitli minerallerin flotasyonunda kullanılan HF hem ortamın

pH’sını ayarlamakta hem de bastırıcı olarak kullanılmaktadır (Atak 1982, Crozier 1992).

4.4 FLOTASYON MAKİNELERİ (HÜCRELERİ)

Flotasyon işleminin içerisinde gerçekleştiridiği cihazlara flotasyon makinaları ya da

flotasyon hücreleri denir. Flotasyon makinalarının bir flotasyon işleminde

gerçekleştirilmesi beklenilen fonksiyonları aşağıda özetlenmiştir:

• Pülpte içerisindeki tüm tanelerinin flotasyon işlemi esnasında suspansiyon halinde

tutulması (pülpte askıda tutulması).

• Pülp içerisinde hava kabarcıkları elde etmek üzere pülpe hava verilmesi veya başka

bir yolla hava kabarcığı üretilmesi

• Mineral taneciklerinin hava kabarcıkları ile çarpışmasının sağlanması

64

• Kabarcığa yapışan tanelerle, yapışamayan tanelerin ayrımı için sakin bir zonun

(köpük tabakasının) oluşturulması

• Elde edilen konsantre ve artığın makineden alınması için ve aynı zamanda

beslemenin yapılabilmesi için gerekli donanımların oluşturulması

• Pülp seviyesi, köpük tabakası kalınlığı, reaktif miktarı gibi çalışma

parametrelerinin kontrolu için gerekli kontrol mekanizmalarının mevcut olması

Günümüzde, flotasyon makinaları yukardaki fonksiyonları yerine getirmek üzere imal

edilmektedir. Flotasyon işleminin uygulamaya konmasından günümüze kadar yüzlerce

değişik tip makine tasarlanmış ancak bunlardan 10 kadarı uygulama alanı bulabilmiştir.

Uygulamada kullanılan makinelerden en önemlileri, Denver, Wedag ve Outokumpu’nun

mekanik (klasik) karıştırmalı flotasyon hücreleri, CPT, Turbokolon ve Mikrocell gibi

kolon flotasyonu hücreleri, Jameson (Jet) flotasyon hücresi ve basınçlı hava ile çalışan bazı

Pnömatik tip (pneufloat gibi) flotasyon hücreleridir. Bu hücrelerin endüstriyel ölçekte

uygulamaları mevcut olup, ticari olarak taktim edilen hücre tipleridir.

Geçmişten günümüze kadar geliştirilmiş ve gerek endüstriyel gerekse deneysel ölçekte

kullanılan yüzlerce değişik tipteki flotasyon makinesini başlıca 6 grup altında toplamamız

mümkündür. Bunlar; mekanik karıştırmalı flotasyon hücreleri, kolon flotasyonu hücreleri,

jet flotasyonu hücreleri, pnömatik flotasyon hücreleri ve santrifüj flotasyonu hücreleridir.

4.4.1 Mekanik Karıştırmalı Flotasyon Hücreleri

Mekanik hücreler flotasyon işlemi için kullanılan en eski ve en yaygın makinelerdir. Bu

makinelerde, pülp içindeki mineral tanelerinin süspansiyonda tutulması, bir pervane ya da

rotor aracılığı ile mekanik karıştırma ile sağlanır (Şekil 4.6). Hava kabarcıklarının

oluşturulması için, gerekli olan hava, rotorun dönmesi esnasında meydana getirilen vakum

ile (kendiliğinden hava emmeli) ya da pülp içine üflenen basınçlı hava ile sağlanır.

Endüstride genellikle kendiliğinden hava emmeli seri halde çalışan mekanik hücreler tercih

edilmektedir. Bu hücrelerin en önemli sakıncası hücre içerisinde meydana gelen yoğun

türbülanstan dolayı tanecik-kabarcık bağlarının kopması ve aşırı konsantre kirlenmesidir.

Ayrıca, bu makinelerin hem kapasiteleri düşük hem de sistemde oluşturulan kabarcık

çapları (600- 2000 µm) oldukça büyüktür. Bu makineler genellikle seri halinde birbirini

takip eden hücrelerden (selül) oluşur. Her hücre bir önceki hücrenin atığını alarak

65

flotasyon işlemine tabi tutar. Her hücre arasında atığın geçebilmesi için bir bağlantı ve ara

yerlerinde de artık akış plakası bulunur. En bilinen ticari tipleri, Denver (ABD), Wemco

(ABD), Wedag (Almanya), Sala (İsveç) ve Outokumpu (Finlandiya)’nun ürettiği flotasyon

makineleridir (Atak ve Tolun 1994, Aksanı 1998, Wills 1998).

Şekil 4.6 Outokumpu tipi klasik flotasyon hücresi ve pervanesinin görüntüsü.

Son zamanlarda mekanik hücrelerin bazı sakıncalarını ortadan kaldırmak ve kapasitelerini

yükseltmek amacıyla Skim Air, High Grade, SmartCell ve TankCell gibi yüksek kapasiteli

ve yüksek tenörlü ürünler verebilen ileri teknoloji klasik flotasyon hücreleri geliştirilmiştir.

Amerika’da 2003 yılında dünyanın en büyük hücresi olan 250 m3’lük iç hacme sahip

Wemco SmartCell bakır flotasyonu için kurulmuştur. Diğer taraftan, 2006 yılında

Avustralya’da Outokumpu tarafından 300 m3’lük TankCell geliştirilmiş ve dünyanın en

büyük flotasyon hücresi unvanını almıştır.

4.4.2 Kolon Flotasyonu Hücreleri

Mekanik flotasyon hücrelerinde karıştırma sonucunda oluşan türbülans ince gang

tanelerinin konsantreye kaçmasına ve kabarcık-tanecik bağlarının kopmasına neden

olmaktadır. Bu sakıncaların ortadan kaldırılması için Bautin ve Tremblay tarafından 1960

yılında ince uzun bir hücre geliştirilmiştir. Kanada kolonu olarak bilinen bu ilk

konvansiyonel kolonda, herhangi bir karıştırma sistemine ihtiyaç duyulmadan küçük çaplı

kabarcıklar elde edilebilmektedir. Bu sistemde, kompresörden hava gözenekli bir

Temiz Kömür

Artık (Şist) Pervane

66

malzemeden geçirilerek hücrenin tabanına verilmektedir. Besleme ise köpük tabakasının

hemen altından yapılmaktadır. Kolon flotasyonunda başlıca iki bölge oluşmaktadır.

Yukarıdan aşağıya doğru inen tanelerin aşağıdan yukarıya doğru yükselen hava

kabarcıklarıyla çarpıştığı ya da temas kurduğu bölgeye “toplama bölgesi”, köpük ürününün

yıkandığı bölgeye ise “temizleme bölgesi” denilmektedir. Endüstriyel uygulamalarda

kolonların çapları 3 m’ye boyları ise 15 m’ye kadar çıkabilmektedir. Kolon

flotasyonundaki sakin akış koşulları, kalın köpük tabakası (1-1.5 m), yıkama suyunun

varlığı ve küçük çaplı kabarcıkların elde edilebilmesi çok ince cevherlerin yüksek verim ve

yüksek tenörle zenginleştirilebilmesine olanak sağlamıştır. Kolon flotasyonun en büyük

sakıncası ise kabarcık üreteci sistemlerinin (sparger) sık sık tıkanması ve tanelerin hücre

içerisinde kalma süresinin oldukça yüksek (düşük kapasite) olmasıdır. Bu sakıncaların

ortadan kaldırılması için pek çok kolon tasarlanmıştır. Ticarileştirilmiş olanlarından en

önemlileri CPT (Canadian Process Technology), Mikrocell, Turbo ve Temas (contact)

kolonudur. CPT kolonun çalışma prensibi ve Türkiye’den bir endüstriyel uygulaması Şekil

4.7’de gösterilmiştir. Diğer kolon tipleri ise Leeds, Packed (Dolgulu), Flotaire,

Hydrochem, Deister, CFC (Siklonik Flotasyon Kolonu), Siklo-mikro kabarcık kolonu,

VersafloTM, Monarch IGF, SelectaFlotTM, VOSCell ve HSBFC vb.’dir (Zipperian and

Svensson 1978, Schneider and Van Weert 1988, Yang 1988, Amelunxen 1993, Yoon

1993, Brake vd. 1996, Bayrak 1997, Aksanı 1998, Terblanche et al. 1999, Vera et al. 1999,

Garibay 2002, Lai 2000, Lai 2002, Li et al. 2003) (Şekil 4.8-4.9).

Şekil 4.7 CPT kolonu ve Çayeli Bakır İşletmelerindeki köpük görüntüsü.

Köpük Ürünü

Artık Çıkışı

Hava

Besleme

Yıkama Suyu

Yıkama Suyu

67

a. Deister kolonu b. Hydrochem kolonu

Artık

Yükselen Kabarcıkları

Hava ve Köpürtücü

Besleme

Yıkama Suyu

Konsantre

Siklon

Siklonik Akış

Elek

Kabarcık Üreteci

Sıvı Akış Yönü

Köpük Zonu

Köpüğün Hareket Yönü

Helisel delikler

Su Fazı

Kil Fazı

Pirit Fazı

c. Siklo-mikrokabarcık kolonu d. Siklonik flotasyon kolonu (CFC)

e. Dolgulu kolon f. Turbo flotasyon kolonu

Şekil 4.8 Alternatif kolon flotasyonu hücresi tasarımları.

68

AYIRMA KOLONU

Konsantre

KONTAKTÖR

Hav

a

Sparger

Artık

Valf

Besleme

Besleme

a.Microcell kolonu b. Temas kolonu

Hava/su

Kirli Su Besleme

Temiz Su

Yağ ve Diğer Katılar

Eduktör

c. HSBFC kolonu d.VersaFlo kolonu

Yağ Toplayıcı

Mikro Kabarcıklar

Gaz Toplayıcı

Gaz Borusu ve Sparger

Kirli Su Girişi (BESLEME)

Temiz Su Çıkışı

Hücre Tabanı

Toplanmış Yağ Tabakası

e. Monarch flotasyon kolonu f. VosCell kolonu

Şekil 4.9 Alternatif kolon flotasyonu hücresi tasarımları (devam ediyor).

69

Deister kolonunda, hava ve su kolonun dışında bulunan bir hücre içerisinde karıştırılır

(Şekil 4.8a). Daha sonra bu karışım gözenekli (poröz) malzemeden geçirilerek kolon

içerisine verilir. Besleme ise köpük tabakasının hemen altından yapılır. Kabarcıklarla

temas kuramayan tanelerin temas olasılığının arttırılması için hava-su karışım hücresinden

bir tane daha kolonun altına ilave edilmiştir (Bayrak 1997, Yoon 1993).

Hydrochem kolonu, merkez ekseni boyunca uzanan bir şaft ve üzerindeki karıştırıcı

plakalardan oluşmaktadır (Şekil 4.8b). Plakaların kendi ekseni etrafında dönmesiyle

pülpün kolon içerisinde daha iyi dağılması sağlanmakta ve bu yolla taneciklerle

kabarcıklarının çarpışma olasılığı arttırılmaktadır. Mekanik karıştırmanın yarattığı

türbülans ve motor maliyetinin olması en büyük dezavantajlarıdır. Herhangi bir endüstriyel

uygulaması bulunmamaktadır (Schneider and Van Weert 1988, Aksanı 1998).

Siklo-mikrokabarcık sistemi, bir kolon ve bu kolonun altına monte edilmiş bir siklondan

oluşmaktadır. Şekil 4.8c’de görüldüğü gibi pülp, hava ve köpürtücü ilavesiyle kolonun

dışında yer alan bir sistemde karıştırılmakta ve siklon içerisine teğetsel olarak

beslenmektedir. Hava özel bir nozul sistemiyle Jameson hücresinde olduğu gibi

atmosferden emilmektedir. Ayrıca, sakin bir flotasyon ortamı yaratmak için kolon içerisine

belirli aralıklarla paralel elekler yerleştirilmiştir. Sistemde oluşan ortalama kabarcık çapı

0.2 mm olup, mekanik hücre flotasyonuna göre beş kat daha küçüktür Özellikle, şlam

boyutundaki ( ~45 µm) tanelerin zenginleştirilmesinde başarılı sonuçlar elde edilmiştir.

Kapasiteleri 50 m3/saat ile 1000 m3/saat arasında değişmektedir. Çin başta olmak üzere

30’dan fazla kömür yıkama tesisinde kullanılmaktadır. Tesis bazında %47.11 kül içerikli

kömür şlamlarından %79.26 yanabilir verimle %10.55 küllü temiz kömürler elde

edilmiştir. Yine aynı tesiste %9.8 kül içerikli kömürlerden %1.5 küllü süper temiz

kömürler üretilmiştir (Li vd. 2003).

Siklonik flotasyon kolonunda, hem köpük flotasyonundan hem de tanelerin yoğunluk

farkından faydalanılarak ayırma gerçekleştirilir. Şekil 4.8d’den de görülebileceği gibi

kolonun merkezinde Hydrochem kolonunda olduğu gibi üzerinde karıştırıcı çubuklar

bulunan bir şaft bulunmaktadır. Bu şaftın kendi ekseni etrafında 1500 dev./dak.’lık bir

hızla dönmesi ile şaft ekseni boyunca yoğunluğu daha az olan bir ortam yaratılır. Şaftın

yarattığı girdabın etkisiyle köpük ve ona yapışan kömür taneleri şaft ekseninde, pirit ve kil

70

gibi yoğunluğu daha büyük olan taneler ise merkezkaç kuvvetinin etkisiyle kolonun

çeperlerine doğru sürüklenirler. En büyük avantajı; ağır tanelerin kolon çeperi boyunca

hareket etmesi ile kolon merkezindeki karışıklığın önlenmesi ve sistemde yıkama suyuna

ihtiyaç duyulmamasıdır. Lai (2002) tarafından yapılan bir çalışmada, %11.7 küllü ve

%2.27 kükürt içerikli kömür tozlarından siklonik kolon flotasyonu ile %0.5’in altında

kükürt içeren temiz kömür elde edilmiştir. Aynı çalışmada, benzer verim eldesi ile

mekanik flotasyon hücresinden %1’in üstünde kükürt içeren konsantreler elde edilmiştir.

Özellikle, kömürden piritik kükürdün uzaklaştırılması ve demir oksitlerin

zenginleştirilmesi için etkili bir yöntem olarak görülmektedir (Lai 2000, Lai 2002).

Dolgulu kolonda, kolon içerisine birkaç santim aralıklarla paralel plakalar yerleştirilmiştir

(Şekil 4.8e). Bu plakalar akış rejimlerini düzenlemekte ve kolon ekseninde meydana gelen

karışmayı önlemektedir. Ayrıca, plakalar üzerinde bulunan küçük delikler hava

kabarcıklarını daha küçük çaplı ve eş boyutlu kabarcıklara bölmektedir. En büyük

dezavantajı kapasitesinin düşük, plaka montajının zor ve pahalı olmasıdır (Yang 1988,

Mankosa vd. 1992, Yoon 1993, Kemal ve Arslan 2000). Mohanty ve Honaker (1999a)

dolgulu kolon, microcell ve Jameson hücreleri ile yaptıkları karşılaştırmalı bir kömür

flotasyonu deneyinde dolgulu kolonun diğer hücrelere göre daha yüksek metalurjik

performans (düşük kül-yüksek verim) gösterdiğini bulmuşlardır. Ancak, kapasitesinin

diğer hücrelere göre oldukça düşük olduğunu belirtmişlerdir.

Turbo kolon sisteminde, hem klasik kolonda olduğu gibi kolonun altından hava verilmekte

hem de pülpün jet hareketi ile atmosferden hava emilerek mikro kabarcık üretilmektedir.

Başka bir deyişle Jameson hücresi ile klasik kolonun kombine edilmiş bir halidir (Şekil

4.8f). En büyük avantajı kolonun boyunun kısa olması ve basınçlı havadan %60 kadar bir

tasarruf sağlamasıdır (Terblanche vd. 1999). Özellikle Güney Afrika’da kömür ve baz

metal flotasyonunda yaygın olarak kullanılmakta olup, Multotec firması tarafından

ticarileştirilmiştir.

Mikrocell sistemde, kolonun alt kısmında bulunan pülpün bir kısmı pompa ile çekilmekte

ve hava ile köpürtücü ilavesinden sonra statik bir karıştırıcıdan geçirilmektedir. Yüksek

kesme gerilimi uygulayan statik karıştırıcı ile tane iriliği 0.1-0.6 mm olan mikro

kabarcıklar elde edilmektedir (Şekil 4.9a). Hava üreten bu statik karıştırıcıların hem hücre

71

dışında olması, hem de tıkanma probleminin olmaması klasik kolondaki sparger

tıkanmalarına en büyük avantajdır. Ayrıca, pülpün çevriminden dolayı reaktif tüketiminde

de azalama sağlanmıştır (Yoon 1993, Brake et al. 1996, Özbayoğlu 2002).

Temas hücresi, Kanada’da 1992 yılında Roger Amelunxsen tarafından geliştirilmiştir.

Yüksek tanecik taşıma kapasitesine sahip bu hücrede tanecik kabarcık teması özel bir

temas ettirici (kontaktör) sistemi ile sağlanmaktadır (Şekil 4.9b). Pülp kontaktör içerisinde

hava enjeksiyonu ile yoğun bir şekilde karıştırılır. Kontaktöre hava kompresörden özel bir

mikro kabarcık üreteci sistemi ile verilmektedir. Oluşan yoğun karışma ile hidrofob ve

hidrofil taneciklerin hepsi kontaktör içerisinde hava kabarcıkları ile temas kurma olasılığı

bulur. Daha sonra, valfın açılması ile birlikte pülp/hava karışımı daha sakin bir bölge olan

ayırma kolonuna geçer. Bu bölgede, kabarcığa tutunmuş olan taneler kolonda yükselerek

üst kısımdan alınırken, tutunamayan taneler dibe düşerek alt kısımdan alınmaktadır. Dünya

üzerinde, altın, gümüş, bakır, çinko, kurşun, demir ve grafit zenginleştirme için kurulmuş

olan 11 adet Temas hücresi bulunmaktadır. Endüstriyel ölçekte kömür için henüz herhangi

bir uygulaması bulunmamasına rağmen, pilot ölçekte yapılan çalışmalarda olumlu sonuçlar

alınmıştır (Amelunxen 1993).

HSBFC kolonu, 1990’lı yılların sonlarına doğru JKMRC teknoloji tarafından geliştirilmiş

olan bir karma hücre tipidir (Şekil 4.9c). Temelde bir mekanik hücre olan bu sistemde pülp

ve hava Davcra hücresinde olduğu gibi bir enjektörlü jet sistemiyle hücreye verilmektedir.

Ayrıca, Leeds kolonunda kullanılan karıştırıcı (impeller) ile, havayı çok küçük çaplı

kabarcıklara bölmeye yarayan statik bir mikserden oluşmaktadır. Bu sistemle ortalama çapı

0.5 mm olan kabarcıklar elde edilebilmektedir. Mekanik hücrelerde kabarcık yüzey alanı

akısı (Sb) 30’un altında iken, bu hücrede 50 ile 90 arasındadır. Sb, yüzeysel besleme hızı

(Jg) ile, kabarcık boyutunun (Db) bir fonksiyonu olup Sb= 6 Jg / Db formülü ile hesaplanır.

HSBFC’nin endüsriyel ölçekte herhangi bir uygulaması bulunmamaktadır (Vera vd. 1999).

VersafloTM kolonu, yağ, petrol ve gres gibi kolloidal katıların ve kirletici askıda katıların

sudan temizlenmesi için NATCO Grup tarafından geliştirilmiş olan yeni teknoloji bir

flotasyon hücresidir. Bu sistemde, kirli su hücrenin üst kısmından beslenmekte ve temiz su

kolonun dibinden alınmaktadır (Şekil 4.9d). Hücre içerisinde kabarcık üretimi “eduktör”

denen özel bir kabarcık üreteci sistemi ile sağlanmaktadır. Şekil 4.9d’de görüldüğü gibi

hava (atmosferden) ve su karışımı yüksek basınçla eduktörden geçirilmekte ve

72

püskürtülerek hücreye verilmektedir. Endüstride kullanılan eduktörler genellikle hücrenin

dışında yer almakta ve üretilen kabarcıkların hücreye girmesi durumunda çaplarının

büyümesine neden olmaktadırlar. VersafloTM teknolojisinde ise eductor bir sparger gibi

hücrenin içerisinde kullanılmaktadır. Bu sayede daha küçük çaplı kabarcıklar elde

edilebilmektedir. Bu hücrelerin boyları 3-7 m, çapları ise 2-5 m arasında değişmektedir.

Endüstriyel ölçekte mineral zenginleştirme için uygulaması bulunmamaktadır

(www.natcogroup.com).

Monarch flotasyon kolonu, VersafloTM hücresi gibi su arıtımında kullanılmaktadır.

Alternatif bir eduktör sistemine ve yatay bir kolon yapısına sahiptir. Şekil 4.9e’de

görüldüğü gibi hücre odacıklara bölünmüştür. Her bir odacığa ayrı ayrı eduktör sistemi ile

hava verilmektedir. Kirli su beslemesi 1 nolu bölgeden, temiz su ise 4 nolu bölgeden

alınmaktadır. 3 nolu çubuk köpük sıyırıcı, 5 nolu bölge ise artığın bir bölümünün alınıp

hücreye tekrar beslenmesini sağlamaktadır. Mineral zenginleştirme için herhangi bir

uygulaması mevcut değildir.

VosCell, CPT (Canadian Process Technologies) tarafından suların kirleticilerden

temizlenmesi için geliştirilmiştir. Sistemde kabarcık üretimi klasik kolonda olduğu gibi

kompresörden verilen havanın gözenekli borulardan çıkışıyla sağlanmaktadır. Diğer su

arıtım sistemlerinde olduğu gibi yağlar hücrenin yüzeyinden, temiz su ise hücrenin

tabanından alınmaktadır (Şekil 4.9f).

4.4.3 Jet Flotasyonu Hücreleri

Suyun jet hareketinden faydalanarak kabarcık oluşturan makinelerden bazıları; klasik jet

hücresi, Jameson hücresi, hidrojet ve LM flotasyon hücresidir. LM hücresinde her ne kadar

düşey borunun üzerinden kompresörle hava verilse de, kabarcık oluşumu pülpün jet

hareketi ile sağlandığı için bu bölüme dahil edilmiştir.

Berlin Teknik Üniversitesi tarafından 1980’li yıllarda geliştirilen klasik jet hücresi ile ile

çok ince (<45 µm) boyutlarda dahi etkili bir ayırma yapmak mümkündür. Bu sistem kıvam

tankı ve flotasyon hücresi olmak üzere başlıca iki bölümden oluşmaktadır. Kıvam tankı

içerisinde reaktif ilavesiyle kıvamlandırılan pülp, bir pompa vasıtasıyla bir numaralı

borudan nozula pompalanır (Şekil 4.10a). Nozuldan büyük bir hızla fışkıran pülp, dış

73

ortamdan havanın emilmesini ve bu havanın hücre içerisinde mikro kabarcıklar halinde

dağılmasını sağlar. Ayrıca, pülpün yarattığı jet ile tanelerin hücre içerisinde askıda kalması

ve pülpün karışması sağlanır. Diğer sistemlere oranla kabarcık çapı küçük ve miktarca

fazladır. Bu da flotasyon süresinin çok kısa ve kapasitesinin çok yüksek olmasını

sağlamaktadır. Örneğin, 0.8 m3’lük bir jet flotasyonu hücresi ile saatte 7 ton kömür

zenginleştirilebilmektedir. Endüstriyel ölçekte uygulamaları mevcuttur (Önal vd. 1996,

Güney vd. 2002).

a. Klasik jet flotasyonu b. Jameson flotasyon hücresi

Be

sle

me

Köpürtücü

Su jeti Oluşturan Nozullar

Su Jeti Mızrağı

Konsantre

Artık Hava

Basınçlı Su

c. LM flotasyon hücresi d. Hidrojet hücresi

Şekil 4.10 Alternatif Jet flotasyonu hücreleri.

74

Jameson Flotasyon hücresi, 1989 yılında Avustralya Newcastle Üniversitesinden kimya

profesörü Greame Jameson tarafından geliştirilmiştir. Genel olarak, bir pompa ile basılan

pülpün düşey bir borunun (downcomer) üst kısmındaki bir nozul’dan fışkırarak

beslenmesi ve bu esnada atmosferden vakumlanan havanın pülp ile karışarak flotasyon

hücresine kadar bu boru içerisinde inmesi esasına dayanır. Jameson hücresinin kalbi olan

downcomer, pülp ve havanın karıştığı, kabarcıkla taneciğin ilk olarak temas kurduğu

bölgedir (Şekil 4.10b). Downcomer içerisinde nozuldan hızla fışkıran pülp, hücre

içerisindeki pülpe çarptığı anda yüksek kesme kuvvetleri oluşturmakta ve içeriye çekilen

havanın da etkisiyle çok sayıda mikro kabarcık (∼0.3 mm) oluşturmaktadır. Bu

kabarcıklar, mekanik hücrelerde oluşturulan kabarcıklarla (∼1 mm) karşılaştırıldığında

hem sayıca daha fazla, hem de çap olarak daha küçüktürler. Bilindiği üzere, küçük boyutlu

kabarcıklarının oluşturulması toplam köpük yüzey alanının artmasına ve böylelikle

flotasyon veriminin yükselmesine katkıda bulunmaktadır (Jameson, 1988; Mohanty,

1999b; Mohanty, 2001). Xstrata Technology tarafından 4.5, 5, 6.5 ve 7.2 m çaplarında

Jameson hücreleri ticari olarak üretilmektedir. Üretilen J7200/10 (7.2 m çapında 10

downcomer’lı hücre) modeli ile saatte 3000 m3’lük pülp beslemesi yapılabilmektedir.

Jameson hücresinin dünya üzerindeki toplam satış rakamı 250’nin üzerinde olup, başta

kömür flotasyonu olmak üzere, metal (bakır, çinko, kurşun, gümüş vb.) ve endüstriyel

hammaddelerin (fosfat, feldspat vb.) zenginleştirilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Ayrıca, günümüzde bu teknoloji su arıtımında da tercih edilen bir yöntem olarak karşımıza

çıkmaktadır.

LM hücresi, Cheng Xinghua tarafından 1990’lı yıllarda geliştirilmiştir. Şekil 4.10c’de

görüldüğü gibi, kıvamlandırılmış pülp, kolon üzerinde bulunan bir delikten kolon içerisine

pompalanmakta ve bu esnada kolonun tepesinden kompresör ile hava verilmektedir.

Sistemde poröz malzemenin (sparger) kullanılmaması kolon flotasyonu ile

karşılaştırıldığında önemli bir avantajdır. Hava kabarcıkları, yüksek basınçla kolon

içerisine giren pulpün hava akışını küçük kabarcıklara kesmesiyle oluşturulur. Daha sonra

kolon içerisindeki pülp/kabarcık karışımı hücreye jet oluşturacak şekilde iner ve ayrışma

mekanizması devreye girer. Hücrenin dibinden artık, üst kısmından ise konsantre alınır.

Şekil 4.10d’de Cagliari Üniversitesinde geliştirilmiş olan 20 cm çapında ve 40 cm

yüksekliğindeki hidrojet hücresi gösterilmektedir. Artıklar silindirik gövdenin altından

konsantre ise hücrenin üst kısmından alınmaktadır. Sistemde karıştırma ve kabarcık

75

oluşturma yüksek hızlı su jeti ile sağlanmaktadır. Su jeti mızrağının ucunda farklı yönlere

bakan dört adet nozul bulunmaktadır. Bu nozullar hücre içerisinde gırdap ve yoğun

karışma sağlayacak şekilde yerleştirilmiştir. Sisteme hücre merkezinde yer alan küçük bir

delikten kompresörle hava verilmektedir. Barit flotasyonu deneylerinde mekanik hücre

flotasyonuna göre daha başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Geliştirilmeye açık bir teknoloji

olup, endüstriyel ölçekte uygulaması bulunmamaktadır (Carbini vd. 1998).

4.4.4 Pnömatik Flotasyon Hücreleri

Bu makinelerde pervane yoktur, basınçlı hava pülpü karıştırır ve havalandırır. Gelişmiş

tiplerinde yüksek pülp hızları sayesinde vakum meydana getirilir ve hava atmosferden

venturi etkisi ile içeri çekilerek kabarcık oluşturulur. En bilinen tipleri Bahr hücresi,

Pnoufloat, Imhofloat, G-Cell ve Ekof hücresidir.

Bahr Hücresi, KHD Humbold Wedag tarafından 1974’de geliştirilmiş olan ilkel bir

pnömatik flotasyon hücresidir (Şekil 4.11a). Bu sistemde, pülp ve hava enjektörlü bir

mikserde karıştırılmakta ve hücrenin üzerinde bulunan ayrı bir dağıtıcı hücreye

beslenmektedir. Dağıtıcı hücreden ana hücreye besleme, ana hücrenin sağında ve solunda

yer alan borular vasıtasıyla yapılır. Bu borular üzerinde 10 µm açıklıklı “aeratör” denen

özel kabarcık üreteci sistemleri bulunur. Pülpün aeratörden geçişi esnasında bu açıklıklara

kompresörden hava verilir. Bu sayede, dar hacimde yoğun karışma sağlanır ve çok sayıda

mikro kabarcık pülp içerisine dağılır. Daha sonra kabarcıklarla temas kuran taneler

hücrenin üst kısmından, kuramayan taneler ise alt kısımdan alınarak ayrım

gerçekleştirilmiş olur. 1.5 metre çapındaki bir pnömatik hücrede 3 aeratör, 6 metre

çapındaki bir hücrede ise 9 aeratör kullanılmaktadır. Klasik flotasyon hücreleri ile

karşılaştırıldığında makine ekipman maliyeti %30-60 oranında, enerji tüketimi ise %70

daha azdır (Önal vd. 1996).

Pneuflot Hücresi, KHD Humbold Wedag tarafından 1990’lı yıllarda geliştirilmiş olan ileri

teknoloji bir pnömatik flotasyon hücresidir. Bu hücrede özel bir tip aeratör kullanılmakta

ve hava atmosferden venturi etkisi ile kendiliğinden emilmektedir. Endüstriyel ölçekte

yapılan çalışmalarda %20 kül içeren kömürlerden, %7 küllü temiz kömürler elde

edilmiştir. Aynı çalışmada artığın külü %75 bulunmuştur. Özellikle son 10 yıl içerisinde

Avrupa’da kullanımı yaygınlaşmıştır (Şekil 4.11b).

76

a. Bahr hücresi b. Pneufloat hücresi

c. G-Cell d. Ekof hücresi

Şekil 4.11 Alternatif pnömatik flotasyon hücreleri.

G-Cell, pnömatik hücrelerin en gelişmiş olanı olup, 2000 yılında geliştirilmiştir (Şekil

4.11c). Kendiliğinden havalandırmalı bu hücrede, pülp önce bir dağıtıcı hücrede

toplanmakta ve daha sonra çok sayıdaki boru ile hücreye beslenmektedir. Borular hücre

içerisinde bir santrifüj alan yaratacak şekilde yerleştirilmiştir. Sistemde ortalama çapı 308

77

µm olan hava kabarcıkları elde edilebilmektedir. Kapasiteleri çok yüksek olup, 2.2 metre

çapındaki bir hücreye saatte 300 m3’lük pülp beslemesi yapılabilmektedir. Tanelerin hücre

içerisinde kalma süresi (retention time) pnömatik flotasyon hücrelerinde 2-3 dakika iken

G-Cell’de yaklaşık 30 saniyedir. Güney Afrika’da ve Rusya’da endüstriyel ölçekte

uygulamaları mevcut olup, genellikle platin grubu metallerin ve endüstriyel minerallerin

(kaolin ve potasyum) zenginleştirilmesinde başarı ile uygulanmaktadır. Mohanty ve

Wiltowski (2003) tarafından yapılan bir çalışmada, G-Cell ile %50 kül ve %1.5 kükürt

içeren kömür şlamlarından %7.5 küllü temiz kömürler ağırlıkça %35 verimle kazanılmıştır.

Aynı çalışmada, kükürt giderme başarısı %70 seviyelerinde bulunmuştur.

Ekof hücresi, Şekil 4.11d’de görüldüğü gibi pompa ile düşey bir boruya basılan pülp, halka

şeklindeki gözenekli bir plakadan hücreye dağılmaktadır. Sistemdeki aeratör kendiliğinden

havalandırmalı olup, kompresöre ihtiyaç duyulmamaktadır. Ayrıca, hücrenin hemen

üzerinde “froth crowder” denilen bir ters koni yer almaktadır. Ters koninin aşağı-yukarı

doğru hareketi ile hücrenin hacmi, köpüğün hacmi, pülp seviyesi ve kalma zamanı

(retention time) gibi parametreler kolaylıkla değiştirilebilmektedir.

Ekof flotasyon hücresine, 0.7 mm tane boyutuna kadar besleme yapılabilmektedir.

Almanya’da kurulan bir tesiste %45 kül içeren artık kömür tozlarından %12’nin altında kül

içeren temiz kömürler elde etmişlerdir. Diğer bir çalışmada ise %78 kül içeren

kömürlerden %12-19 küllü ürünler elde edilmiştir. Her iki çalışmada da verim %50

civarında bulunmuştur (Heiser 1996).

4.4.5 Santrifuj Flotasyonu Hücreleri

Bu yöntemde yoğunluğu farklı olan tanelerin merkezkaç kuvvetlerinden ve yüzey

özelliklerinden faydalanılır. Endüstriyel ölçekte kullanımı pek yaygın olmasa da 1980’li

yıllardan günümüze kadar pek çok santrifüj flotasyonu hücresi geliştirilmiştir. Bunlardan

bazıları; ASH (Air Sparged Hydrocyclone-Hava Püskürtmeli Hidrosiklon), Centrifloat,

CFC (Centrifugal Flotation Cell-Santrifüj Flotasyonu Hücresi) ve MRC (Motorless

Rotorless Cell - Motorsuz Rotorsuz Hücre)’dir.

78

Köpük Fazı Dış Duvar Gözenekli Duvar Hava Kabarcığı

Flotasyon yönü Tanecikler

Hidrofoblar

Hidrofiller

Genişletilmiş Diagram Aşağıda

Köpük Zonu Artık Zonu

Dış Duvar Gözenekli Duvar

Siklonik Akış BESLEME

a. Hava Püskürtmeli Hidrosiklon (ASH) b. Centrifloat hücresi

c. CFC Q-2 Hücresi d. Motorsuz Rotorsuz Hücre (MRC)

. e. BAF (Bubble Accelerated Flotation) f. LTM hücresi

Şekil 4.12 Alternatif santrifuj flotasyonu hücreleri.

79

Hava püskürtmeli hidrosiklon, profesör Miller tarafından 1980’li yılların başında Utah

Üniversitesinde geliştirilmiştir. Şekil 4.12a’da görüldüğü gibi gözenekli hücre duvarına

kompresör ile hava enjekte edilir. Teğetsel olarak beslenen yüksek basınçlı pülpün de

etkisiyle hücre içerisinde oluşan makaslama (shear) kuvvetleri hava akımının mikro

kabarcıklara bölünmesini sağlar. Ayrıca, dönen pülpün etkisiyle hücre merkezinde bir

girdap akımı oluşur ve köpük bu bölümden yükselerek üst kısımdan alınır. Yoğunluğu

büyük olan ve/veya kabarcıklarla temas kuramayan taneler ise hücre çeperlerine doğru

sürüklenerek alt akımdan artık olarak alınırlar. Tanelerin hücre içerisinde kalma süresi

saniye mertebesinde olup, oldukça hızlı bir flotasyon yeteneğine sahiptir (Das and Miller,

1996, Guo 2001).

Centrifloat sistemde, kıvamlandırılmış pülp hücrenin alt kısmından gözenekli duvarları

olan hücreye beslenir (Şekil 4.12b). Hücrenin dışından verilen basınçlı havanın gözenekli

duvarlardan geçmesiyle ve pülpün havayı yüksek hızla kesmesiyle çok sayıda mikro

kabarcık oluşur. Bu kabarcıklar ve ona tutunan taneler (hidrofoblar) merkezdeki girdap

akımıyla hücrenin yüzeyine doğru hareket eder. Kabarcığa tutunamayan taneler ise köpük

tabakasının hemen altından hücre yüzeyine ulaşır. Hücre yüzeyinden yıkama havuzuna

geçen artık ve konsantre batma ve yüzme prensibine göre birbirinden ayrılır. Köpüğe

yapışmış olan taneler havuzun uç noktalarından, yüzemeyen taneler ise havuzun dibinden

alınarak ayrım gerçekleştirilir. Centrifloat ile pilot ölçekte yapılan çalışmalar sonucunda;

%30-40 kül içeren kömür tozlarından %7.5 ve %8.5 küllü temiz kömürler %80-90

yanabilir verimle kazanılmıştır (Drummond 1994). Ballag Liquid Technology tarafından su

arıtımı için endüstriyel ölçekte ticari üretimi bulunmaktadır.

CFC Q-2 santrifüj hücresinde, gözenekli bir malzemeye verilen hava ile havalandırılan

pülp, hücre içerisine dik inen bir boru içine beslenmekte ve daha sonra bu borunun alt

çıkışında bulunan 2 adet nozuldan jet yaratacak şekilde fışkırarak ayırma hücresine

geçmektedir (Şekil 4.12c). Aynı zamanda, bu boru bir motorla kendi ekseni etrafında

döndürülmekte ve pülpün santrifüj alan yaratacak şekilde beslenmesi sağlanmaktadır. Bu

tip makineler endüstriyel ölçekte uygulama alanı bulamamışlardır.

Motorsuz rotorsuz hücre (MRC), Illinois Clean Coal Enstitüsü tarafından 2002 yılında

geliştirilmiştir. Bu hücre; kolon, jet ve santrifüj flotasyonu hücrelerinin çalışma

prensiplerini aynı anda kullanabilen bir flotasyon hücresidir (Şekil 4.12d). Microcell

80

kolonda olduğu gibi hava ve pülp önce statik bir mikserde karıştırılmakta daha sonra bir

eduktörden geçirilerek hücreye yüksek basınçla teğetsel olarak beslenmektedir. Eduktör dış

ortamdan havanın emilmesini, pülpün karıştırılmasını ve hücre içerisinde bir santrifüj

alanın oluşturulmasını sağlamaktadır. Yoğunluğu büyük olan taneler merkezkaç

kuvvetlerinin etkisi ile hücrenin çeperlerine doğru hareket ederek hücrenin tabanından

alınır. Yoğunluğu daha küçük olan hidrofob taneler ise kabarcıklarla birlikte hücrenin

merkezinde oluşan girdap akımına kapılmakta ve yukarıya doğru hareket ederek ayrım

gerçekleştirilmektedir. MRC ile kömür flotasyonunda olumlu sonuçlar alınmış olup, ticari

olarak hücre üretimine başlanmıştır (Khan and Roy 2003, Manrique et al. 2005).

BAF (Bubble Accelerated Flotation) ve LTM hücreleri gelişmiş bir hava püskürtmeli

hidrosiklondur (Şekil 4.12e,f). Özellikle yağ ve gresin sudan uzaklaştırılması için

endüstriyel ölçekte uygulamaları muvcuttur. İnce tanelerin zenginleştirilmesi için

kullanılabilecek bir alternatif olan bu sistemlerde kabarcık üretecine bağlı olarak Induced-

BAF, Vakum-BAF ve Elektro-BAF gibi isimlerle adlandırılabilmektedir. Elektro-BAF

sisteminde kabarcıklar elektrik akımı ile suyun elektrolizi yoluyla üretilmektedir. Bu

sistemde diğer tiplerine göre çok daha küçük çaplı kabarcıklar üretmek mümkündür (Colic

et al. 2001, Rubio et al. 2002).

4.4.6 Diğer Flotasyon Yöntemleri

Yukarıdaki flotasyon yöntemlerinin dışında kimya, gıda ve çevre mühendisliği gibi

alanlarda yaygın olarak kullanılan diğer flotasyon yöntemlerinden bazıları; DAF

(Çözünmüş Hava Flotasyonu), Köpük Ayırıcı (Froth Separator), Elektro Flotasyon, CAF

(Cavitation Air Flotation) ve APF ya da Taşıyıcılı (Carrier) flotasyondur. DAF

flotasyonunda, yüksek basınçlı hava (1-2 atm) su içerisinde ayrı bir kapta çözündürülür ve

yüksek basınçla kıvamlandırılmış pülpün bulunduğu düşük basınçlı kap içerisine

püskürtülür. Bu sayede çapları 10-100 µm arasında olan hava kabarcıkları elde edilir

(Şekil 4.13a). Genellikle artık suların arıtılmasında ve petrol rafinerilerinde su/petrol

ayırımı için kullanılmaktadır (Rubio 2002, Rodrigues and Rubio 2003).

Köpük Ayırıcı, kıvamlandırılmış pülpün bir tank içerisinde, önceden oluşturulmuş köpük

yatağının içinden geçerken, hidrofob tanelerin kabarcıklara yapışması ve taşan köpükle

birlikte alınması esasına dayanır (Şekil 4.13b). Bu yöntem özellikle iri tanelerin (-2+0.075

81

mm) flotasyonu için uygundur (Çilek 2006). CAF flotasyonunda, hava kabarcıkları yüksek

hızla dönen bir diskin atmosferden havayı emmesiyle sağlanır. Oluşan hava kabarcıklarının

ortalama çapı 40 µm’dir. Genellikle süt ve boya endüstrisinde askıdaki katıların ve

yağların giderilmesi için tercih edilen bir yöntemdir (Rodrigues and Rubio 2003).

Taşıyıcılı flotasyon; yüzebilirliği yüksek olan tanelerin, yüzmesi zor olan çok ince boyutlu

taneleri taşıması prensibine dayanır. Çok ince tanelerin yüzme hızları çok düşük olduğu

için pülp içerisine reaktifle muamele görmüş iri taneler ilave edilir Bu iri tanelere yapışan

ince taneler iri tanelerle birlikte yüzerek ayrım gerçekleştirilir. Reaktif olarak genellikle

polimerik reçineler, aktif karbon yada bakteriler kullanılır. Taşıyıcılı flotasyonun deneysel

ölçekte wolframit ve kömür şlamının zenginleştirilmesine yönelik uygulamaları mevcuttur

(Hu vd. 1988, Misra et al. 1990). Abd-Elrahiem (2003) taşıyıcılı flotasyon ile %10.13 kül

ve %3.3 kükürt içeren çok ince boyutlu kömürlerden %5.15 küllü ve %1.94 kükürt içerikli

temiz kömürleri %75.94 verimle kazanmıştır. Söz konusu çalışmada en uygun taşıyıcı

olarak –0.3+0.1 mm’lik kömür taneleri kullanılmıştır.

Elektroflotasyon yönteminde, suyun elektrolizinden faydalanılır. Suya akım verilerek

çapları 20-40 µm arasında değişen hidrojen kabarcıklar elde edilir. Hidrojen gaz

kabarcıklarının boyutu ortamın asidik, bazik yada nötr olma durumuna göre değişiklik

gösterir. Asidik ortamda en büyük çaplı, nötr ortamda ise en küçük çaplı kabarcıklar elde

edilir. Ayrıca, akım şiddeti arttırıldıkça gaz kabarcıklarının boyutu küçülür. Bu yöntem

özellikle süspansiyon içindeki sulu endüstriyel atıkların arıtılması ve küçük miktardaki

organik malzemelerin içerdiği kolloidler için geliştirilmiştir (Murugananthan et al. 2004).

Şekil 4.13 Çözünmüş hava flotasyonu (DAF) ve köpük ayırıcı ile flotasyon işlemi.

a b

82

4.5 KÖMÜR FLOTASYONDA VERİMİ ETKİLEYEN PARAMETRELER

Flotasyonda verimi etkileyen parametreler, yüzdürülecek kömürün özelliklerine ve

flotasyon makinesinin çalışma koşullarına bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Kömür

flotasyonunda etkili olan bu parametreler aşağıda verilmiştir.

4.5.1 Kömür Özelliklerine Bağlı Parametreler

Flotasyon verimini etkileyen kömür özelliklerine bağlı flotasyon parametreleri; kömürün

rankı, boyutu, külü, nemi, temas açısı, oksidasyon derecesi, şlam içeriği ve zeta potansiyeli

değeridir.

4.5.1.1 Kömür Rankı

Kömür doğal olarak yüzebilir bir malzemedir. Orta uçucu maddeli bitümlü kömürler en iyi

yüzebilen kömürlerdir. Düşük dereceli linyitler ile yüksek dereceli antrasitler, taş

kömürlerine oranla daha zor yüzmektedirler. Linyitler ise en zor flote edilen

kömürlerdendir.

4.5.1.2 Tane Boyutu

Kömür flotasyon için en uygun tane boyutu ~0.5 mm’nin altı kabul edilmektedir. Genel

kural olarak, tane boyutu küçüldükçe, flotasyon zorlaşmakta ve elde edilen temiz

kömürdeki kül miktarı artmaktadır. Çok ince boyutlardaki (<38 µm) kömür taneleri,

yüksek oranda kil ve ince silikat mineralleri içerdiklerinden, bu ince boyutta meydana

gelen selektivitedeki azalma, kül ve kükürt ayrımını olumsuz yönde etkileyebilmektedir.

Çok ince tane boyutlarında verim yüksek, tenör ise düşüktür. Tane boyutu arttıkça

flotasyon seçimliliği de artmaktadır (Brown 1976, Ateşok 1986).

4.5.1.3 Kömür Külü

Kömürün kül miktarı arttıkça flotasyon yeteneği düşmekte ve temas açısı da azalmaktadır.

Bu durum külü oluşturan mineral maddelerin suda kolaylıkla ıslanmasından

83

kaynaklanmaktadır. Kömür flotasyonunda kül miktarını arttıran gang mineralleri hidrofilik

özellikte olup, kömürle beraber yüzememektedir (Ateşok 1986).

4.5.1.4 Kömür Nemi

Kömürün nem miktarı flotasyonu ters yönde etkiler. Linyitten antrasite doğru gidildikçe

nem miktarı azalır. Buna bağlı olarak da kömürün yüzme yeteneği artar. Linyitlerin

kömürleşme derecesi düşük ve nem içerikleri yüksek olduğu için antrasit ve taş

kömürlerine göre daha zor yüzmektedirler.

4.5.1.5 Temas Açısı

Temas açısı kömür rankına, yani kömürleşme derecesine bağlıdır. %69 C içeren kömür en

yüksek doğal yüzme özelliğine sahiptir. Karbon içeriği bu değerden daha fazla olursa,

kömürün doğal yüzebilirliği azalır. Genellikle yüksek kömürleşme derecesindeki

kömürlerde temas açısı 10-20 derece arasında değişirken, düşük kömürleşme

derecesindekilerde 0 dereceye düşmektedir. Saf su içinde çeşitli kömür yüzeylerinde 20-65

derece arasında değişen temas açılarının ölçüldüğü çeşitli çalışmalar da bulunmaktadır.

Temas açısı ölçümleri sonunda, kömür litotipleri arasında yüzebilirliğin fusain, durain,

vitrain doğrultusunda arttığı bulunmuştur (Ateşok 1986).

4.5.1.6 Oksidasyon Derecesi

Kömürler, havanın oksijeni etkisinde oldukça yavaş gelişen bir oksitlenmeye uğrarlar.

Gözenekliliği fazla olan ve büyük oranlarda kükürt ihtiva eden kömürler kolayca

oksitlenirler. Kömürleşme derecesi arttıkça, kömürlerin oksitlenmeye karşı dirençleri de

artar. Genellikle yeni üretilen kömürün bir süre açıkta kalan okside olmuş kömürden daha

iyi yüzdüğü bilinmektedir. Kömür, yüzeyinde meydana gelen oksidasyonla hidrofob

özelliğini kaybeder ve oksidasyon derecesi arttıkça yüzme yeteneği de o derece azalır. Bu

durumda, oksidasyon tabakasının kırılması için % 1’lik NaOH çözeltisi kömür pülpü ile

karıştırılır. Kömür litotiplerinden oksitlenme özelliği en yüksek olan sırasıyla; vitrain,

clarain, durain ve fusain’dir (Ateşok 1986, Sarıkaya ve Özbayoğlu 1995).

84

4.5.1.7 Zeta Potansiyeli

Zeta potansiyeli, su içerisinde hareket eden bir mineralin yüzeyinde ve etrafında meydana

getirdiği iyon dağılımlarının oluşturduğu elektrokinetik potansiyel değeridir. Bu

elektrokinetik potansiyel değer, saf su içindeki kömür için pH 7 iken, çok düşük ve negatif

yüklüdür. Bu durumda, ortamın H+ ve OH- iyon konsantrasyonunu değiştirmek kömürün

zeta potansiyelinin büyüklüğünü ve işaretini değiştirmek anlamına gelir. Her iki durumda

da kömür flotasyonu olumsuz yönde etkilenir (Ateşok 1986, Çilek 2006).

4.5.1.8 Şlam Oranı

Genel olarak 20 mikrondan daha küçük taneler şlam olarak adlandırılmaktadır. Şlam,

flotasyonda istenmeyen tane boyutu olup, flotasyona etkileri şunlardır:

a. Çok büyük özgül yüzey alanına sahip olmaları nedeniyle kimyasallar öncelikli

olarak şlamlar tarafından absorbe edilirler ve kimyasalların gereğinden fazla

kullanılmasına yol açarlar

b. Yüzen tanelerin yüzeylerine fiziksel olarak çökerler ve tanenin yüzeyini kaplayarak

yüzmelerine engel olurlar

c. Kabarcıkları kaplayarak yüzebilecek tanelerin kabarcığa yapışmasını engellerler

d. Kabarcıklar veya tanecikler arasına sıkışarak kolaylıkla köpüğe taşınırlar ve

tenörün düşmesine neden olurlar

e. Yüksek yüzey enerjileri ve alanları nedeni ile taneciklerin çözünürlüğü, hidrasyonu

ve oksidasyonu artar. Yüksek çözünürlük, çözeltide istenmeyen safsızlıkların

oluşmasına ve flotasyon veriminin düşmesine neden olur.

Kömür taneciklerinin şlamla kaplanması, farklı ince tanelerin zıt zeta potansiyelinden

kaynaklanmaktadır. Genellikle, pozitif yüklü şlam taneleri negatif yüklü kömür tanelerine

yapışmaktadır. Kömür, şlamla aynı elektriksel yükü taşımadığı zaman bu sorunlar

oluşmaktadır. Şlam oluşmasını engellemek için kömür veya şlamın elektriksel yükününün

bazı elektrolitlerle (kalgon ve sodyum silikat gibi) değiştirilmesi veya pH ayarlamasının

yapılması gerekir (Tefek 1984, Arbiter 1985, Joseph 1991, Çilek 2006).

85

4.5.2 Çalışma Koşullarına Bağlı Parametreler

Flotasyonda verimini etkileyen çalışma koşullarına bağlı flotasyon parametreleri katı oranı,

köpürtücü ve toplayıcı miktarı, köpük kalınlığı ve yıkama suyu hızıdır. Özellikle kolon

flotasyonu sistemi için geliştirilmiş olan diğer parametreler ise kesitsel hava hızı ve

hacimsel hava miktarıdır.

4.5.2.1 Pülpte Katı Oranı

Tomlinson and Flegmin (1963), flotasyon işleminin serbest ve engelli olmak üzere iki

farklı şekilde oluşabileceğini göstermişlerdir. Serbest flotasyon, flotasyonun en hızlı

olduğu başlangıç anında bile, hava kabarcıklarının mineral taneleri ile seyrek bir şekilde

kaplanmalarını belirtir. Genellikle düşük pülp yoğunluğunda flotasyon işlemi bu şekilde

meydana gelmektedir. Engelli flotasyon, flotasyon hızının hava kabarcıklarının taşıma

kapasitesi ile sınırlandığı durumu tanımlamaktadır. Böyle bir durum, genellikle pülp

yoğunluğunun yüksek olduğu flotasyon işlemlerinde ortaya çıkmaktadır. Ülkemizdeki

flotasyon tesislerinde bu durum sıkı köpük veya köpük sıkması olarak adlandırılmaktadır.

Bu durumda seçimlilik düşük, verim ise yüksektir. Düşük pülp yoğunluklarında flotasyon

hızının arttığı, yüksek pülp yoğunluklarında ise flotasyon hızının azaldığı, kesikli

laboratuar çalışmalarından bilinmektedir (Saklar vd. 1998). Frew (1982) çinko temizleme

devresinde farklı pülp yoğunlukları için flotasyon hızının değişimini araştırmıştır. Pülp

yoğunluğunun hız üzerindeki etkisinin mineralin türünden daha çok tane boyu üzerinde

etkili olduğunu ve bunun iri boyutlarda ince boyutlara göre daha belirgin bir şekilde

gerçekleştiğini belirtmiştir.

Endüstriyel uygulamalarda, kömür flotasyonu için pülpte katı oranı genellikle %10-25

aralığında değişmektedir. Bu oran, daha çok yüzdürülen tanelerin boyutuna bağlı olarak

seçilmektedir. İri boyutlar için katı oranı arttırılmakta, çok ince boyutlarda ise

azaltılmaktadır. Örneğin, Jet flotasyonu (Jameson Hücresi) sistemlerinde çok ince boyutlu

(-106 µm) şlam kömür flotasyonu için katı oranı %2-6 aralığında iken, mekanik hücrelerde

%10-15’e kadar çıkabilmektedir. Boyutun daha iri (-1000+150 µm) olması durumunda ise

Jet flotasyonunda bu oran % 10’a, mekanik hücrede ise %25’e kadar çıkabilmektedir (Atak

1982, Aksanı 1997, Hacıfazlıoğlu and Toroğlu 2007).

86

Herhangi bir cevher için en elverişli pülp yoğunluğu, cevherin maliyetine, kullanılan

makinelerin tipine ve bunun gibi daha birçok etkene bağlıdır ve ancak o cevherin üzerinde

yapılacak tecrübelerle tayin edilebilmektedir. Fakat, şunu da daima göz önünde tutmak

gerekir ki, flotasyon makinelerinin hacmini, reaktif sarfiyatını ve su sarfiyatını hesaba

katınca, pülp yoğunluğunu imkan dahilinde yüksek tutmak gerekir.

4.5.2.2 Köpürtücü ve Toplayıcı Miktarı

Flotasyonda köpürtücünün fonksiyonu, sıvı gaz ara yüzeyine yerleşerek yüzey gerilimini

düşürmesi sayesinde sürekli ve duraylı bir köpük tabakası oluşturmaktır. Düşük köpürtücü

dozajlarında, köpük tabakası kolay bir şekilde bozulur, köpükteki minerallerin konsantreye

alınmaları zorlaşır ve pülpe geri düşmeye başlarlar. Köpürtücü dozajının flotasyon hızı

üzerindeki etkisi, toplayıcıda olduğu gibi artan dozajla birlikte, flotasyon hızının artışı ve

optimum bir dozajdan sonra düşmesi şeklindedir. Kullanılan köpürtücünün türü de

flotasyon hızını ve verimini etkilemektedir (Saklar vd. 1998, Ceylan and Küçük 2004).

Jet flotasyonu ile yapılan çalışmalarda en yüksek kazanım oranı metilizobutilkcarbinol

(MIBC) olarak adlandırılan köpürtücü ile elde edilmiştir. Besleme tankına katılan optimum

köpürtücü miktarı 5 ile 25 ppm arasındadır ( Finch and Dobby 1990, Evans et al. 1995, Ata

ve Önder’den 1997, Mohanty and Honaker 1999a). Uzun zincirli alkoller, poliglikol

propilenler ve poliglikol eterler kullanılan diğer köpürtücülerdir.

Flotasyonda toplayıcının görevi, hidrofob taneciğin yüzebilirliğini arttırmak ve daha güçlü

kabarcık-tanecik bağları oluşturmaktır. Kömürde en bilinen toplayıcılar gazyağı ve fuel

oil’dir. Taşkömürü flotasyonunda yağların kullanım oranı genellikle 0.5-2 kg/t

mertebelerinde iken, kömürleşme derecesi düşük olan linyit flotasyonunda bu oran 6-8 kg/t

seviyelerine kadar çıkabilmektedir. Köpürtücü miktarında olduğu gibi, toplayıcı miktarının

artması da verimi arttırmakta selektiviteyi ise düşürmektedir (Cebeci 2002, Jia et al. 2002;

Sönmez and Cebeci 2006, Hacıfazlıoglu and Sütcü 2007, Laskowski and Ding 2009).

4.5.2.3 Köpük Kalınlığı

Eğer köpük derinliği gereğinden az olursa kazanım oranı yüksek ama tenörü düşük bir

konsantre elde edilir. Eğer köpük derinliği fazla olursa yüksek tenörlü konsantre elde

87

edilir. Ama kazanım oranı göreceli olarak düşük olacaktır. Ayrıca sığ köpük fazlarında 10

µm’den daha küçük artık mineral tanelerinin konsantre içerisine girmesi de söz konusudur.

Kalın köpük tabakası içinde yukarıya doğru kabarcıkların büyümesi nedeniyle kabarcık

yüzeylerindeki tanelerin kopma/tekrar bağlanma ile konumları değişebilmektedir. Bu

durum flotasyonda köpük seçimliliğinin olumlu yönde artmasına neden olmaktadır. Bu

sayede daha düşük tenörlü ürünler elde edilebilmektedir. Ancak, gereğinden fazla köpük

kalınlığı verimin düşmesine neden olmaktadır (Ata ve Önder 1997, Aksanı 1998).

4.5.2.4 Yıkama Suyu Hızı

Yıkama suyu hızı, spreyden saniyede akan su miktarının (cm3) hücre kesit alanına (cm2)

bölünmesi ile bulunur. Bu hız genellikle 0-1.5 cm/s aralığındadır. Diğer bir genel yöntem

ise bütün sistemdeki net su akış hızının (bias hızı) hesaplanmasıdır (Evans et al. 1995; Ata

ve Önder’den 1997). Bias hızı, artık ve besleme akışları arasındaki net su akış farkı olarak

da tanımlanmaktadır (Bias hızı (cm/s)= Artık Hızı-Besleme Hızı). Flotasyon kolonlarında

bias hızı genellikle pozitif olmaktadır. Mekanik flotasyon hücrelerinde ise negatif bias,

yani yukarı yönde akış söz konusudur. Başka bir ifade ile köpük-pülp ara yüzeyi sabitlenen

seviye değerinin altında ise pozitif bias, eğer bu seviye istenilenin üstüne çıkar ve köpük

taşarsa negatif bias oluşmuş olur. Artık su içeriği akış hızının, besleme su içeriğinin akış

hızından daha büyük olması sonucunda doğan fark, köpük bölgesinden verilen yıkama

suyu ile fazlasıyla karşılanmaktadır. Böylece yıkama suyunun bir kısmı pozitif biası

karşılayarak hücre içinden aşağı doğru akarken, diğer kısmı konsantre çıkışından

alınmaktadır. Yıkama suyunun biası karşılayarak aşağı yönde akan kısmı köpüğü

yıkayarak beleme suyu ile gang minerallerinin konsantreye kaçmasına (entrainment) engel

olur. Doğal olarak yıkama suyu hızı arttıkça bias miktarı da artacaktır. Yapılan çalışmalar

göstermiştir ki bias miktarının artışı konsantre tenörünü arttırmakta, diğer taraftan ise

verim azalmaktadır. Kolon flotasyonunda bias hızı, yıkama suyu hızı gibi 0-1.5 cm/s

aralığında değişmektedir (Ata ve Önder 1997, Aksanı 1998, Abakay 2007).

4.5.2.5 Karıştırma Hızı

Karıştırma hızı klasik mekanik hücreler için geçerli olan bir flotasyon parametresidir.

Karıştırma hızı arttıkça daha fazla tanenin yüzmesi sağlanmakta ve verim artmaktadır.

Ayrıca hızlı karıştırma selektiviteyi azaltmaktadır. Zor yüzen kömürler için karıştırma hızı

88

yüksek, kolay yüzenler için daha düşüktür. Benzer şekilde, çok ince tanelerin

flotasyonunda da yeterli kabarcık tanecik çarpışmalarının sağlanabilmesi için yüksek

karıştırma hızları uygulanır (Çilek 2006, Hacıfazlıoğlu 2006).

4.5.2.6 Kesitsel Hava Hızı

Kesitsel hava hızı havanın flotasyon hücresi içerisinde aşağıdan yukarıya doğru olan net

hızıdır. Kolon flotasyonu sistemlerinde kesitsel hava hızı besleme borusundaki havanın

hacimsel hızının (cm³/saniye) hücre kesit alanına (cm²) bölünmesiyle bulunur. Yapılan

çalışmalar sonucu elde edilen veriler konsantre üretim hızı ile kesitsel hava hızı arasında

çok yakın bir ilişki olduğunu ortaya koymuştur. Kolonlarda hava hızı, genellikle 1-3 cm/s

aralığında değişmektedir (Aksanı 1998, Tao et al. 2000, Tao et al. 2002).

4.5.2.7 Hacimsel Hava Oranı (Air-Hold Up)

Genellikle flotasyon kolonları için, kolonun herhangi bir noktasında hacimsel olarak

havanın kapladığı miktar olarak tanımlanmakta ve hava hızı, pülp akış hızı, kabarcık çapı,

tane kabarcık agregalarının yoğunluğu ile pülp yoğunluğuna bağlı olarak değişmektedir.

Jameson flotasyon hücresinde, besleme borusu içindeki hacimsel hava miktarı flotasyon

sürecinde önemli bir değişken olarak görülmektedir. Buradaki hacimsel hava miktarı

toplam hacmin %50’si ile %60’ı arasında değişmektedir. Tipik bir flotasyon kolonunda ise

toplama bölgesindeki hacimsel hava miktarı % 5-30, köpük bölgesinde ise % 80’e kadar

çıkabilmektedir. Hacimsel hava miktarını aşağıdaki eşitlikle hesaplanır. (Evans et. al.

1995, Ata ve Önder’den 1998).

ε = (P2-P1) / ρ* g * h (4.4)

ε : hacimsel hava miktarı

P1 : çıkış basıncı (kPa)

P2 : giriş basıncı (kPa)

ρ : pülp yoğunluğu (kg/m3)

g : yerçekimi ivmesi (= 9.81 m/s2)

h : toplam yükseklik (m)

89

4.5.2.8 Hava Kabarcığının Taşıma Kapasitesi

Taşıma kapasitesi; birim zamanda birim kesit alanında yüzen mineral ağırlığı olarak

tanımlanmaktadır. Birimi g/cm²/s veya ton/m2/saat olarak verilmektedir (Espinoza-Gomez

et al. 1988a; Ata ve Önder’den 1997). Bu parametre bir anlamda kolon hücresinde,

kazanılabilecek maksimum katı miktarını, diğer bir ifade ile kabarcık yüzeylerinin

maksimum miktarda tane ile kaplanmasını ve tane toplama sürecinin üst limitini ifade eder.

Yapılan çalışmalar yıkama suyu hızı ile taşıma kapasitesi arasında kuvvetli bir ilişki

olduğunu ortaya koymuştur. Diğer önemli bir etken ise tane boyutudur. Yıkama suyu hızı

arttıkça kabarcıkların taşıma kapasitesi azalmaktadır. Bilindiği üzere kabarcıklar tarafından

taşınan hidrofobik tanecik miktarı kabarcıkların toplam yüzey alanları ile doğrudan

ilgilidir. Aşağıdaki eşitlik kabarcığın taşıma kapasitesini doğrudan vermektedir (Espinoza-

Gomez et al. 1988a, Ata ve Önder’den 1997).

Ca = α* d80 * ρp (4.5)

Ca : taşıma kapasitesi (g/d-cm²)

α : sabit sayı

d80 : toplam katı malzemenin % 80’inin geçtiği elek boyutu

ρp : katı malzemenin yoğunluğu (kg/cm²)

4.6 KÖMÜR FLOTASYONU İLE İLGİLİ YAPILMIŞ OLAN ÇALIŞMALAR

Leja (1982) kömürden kükürt giderimi üzerine çalışmalar yapmıştır. Çalışma sonucunda,

flotasyon yolu ile köpüğe taşınan pirit taneciğinin, piritin hidrofobluğundan

kaynaklanmadığını, piritin mekanik taşınma ve köpük aralarına sıkışma yoluyla köpüğe

geldiğini belirtmiştir. Yine aynı çalışmada, pirit bastırıcıların aslında bir dağıtıcı olduğunu

ve bu bastırıcıların kömür-pirit floklarını bozduğunu ve bu yolla köpüğe taşınan pirit

miktarının azaldığını belirtmiştir.

Arnold ve Aplan (1986) kömür flotasyonu üzerine çeşitli killerin etkisini araştırmışlardır.

Çalışmada kullanılan farklı kimyasal yapıdaki killer, kömür flotasyonunu farklı şekillerde

etkilemiştir. Kaolin ve illit killeri kömürün bastırılmasında çok az etki yapmıştır.

90

Demirel (1988) Çayırhan linyitinde piritin bulunuşu ve piritin serbestleşme imkanını

araştırmıştır. Flotasyon yöntemi ile piritik kükürt içeriği tavan kömür damarı için

%3.81’den %1.03’e ve taban kömür damarı için %3.21’den %0.96’ya düşürmüştür. Bu

çalışmada kömür kazanma verimi ise yaklaşık %60 civarındadır.

Çelik ve arkadaşları (1990) kömürden kükürdün selektif olarak ayrılması için NB adında

yeni bir flotasyon bastırıcısı geliştirmişlerdir. Bu yeni bastırıcının yapısında sülfur

olmayıp, bu bastırıcı kömüre göre piritle daha iyi reaksiyona girmektedir. Mevcut sülfür

bazlı bastırıcılar (ORFOM D8 ve PRC gibi) ile karşılaştırıldığında, NB düşük

konsantrasyonlarda dahi mükemmel performans sağlamıştır.

Hussain (1990) klasik flotasyon yöntemi ile Pakistan Lakhra kömüründen kül ve kükürdü

önemli ölçüde uzaklaştırmıştır. Deneylerde, toplayıcı olarak gazyağı (7.5 kg/) ve köpürtücü

olarak çamyağı kullanılmıştır. Sonuçta, kül içeriği %27’den %13.76’ya kükürt içeriği ise

%4.96’dan %1.29’a düşürülmüştür.

Özbayoğlu ve Mamurekli (1991) Zonguldak kömürlerinden süper temiz kömür

üretmişlerdir. Ağır ortam ve flotasyon yöntemleri ile kül içeriği %12.11’den %2.16’ya

düşürülmüştür. Ancak bu çalışmada yanabilir verim çok düşük olup, %30’un altındadır.

Öney (1993) Zonguldak toz kömürü ile yaptığı çalışmasında optimum flotasyon

parametrelerini araştırmıştır. Octanol köpürtücüsü ile %22.67 kül içerikli kömürleri

%90.21 verim ile kazanmıştır. Aynı koşullarda etil alkolun kullanılmasıyla kül içeriği

%9.61’e düşürülmüştür. Verim değeri ise %48.94’tür.

Harbort ve arkadaşları (1994) Jameson (Jet) ve kolon flotasyonu için en uygun besleme

boyutlarını araştırmışlardır. Ayrıca kolon ve Jameson hücresinin boyuta göre flotasyon

performanslarını karşılaştırmışlardır. Şekil 4.14’den de görülebileceği gibi kömürün her

tane boyutunda (özellikle çok ince boyutlarda) Jameson hücresi kolona göre daha iyi

sonuçlar vermiştir.

91

0

20

40

60

80

100

+500 -500+230

-230+123

-123+55

-55+43

-43

Tane Boyu Aralığı (mikron)

Yan

abili

r V

erim

(%

)

0

5

10

15

20

25

+500 -500+230

-230+123

-123+55

-55+43

-43

Tane Boyu Aralığı (mikron)

Kül

(%

)

Kolon Jameson

Şekil 4.14 Jameson hücresi ile kolon flotasyonun karşılaştırılması (Harbort et al. 1994).

Sarıkaya ve Özbayoğlu (1995) oksitlenmiş kömürün yüzebilirliğini elektrokinetik

çalışmalar, temas açısı ölçümleri ve flotasyon deneyleri ile araştırmışlardır. Elektrokinetik

ölçümler, oksitlenmiş ve oksitlenmemiş kömürün zeta potansiyelinin pH’a bağlı olduğunu

göstermiştir. Oksidasyon süresinin artışı, ölçülen zpc noktalarını azaltmıştır ve negatif zeta

potansiyeli artmıştır. Katyonik toplayıcıların kullanılması durumunda kullanılan

toplayıcının konsantrasyonu ve türüne bağlı olarak pH 9.5-10.9 altında oksitlenmiş

kömürün negatif değeli zeta potansiyeli, pozitif değere değişmiştir. Temas açısı ölçümleri,

oksitlenmiş kömürün doğal yüzdürülebilirliğinin oksidasyon ile bozulduğunu göstermiştir.

Katyonik toplayıcıların ilavesi, oksitlenmiş kömürün temas açısı değerini arttırmıştır.

Deniz ve arkadaşları (1996) Çivril (Denizli) linyit kömürlerinden kükürt giderme için

flotasyon çalışması yapmışlardır. Çalışma sonucunda klasik flotasyon ile toplam kükürt

içeriği %4’den %1.51’e düşürülmüştür. Deneylerde klasik toplayıcı ve köpürtücüye ilave

olarak bir tür bastırıcı kullanılmıştır.

Kawatra ve Eisele (1997) kömür flotasyonunda piritin davranışını ayrıntılı olarak

incelemişlerdir. Kömürden piritin giderilebilmesi için, kömürün serbetleşme boyutuna

kadar öğütülmesi gerektiğini ve flotasyonda yüksek köpük kalınlıklarında çalışılması

gerektiğini vurgulamışlardır. Piritin, kömürle karşılaştırıldığında çok daha az hidrofob

olduğunu ve kömürle birlikte yüzen piritin daha çok mekanik taşınma ve kabarcıklar

arasına sıkışma yolu ile meydana geldiğini kolon ve mekanik hücrede yaptıkları deneylerle

ıspatlamışlardır. Deneyler, piritin az yüzdüğü pH 7.5-8.5 arasında, köpürtücü olarak

Dowfroth 250 ve toplayıcı olarak fuel oil kullanılarak yapmışlardır. Ayrıca, mekanik

92

hücrede sürekli temizleme uygulayarak piritik kükürt içeriği azaltılabilmiştir. Diğer

taraftan, pek çok pirit bastırıcı olmasına rağmen bunların endüstriyel ölçekte

kullanılmadığını ve gerçekte flotasyonda piriti bastırmada çok fazla etkili olmadığı

belirtilmiştir.

Bolat ve arkadaşları (1998) Amasra kömürünün flotasyonu üzerine oksidasyonun etkisini

araştırmışlardır. Elde edilen zeta potansiyeli ve flotasyon verilerine dayanarak, Amasra

kömürünün yüzebilirliğinin, flotasyon ortamında düşük konsantrasyonlarda elektrolit

kullanımı ile arttığı ve oksidasyon ile yüzdürülebilirliğinin azaldığı bulunmuştur. BaCL2,

CrCl3 ve FeCL3 çözeltileride yapılan flotasyon deneyleri sonucunda sırasıyla %20.20,

%13.92 ve %15.20 kül içeren temiz kömürler elde edilmiştir.

Mohanty ve Honaker (1998) ileri teknoloji flotasyon makineleri (Packed, Jameson, ve

Mikrocell Hücresi) ile kül ve kükürt giderme çalışmaları yapmışlardır. Coalberg (ABD)

damarından alınan kömür örneğinin d70 boyutu 37 mikron, kül ve kükürt içeriği sırasıyla

%42.6 ve %0.86’dır. Ortalama köpürtücü (poliglikol eter) ilavesi 20 ppm (~400 g/t),

toplayıcı (gazyağı) ilavesi ise 1 kg/ton’dur. Elde edilen sonuçlar Şekil 4.15’de verilmiştir.

Buna göre makul bir yanabilir verim değeri (~%75) için temiz kömür kül içeriği Packed,

Jameson ve Mikrocell hücresinde sırasıyla %9.5, %11 ve %12 olmaktadır. Temiz kömür

kükürt içerikleri ise Packed, Jameson ve Mikrocell için yaklaşık olarak aynı olup, sırasıyla

%1, %1.05 ve %1.1 bulunmuştur. Başka bir deyişle, kükürt içeriği %0.86’dan, %1

seviyelerine yükselmiştir. Ancak çok düşük yanabilir verim değerlerinde (<%30) kükürt

içeriği %0.86’nın altına düşmektedir.

Şekil 4.15 İleri teknoloji flotasyon makinelerinin kül ve kükürt giderme bakımından karşılaştırılması (Mohanty and Honaker 1998).

93

Mohanty ve Honaker (1999b) Jameson hücresi ile yaptıkları çalışma sonucunda, %28.9 kül

içeren çok ince boyutlu kömür şlamlarından %7 kül içerikli temiz kömürleri %81 yanabilir

verimle kazanmışlardır.

Osasere (2000) flokülant ve koagülant ilavesinin bitümlü kömür flotasyonuna etkisini

araştırmıştır. Flokülat olarak nişasta ve Superfloc 16, koagülant olarak Al(NO39H2O) ve

MgCl26H2O kullanmıştır. Deneyler sonucunda flokülant konsantrasyonunun artışı ile

temas açısı ve verim artmış iken, koagülant konsantrasyonunun arması ile temas açısı ve

verim azalmıştır.

Deniz ve arkadaşları (2000) kül içeriği %40.14 olan Eskişehir Koyunağlı köyü kömürünü

flotasyonla temizlemişlerdir. Zor yüzen bu kömüre klasik flotasyonda kaba, süpürme ve

temizleme kademelerinin uygulanması ile %18.22 küllü kömürler %54.64 yanabilir

verimle kazanılmıştır.

Jia ve arkadaşları (2000) Illinois kömürleri üzerinde iyonlaşmayan reaktiflerin (THF serisi)

etkisini incelemişlerdir. Bu reaktiflerin performansı, iki yağ tipi toplayıcının (dodecane ve

nonylbenzene) sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Sonuçta THF ester reaktiflerinin hem

oksitlenmiş hemde oksitlenmemiş kömür için dodecane’den daha iyi sonuç verdiği

görülmüştür. THF serisi reaktifleri, oksitlenmiş kömür yüzeyi üzerinde oksijen fonksiyonel

gruplarına hidrojen bağlanması yolu ile oksitlenmiş kömürün yüzebilirliğini arttırmıştır.

Ateşok ve Çelik (2000) çok düşük yüzme kabiliyetine sahip Soma (Manisa) kömürünü

bitümlü kömür zifti ile kuru olarak öğütmüşler ve bir toplayıcı ile flotasyona tabi

tutmuşlardır. Sonuçta ziftsiz öğütmeye göre temiz kömür kül içeriği (~%10-11) çok fazla

değişmezken, verim değeri %22.1’den %89.90’a yükselmiştir. Ayrıca, Soma kömürünün

yüzebilirliğinin 300-6000C arasında ısıtılması ile arttığını saptamışlardır.

Ateşok ve arkadaşları (2001) yüksek derecede hidrofobik iri boyutta taşıyıcı kömür

taneciklerini kullanarak, aşırı derecede hidrofilik ince boyutlu tanecikleri taşıyıcılı

flotasyon ile zenginleştirmişlerdir. Sonuçta, %16.3 kül ve %2 toplam kükürt içeren

kömürlerden %8.3 kül ve %0.72 toplam kükürt içeren ince boyutlu kömürleri %81

yanabilir verimle kazanmışlardır.

94

Vamvuka ve Agridiotis (2001) linyit flotasyonu için optimum koşulları belirlemişlerdir.

Optimum koşullarda tane boyutu -300+75 mikron, pülp yoğunluğu %15, köpürtücü miktarı

ise 400 g/t bulunmuştur. Gazyağının yalnız başına toplayıcı olarak kullanımı toplam verimi

ve selektiviteyi arttırmamıştır. Gazyağı kullanmadan reaktif ilavesi daha düşük küllü

ürünler vermiştir. Katyonik, iyonik olmayan ve anyonik reaktiflerin kül/verim performansı

sırasıyla, asidik, nötr ve alkali çözeltilerde daha yüksek bulunmuştur.

Lai (2002) tarafından yapılan bir çalışmada, geliştirdiği santrifüj alanlı CFC kolonu ile

piritik kükürt içeriği %2.27’den %0.5’in altına düşürülmüştür.

Sis ve arkadaşları (2002) kömür flotasyonu için iyonik toplayıcıları (tall oil, Pamak 1,

Pamak 4) test etmişlerdir. Sonuçta gazyağı toplayıcısı ile beslenen kömürün kül içeriği

%21’e kadar düşürülebilmiş iken, iyonik toplayıcılarla %14’e kadar düşürülmüştür. Ancak

yanabilir verim bakımından gazyağı daha iyi sonuç vermiştir.

Denby ve arkadaşları (2002) kısa zincirli uçucu yağ asitleri ile kömür flotasyonu

yapmışlardır. Bu yağların kömürü rahatlıkla yüzdürdüğü ve bu yağ asitleri için optimum

zincir uzunluğunun C10 (Capric asit) olduğunu belirtmişlerdir. Caprik asitin optimum

kullanım oranı 100 g/t iken, bu oran konvansiyonel dodecane/MIBC ikilisi için 400 g/t’un

üzerindedir.

Güney ve arkadaşları (2002) ortalama kül içeriği %45 olan Zonguldak toz kömürlerini Jet,

kolon ve mekanik hücrede ayrı ayrı zenginleştirmişlerdir. Deneylerde 40 g/t iso-octanol ve

360 g/t gazyağı kullanılmıştır. Deneyler sonucunda en yüksek verim Jet flotasyonu sistemi

ile sağlanmış ve %18.73 küllü temiz kömür, %72.4 yanabilir verimle kazanılmıştır. En

düşük verim eldesi ise kolon flotasyunundan elde edilmiş olup, %16.21 küllü temiz kömür

%40.2 yanabilir verimle kazanılmıştır (Şekil 4.16a). Ayrıca, aynı çalışmada jet flotasyonun

basit yapısı ve yüksek kapasitesinin önemine vurgu yapılmıştır. Benzer kömürlerin siklon

üst akımı şlamları ile Jameson (Jet), kolon ve mekanik hücredeki bir başka karşılaştırma

çalışması ise Hacıfazlıoğlu (2006) tarafından yapılmıştır. Sözkonusu çalışmada, kolon

flotasyonundaki yüksek köpük derinliği ve yıkama suyu ilavesi mekanik ve Jameson

hücresine göre daha temiz kömürlerin elde edilmesini sağlamıştır. Ancak, yanabilir verim

içeriği diğer hücre verilerine göre daha düşük bulunmuştur. Jameson ve mekanik hücre

flotasyonunda süpürme kademesinin uygulanması ile benzer yanabilir verimler elde

95

edilmiş ancak kül giderme başarısının Jameson hücresinde daha yüksek olduğu

saptanmıştır (Şekil 4.16b).

a.Karşılaştırma (Güney et al. 2002) b.Karşılaştırma (Hacıfazlıoğlu 2006)

Şekil 4.16 Zonguldak toz ve şlam kömürünün değişik flotasyon hücrelerinde flotasyonu.

Sis ve arakadaşları (2003) iyonik toplayıcılarla iyonik olmayan toplayıcıların flotasyon

performanslarını karşılaştırmışlardır. İyonik olmayan toplayıcı olarak gazyağı, iyonik

toplayıcı olarak ticari yağ asitlerini kullanmışlardır. Sonuçta iyonik toplayıcıların,

gazyağına göre daha düşük küllü ürünler verdiğini ancak verimlerinin düşük olduğunu

belirtmişlerdir.

Xu ve arkadaşları (2003) kaolinit ve montmorillonitin kömür flotasyonu üzerine etkisini

araştırmışlardır. Montmorillonit ilavesi kömür flotasyonunu bastırırken, kaolinit kili benzer

etkiyi göstermemiştir. Kömür üzerinde montmorillonit kilinin şlam kaplaması, daha

yüksek pülp pH’sında daha az etkili olduğunu, yüksek pH’da kömür flotasyonunun

üzerinde ince boyuttaki montmorillonit killerinin olumsuz etkisinin kısmen azaldığı

saptanmıştır.

Lai ve arkadaşları (2003) geliştirdikleri siklo-mikrokabarcık kolonu ile çok ince boyutlu

kömürlerden laburatuar ölçeğinde süper temiz (%1.5) kömür üretmişlerdir. Endüstriyel

ölçekte ise %21.24 kül içeren kömürlerden %7.98 küllü kömürleri %68.66 verimle

96

kazanmışlardır. Benzer çalışmada, %47.11 küllü artık kömürlerden %9 küllü temiz

kömürler %47 ağırlıkça verimle kazanılmıştır.

Erol ve arkadaşları (2003) çeşitli köpürtücülerle bitümlü kömür flotasyonu yapmışlardır.

Kullanılan köpürtücüler Triton x-100, Brij 35, MIBC, SDS (sodium dodecyl sulfate) ve

bunların belirli oranlarda karışımıdır. Sonuçta en yüksek verim değeri MIBC ve SDS ile

elde edilmiştir. Ancak, en yüksek kül giderimi köpürtücülerin karışım halinde kullanılması

ile elde edilmiştir.

Sütcü ve arkadaşları (2003) külü %53.35 olan Zonguldak artık kömürlerinden kolon

flotasyonu ile %11.15 küllü kömürleri %59.96 yanabilir verimle kazanmışlardır.

Deneylerde toplayıcı olarak Montanol 350 (300 g/t), köpürtücü olarak Dowfroth 250 (320

g/t) ve bastırıcı olarak Sodyum silikat (500 g/t) kullanmışlardır. Deneylerde köpük kalınlığı

25 cm, hava hızı ise 2 cm/s optimum değer olarak belirtilmiştir.

Penha ve arkadaşları (2004) katyonik reaktifin (C12TAB) ve anyonik reaktifin (SDS) kil,

kömür ve kömür/kil karışımlarının flotasyonu üzerindeki etkilerini araştırmışlardır. Hafif

asidik ortamda C12TAB reaktifi kil flotasyonu için SDS’den daha iyi sonuç vermiştir. Bu

sonuç, adsorpsiyon prosesinde kil yüzeyi ile reaktif etkileşiminin etkili olduğunu

göstermiştir.

Naik ve arkadaşları (2004) koklaşma özelliği olmayan %37.7 küllü artık kömürün

flotasyonu için optimum koşulları belirlemişlerdir. En iyi sonuç pH 7.5’de, 420 g/t fuel oil,

90 g/t MIBC ve 20 g/t sodyum silikat ilavesi ile elde edilmiştir. Sonuçta, %25.38 küllü

temiz kömür, %88 yanabilir verimle kazanılmıştır.

Şapçı (2004) Çan (Çanakkale) linyitlerinden flotasyon ile kül ve kükürt giderme için

optimizasyon çalışmaları yapmıştır. Toplayıcı olarak, fuel oil, gazyağı, mazot, gliserin ve

pirinç yağını denemiş ve en uygun toplayıcının gazyağı, fuel oil ve mazot karışımı

olduğunu belirtmiştir. Deneylerde köpürtücü olarak Dowfroth 1012 ve gang bastırıcısı

olarak Na2SiO3 ve CMC kullanmıştır. Optimum koşullar altında kömürün kül içeriğini

%32.08’den %23.97’ye %65.72 verimle indirmiştir. Aynı çalışmada, yanar kükürt içeriği

ise %1.10’dan, %1.03’e düşürülmüştür.

97

Ayhan ve Arkadaşları (2005) Hazro kömüründen kül ve kükürdü uzaklaştırmak için

değişik tipteki köpürtücülerle flotasyon çalışmaları yapmışlardır. Buna göre, piritin

bastırılmasında en başarılı sonuçlar sırasıyla MIBC, Çamyağı, AF 76 ve DF 250 ile elde

edilmiştir. Piritin yüzdürülmesinde ise en iyi sonuçlar sırasıyla DF 250, Çamyağı, AF 76

ve MIBC ile elde edilmiştir. Optimum koşullarda kül içeriği %24.77’den %13.02’ye,

piritik kükürt içeriği ise %4.95’den %1.12’ye düşürülmüştür. Piritik kükürt giderme oranı

ise %66.86’dır.

İman (2006) kül ve kükürt içeriği sırasıyla %8.97 ve %2.07 olan Artvin Yusufeli yarı

bitümlü kömürlerinden kül ve kükürdü uzaklaştırmak için mikroflotasyon ve mekanik

flotasyon hücresinde deneyler yapmıştır. Deneylerde ters ve düz flotasyon uygulanmıştır.

Ters flotasyonda piriti yüzdürmek için asidik bir ortamda (pH~5) toplayıcı olarak AF 407

(Cytec), NaAX ve KEX, köpürtücü olarak DF 250, bastırıcı olarak dextrin, dağıtıcı olarak

sodyum silikat kullanmıştır. Düz flotasyonda ise toplayıcı olarak Philflo, Accoal, Gazyağı

fuel oil ve mazot, köpürtücü olarak çamyağı, dağıtıcı olarak Sodyum silikat kullanılmıştır.

Ancak elde ettiği temiz kömürlerin hiçbirinde kayda değer kükürt giderimi olmamış,

aksine çoğu deney sonucunda kükürt içeriği yükselmiştir. Ayrıca, sodyum silikat ve

dextrin gibi bastırıcıların kükürt uzaklaştırmada etkin olmadığı belirtilmiştir.

Abdollahy ve arkadaşları (2006) klasik flotasyon yöntemi ile Mezino (İran) kömüründen

kül ve kükürt giderme çalışmaları yapmışlardır. Alkali pH’da, bakır sülfat (CuSO4 5H2O)

ilavesiyle yapılan flotasyon deneyleri sonucunda kül içeriği %83, inorganik kükürt içeriği

ise %72 oranında giderilmiştir. Deneylerde toplayıcı olarak gazyağı, köpürtücü olarak

çamyağı kullanılmıştır.

Ding ve Laskowski (2006) kömürün ters flotasyonu üzerine çeşitli faktörlerin etkisini

araştırmışlardır. Sonuçta gangdan, kömür ayrımının ters flotasyon ile mümkün olduğunu

göstermişlerdir. Ancak, gangı yüzdürmek için 6 kg/t’dan daha fazla DTAC reaktifine

ihtiyaç duyulduğunu belirtmişlerdir. Kömürü bastırmak için dextrin kullanılmıştır. Ayrıca,

alkali bir pH ve bir dağıtıcının (tannik asit) kullanılması konsantrenin kalitesini arttırmıştır.

Sonuçta %34.6 kül içeren kömürlerden, ters flotasyon ile %16.7 küllü temiz kömür %64

yanabilir verim ile kazanılmıştır.

98

99

BÖLÜM 5

SİKLOJET FLOTASYON HÜCRESİNİN TANITILMASI

5.1. GELENEKSEL YÖNTEMLER VE SİKLOJET HÜCRESİ

Bilindiği gibi klasik hücreler ile çok ince boyutlu şlam kömürden yüksek yanabilir verim

değerleri ile düşük küllü ürünler elde etmek neredeyse imkansızdır. Bu makinelerde

oluşturulan hava kabarcığı sayısının az ve boyutunun da oldukça büyük olması nedeniyle

çok ince boyutlu kömür taneciklerinin kabarcıklarla çarpışma ve kabarcığa yapışma

olasılığı düşük olmaktadır. Ayrıca, çok ince tanelerin artan yüzey alanları nedeniyle

flotasyonda hem reaktif tüketimi hem de hidrolik olarak temiz kömüre gang taşınımı

artmaktadır. Bu yüzden, toz kömürler mekanik hücrelere beslenmeden önce bir tasnif

siklonuna verilmekte ve şlamından ayrıldıktan sonra klasik flotasyon hücrelerine

gönderilmektedir. Bu yolla hem reaktif tüketimi azaltılmakta hem de daha yüksek verimle

daha temiz kömürler elde edilebilmektedir.

Madencilikte mekanizasyonun artması ile birlikte toz kömür miktarının yoğun olarak artışı

siklon üst akımını oluşturan şlam boyutlu kısmın da artmasına neden olmuştur. Toz kömür

içerisindeki oranı yaklaşık %10-15’e çıkan bu şlam kömürlerin gerek çevresel (şlam

yığınları), gerekse ekonomik (kömür kaybı) anlamda pek çok sakıncası bulunmaktadır. Bu

şlamların klasik hücrelerde verimli zenginleştirilememesi yeni nesil flotasyon

makinelerinin geliştirilmesine ön ayak olmuştur. Son 30 yıl içerisinde farklı prensiplerle

çalışan 100’ün üzerinde flotasyon makinesi tasarlanmış, ancak bunlardan yanlızca 10-15’i

kullanım alanı bulabilmiştir. Yeni geliştirilen bu flotasyon makinelerinin en önemli ortak

özelliği; çok ince boyutlarda ve çok sayıda kabarcık oluşturabilme yetenekleridir. Başka

bir deyişle, oluşturulan yüksek kabarcık yüzey alanı sayesinde çok ince boyutlu tanelerin

kazanılabilmesine olanak sağlamış olmalarıdır. Ayrıca, bu makinelerde sisteme yıkama

suyunun verilmesi ve çok yüksek köpük kalınlıklarının elde edilebilmesi, köpüğe taşınan

mikron boyutlu gang tanelerinin pülp içerisine geri düşmesine imkan sağlamış ve bu yolla

daha temiz kömürler elde edilmiştir.

100

Yeni nesil flotasyon makinelerinden, 1960’lı yıllarda geliştirilen kolon flotasyonunun

temel çıkış noktası, klasik hücrelerde mekanik karıştırma ile meydana gelen yoğun

türbülansın ve bunun sonucunda oluşan mekanik taşınmanın önlenmesidir. Kolon hücresi

daha ince ve uzun olarak tasarlanmış olup, daha yüksek köpük kalınlıklarının oluşmasına

imkan sağlamıştır. Ayrıca, sisteme üst kısımdan verilen yıkama suyu, yüksek köpük

kalınlığında gang taneciklerinin pülpe geri düşmesine olanak sağlamıştır. Kolonda hava

kabarcıkları, mekanik karıştırma yerine, gözenekli bir malzemeye kompresörden hava

verilmesiyle ya da sparger denen özel kabarcık üreteçleri ile elde edilir. Şekil 5.1a’dan

görülebileceği gibi, klasik bir kolon flotasyonunda besleme kolonun üst kısmından

yapılmakta ve bu sayede taneler mekanik hücredeki gibi karıştırılmadan hücre içerisinde

askıda kalabilmektedirler. Hücrenin altından verilen hava ile oluşan kabarcıklar yukarıya

doğru yükselmekte ve taneciklerle orta kısımda çarpışmaktadırlar. Çarpışma sonucunda

hidrofob taneler kabarcığa yapışmakta ve yükselerek köpük ürünüyle birlikte alınmaktadır.

Kabarcığa yapışamayan tanecikler ise aşağıya doğru inmektedir. Alternatif kolon hücresi

tasarımlarında ilave ekipmanlarla santrifüj kuvvetlerinden de faydalanılmaktadır. Bunalara

örnek olarak; hydrochem, siklonik flotasyon kolonu, siklo-mikrokabarcık kalonu ve CFC

gibi alternatif kolon tasarımları verilebilir (Guo 2001 Lai 2002, Li et al. 2003).

a. Kolon flotasyonu b. Jameson (Jet) flotasyonu

Şekil 5.1 Yeni nesil flotasyon makinelerinden kolon ve jet flotasyonu sistemleri.

Jameson flotasyon hücresi, 1989 yılında G.Jameson tarafından kolon flotasyona alternatif

olarak geliştirilmiş olan yüksek yoğunluklu bir flotasyon tekniğidir. Bu hücrede, kolonda

101

olduğu gibi ne yükseklik problemi ne de kapasite sorunu bulunmaktadır. Ayrıca, hava

atmosferden kendiliğinden emildiği için herhangi bir hava üretecine ya da kompresöre

ihtiyaç duyulmamaktadır. Jameson hücresinde; pülp yüksek basınçla bir nozuldan

geçirilmekte ve enerji ile yüklenmiş olan bu pülp, yoğun kesme kuvvetleri ile hücre

içerisindeki pülpe dalma hareketi yapmaktadır. Kabarcık oluşumu, jet hareketinin dış

ortamdan havayı emmesi ve sıvı içerisine kesme kuvvetleri ile gömmesi prensibiyle

sağlanır (Şekil 5.1b). Mekanik hücrelerde oluşturulan ortalama kabarcık çapı 1 mm iken,

Jameson hücresinde ~0.3 mm’dir. Kolon flotasyonunda ise çeşitli kolon tasarımlarına göre

bu değer 0.1 ile 0.6 mm arasında değişmektedir (Tuteja vd. 1995, Mohanty and Honaker

1999a). Jameson hücresinde çok küçük çaplı kabarcıkların oluşturabilmesi özellikle çok

ince boyutlu cevherlerin zenginleştirilmesi için olanak sağlamıştır. Bu hücre, basit yapısı,

yüksek kapasitesi ve çok ince boyutlarda yüksek seçimliliği ile günümüzün en gözde

flotasyon aygıtlarından biri olarak tanımlanmaktadır. Avustralyada hemen hemen her

kömür hazırlama tesisinde şlamların zenginleştirilmesi için kurulu bir Jameson hücresi

bulunmaktadır. Dünya üzerindeki resmi sayısı 250, diğerleri ile birlikte 2000’in üzerinde

olduğu tahmin edilmektedir (Cowburn vd. 2006).

Siklojet hücresi, temelde Jameson flotasyon hücresine alternatif olarak geliştirilmiş olan

yüksek yoğunluklu bir flotasyon makinesidir. Bu hücre, Jameson hücresindeki çalışma

prensibine ilave olarak, hidrosiklon içerisinde meydana gelen santrifüj kuvvetlerini de

flotasyona dahil etmekte ve bu yolla daha etkili bir flotasyon tekniği sağlamaktadır.

Siklojet hücresinden konik şekilli olarak fışkıran pülp, Köpük Ayırıcıda olduğu gibi köpük

içerisinden geçmekte ve oluşturulan çok sayıdaki kesme kuvveti ile çok ince boyutlu

kabarcıklar meydana getirebilmektedir.

5.2. SİKLOJET HÜCRESİNİN ÇALIŞMA PRENSİBİ

Pilot ölçekli siklojet hücresi, 2006 yılında Zonguldak Karaelmas Üniversitesi, Maden

Mühendisliği bölümünde geliştirilmiş olan yüksek yoğunluklu bir flotasyon makinesidir

(Şekil 5.2). Bu sistemde pülpün hem jet hareketinden, hem de hidrosiklon içerisinde

oluşturulan santrifuj kuvvetlerinden faydalanılmaktadır. Jameson hücresinde, jet hareketi

bir nozul ile doğrusal olarak oluşturulmakta iken, Siklojet hücresinde bir hidrosiklon ile

konik şekilli olarak oluşturulmaktadır. Başka bir deyişle, siklojet hücresinde oluşturulan

pülp jeti, siklonik bir hareket ile hücre içerisine dalmaktadır. Bu yolla, pülp içerisindeki

102

kesme kuvvetleri arttırılmakta ve daha ince kabarcıkların oluşumu sağlanabilmektedir.

Yoğun kabarcıklanmanın gözlemlendiği bu hücre de, Jameson hücresindeki düşey boru

(dowcomer) yerine daha geniş ve aşağıya doğru daha da genişleyen 32 cm’lik bir “ konik

tüp” kullanılmaktadır (Şekil 5.3). Bu tüp sayesinde, daha sıkışık ve daha sağlam bir köpük

tabakası elde edilmiştir. Ayrıca, elde edilen köpük tabakasının alt kısıma doğru daralması,

gang tanelerinin kolayca köpüğe geçmesini önlemiş ve ayrıca yıkama suyunun etkinliğini

de arttırmıştır. Siklojet hücresinde oluşturulan jetin, “köpük ayırıcı” cihazında olduğu gibi

köpük tabakası içerisinden geçmesi, köpüğün titreştirilmesini sağlamakta ve daha temiz

ürünlerin eldesine yardımcı olmaktadır.

Şekil 5.2 ZKÜ’de geliştirilen pilot ölçekli siklojet flotasyon hücresinin görünümü.

Siklojet hücresinin hava ihtiyacı, konik tüp üzerinde belirli aralıklarla açılmış olan

deliklerden sağlanmaktadır. Bu sistemde hava, konik jetin vakumu etkisiyle atmosferden

kendi kendine emilmekte ve herhangi bir havalandırma tertibatına ihtiyaç

duyulmamaktadır. Sistem için açılan deliklerin toplam yüzey alanı 9 cm2 olup, bu alandan

emilen havanın miktarı yaklaşık olarak saniyede 450 cm3’dür. Siklojet hücresinde

oluşturulan siklonik jet, hücre içerisine siklonik bir hareket ile dalmakta ve etkin satrifuj

kuvvetleri ile hücre içerisindeki pülpü çok kere kesmektedir (Şekil 5.4). Santrifuj

kuvvetlerinin şiddeti, konik jetin uzunluğu ile ilişkili olup en güçlü santrifuj kuvvetleri 5

cm’in altındaki konik jet yüksekliklerinde elde edilmektedir. Daha yüksek konik jet

uzunluklarında, siklonik dalış hareketi bozulmakta ve jet hareketi Jameson hücresinde

103

olduğu gibi doğrusal şekilli veya saçaklı olarak meydana gelmektedir. Bu durum Şekil

5.5’den görülebileceği gibi, 0 - 5 cm aralığındaki jet yüksekliğinde en derin dalma hareketi

ve en şiddetli kesme kuvvetleri meydana gelmektedir. Ayrıca bu aralıkta, jetin pülpe dalma

hareketi siklonik şekilli olup, oluşan çok sayıdaki santrifuj kuvvetleri ile flotasyonun

etkinliği de artmaktadır. 5 cm’den küçük konik jet uzunluklarında hücre yüzeyinde bir

gırdap akımı oluşmakta ve köpük belli bir hızla hücre yüzeyinde dönme hareketi

yapmaktadır. 5 cm’nin üstündeki jet yüksekliklerinde ise doğrusal veya saçaklanarak bir

akış sözkonu olup, böyle bir durumda girdap akımı meydana gelmemektedir. Benzer

durum, apeksin pülp içerisine daldırılması durumunda da geçerlidir. Ancak, apeksin pülpe

daldırılması durumunda, dış ortamdan hava emilemediği için kabarcık oluşumu ve

dolayısıyla flotasyon işlemi durma noktasına gelmektedir.

Şekil 5.3 Siklojet hücresindeki konik tüp ve etrafında oluşan hava kabarcıkları.

Şekil 5.4 Siklojet hücresinde oluşturulan konik siklonik jet ve girdap akımının görüntüsü.

104

Şekil 5.5 Konik jete bağlı olarak oluşan kesme kuvvetleri, have emilimi ve jetin etkinliği.

Siklojet hücresindeki, siklonik dalışlı (Jet yüksekliği <5 cm iken) konik jet sayesinde çok

ince boyutlu kabarcıklar meydana gelmektedir. Şekil 5.6’da siklojet ve mekanik flotasyon

hücrelerinde meydana gelen kabarcıklar gösterilmiştir. Deneyler benzer miktarlardaki

köpürtücü (200 g/t iso-octanol) ve toplayıcı (500 g/t gazyağı) ilavesi ile %1’lik bir katı

oranında gerçekleştirilmiştir. Bu şekilden de görüleceği üzere, siklojet hücresinde mekanik

hücreye göre daha ince boyutlu kabarcıklar meydana gelmektedir. Bunun altında yatan

temel neden, siklojet hücresinde meydana gelen kesme kuvvetlerinin mekanik hücreye

göre fazla olmasıdır.

Şekil 5.6 Siklojet ve mekanik flotasyon hücresinde oluşan kabarcıkların görüntüsü.

5.3 SİKLOJET HÜCRESİ DENEY DÜZENEĞİ

Karaelmas Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü Cevher Hazırlama Laboratuarında

kurulan pilot ölçekli siklojet hücresi deney düzeneğinin şematik görüntüsü Şekil 5.7’de

verilmiştir. Buna göre, 150 litrelik bir kıvam tankında toplayıcı ve köpürtücü ilavesiyle

105

kıvamlandırılan pülp, 3 kW’lik bir motora bağlı 2/1’lik bir santrifuj pompa ile 150 cm

yüksekliğinde ve 25 cm çapındaki bir hidrosiklona teğetsel olarak 50-70 kPa’lik bir

basınçla beslenmektedir. Hidrosiklonun hemen altında 52 cm çapında ve 90 cm

yüksekliğinde bir ayırma hücresi bulunmaktadır. Yapılan ön çalışmalar sonucunda, bu

hücrenin tabanın konik şekilli olmasına karar verilmiştir. Aksi takdirde pülpün (ya da

artığın) by-pass kanalına geçemediği ve hücre dibinde toplandığı görülmüştür.

Artık

Konik Tüp Daldırma Derinliği

Konik Jet Yüksekliği

Besleme

Ayrışma Bölgesi

Yıkama Suyu

Pompa

Köpük Ürünü

Kıvam Tankı

Vorteks Bulucu

Girdap Akımı

Manometre

Yan geçiş (By-pass) Manuel Valf

Hücre Boyutları

Yükselik: 90 cm Genişlik: 52 cm Hacim : 100 lt

Hidrosiklon Boyutları

Yükselik: 150 cm Çap : 25 cm

Pompa Tankı

Şekil 5.7 Pilot ölçekli Siklojet flotasyon hücresinin şematik deney düzeneği.

Hidrosiklonun üst akım çıkış borusu pülpün yukarıya doğru hareketini önlemek amacıyla

tamamen kapatılmıştır. Bu durumda, yüksek basınçlı pülp, önce siklon içerisinde girdap

yaparak yoğun bir şekilde karışmakta (bu arada şlam kaplı taneleri de yıkamakta) ve daha

sonra hızla siklonik bir jet oluşturarak ayırma hücresi içerisine girmektedir. Bu esnada,

jetin etkisi ile konik tüp içerisinde meydana gelen hava boşluğu, venturi etkisi ile havanın

dış ortamdan emilmesini sağlamaktadır. Hava ile karışan pülp jeti, hızla ayırma

hücresindeki pülp içerisine girmekte ve çok sayıda kesme kuvveti oluşturarak çok ince

boyutlu hava kabarcıklarının oluşmasını sağlamaktadır. Ayırma hücresinde kabarcıklara

tutunan hidrofob tanecikler hücrenin üst kısmından (köpük ürünü olarak), tutunamayan

tancikler ise alt kısmından (artık olarak) alınarak ayırma gerçekleştirilmektedir. Sistemde

artığın tekrar tekrar temizlenebilmesi için süpürme kademelerinin kolaylıkla

Ayırma Hücresi

A.H. Boyutları

Çap : 54 cm Boy : 90 cm Hacim:100lt

Pompa

Hücresi

Kapalı Üst Akım

Motor

106

uygulanabilmesi için sisteme bir yan-geçiş (by-pass) ilave edilmiştir. Ayırma hücresinin

toplam hacmi 100 lt, çapı 54 cm, yüksekliği ise 90 cm’dir. Bu sistem, satandart Jameson

hücresi (Harbort vd. 2003, Cowburn vd. 2006) ile karşılaştırıldığında daha geniş ve

yükseklik bakımından da daha kısadır. Jameson hücresinde jet oluşumunu sağlayan nozul

yerine kullanılan hidrosiklon apeksi 3 cm çapındadır.

Sistemde hidrosiklonun üst çıkış borusunun kapatılmaması durumunda, hem “şlam atma”

hemde “flotasyon” aynı anda gerçekleştirilebilir. Ancak, bu durumda reaktifin önemli bir

bölümü üst akımdan şlamla birlikte kaçmakta ve ayrıca jetin etkinliğide azalmaktadır.

Sistemde önerilebilecek bir diğer seçenek ise, hidrosiklon içerisine üst kısımdan bir

kompresörle havanın verilmesidir. Bu durumda, apex pülp içerisine daldırılmalı ve konik

tüp üzerindeki delikler hava kaçağını önlemek amacıyla kapatılmalıdır. Yukarıdaki her iki

durum da denenmiş ve en uygun tasarımın, üst akımın kapatılması ve havanın kendi

kendine emilebildiği, kompresörün olmadığı durum tercih edilmiştir. Siklojet hücresi basit

yapıda olmasına rağmen, bazı tasarım parametrelerinin doğru seçilememesi durumunda

flotasyon verimi önemli ölçüde düşmektedir. Bu tasarım parametreleri, pülpün besleme

basıncı, hava miktarı, konik jet uzunluğu ve konik tüp daldırma derinliğidir (Şekil 5.8).

Şekil 5.8 Bazı önemli tasarım parametrelerinin hücre üzerinde gösterimleri.

Çapı 54 cm yüksekliği 90 cm olan bir siklojet hücresinde, 25 cm çaplı ve 150 cm

yüksekliğe sahip bir hidrosiklonun kullanılması ve bu hidrosiklonun 3 cm’lik bir apeks

açıklığına sahip olması durumunda, en yüksek verim eldesi için çalışma basıncı 50-70 kPa,

hava miktarı 450-500 cm3/s, konik jet uzunluğu 10-15 cm ve konik tüp daldırma derinliği

15-25 cm aralığında olmalıdır. Aksi takdirde, hücredeki akış koşulları bozulmakta,

türbülans artmakta ve çoğu zaman kabarcık üretimi durma noktasına gelmektedir.

107

BÖLÜM 6

SİKLOJET HÜCRESİNDE MİNERAL MADDE GİDERME ÇALIŞMALARI

Bu tez kapsamındaki deneysel çalışmalarda, 4 farklı kömür numunesi siklojet hücresinde

ayrı ayrı flotasyon işlemine tabi tutulmuştur. Bu kömür numuneleri; Zonguldak merkeze

bağlı özel bir işletmeye ait kömür yıkama tesisi siklon ünitesinin alt ve üst akımlarından

alınmıştır. Alt akımdan alınan numune “iri kömür” üst akımdan alınan numune “şlam

kömür” olarak kodlanmıştır. Ayrıca, Dursunbey ve Azdavay kömür numuneleri de özel

sektöre ait olan bir kömür ocağından damar numunesi olarak alınmıştır. Bu kömürlerde

“Dursunbey” ve “Azdavay” kömürleri olarak isimlendirilmiştir. Öncelikli olarak

Zonguldak kömürleri ile Siklojet hücresindeki önemli tasarım ve çalışma parametreleri

optimize edilmiş, daha sonra Dursunbey ve Azdavay kömürleri ile deneysel çalışmalara

devam edilmiştir.

6.1 KÖMÜR NUMUNELERİNİN ÖZELLİKLERİ

Şlam kömür ve iri kömür numunelerinin alındığı tesiste, toz diye tabir edilen ve %90’ı 1

mm’nin altında olan kömür önce 350 mm’lik bir hidrosiklona beslenmekte ve siklon alt

akımı kömür (iri kömür) alınarak klasik flotasyon bataryasına gönderilmektedir. Siklon üst

akımı kömür (şlam kömür) ise 8 g/t flokülant ilavesi ile tikinerde çöktürülerek

susuzlandırma amacıyla belt filtreye verilmektedir. Filtreden kek olarak alınan yüksek kil

içerikli ve çok ince şlam kömür genellikle artık barajına veya piyasa koşullarına göre

harman yapılarak satışa sunulmaktadır. Siklojet hücresi deneylerinde, yukarıda bahsedilen

“şlam kömür” ve “iri kömür” ile ayrı ayrı optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Daha sonra

elde edilen optimum tasarım koşullarda Azdavay ve Dursunbey kömürleri ile deneylere

devam edilmiştir.

Kömür numunelerinin kimyasal analiz sonuçları Çizelge 6.1’de, boyut dağılımları ve

boyuta göre kül içerikleri Çizelge 6.2, 6.3, 6.4 ve 6.5’de verilmektedir.

108

Çizelge 6.1 Deneysel çalışmalarda kullanılan numunelerin kimyasal analizleri.

Kömür Numunesi

Analiz

Orijinal

Kömürde

Kuru

Kömürde

Şlam Kömür

Toplam Nem (%) Kül (%) Uçucu Madde (%) Sabit Karbon (%) Toplam Kükürt (%) Üst Isıl Değer (kcal/kg) Alt Isıl Değer (kcal/kg)

33.00 32.70 14.40 19.90 0.50 2901 2600

- 48.80 21.40 29.80 0.70 4330 4178

İri Kömür


29.40 31.40 15.60 23.60 0.50 3177 2883

- 44.50 22.00 33.50 0.70 4500 4335

Azdavay

Kömürü

Toplam Nem (%) Kül (%) Uçucu Madde (%) Sabit Karbon (%) Toplam Kükürt (%) Piritik Kükürt (%) Organik Kükürt (%) Sülfat Kükürdü (%) Üst Isıl Değer (kcal/kg) Alt Isıl Değer (kcal/kg)

4.50 28.08 25.21 42.21 1.53 0.76 0.59 0.17 5272 5039

- 29.40 26.40 44.20 1.60 0.80 0.62 0.18 5520 5307

Dursunbey

Kömürü

Toplam Nem (%) Kül (%) Uçucu Madde (%) Sabit Karbon (%) Toplam Kükürt (%) Piritik Kükürt (%) Organik Kükürt (%) Sülfat Kükürdü (%) Üst Isıl Değer (kcal/kg) Alt Isıl Değer (kcal/kg)

12.00 29.57 31.86 26.57 2.11 1.60 0.44 0.07 3995 3764

- 33.60 36.20 30.20 2.40 1.82 0.50 0.08 4540 4361

Çizelge 6.1’e göre, şlam kömürün kül içeriği %48.80 kükürt içeriği ise %0.7 olup, kömür

örneği yüksek küllü ve düşük kükürtlü bir kömür olarak karakterize edilebilir. Benzer

biçimde iri kömürün kül içeri %44.50, kükürt içeriği ise 0.70 olup, yüksek küllü ve düşük

kükürtlü bir kömür olarak nitelendirilebilir. Azdavay ve Dursunbey kömürleri ise yüksek

kükürtlü olup sırasıyla %1.60 ve %2.40 kükürt içeriklerine sahiptir. Dursunbey kömüründe

(linyitinde) toplam kükürdün %1.82’si gibi yüksek bir oranı piritik kükürtten, %0.08’i ise

109

sülfat kükürdünden oluşmaktadır. Azdavay kömürünün kükürt içeriği ise %1.60 olup,

toplam kükürdün %0.8’i piritik kükürtten, %0.18’i ise sülfat kükürdünden oluşmaktadır.

Çizelge 6.2 Şlam kömür numunesinin boyut dağılımı ve boyut gruplarında kül içerikleri.

Elek Açıklığı

(µm)

Miktar

(%)

Kül

(%)

Yanabilir Verim

Dağılımı (%)

Toplamlı Miktar

(%)

Toplamlı Kül

(%)

Toplamlı Yanabilir

Verim (%)

-300+212 -212+150 -150+75 -75+53 -53+38

-38

2.50 2.30 9.70 5.10 5.10

75.20

9.00 9.10

13.50 23.50 27.90 59.10

4.40 4.10 16.40 7.60 7.20 60.20

2.50 4.80 14.60 19.70 24.80 100.0

9.00 9.00

12.00 15.00 17.60 48.80

4.40 8.60

25.00 32.70 39.80 100.0

Toplam 100.0 48.80 100.0 - - -

Çizelge 6.3 İri kömür numunesinin boyut dağılımı ve boyut gruplarında kül içerikleri.

Elek Açıklığı

(µm)

Miktar

(%)

Kül

(%)

Yanabilir Verim

Dağılımı (%)

Toplamlı Miktar

(%)

Toplamlı Kül

(%)

Toplamlı Yanabilir

Verim (%)

-1000+600 -600+425 -425+212 -212+106 -106+75

-75

5.40 21.60 18.80 25.20 22.20 6.80

34.40 33.00 37.20 44.70 56.10 70.10

6.40 26.10 21.30 25.10 17.60 3.70

5.40 27.00 45.80 71.00 93.20 100.0

34.40 33.30 34.90 38.40 42.60 44.50

6.40 32.50 53.70 78.80 96.40 100.0

Toplam 100.0 44.5 100.0 - - -

Çizelge 6.4 Azdavay kömür numunesinin boyut dağılımı ve boyut gruplarında kül içerikleri

Elek Açıklığı

(µm)

Miktar

(%)

Kül (%)

Kükürt

(%)

Toplamlı Miktar

(%)

Toplamlı Kül (%)

Toplamlı Kükürt

(%)

Yanb. Verim

(%) -212+150 -150+106 -106+75 -75+53 -53+38

-38

16.20 22.35 19.90 17.80 17.00 6.75

30.78 26.80 29.90 28.38 30.43 33.30

1.54 1.55 1.60 1.60 1.68 1.71

16.20 38.55 58.45 76.25 93.25

100.00

30.78 28.47 29.96 28.82 29.12 29.40

1.54 1.55 1.60 1.60 1.68 1.71

15.88 39.06 58.82 76.87 93.62 100.00

Toplam 100.0 29.40 1.60 - - - -

110

Çizelge 6.5 Dursunbey kömür numunesi boyut dağılımı ve boyut gruplarında kül içerikleri.

Elek Açıklığı

(µm)

Miktar

(%)

Kül (%)

Kükürt

(%)

Toplamlı Miktar

(%)

Toplamlı Kül (%)

Toplamlı Kükürt

(%)

Yanb. Verim

(%) -212+150 -150+106 -106+75 -75+53 53+38

-38

18.10 24.10 21.40 13.60 12.00 10.80

29.93 31.50 33.30 32.20 37.60 42.10

2.60 2.46 2.34 2.40 2.22 2.28

18.10 42.20 63.60 77.20 89.20 100.00

29.93 30.83 31.66 31.75 32.54 33.57

2.60 2.52 2.46 2.45 2.42 2.40

19.10 43.96 65.46 79.35 90.62

100.00 Toplam 100.0 33.60 2.40 - - - -

Çizelgelerin incelenmesi ile görüleceği üzere, şlam kömürünün %75’i 38 mikronun altında,

iri kömürün ise %95’i 600 µm’nin altındadır. Diğer taraftan merdaneli öğütücü ile tamamı

212 µm’nin altına öğütülmüş olan Azdavay ve Dursunbey kömürlerinin %60’ı 106 µm’nin

altındadır. Şlam oluşmasını önlemek ve flotasyon verimliliğini arttırmak amacıyla

Azdavay ve Dursunbey kömürleri daha ince boyuta öğütülmemiştir.

Deneylerde kullanılan kömür numunelerinin yıkanabilirlik özelliklerinin ya da flotasyon

yeteneklerinin tespiti için Dell (1964) tarafından geliştirilmiş olan “release test”

uygulanmıştır. Release test akım şeması Şekil 6.1’de gösterilmiştir. Tüm testler 3 litrelik

Humbold-Wedag tipi laboratuar ölçekli klasik flotasyon teknesinde yapılmıştır. Bu

testlerdeki amaç, öncelikli olarak en yüksek miktarda kömürü (yüzebilenlerin tamamını)

konsantreye almak ve daha sonra elde edilen konsantreyi sürekli temizleyerek

yıkanabilirliğin sınırlarını belirlemektir. Testin ilk kademelerinde toplayıcı ve köpürtücü

kullanılmış ve böylelikle yüzebilen tüm yanabilir kısımlar yüzdürülerek sistemden temiz

bir artık alınmıştır. Daha sonra elde edilen konsantrelere 20 g/t köpürtücü (ve bazen de

toplayıcı) ilavesi ile temizleme işlemi uygulanmış ve çok temiz bir kömür (Konsantre 1)

elde edilmiştir.

Zonguldak kömürlerine (şlam ve iri kömür için) uygulanan release testlerinde, pülpte katı

oranı %8-10, karıştırma hızı ise 900-1200 dev/dak’dır. Toplayıcı (gazyağı) miktarı 1000-

1500 g/t, köpürtücü (MIBC) miktarı ise 100-200 g/t arasındadır. Bu testlerde 7 dakikalık

bir kıvam süresi yeterli bulunmuştur. Düşük yüzme yeteneği olan Dursunbey kömüründe

ise daha yüksek miktarlarda toplayıcı (6000 g/t) ve köpürtücüye (300 g/t) ihtiyaç

duyulmuş, daha yüksek karıştırma hızlarında (1500-1900 dev/dak) deneyler yürütülmüştür.

Ayrıca, kıvam süresi 14 dakika alınmıştır. Azdavay kömürünün çok kolay yüzmesi

111

nedeniyle 600 g/t Gazyağı ve 80 g/t MIBC ile testler yapılmıştır. Kıvam süresi 7 dakika,

karıştırma hızı 900-1100 dev/dk alınmıştır. Tüm numunelere ait release test sonuçları

Çizelge 6.6’da verilmiştir. Şekil 6.2 ve 6.3’de ise release eğrileri gösterilmiştir.

Şekil 6.1 Numunelere uygulanan release flotasyon testi akım şeması (Lai vd. 2002).

Release test sonuçlarının yer aldığı Çizelge 6.6’dan görülebileceği gibi, ideal koşullarda

(yıkanabilirlik sınırlarında) %48.80 küllü şlam kömürlerden %6.80 küllü temiz kömür

%52.30’luk bir yanabilir verimle kazanılabilmektedir. Benzer şekilde, %8.40 küllü bir

temiz kömür %68.70’lik bir yanabilir verimle, %12.10 küllü bir temiz kömür ise

%77.10’luk bir yanabilir verimle kazanılabilmektedir.

Kül içeriği %44.50 olan iri kömür numunesinden, ideal koşullarda sırasıyla %10.80,

%18.70 ve %22.50 küllü temiz kömürler sırasıyla %48.50, %78.20 ve %83.50’lik bir

yanabilir verimle kazanılabilmektedir. Burada temiz kömür külünün oldukça yüksek

olması, bu kömür numunesinin tane boyutunun oldukça iri boyutlu (%25’den fazlası 425

µm’nin üzerinde) olması ve kullanılan klasik flotasyon teknesinin boyutlarının küçük

olması ile açıklanabilir.

112

Çizelge 6.6 Deneysel çalışmalarda kullanılan kömür numunelerinin release test sonuçları.

Kömür

Numunesi

Test No

Miktar (%)

Kül

(%)

Toplamlı Miktar

(%)

Toplamlı Kül (%)

Yanabilir Verim

(%) 1 28.70 6.80 28.70 6.80 52.30 2 9.70 13.20 38.40 8.40 68.70 3 6.50 34.10 44.90 12.10 77.10 4 4.50 54.90 49.50 16.10 81.10 5 11.70 69.90 61.20 26.40 88.00

Şlam Kömür

6 38.80 84.20 100.0 48.80 100.0 Toplam - 100.0 48.80 - - 100.0

1 30.20 10.80 30.20 10.80 48.50 2 23.20 29.00 53.40 18.70 78.20 3 6.40 54.40 59.80 22.50 83.50 4 9.60 64.30 69.40 28.30 89.70 5 10.50 75.40 79.90 34.50 94.30

İri

Kömür

6 20.10 84.40 100.0 44.50 100.0 Toplam - 100.0 44.50 - - 100.0

1 16.33 5.71 16.33 5.71 21.81 2 18.40 9.00 34.73 7.45 45.53 3 32.60 17.60 67.33 12.37 83.58 4 10.00 35.57 77.33 15.37 92.70 5 10.00 66.91 87.33 21.27 97.39

Azdavay

Kömürü

6 12.67 85.56 100.00 29.41 100.00 Toplam - 29.40 - - 100.0

1 15.27 8.01 15.27 8.01 21.16 2 9.18 10.10 24.45 8.79 33.58 3 7.64 18.97 32.09 11.22 42.90 4 9.65 26.00 41.74 14.63 53.66 5 13.64 37.83 55.38 20.35 66.43

Dursunbey

Kömürü

6 44.63 50.00 100.00 33.58 100.00 Toplam - 100.0 33.60 - - 100.0

Toplam kül içeriği %33.60 olan Dursunbey kömüründen, ideal koşullarda %14.63 küllü

temiz kömür %53.66 yanabilir verimle, ya da %20.35 küllü kömürler %66.43’lük bir

yanabilir verimle kazanılabilmektedir. Diğer taraftan, %29.40 küllü Azdavay kömüründen

ideal koşullarda %12.37 küllü temiz kömür %83.58 veya %15.37 küllü temiz kömür

%92.70’lik bir yanabilir verimle kazanılmıştır. Bu sonuçlardan da görülebileceği gibi

Azdavay kömürünün yüzebilme ve temiz kömür verebilme yeteneği Dursunbey kömürüne

(linyitine) göre daha iyidir. Ayrıca, Dursunbey kömüründe 6000 g/t mertebesinde gazyağı

kullanılmış iken, Azdavay kömüründe bu oran yalnızca 600 g/t mertebesindedir.

113

Şlam

Kömür

İri Kömür

40

50

60

70

80

90

100

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Temiz Kömür Külü (%)

Ya

na

bilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.2 Şlam kömür ve iri kömür numunelerinin release eğrileri.

Dursunbey

Kömürü

Azdavay

Kömürü

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

5 10 15 20 25 30 35


Ya

na

bilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.3 Dursunbey ve Azdavay kömür numunelerinin release eğrileri.

114

6.2 DENEYSEL YÖNTEM

Siklojet hücresi ile ilgili ayrıntılı bilgiler ve deney düzeneği BÖLÜM 5’de açıklandığı için

burada tekrar anlatılmayacaktır. Siklojet hücresi deneylerinde öncelikle şlam kömür ve iri

kömür numuneleri ile çalışılmıştır. Deneylerde siklojet hücresinin tasarım ve çalışma

parametreleri optimize edilmiştir. Optimum değeri bulunan her bir tasarım ve çalışma

parametresi bir sonraki deneyde kullanılmış ve siklojet hücresi nihai optimizasyona

ulaştırılmıştır.

Optimizasyon deneylerinde uygulanan devre sistemi “kaba flotasyon+süpürme flotasyonu”

şeklindedir (Şekil 6.4). Böyle bir uygulama, diğer jet flotasyonu sistemlerinde (Carretta vd.

1997, Kızgut 2001, Taşdemir 2006, Hacifazlioglu and Toroğlu 2007) olduğu gibi siklojet

hücresinde de tek kademede yeterli verimin elde edilememesi nedeniyle tercih edilmiştir.

Başka bir deyişle, pülpün tek kademe sistemden geçişi ile yüksek miktarlarda yanabilir

madde kazanımı oldukça zor olmaktadır. Bu yüzden artık en az bir kez daha sistemden

geçirilmiştir. Süpürme kademesi diye tabir edilen bu devridaim işlemi; artığın alt kanaldan

bir boru (by-pass) ile alınarak, tekrar sisteme beslenmesi şeklindedir. Bu durumda, kaba

flotasyon için toplam flotasyon süresi 30 saniye iken, böyle bir uygulama ile (kaba+I.

süpürme) toplam flotasyon süresi 60 saniye olmaktadır (Şekil 6.2 ve Şekil 6.3). İkinci

süpürmenin uygulanması durumunda ise toplam flotasyon süresi 90 saniye olmaktadır.

Devridaim işlemi arttıkça kazanılan kömür miktarı ve yanabilir verim de artmaktadır.

Şekil 6.4 Optimizasyon deneylerinde uygulanan devre sistemi (kaba+ I.süpürme).

115

Siklojet hücresinde, ayırma hücresinin toplam pülp kapasitesi 100 litre, belenen pülp

miktarı ise 160 lt/dk’dır. Siklojet hücresinin kömür yıkama kapasitesi; %6, %8, %10 ve

%12 katı içeren pülp yoğunluklarında çalışılması durumunda sırasıyla 570, 760, 960 ve

1150 kg/saat olmaktadır. Ancak, bu kapasiteler yalnızca kaba flotasyon (30 saniyelik

flotasyon) için geçerli olup, süpürme kademesinin uygulanması durumunda yarıya

düşmektedir. Bu durumda, siklojet hücresinin kapasitesi sırasıyla; 285, 380, 480 ve 575

kg/saat olmaktadır.

Şekil 6.5 Siklojet hücresinde by-pass ve artık alma sistemi.

Her bir tasarım parametresinin optimizasyonu için, pülp basıncı 30, 60 ve 90 kPa olmak

üzere 3 farklı pülp basınç değerinde deneyler yürütülmüştür. Deneylerde sonuçların

değerlendirilmesi amacıyla sırasıyla temiz kömür miktarı ve külü, yanabilir verim ve

ayırma veriminin eğrileri çizilmiştir. Yanabilir verim, ayırma verimi, kül ve kükürtteki

azalma değerleri aşağıdaki formüllerle hesaplanmıştır:

Yanabilir Verim (%) = 100)100(

)100(x

AxW

AxW

ff

cc

−

− (6.1)

Ayırma Verimi (%) = ]100)100(

)100([ x

AxW

AxW

ff

cc

−

− – ][ c

f

c xWA

A (6.2)

116

Piritik Kükürt Azalması (%) = 100)(

)(x

PS

PSPS

f

cf − (6.3)

Toplam Kül Azalması (%) = 100)(

)(x

A

AA

f

cf − (6.4)

Yukarıdaki formüllerde; Wc: Temiz kömürün ağırlığı (%), Wf: Beslenen kömürün ağırlığı

(%), Ac: Temiz kömürün kül içeriği (%), Af: Beslenen kömürün kül içeriği (%), PSc:

Temiz kömürün piritik kükürt içeriği (%), PSf: Beslenen kömürün piritik kükürt içeriği (%)

olarak tanımlanmıştır.

Deneysel çalışmalardan elde edilen ürünlerin kimyasal analizleri EK AÇIKLAMALAR

A’da verilen standartlara göre yapılmıştır.


İÇİN TASARIM PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU

Sistemde optimize edilen tasarım parametreleri hava hızı, konik jet uzunluğu, konik tüp

daldırma derinliği ve yıkama suyu sistemidir.

6.3.1 Optimum Hava Hızının Belirlenmesi

Siklojet hücresi mekanizmasının çalıştırılabilmesi için, işletimi sırasında hücrenin

atmosferden hava emmesi gerekmektedir. Bu bakımdan hava ihtiyacının karşılanması için

en uygun yer olan konik tüpün üzerine belirli aralıklarla kontrollü olarak havalandırma

delikleri açılmıştır. Deliklerin toplam yüzey alanlarının kolay hesaplanması açısından 3x1

cm’lik boyutlarda ve dikdörtgen kesitli olacak şekilde açılmıştır.

Tek delikle yapılan çalışmalarda (3 cm2’ lik bir havalandırma açıklığında), konik tüp

içerisindeki pülp, hidrosiklonun apeksine kadar yükselmiş ve apeksi su içerisinde bırakarak

dışarıdan hava emilimini tamamen kesmiştir. Böyle bir durumda sistem bozulmuş,

kabarcık üretimi durmuş ve flotasyon işlemi başarısız olmuştur. Ayrıca, pompadan gelen

pülp akışı neredeyse durma noktasına gelmiş ve yeterli köpük kalınlığına ulaşılamamıştır.

Bu yüzden, birinci deliğin tam karşısına 3x1 cm büyüklüğünde başka bir delik daha

açılmıştır. İlk duruma göre, flotasyon daha başarılı olmasına rağmen, zaman zaman pülpün

117

yükselerek apeksi pülp içerisinde bırakması yine sistemin kararlılığını bozmuştur. Daha

sonra üçüncü bir delik açılarak sistem kararlı hale getirilmiştir.

Üçüncü deliğin açılması durumunda, pülpün serbestçe aktığı ve oldukça ince boyutlu

kabarcıkların oluştuğu gözlemlenmiştir. Fazla havanın etkisini araştırmak amacıyla 3x1

cm’lik 4’üncü delik açılmıştır. Ancak, bu durumda pülp seviyesi düşmüş, konik jet

uzunluğu artmış ve kabarcıkların birleşerek iri boyutlu kabarcıklar oluşturduğu

gözlemlenmiştir.

Konik tüp üzerinde belli aralıklarla açılan deliklerden emilen hava miktarının belirlenmesi

için TS 5910 standardına uygun Krom Schroder marka bir doğal gaz debi ölçme cihazı

kullanılmıştır (Şekil 6.6). Bu cihaz binde bir hassasiyetli olup, hazne hacmi 1.2 dm3,

maksimum ve minimum hava ölçme debileri sırasıyla 6 ve 0.04 m3/saattir. Siklojet hücresi

çalışır durumda iken 1 dakika süresince emilen hava miktarı kaydedilerek sistem için

optimum hava hızı belirlenmiştir. Hava hızı, aşağıdaki formülle hesaplanmıştır:

Jg = A

Av (6.5)

Burada, Jg; kesitsel hava hızı (cm/s), Av; hacimsel hava miktarı (cm3/s), A ise hücrenin kesit

alanını (cm2) göstermektedir.

Şekil 6.6 Hava hızı ölçümlerinde kullanılan doğalgaz ölçer ve sistem üzerindeki görüntüsü.

118

Sistem için sabit hücre kesit alanı πr2’den 2290 cm2’dir. 3x1 cm’lik 1, 2, 3 ve 4 delik için 1

saniyede emilen hava miktarları sırasıyla 110, 230, 475, ve 692 cm3’tür. Bu değerlerin

hücre kesit alanına bölünmesiyle elde edilen kesitsel hava hızları sırasıyla 0.05, 0.1, 0.2 ve

0.3 cm/s olmaktadır. Yukarıda hesaplanan hava hızlarında yapılan flotasyon deneylerinin

sonuçları Çizelge 6.7 ve Şekil 6.8’de gösterilmiştir. Deneyler aşağıdaki koşullar altında

yapılmıştır:

Kömür Numunesi : Şlam Kömür

Kesitsel Hava Hızı : 0.05, 0.1, 0.2, 0.3 cm/s

Konik Jet Uzunluğu : 10 cm

Konik Tüp Daldırma Derinliği : 15 cm

Topayıcı (Gazyağı) Miktarı : 1000 g/t

Köpürtücü (MIBC) Miktarı : 250 g/t

Köpük Kalınlığı : 20 cm

Pülpte Katı Oranı : %6

Kıvamlandırma Süresi : 7 dk

Siklojet hücresinde, düşük (0.05 cm/s) ve yüksek (0.30 cm/s) hava hızlarında yapılan

deneylerin flotasyon anındaki görüntüleri Şekil 6.7’de gösterilmiştir. Her iki deney eşit

koşullar altında yapılmış ve fotoğraf deneyin 1’inci dakikasında çekilmiştir. Resimlerden

görülebileceği gibi, düşük hava hızında ince boyutlu kabarcıklar, yüksek hava hızında ise

kabarcıkların birleşmesi nedeniyle iri boyutlu kabarcıklar oluşmaktadır. Başka bir deyişle,

yüksek hava hızlarında pülp kaynaması meydana gelmekte ve Evans’ın (1990) belirttiği

kabarcıklı (slug) akış koşulları oluşmaktadır.

Şekil 6.7 Düşük ve yüksek hava hızlarının flotasyon köpüğünün görüntüsüne etkisi.

119

Çizelge 6.7’de görülebileceği üzere, hava hızının arttırılması ile yanabilir verim belli bir

değere kadar artmış, daha fazla havanın verilmesi durumunda ise yanabilir verim azalmaya

başlamıştır. Örneğin, hava hızının, 60 kpa’lık bir çalışma basıncında 0.05 cm/s’den 0.2

cm/s’ye çıkarılmasıyla yanabilir verim %45’den %68.2’ye yükselmiştir. Ancak, daha fazla

hava verilmesi durumunda yanabilir verim azalmıştır. Temiz kömür kül içeriği ise hava

miktarına çok fazla bağlı olmamakla birlikte %10.50 ile %12.10 arasında değişmiştir.

Şekil 6.8’den ayırma verimine baktığımız zaman, en yüksek ayırma verimi değerinin 30 ve

90 kpa’lık çalışma basınçlarına göre 60 kPa’lık bir çalışma basıncında ve 0.2 cm/s’lik bir

hava hızında en yüksek değerde olduğunu görmekteyiz. Bu durum, Evans’ın (1990)

belirttiği fazla havanın iri boyutlu kabarcıklar meydana getirmesi ve dolayısıyla kabarcık

yüzey alanını azaltmış olması ve bunun sonucu olarak da kabarcıkların tanecik taşıma

kapasitesininin düşmesi ile açıklanabilir.

Çizelge 6.7 Besleme basıncına bağlı olarak kesitsel hava hızındaki değişimin etkileri.

Besleme Basıncı

(kPa)

Kesitsel Hava Hızı

(cm/s)

Temiz Kömür Miktarı

(%)

Temiz Kömür Külü

(%)

Yanabilir Verim

(%)

Ayırma Verimi

(%) 0.05 25.80 10.50 44.40 38.80 0.10 37.80 11.80 64.00 54.90 0.20 39.30 12.00 66.40 56.70

30 0.30 38.30 12.10 64.60 55.10 0.05 26.30 11.00 45.00 39.10 0.10 39.10 12.00 66.00 56.40 0.20 40.50 12.30 68.20 58.00

60 0.30 39.50 12.20 66.60 56.70 0.05 27.40 14.40 45.00 36.90 0.10 41.10 15.80 66.50 53.20 0.20 44.70 16.00 72.10 57.40

90 0.30 44.30 16.50 71.00 56.00

Toplam - 100.00 48.80 100.00 100.00

120

30 kPa

60 kPa 90 kPa

35

40

45

50

55

60

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

Kesitsel Hava Hızı (cm/s)

Ayır

ma

Ve

rim

i (%

)

Şekil 6.8 Kesitsel hava hızının ayırma verimine etkisi.

Deneyler sonucunda elde edilen 0.2 cm/s’lik optimum kesitsel hava hızı, benzer hava

emme sistemi ile çalışan Jameson hücresindeki optimum hava oranı (0.8-1.5 cm/s) ile

karşılaştırıldığında oldukça düşük bulunmuştur (Mohanty and Honaker 1999a, Harbort et

al. 2003, Taşdemir 2006, Çınar et al. 2007). Bunun altında yatan temel neden, Siklojet

hücresinin, hücre kesit alanın standart Jameson hücresine göre %40-50 daha büyük

olmasıdır. Bu yüzden, siklojet hücresindeki büyük kesit alanı kesitsel hava hızı değerinin

küçülmesine neden olmuştur.

3.2 Optimum Konik Jet Uzunluğunun Belirlenmesi

Diğer jet flotasyonu sistemlerinde olduğu gibi (Evans 1990, Güney vd. 2002, Taşdemir

2006). Siklojet hücresinde de oluşturulan konik jetin belirli bir yükseklikte olması

gerekmektedir. Bu tip hücrelerde, havanın emilmesi pülpün jet hareketi ile sağlanmaktadır.

Hava emiliminde, apeksten hızla fışkıran pülp, hücre içerisindeki pülpe dalma hareketi

uygulayarak pülp yüzeyinde bir çöküntü meydana getirmekte ve oluşan bu çöküntü

(boşluk) sayesinde dış ortamdan hava emilmektedir.

121

Uzunlukları 0, 10, 20 ve 30 cm olmak üzere, farklı konik jet uzunluklarında yapılan

deneylerin sonuçları Çizelge 6.8 ve Şekil 6.9’dea gösterilmiştir. Deneyler 3 farklı pülp

basıncında (30, 60 ve 90 kPa) yapılmıştır. 60 kPa’lik bir çalışma basıncında Jet

uzunluğunun 0, 10, 20 ve 30 cm’e çıkarılması ile dakikada emilen hava miktarları da

saniyede sırasıyla 86, 460, 520 ve 542 cm3’e yükselmiştir. Burada dikkat edilmesi gereken

bir diğer husus, jet yüksekliğinin arttırılması ile emilen hava miktarlarının da artmış

olmasıdır. Deneylere air diğer sabit koşullar aşağıda verilmiştir:


Konik Jet Uzunluğu : 0, 10, 20, 30 cm


Kesitsel Hava Hızı : 0.2 cm/s






Çizelge 6.8 Besleme basıncına bağlı olarak konik jet uzunluğundaki değişimin etkileri.

Besleme Basıncı

(kPa)

Konik Jet Uzunluğu

(cm)


(%)


(%)

Yanabilir Verim

(%)

Ayırma Verimi

(%) 0 22.90 11.90 38.80 33.20

10 39.90 12.50 67.00 56.80 20 37.50 12.10 63.30 54.00

30 30 35.50 12.00 60.00 51.30 0 26.30 12.90 44.00 37.00

10 42.20 12.60 70.80 59.90 20 40.50 12.30 68.10 57.90

60 30 38.40 12.60 64.40 54.50 0 32.10 15.10 52.30 42.40

10 45.70 15.60 74.00 59.40 20 45.30 15.50 73.40 59.00

90 30 44.00 15.90 71.10 56.70

Toplam - 100.00 48.80 100.00 100.00

122

Deney sonuçlarından görüldüğü üzere, jet uzunluğunun arttırılması veya azaltılması temiz

kömür kül içeriğini çok fazla değiştirmemiştir. Örneğin 30 kPa’lik bir besleme basıncında,

0 cm’ lik konik jet uzunluğunda temiz kömür külü %11.90; 10 cm’ lik bir konik jet

uzunluğunda %12.50, 20 cm’ lik bir konik jet uzunluğunda %12.10 ve 30 cm’ lik bir konik

jet uzunluğunda ise %12.00 bulunmuştur. Bu durum diğer pülp besleme basınçları için de

geçerli olup, 60 kPa’lik bir çalışma basıncıncında, 0, 10, 20 ve 30 cm’lik jet yükseklikleri

için temiz kömür külleri sırasıyla %12.90, %12.60, %12.30 ve %12.60; 90 kPa’lik besleme

basıncında ise sırasıyla %15.10, 15.60, 15.50 ve 15.90 bulunmuştur.

Diğer taraftan yanabilir verim ve ayırma verimine baktığımız zaman jet yüksekliğinin

azalışı ile önemli ölçüde düşüşlerin meydana geldiğini görmekteyiz. 30, 60 ve 90 kPa’lık

her bir besleme basıncında, gereğinden kısa jet uzunluklarında (örneğin 0 cm) hava

emilimi azalmış (86 cm3/dak) ve hücre içerisinde yeterince kabarcık oluşamadığı için

temiz kömür kazanımı düşmüştür. Öyle ki; 0 cm lik bir konik jet uzunluğunda yanabilir

verim 30, 60 ve 90 kPa’lık besleme basınçları için sırasıyla %38, %44 ve %52

bulunmuştur.

30 kPa

60 kPa

90 kPa

30

40

50

60

-5 0 5 10 15 20 25 30 35

Konik Jet Uzunluğu (cm)

Ay

ırm

a V

eri

mi (%

)

Şekil 6.9 Konik jet uzunluğunun ayırma verimine etkisi.

123

Hidrosiklon apeksin tamamen su altına daldırılması durumunda pülp jeti hava ile temas

kuramamakta ve pülp seviyesinde yeterli çöküntü meydana getiremediği için sistemde hiç

kabarcık oluşmamaktadır. Bu durumda çok sığ bir köpük tabakası meydana gelmektedir.

Çok uzun jet uzunluklarında (Örneğin, 60 kPa için =30 cm) ise jet hareketinin hem

etkinliği (=çarpma şiddeti) azalmakta hem de hücre içinde meydana gelen çalkantı

artmaktadır. Hücrede meydana gelen çalkalanma, daha çok temiz kömür külünü

etkileyerek yükselmesine neden olmaktadır. Jetin etkinliğinin azalması ise kabarcık

oluşumunu olumsuz yönde etkilemektedir. Bu durum Şekil 6.10’da şematik olarak

gösterilmiştir. Buna göre, 10 cm’lik bir jet yüksekliğinde, pülp jeti daha derinlere inmekte

ve pülp seviyesinde daha derin çöküntüler meydana getirerek daha fazla miktarda hava

emilimi sağlamakta iken, 30 cm lik bir jet yüksekliğinde jetin pülpü kesme şiddeti

azalmakta ve derin bir çöküntü meydana getirememektedir. 0 cm’lik bir jet yüksekliğinde

ise konik tüpten yeterince hava emilemediği için, hücre içerisinde kabarcık oluşumu durma

noktasına gelmektedir. Öyle ki; 10 cm’lik bir jet yüksekliğinde ölçülen hava miktarı 460

cm3/dak. iken, 0 cm’lik bir jet uzunluğunda 86 cm3/dak.’ya düşmektedir. Bu durumda

Şekil 6.7 den görüldüğü gibi temiz kömür kazanım miktarı 30 kPa’lik bir besleme

basıncında %39.90’dan %22.90’a, 60 kPa’lik besleme basıncında %42.20’den %26.30’a ve

90 kPa’lik bir besleme basıncında %45.70’den %32.10’a düşmektedir.

Şekil 6.10 Konik jet uzunluğuna bağlı olarak jet etkinliği ve emilen hava miktarları.

124

6.3.3 Optimum Konik Tüp Daldırma Derinliğinin Belirlenmesi

Jet flotasyonu sistemlerinde, daldırma borusu derinliğinin arttırılması ile borunun çıkış

noktasındaki birim yüzeye uygulanan hidrolik basınç artar. Böylece boşalma noktasından

çıkan pülpün hızı ve hava kabarcıklarının oluşum hızı yavaşlar. Ayrıca yüksek basınç

nedeni ile kabarcıkların boyutları da küçülür (Evans 1990, Güney et al. 2002, Cowburn et

al. 2006, Taşdemir 2006, Çınar et al. 2007).

Siklojet hücresinde farklı konik tüp daldırma derinliklerinde yapılan deneylerin sonuçları

Çizelge 6.9 ve Şekil 6.11’de gösterilmektedir. Diğer deney koşulları aşağıda verilmiştir:


Konik Tüp Daldırma Derinliği : 0, 10, 20, 30 cm








Çizelge 6.9’dan görülebileceği gibi, konik tüp daldırma derinliğinin arttırılması en çok 30

kPa pülp besleme basıncında yanabilir verimi etkilenmiştir. Daldırma derinliğinin 10

cm’den 30 cm’e çıkarılmasıyla, 30 kPa’lık besleme basıncında ayırma verimi %57.8’den

%53.8’e düşmüş iken, 60 kPa’lik bir besleme basıncında %59.50 %58’e, 90 kPa besleme

basıncında ise çok fazla değişmeyerek %58.90’dan %58.60’a düşmüştür. Bunun arkasında

yatan temel neden, düşük pülp basıncının etki alanının ya da hücredeki pülpe işleyebilme

yeteneğinin, yüksek basınçlı pülpe göre daha az olmasıdır.

Başka bir deyişle, verimde azalma yaşanmaması için pülp basıncı konik tüpü aşabilecek

şekilde etkin (güçlü) olmalıdır. Aksi takdirde, pülp yeterince hücrenin diplerine doğru

inemeyecek ve konik tüpün çeperlerini aşamayacaktır. Bu durumda da yanabilir verim

önemli ölçüde azalacaktır.

125

Çizelge 6.9 Besleme basıncına bağlı olarak daldırma derinliğindeki değişimin etkileri.

Besleme Basıncı

(kPa)

Konik Tüp Daldırma Derinliği

(cm)


(%)


(%)

Yanabilir Verim

(%)

Ayırma Verimi

(%) 0 38.10 12.20 64.20 54.70 10 40.10 12.10 67.70 57.80 20 39.10 11.90 66.10 56.60

30 30 37.80 11.90 64.00 53.80 0 39.60 12.90 66.10 55.70 10 41.60 12.30 70.00 59.50 20 42.30 12.80 70.80 59.70

60 30 40.40 12.20 68.20 58.00 0 42.10 15.60 68.20 54.70 10 45.40 15.70 73.5 58.90 20 45.60 15.50 74.00 59.50

90 30 44.30 15.00 72.20 58.60

Toplam - 100.00 48.80 100.00 100.00

30 kPa

60 kPa 90 kPa

52

53

54

55

56

57

58

59

60

0 5 10 15 20 25 30 35

Konik Tüp Daldırma Derinliği (cm)

Ayır

ma

Ve

rim

i (%

)

Şekil 6.11 Konik tüp daldırma derinliğinin ayırma verimine etkisi.

126

Pülp besleme basıncının 60 kPa olduğu durumda, konik tüp daldırma derinliğinin 20

cm’den ve 30 cm’e çıkarılmasıyla yanabilir verim %70.80’den %68.20’ye düşmektedir.

Daldırma derinliğinin gereğinden küçük olması durumunda ise, oluşan kabarcıklar çok

derinlere inmediği için kolaylıkla hücre yüzeyine doğru yönelmektedirler. Hücre yüzeyine

yakın bölgelerde oluşan kabarcıklar daha derinlerde oluşan kabarcıklara göre daha iri

boyutlu olmaktadır. Konik tüpün 15 cm ve 5 cm daldırılması durumunda elde edilen

kabarcık görüntüleri bu durumu kanıtlamaktadır. Şekil 6.12’den de görülebileceği gibi,

daha derin daldırma mesafesinde daha küçük çaplı kabarcıklar meydana gelmektedir.

Şekil 6.12 Konik tüp daldırma derinliğine bağlı olarak oluşan kabarcıkların görüntüsü. Siklojet hücresinde dikkat edilmesi gereken bir diğer önemli husus konik tüpün gereğinden

fazla daldırılmamasıdır. Örneğin; konik tüp daldırma derinliğinin özellikle 40 cm’den daha

büyük olması durumunda, pülpün bir bölümü hücre içerisine tam olarak dağılamadan (veya

konik tüpü aşamadan) artık kanalına geçmektedir. Bu durumda kömürün yüzme şansı

olmadığı için hücrenin verimi de önemli ölçüde düşmektedir.

6.3.4 Optimum Yıkama Suyu Sisteminin Belirlenmesi

Birçok araştırmacı, flotasyonda yıkama suyunun miktarı kadar, yıkama suyu sisteminin de

önemli olduğunu vurgulamışlardır (Neethling and Cilliers 2002, Ireland vd. 2006,

Stevenson 2007). Başlıca, yıkama suyu sistemleri “duş” ve “jet” tipi yıkama sistemleridir.

Yıkama suyu, genellikle kolon flotasyonunda tercih edilen ve daha temiz ürünlerin elde

edilmesine olanak sağlayan önemli bir parametredir. Köpükle birlikte taşınan gang

tanelerinin pülp içine geri yıkanmasına olanak sağlamaktadır. Kimi uygulamalarda

127

köpüğün üzerinden, kimilerinde ise köpüğün içinden verilerek tatbik edilmektedir.

Köpüğün içerisinden verilmesi genellikle kolon hücresi gibi çok yüksek ve türbülanssız

köpük tabakalarında tercih edilmektedir (Aksanı 1998, Ireland vd. 2006).

Siklojet hücresi deneylerinde tesis edilmiş olan duş ve jet tipi yıkama suyu sistemleri Şekil

6.13’de gösterilmiştir. Bunlardan ilki 800 µm açıklıklı duş tipi bir yıkama suyu sistemi,

ikincisi 19 µm açıklığa sahip jet tipi bir yıkama suyu sistemidir. Suyun çıkış deliklerinden

de anlaşılabileceği gibi, duş tipi yıkama suyu sisteminden daha iri boyutlu su damlacıkları

elde edilmektedir.

Deneyler süresince damlacıkların köpüğe hızla çarpıp kabarcığın sönmesine neden

olmasını önlemek için, su mümkün olduğunca yavaş bir hızla ve köpüğün 5 cm

yukarısından verilmiştir. Yıkama suyu hızının hesaplanmasında aşağıdaki formülden

faydalanılmıştır. Burada, Ww; yıkama suyu hızı (cm/s), Qy ; yıkama suyu debisi (cm3/s), A

ise hücrenin kesit alanını (cm2) göstermektedir.

Ww = A

Qy (6.4)

Şekil 6.13 Siklojet hücresinde tesis edilen duş ve jet tipi yıkama suyu sistemleri.

Yıkama suyu hızları 0, 0.05, 0.1, 0.2 ve 0.3 cm/s olmak üzere jet ve duş tipi yıkama suyu

sistemleri ile yapılan deneylerin sonuçları Çizelge 6.10’da verilmektedir. Diğer deney

koşulları ise aşağıda verilmiştir:

128


Yıkama Suyu Hızı : 0.00, 0.05, 0.10, 0.20, 0.30 cm/s







Pülpte Katı Oranı : % 6


Çizelge 6.10’daki deney sonuçlarından görülebileceği gibi, genel olarak her iki yıkama

suyu sisteminde, suyun miktarının artışına bağlı olarak elde edilen temiz kömürün kül

içeriği azalmaktadır. Başka bir deyişle, her iki sistemde yıkama suyunun artışı ile elde

edilen temiz kömürün kalitesi de artmıştır. Örneğin duş tipi yıkama suyu sisteminde

yıkama suyu hızının 0.05 cm/s’den 0.30 cm/s’ye çıkarılması ile temiz kömür kül içeriği

%11.20’den %8’e düşmüştür. Yıkama suyu, Tao ve arkadaşlarının (2000) belirttiği

hidrolik olarak taşınan gang taneciklerinin köpük ürününden pülpe geri düşmesini

sağlamıştır.

Çizelge 6.10 Yıkama suyu sistemine bağlı olarak yıkama suyu hızındaki değişimin etkileri. Yıkama Suyu

Sistemi Yıkama

Suyu Hızı

(cm/s)


(%)


(%)

Yanabilir Verim

(%)

Ayırma Verimi

(%) 0.00 41.80 12.60 70.10 59.30 0.05 40.30 11.20 68.70 59.40 0.10 38.80 10.00 67.00 59.10 0.20 37.20 8.80 65.20 58.50

Duş Tipi

0.30 34.50 8.00 61.00 55.30 0.00 41.80 12.60 70.10 59.30 0.05 40.90 11.70 69.40 59.60 0.10 39.80 10.70 68.30 59.60 0.20 38.10 9.50 66.10 58.70

Jet Tipi

0.30 36.20 8.60 63.50 57.10 Toplam - 100.00 48.80 100.00 100.00

129

Yıkama suyu hızı arttıkça, her ne kadar temiz kömür külü düşse de, temiz kömür

miktarında bir azalma meydana gelmektedir. Bu azalma, yanabilir ve ayırma veriminin

düşmesine neden olmaktadır (Şekil 6.14). Özellikle, 0.2 cm/s ve daha büyük yıkama suyu

hızlarında verim daha keskin bir şekilde azalmaya başlamıştır. Örneğin, 0.05 cm/s’lik duş

tipi yıkama suyu hızında, yanabilir verim %68.70 iken, 0.3 cm/s’lik bir yıkama suyu

hızında %61’dir. Benzer durum jet tipi yıkama suyu içinde geçerli olup, yanabilir verim

%69.40’dan %63.50’ye düşmektedir.

Duş Tipi

Sistem

Jet Tipi

Sistem

55

56

56

57

57

58

58

59

59

60

60

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

Yıkama Suyu Hızı (cm/s)

Ay

ırm

a V

eri

mi (%

)

Şekil 6.14 Yıkama suyu sistemlerinin ayırma verimine etkisi.

Yıkama suyu tiplerinin karşılaştırılması durumunda (Çizelge 6.10), ayırma verimliliklerine

baktığımız zaman, verim değerinin 0.00-0.30 cm/s yıkama suyu aralığında %55.30 ile

%59.60 aralığında değiştiğini görmekteyiz. En düşük ayırma verimi duş sistemli yıkama

suyu ile elde edilmiştir. Bunun nedeni, duş tipi yıkama suyunun iri boyutlu su damlacıkları

oluşturması ve bu damlacıkların köpük tabakasına daha şiddetli darbe uygulayarak köpük

tabakasının daha çok bozulmasına neden olmasıdır. Başka bir deyişle, istenmeyen kabarcık

sönmelerine neden olmasıdır.

130

Jet tipi yıkama suyu sisteminde, köpüğe verilen su damlacıkları mikron boyutlu olduğu

için köpük tabakasının bozulmasına (deforme olmasına) neden olmamıştır. Mikron boyutlu

jet tipi damlalar, köpük tabakasına duş tipine göre daha yumuşak dalmıştır. Bu yüzden,

benzer hızlarda yapılan deneylerde kömür kazanımı bakımıdan jet tipi yıkama suyu daha

yüksek kazanım sağlamıştır. Örneğin, 0.30 cm/s’lik duş tipi yıkama suyu sisteminde,

kömür kazanımı %34.50 iken, jet tipi yıkama suyu sisteminde kazanım %36.20 olmaktadır.

Yanabilir verim ise sırasıyla %61 ve %63.50’dir. Bu durum özellikle, yüksek miktardaki

yıkama suyu hızlarında daha da belirginleşmektedir. Başka bir deyişle, yüksek miktardaki

(>0.2 cm/s) yıkama suyu hızlarında jet tipi yıkama suyu daha yüksek verim sağlamaktadır.

Düşük miktardaki (<0.2 cm/s), yıkama suyu hızlarında jet ve duş tipi yıkama suları için

belirgin bir fark yoktur. Örneğin, yıkama suyu hızının 0.05 cm/s olduğu bir durumda; duş

tipinin ayırma verimi %59.40 iken, jet tipinin ayırma verimi yaklaşık olarak benzer olup

%59.60 olmaktadır.

Yıkama suyunun belirlenmesinde kullanılan bir diğer yöntem, bias faktörünün

hesaplanmasıdır.

Bias faktörü, daha çok kolon flotasyonu sistemleri için geçerli olan ve köpük zonu için

tanımlanan bir kavramdır. Genellikle uygulamalarda bias’ın pozitif olması istenir. Böyle

bir durumda, hacimsel artık akış hızı hacimsel besleme hızından daha büyüktür. Köpük

bölgesi ile pülp bölgesi arasındaki “köpük-pülp” ara yüzey seviyesinin çalışma esnasında

sabit tutulması zorunlu olup, bu şart ilave edilen yıkama suyu ile sağlanır. Pozitif bias’ın

artmasıyla göreceli olarak köpük kalınlığı da artmış olmaktadır. Bias faktörünün değeri,

artık ve besleme debisi arasındaki farkın yıkama suyu debisine oranı ile hesaplanır. Buna

göre:

Bias Faktörü = YS

BA

Q

QQ − (6.5)

Burada, QA ; Artık çıkış debisi (lt/dak.), QB : Besleme debisi (lt/dak.); QYS : Yıkama suyu

debisi (lt/dak)’dir.

131

20

30

40

50

60

70

0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40

Bias Faktörü

Ay

ırm

a V

eri

mi (%

)

Şekil 6.15 Bias faktörünün ayırma verimine etkisi.

Siklojet hücresinde, bias faktörünün flotasyon verimi üzerine etkisinin belirlenebilmesi

için, 161, 162, 163 ve 164 lt/dk artık çıkış debilerinde deneyler yapılmıştır. Diğer taraftan,

sistemin sabit besleme debisi 160 lt/dk’dır. Yıkama suyu debisi ise 3 lt/dk (0.1 cm/s) olup,

bu değer daha önceden belirlenmiş olan optimum yıkama suyu oranıdır. Buna göre, 161,

162, 163 ve 164 lt/dk’lık artık çıkış debileri için hesaplanan bias faktörleri sırasıyla, 0.3,

0.7, 1.0 ve 1.3’dür.

Şekil 6.15’den görülebileceği gibi, bias miktarının artması temiz kömür kül içeriğinin

düşürülmesinde önemli etkiye sahiptir. Ancak, bu artışa bağlı olarak yanabilir verim

değerinde de kayda değer düşüşler meydana gelmiştir.

Sonuç olarak, en uygun bias faktörünün 0.4 ve 0.6 aralığında olduğu görülmektedir. Böyle

bir durumda pozitif bias söz konusu olup, pülp aşağıya doğru akmakta ve köpük

tabakasının sağlanması için gerekli olan su yıkama suyu ile temin edilmektedir.

132


İÇİN ÇALIŞMA PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU

Sistemde optimize edilen çalışma parametreleri toplayıcı tipi ve miktarı, köpürtücü tipi ve

miktarı, bastırıcı miktarı, pH’ın etkisi, pülpte katı oranı ve köpük kalınlığıdır.

6.4.1 Optimum Toplayıcı Tipi ve Miktarının Belirlenmesi

Siklojet hücresinde, şlam kömürün flotasyonunda en uygun olan toplayıcının saptanması

için gazyağı, motorin, fuel oil ve benzin olmak üzere 4 farklı hidrokarbon kökenli yağ ile

flotasyon deneyleri yürütülmüştür. Bu yağlar TÜPRAŞ rafinerisinde üretilen ticari yakıtlar

olup, bunlara ait özellikler Çizelge 6.11’de verilmiştir. Maliyet yönünden

karşılaştırıldığında, en ekonomik olan sırasıyla; fuel oil, motorin, gazyağı ve benzindir. Sis

ve araştırma grubunun araştırmasında, iyonlaşmayan bu yağların iyonlaşan toplayıcılara

göre daha yüksek verimler sağladığı belirtilmektedir (Sis vd. 2003). Ayrıca, kolay

bulunabilir ve ekonomik olması nedeniyle tercih edilmektedir.

Toplayıcı olarak gazyağı, motorin ve fuel oil ile ilgili literatürde çeşitli çalışmalar

bulunmasına rağmen benzin ile ilgili herhangi bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bunun

nedenlerinden biri maliyetinin oldukça yüksek ve uçucu olması nedeniyle patlama

tehlikesinin olmasıdır. Yapılan çalışmaların çoğunda kömür için en iyi toplayıcının fuel oil

ve gazyağı olduğu belirtilmektedir (Özbayoğlu 1977, Cebeci 1996, Cebeci 2002, Sönmez

ve Cebeci 2006).

Çizelge 6.11 Deneysel çalışmalarda kullanılan toplayıcıların özellikleri (Tupraş 2007).

Toplayıcı Tipi

Renk Yoğunluk (150C)(gr/cm3)

Vizkozite (380C)(cSt)

Kükürt (max.) (%)

Gazyağı Şeffaf 0.78 1.50 0.90 Fuel Oil (No.4) Amber/Siyah 0.96 2.78 0.50 Motorin Kızıl 0.86 2.30 0.72 Norm. Benzin Açık Sarı 0.72 1.12 0.15

Değişik tipteki toplayıcılarla, değişik miktarlarda (600, 1200, 1800, 2400 ve 3000 g/t)

yapılan flotasyon deneylerinin sonuçları Çizelge 6.12 ve Şekil 6.16’da verilmektedir.

Deney koşulları ise aşağıda verilmiştir:

133


Toplayıcı Tipi : Gazyağı, Fuel oil, Motorin, Benzin

Topayıcı Miktarı : 600, 1200, 1800, 2400, 3000 g/t







Yıkama Suyu Hızı (jet) :0.1 cm/s


Çizelge 6.12’den görülebileceği gibi, en iyi sonuçlar sırasıyla gazyağı, motorin, fuel oil ve

benzin ile elde edilmiştir. Ancak, motorin ve fuel oil’in flotasyon başarıları yaklaşık olarak

aynı bulunmuştur. En iyi sonucu veren gazyağının 1800 g/t optimum ilavesinde, temiz

kömür kül içeriği %11.3, yanabilir verim değeri ise %72.80’dir. 1800 g/t motorin, fuel oil

ve benzin ilavesinde sırasıyla yanabilir verim değerleri; %71.80, %71.50, %66.10, temiz

kömür kül içerikleri ise %11.80, %11.70 ve %10.70 bulunmuştur. Diğer taraftan en düşük

küllü ürünler toplayıcı olarak benzinin kullanıldığı deneylerde elde edilmiştir. Toplayıcı

olarak Benzin’in 600, 1200, 1800 ve 2400 g/t kullanılması durumunda, sırasıyla %8.90,

%9.90, %10.70, %11.30 ve %12.30 küllü ürünler elde edilmiştir.

Toplayıcı tiplerinin etkileri yanabilir verim yönünden karşılaştırıldığı zaman, gazyağının

en yüksek yanabilir verim değerini sağladığı görülmektedir. Bunun arkasında yatan temel

neden, Cebeci (1996)’nın araştırmasında belirtildiği üzere, gazyağının yüzey kaplama

hızının diğer toplayıcılara göre daha yüksek olması ve pülp içerisinde çok iyi dağılarak

homojen bir emülsiyon oluşturmasına dayandırılabilir.

Fuel oil’in motorin ve gazyağına göre daha düşük verimler vermesinin başlıca nedeni ise

yoğunluğunun ve vizkozitesinin diğerlerine göre daha yüksek olmasıdır. 7 dakikalık

kıvamlandırma süresi sonunda yüksek yoğunluğu ve vizkozitesi nedeniyle pülp içerisine

homojen dağılamayan fuel oil, kömür yüzeyini yeterince kaplayamamış ve düşük oranlarda

yanabilir verim değerlerine neden olmuştur.

134

Çizelge 6.12 Toplayıcı tipine bağlı olarak toplayıcı miktarındaki değişim etkileri.

Toplayıcı Tipi

Toplayıcı Miktarı

(g/t)


(%)


Yanabilir Verim

(%) 600 34.00 9.40 60.10 1200 38.90 10.50 68.00 1800 42.00 11.30 72.80 2400 43.30 12.40 74.00

Gazyağı

3000 44.20 13.20 75.00 600 32.20 9.50 57.00 1200 38.00 10.40 66.50 1800 41.50 11.70 71.50 2400 43.00 12.80 73.20

Fuel Oil

3000 44.10 13.60 74.50 600 33.30 9.60 58.80 1200 38.10 10.60 66.60 1800 41.70 12.00 71.80 2400 43.10 13.00 73.30

Motorin

3000 44.10 13.90 74.20 600 29.40 8.90 52.40 1200 34.80 9.90 61.20 1800 37.90 10.70 66.10 2400 39.40 11.30 68.30

Benzin

3000 41.20 12.30 70.50 Toplam - 100.00 48.80 100.00

Gazyağı

Fuel Oil

Motorin

Benzin

50

55

60

65

70

75

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Toplayıcı Miktarı (g/t)

Ya

nab

ilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.16 Toplayıcı tipine bağlı olarak toplayıcı miktarının yanabilir verime etkisi.

135

6.4.2 Optimum Köpürtücü Tipi ve Miktarının Belirlenmesi

Siklojet hücresinde şlam kömürünün flotasyonu için en uygun olan köpürtücü tipinin

saptanması için 4 farklı tipte köpürtücü denenmiştir. Bunlar; kömür flotasyonunda en

yaygın kullanılan MIBC (metil izobutil karbinol-(CH3)2CHCH2CHOHCH3), Dowfroth-250

(CH3 – (O-C3H6)n-OH), Çamyağı (CH10 H17OH) ve 2EH (2-etil hegzanol-CH3 (CH2)4

CH2OH)’dur. %10’luk çözeltilerinde; MIBC ve 2EH nötr (pH ~7), Dowfroth-250 bazik

(pH ~7.5) ve Çamyağı ise asidik (pH ~6.5) özellik göstermiştir. Yukarıda anılan

köpürtücülerle yapılan flotasyon çalışmalarına ait köpük görüntüleri Şekil 6.17’de

gösterilmiştir. Bazı çalışmalarda, köpük görüntüsüne ve köpüğün yoğunluğuna (veya

çapına) göre o kömürün flotasyon performansı hakkında yorumlar yapılabileceği

belirtilmektedir (Polat et al. 2003, Ekmekçi ve Şahin 2006).

Şekil 6.17 Farklı tipteki köpürtücülerin oluşturduğu kabarcıkların görüntüleri.

136

Yukarıdaki şekilden görülebileceği gibi, hücre yüzeyinde oluşan en iri kabarcıklar 2EH ile

en ince kabarcıklar ise Dowfroth-250 köpürtücüsü ile elde edilmiştir. Ayrıca, Dowfroth-

250 köpürtücüsünün oluşturduğu kabarcıklar diğer köpürtücülerin oluşturduğu

kabarcıklara göre daha yüksek akıcılığa sahiptir. Diğer taraftan 2EH ve çamyağının

oluşturduğu kabarcıklar çok çabuk sönerken, Dowfroth-250’nin oluşturduğu kabacıklar

kolay sönmeyen kabarcıklar oluşturmuştur.

Farklı tipteki köpürtücülerle yapılan deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen temiz

kömür miktarı, külü ve yanabilir verim değerleri Çizelge 6.13’de, yanabilir verime etkileri

Şekil 6.18’de gösterilmiştir. Deney koşulları ise aşağıda verilmiştir:


Köpürtücü Tipi : MIBC, Dowfroth-250, 2EH, Çamyağı

Köpürtücü Miktarı : 100, 150, 200, 250, 300 g/t









Deney sonuçlarına göre köpürtücü miktarının artırılmasıyla hem temiz kömür miktarı hem

de temiz kömür kül içeriği artmıştır. MIBC, Dowfroth-250, çamyağı ve 2EH’un 100

g/t’dan 300 g/t’a arttırılmasıyla, temiz kömür miktarları sırasıyla; %28.2’den %44.1’e,

%30.0’dan %44.9’e, %27.6’dan %43.6’ye ve %23.0’den %41.2’ye artmıştır. Temiz

kömürün kül içeriği ise sırasıyla; %9’dan %12.9’a, %9.50’den %13.5’ye, %9.1’dan

%12.8’e ve %8.7’den %11.7’e yükselmiştir.

Çizelge 6.13’e göre, en yüksek kömür kazanım miktarları sırasıyla Dowfroth-250, MIBC

Çamyağı ve 2-etil hegzanol köpürtücüsünün kullanılması durumunda elde edilmiştir.

Dowfroth-250, MIBC, Çamyağı ve 2EH köpürtücüleri ile elde edilen en yüksek kömür

kazanımları 300 g/t dozajında sırasıyla %44.90, %44.10, %43.60 ve %41.20’dir.

137

Çizelge 6.13 Köpürtücü tipine bağlı olarak köpürtücü miktarındaki değişimin etkileri.

Köpürtücü Tipi

Köpürtücü Miktarı

(g/t)


(%)


Yanabilir Verim

(%) 100 28.20 9.00 50.20 150 34.60 9.50 61.20 200 38.60 10.30 67.70 250 42.00 11.30 72.80

MIBC

300 44.10 12.90 75.00 100 30.00 9.50 53.00 150 35.80 10.30 62.70 200 39.50 11.30 68.50 250 43.30 12.50 74.00

Dowfroth-250

300 44.90 13.50 75.90 100 27.60 9.10 49.00 150 34.00 9.60 60.00 200 37.70 10.30 66.00 250 41.10 11.40 71.10

Çamyağı

300 43.60 12.80 74.20 100 23.00 8.70 41.10 150 29.90 9.10 53.00 200 35.50 9.90 62.40 250 38.90 10.60 68.00

2-Etil Hegzanol

300 41.20 11.70 71.10 Toplam - 100.00 48.80 100.00

Köpürtücü tiplerinin performanslarının yanabilir verim yönünden karşılaştırılması

durumunda; en yüksek yanabilir verimler sırasıyla Dowfroth-250, MIBC, çamyağı ve 2EH

ile elde edildiği görülmektedir (Şekil 6.18). Ancak, MIBC, Dowfroth-250’ye göre daha

temiz ürünler vermiştir. Başka bir deyişle, şlam kömürün flotasyonu için MIBC

köpürtücüsünün seçimliliği Dowfroth-250 köpürtücüsüne göre daha yüksektir.

Diğer taraftan, çamyağı, 2EH’a göre daha yüksek yanabilir verim sağlamıştır. Bunun

başlıca nedeni 2EH köpürtücüsünün gevşek yapılı, kolay sönen ve büyük kabarcıklı

köpükler üretmiş olmasıdır. Bu sayede köpüğü saran mineral (gang) daha rahat bir şekilde

köpükten pülp içerisine geri düşmüş ve bu yolla hem yanabilir verim hem de temiz kömür

kül içeriği azalmıştır.

138

MIBC

Dowfroth-250

Çamyağı

2-Etil Hegzanol

40

45

50

55

60

65

70

75

80

50 100 150 200 250 300 350

Köpürtücü Miktarı (g/t)

Ya

nab

ilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.18 Köpürtücü tipinin ve miktarının yanabilir verime etkisi.

Dowfroth-250’nin oluşturduğu sık ve birbiri ile birleşmeyen ve kolay sönmeyen küresel

mikro kabarcıklar yüksek yanabilir verim eldesinin başlıca nedenidir. Ayrıca en güçlü ve

akıcı köpük tabakası Dowfroth-250 ile elde edilmiştir. Ancak, yüksek köpük akıcılığı

yoğun miktarda mineral maddenin (killerin) köpük ürününe taşınmasına neden olmuş ve

Dowfroth-250 ile en yüksek küllü ürünler elde edilmiştir. Örneğin 250 g/t MIBC ilavesi

edilerek yapılan deneyde temiz kömür kül içeriği %11.3 iken, aynı miktarda Dowfroth-250

kullanımı ile %12.5 kül içerikli temiz kömür elde edilmektedir.

Sonuç olarak, şlam kömürün flotasyonu için MIBC, diğer köpürtücülere göre hem daha

seçimli hem de oldukça yüksek kazanımlar sağlamıştır. Bunun başlıca nedeni Gupta vd.,

(2006) tarafından da yapılan çalışmada da belirtildiği üzere, MIBC’nin hem toplayıcı hem

de köpürtücü özelliğinin bulunmasıdır (Gupta vd. 2006).

Bu deneylerde dikkat edilmesi gereken bir diğer önemli husus, MIBC’nin toplayıcı olarak

gazyağı ile birlikte kullanılarak test edilmiş olmasıdır.

139

6.4.3 Optimum Bastırıcı Miktarının ve pH’ın Belirlenmesi

Kömür flotasyonunda, kil minerallerini bastırmak için genellikle sodyum silikat (Na2SiO3)

kullanılmaktadır. Sodyum silikat, flotasyonda killerin dağıtılmasını sağlamakta ve hidrofob

kömür tanesi üzerine kilin bağlanmasını önlemektedir. Bu yolla, köpüğe taşınan kömürdeki

kil miktarı azaltılmaktadır (Kawatra and Eisele 1997).

Siklojet hücresinde, şlam kömürün flotasyonu deneylerinde 0, 500, 1000, 1500 ve 2000 g/t

mertebelerinde sodyum silikat kullanılmıştır. Bastırıcı miktarı ve pH değeri değiştirilerek

elde edilen deney sonuçları Çizelge 6.14 ve grafiksel olarak Şekil 6.19’da gösterilmektedir.



Sodyum Silikat Miktarı : 0, 500, 1000, 1500, 2000 g/t








Yıkama Suyu Hızı :0.1 cm/s


Çizelge 6.14’de verilen deney sonuçlarına göre, bastırıcı miktarının arttırılmasıyla hem

temiz kömür kül içeriği hem de temiz kömür miktarı çok az bir oranda azalmıştır. Bastırıcı

miktarının 0 g/t’dan 2000 g/t’a çıkarılmasıyla temiz kömür kül içeriği %11.3’den %10.4’e

düşerken, temiz kömür miktarı da %42’den %40.2’ye düşmüştür. Yani bastırıcının şlam

kömürün flotasyonunda çok önemli bir etkisi olmamıştır. Keza, siklojet flotasyonunda

kömür taneciklerinin üzerindeki killer hem hidrosiklon içerisindeki yoğun karışma ile

hemde pülpün fışkırma anındaki kuvvetleri ile kolaylıkla kömür taneciklerinden

ayrılabilmektedir (yıkanabilmektedir). Ayrıca sistemdeki yıkama suyunun varlığı,

bastırıcının çok fazla kullanılmasını gerektirmemiştir.

140

Çizelge 6.14 Bastırıcı miktarındaki değişimin etkileri.

Bastırıcı (Na2SiO3)

Miktarı (g/t)


(%)


Yanabilir Verim

(%) 0 42.00 11.30 72.80

500 41.50 11.00 72.10 1000 41.10 10.80 71.60 1500 40.60 10.50 71.00 2000 40.20 10.40 70.30

Toplam 100.00 48.80 100.00

60

65

70

75

80

0 500 1000 1500 2000 2500

Sodyum Silikat Miktarı (g/t)

Yan

ab

ilir

Veri

m (

%)

Şekil 6.19 Sodyum silikat miktarının yanabilir verime etkisi.

Kömürden flotasyon yolu ile pirit giderimi yapılmayacaksa genellikle doğal pülp pH’sı

tercih edilmektedir. Diğer durumlarda pH ayarı, asidik ortamlar için H2SO4 (sülfürik asit)

veya HCl (hidroklorik asit) ile elde edilirken, bazik ortamalar için NaOH (sodyum

hidroksit) veya Na2CO3 (soda) ile elde edilmektedir.

Siklojet hücresi deneylerinde, pH ayarı için Merck firmasının NaOH ve HCl kimyasalları

0-4000 g/t mertebelerinde kullanılmıştır.

141

Siklojet hücresinde pH değerlerinin 3, 5, 7, 9 ve 11 olması durumunda, elde edilen

sonuçlar Çizelge 6.15 ve Şekil 6.20’de verilmektedir. Buna göre, pH değerinin arttırılması

ile temiz kömür kül içeriği artmaktadır. pH 5 iken temiz kömür külü %10.70 iken, pH

11’de kül %12.10’a yükselmektedir.

Başka bir deyişle, şlam kömürün flotasyonunda pH değerinin arttırılması killerin ve bağlı

tanelerin köpük ürününe geçmesine neden olarak elde edilen temiz kömürün kül içeriğini

arttırmıştır. Diğer taraftan, çok düşük pH’da çalışılması durumunda da, yüksek pH’larda

olduğu gibi benzer durum sözkonusu olmuştur (Şekil 6.20). pH’ın 5’den 3’e düşürülmesi

durumunda temiz kömür külü %10.60’dan %11.10’a yükselmiştir.

Çizelge 6.15 pH değerindeki değişimin etkileri.

pH Değeri


(%)


Yanabilir Verim (%)

3 39.00 11.10 67.80 5 40.70 10.60 71.00 7 42.00 11.30 72.80 9 41.80 11.90 72.00 11 39.70 12.10 68.20

Toplam 100.00 48.80 100.00

50

55

60

65

70

75

80

3,0 5,0 7,0 9,0 11,0 13,0

pH Değeri

Ya

na

bilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.20 pH değerinin yanabilir verime etkisi.

142

6.4.4 Optimum Pülpte Katı Oranın Belirlenmesi

Kabarcıkların pülp jeti ile oluşturulduğu sistemlerde genellikle düşük pülp yoğunluklarında

çalışılmaktadır. Çünkü bu sistemlerde, suyun kesme kuvveti ile kabarcık

oluşturulmaktadır. Suyun kesme kuvvetinin etkinliği katı oranı arttıkça azalmaktadır.

Ayrıca, her sistemin belli bir tanecik taşıma kapasitesi vardır. Çok ince boyutlu tanelerin

zenginleştirilmesinde katı oranı genellikle %2-6 arasında iken, daha iri boyutlu kömürlerde

%15’e kadar çıkabilmektedir. Jet sistemleri, diğer mekanik karıştırmalı ve pnömatik

sistemlere göre daha düşük pülp yoğunluklarında çalıştırılmaktadırlar (Mohanty and

Honaker 1999a-b, Cowburn vd. 2006, Hacıfazlıoğlu 2006, Çınar et al. 2007).

Siklojet flotasyon hücresinde, %4, %6, %8 ve %10 katı oranlarında yapılan deneyler

sonucunda elde edilen veriler Çizelge 6.16 ve Şekil 6.21’de gösterilmektedir. Deney

koşulları ise aşağıda verilmiştir.


Pülpte Katı Oranı : %4, 6, 8, 10









Deney sonuçlarına göre, katı oranını %6’dan %10’a çıkarılmasıyla temiz kömür kazanımı

%41.4’den %33.3’e düşmüştür. Bunun arkasında yatan temel neden, kabarcık taşıma

kapasitesinin özelikle %6’lık bir katı oranından sonra yetersiz kalmasıdır. Yüksek katı

oranının etkisi ile kabarcık taşıma kapasitesi yetersiz olmakta ve kabarcıkla taşınabilecek

katıdan fazlası hücre içerisinden artığa geçmektedir. Bu durumunda fazla katının

taşınabilmesi/köpüğe alınabilmesi için yeni kabarcıkların üretilmesi, yani flotasyon

süresinin arttırılması (yada daha fazla süpürme kademesinin uygulanması) gerekmektedir.

143

Ancak, deneylerde flotasyon süresi her bir katı oranı için sabit tutulmuştur. Bu yüzden belli

bir değerden sonra katı oranı arttıkça temiz kömür miktarı azalmıştır.

Çizelge 6.16 Katı oranındaki değişimin etkileri.

Pülpte Katı Oranı (%)


(%)


Yanabilir Verim

(%) 4 41.40 11.00 72.00 6 42.00 11.30 72.80 8 40.00 12.00 68.80 10 33.30 13.10 56.60

Toplam 100.00 48.80 100.00

Yüksek katı oranın bir diğer sakıncası ise “köpük sıkması” nedeniyle temiz kömür kül

içeriğinin artmış olmasıdır. %4, 6, 8 ve 10 katı oranları için temiz kömür kül içeriği

sırasıyla %11.0, 11.3, 12.0 ve 13.1 bulunmuştur. Yoğun katı oranı, meydana getirdiği

düzensiz karışmalarla, kabarcıklar arasına sıkışıp taşınan gang minerallerinin miktarını

arttırmıştır. Sonuç olarak, siklojet hücresinde katı oranının flotasyon performansı

açısından önemi büyük olup, şlam kömürün flotasyonu için katı oranı %4-6 aralığında

tutulmalıdır.

40

50

60

70

80

4 6 8 10 12


Ya

nab

ilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.21 Katı oranın yanabilir verimine etkisi.

144

6.4.5 Optimum Köpük Kalınlığının Belirlenmesi

Bir flotasyon işleminde, köpük kalınlığı arttırıldıkça, köpükle taşınan tanelerin pülpe geri

düşme olasılıkları da artmaktadır. Bu taneler kömür veya gang olabileceği gibi genellikle

köpüğe daha gevşek bağlanan taneler için söz konusudur. Ayrıca, tanelerin geri düşme

olasılıklarının artması flotasyon süresinin de uzamasına neden olmaktadır.

Endüstride yüksek köpük kalınlıkları daha temiz kömürlerin elde edilmesi için tercih

edilmektedir. Ancak, her flotasyon makinesinde köpük kalınlığının belli bir sınırı vardır ve

o sınırın üzerine çıkılması kazanımın önemli ölçüde düşmesine neden olur. Kolon

flotasyonu sistemlerinde, klasik hücrelere göre birkaç kat daha yüksek köpük kalınlıkları

elde edilebilmektedir (Aksanı 1997, Harbort vd. 2003, Ireland vd. 2006).

Siklojet hücresinde, şlam kömürün flotasyonu ile ulaşılabilen en yüksek köpük kalınlığı 30

cm’dir. Ancak, bu yüksekliğe nadiren ulaşılabilmekte ve yanabilir verim çok düşük

(~%20) olmaktadır. Bu yüzden deneyler 10, 15, 20 ve 25 cm köpük kalınlıklarında

yapılmıştır. Deneylerden alınan sonuçlar Çizelge 6.17 ve Şekil 6.22’de gösterilmektedir.


Kömür Örneği : Şlam Kömür

Köpük Kalınlığı : 10, 15, 20, 25 cm







Yıkama Suyu Hızı :0.1 cm/s


145

Çizelge 6.17 Köpük kalınlığındaki değişimin etkileri.

Köpük Kalınlığı

(cm)


(%)


Yanabilir Verim

(%) 10 46.30 17.20 74.80 15 44.20 14.40 73.90 20 42.00 11.30 72.80 25 30.30 9.80 53.30

Toplam 100.00 48.80 100.00

Şekil 6.22’den görüldüğü gibi, köpük kalınlığının arttırılmasıyla temiz kömür kazanım

miktarı azalmıştır. Köpük kalınlığının 10, 15, 20 ve 25 cm’lik değerleri için temiz kömür

miktarları sırasıyla %46.3, %44.2, %42 ve %30.3 bulunmuştur. Benzer şekilde yanabilir

verim değerlerinin de sırasıyla %74.8, %73.9, %72.8 ve %53.3 şeklinde azaldığı

görülmektedir.

Diğer taraftan, köpük kalınlığının arttırılmasıyla daha temiz ürünler elde edilmiştir. Öyle

ki; 10 cm köpük kalınlığında temiz kömür külü %17.2 iken, 25 cm köpük kalınlığında

%9.8’e düşmüştür. Bu durumun nedeni şematik olarak Şekil 6.27’de gösterilmiştir. Bu

şekle göre, düşük köpük kalınlığında (A), kömür tanecikleri ile gang tanecikleri ayrı ayrı

tabakalar oluşturamadan, yıkama suyunun etkisi ile sürüklenerek, karışık olarak kısa

yoldan hücre yüzeyine doğru yönelmektedirler. Başka bir deyişle, düşük köpük

kalınlığında yıkama suyunun verilmesi ile yıkama suyu köpük içerisine tamamen

işleyemeden, üst kısımdan köpükle birlikte taşarak konsantreye geçmektedir. Bu durumda,

karışık olarak gang ve kömür taneleri konsantreye geçmektedir.

Yüksek köpük kalınlığında ise (B), yıkama suyu daha uzun bir yol alarak, köpük

tabakasının alt kısımlarına kadar taneleri pülp içerisine geri yıkamaktadır. Gang taneleri

köpüğün alt kısımlarında sıralanırken, daha yüksek hidrofobluğa sahip kömür tanecikleri

üst kısımlarda yoğunlaşmaktadır. Bu yolla, gang tanelerinin köpük ürününe ulaşması

engellenmekte ve daha temiz kömürlerin kazanılması sağlanmaktadır. Ancak, köpük

kalınlığının gereğinden yüksek olması (>25 cm) durumunda, köpüğün taşması zorlaşmakta

ve tanelerin de sürekli geri yıkanmaları nedeniyle kazanımında ciddi düşüşler meydana

gelmektedir. Ayrıca, toplam flotasyon süresi de artmaktadır. Sonuç olarak, siklojet

hücresinin optimum köpük kalınlığı 18-22 cm aralığı olarak belirlenmiştir.

146

30

40

50

60

70

80

90

10 15 20 25 30

Köpük Kalınlığı (cm)

Yan

ab

ilir

Veri

m (

%)

Şekil 6.22 Köpük kalınlığının yanabilir verimine etkisi.

Şekil 6.23 Flotasyonda düşük ve yüksek köpük kalınlığının gang taşınımına etkisi.

147

6.5 SİKLOJET HÜCRESİNDE İRİ KÖMÜR NUMUNESİNİN FLOTASYONU İÇİN

TASARIM PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU

Siklojet hücresinde, şlam kömür (-212 µm) ile yapılan flotasyon deneyleri sonucunda elde

edilen optimum tasarım parametreleri bazı farklılıklar ile iri kömürün (-100+212 µm)

flotasyonu için de geçerlidir. Şlam kömür kullanılarak yapılan flotasyon çalışmalarında

tasarım parametrelerinin değişimleri, iri kömürle yapılan deneylerde de benzer değişimler

göstermiştir. Ancak, iri boyutlu kömürün flotasyonunda tasarım parametreleri daha

hassastır ve hücre içindeki çalkantılı ortamın şiddeti arttıkça iri boyutlarda flotasyonun

verimi daha çok düşme eğilimindedir.

6.5.1 Optimum Konik Jet Uzunluğunun Belirlenmesi

İri kömür ile farklı konik jet uzunluklarında yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar

Çizelge 6.18 ve Şekil 6.24’de verilmektedir. Deneyler aşağıdaki koşullar altında

yapılmıştır:

Kömür Numunesi : İri Kömür

Konik Jet Uzunluğu : 0, 10, 20, 30 cm







Yıkama Suyu Hızı : 0.05 cm/s


Deney sonuçlarından da görüldüğü gibi, çok düşük ve çok yüksek konik jet uzunluklarında

hem yanabilir verim hemde ayırma verimi düşmektedir. Örneğin, 60 kPa lik bir pülp

besleme basıncında, 0 cm’lik bir konik jet yüksekliğinde, yanabilir verim %44.10 iken, 30

cm’lik konik jet yüksekliğinde yanabilir verim %64’dür. 60 kPa pülp basıncında konik jet

uzunluğun 10 cm olması durumunda, elde edilen temiz kömürün külü %20.30 ve yanabilir

verimi %74.40’dır. Bu konik jet yüksekliği optimum değer olarak seçilmiştir.

148

Yukarıdaki durumun nedenleri, şlam kömürle yapılan deneylerde açıklandığı için tekrar

anlatılmayacaktır. Bu bölümde, siklojet hücresi iri kömür ve şlam kömür flotasyonu için

karşılaştırılacak ve farklılıkları ortaya konulacaktır.

Şekil 6.25’de optimum konik jet uzunluğunun değiştirilmesi durumunda, yanabilir verimin

iri kömür ve şlam kömürde nasıl değiştiği gösterilmiştir. Buna göre; konik jet

yüksekliğinin optimum değerinin (10 cm) değiştirilmesi ile yanabilir verimdeki azalma, iri

boyutlu tanelerin flotasyonunda daha yüksek olmaktadır. Örneğin, iri boyutlu kömürün

flotasyonunda jet yüksekliğinin 10 cm’den 30 cm’e yükseltilmesi durumunda yanabilir

verimdeki azalma %14 iken, şlam kömürün flotasyonunda %9.1’dir.

Benzer şekilde, konik jet yüksekliğinin 0 cm’e düşürülmesi durumunda, yanabilir

verimdeki azalma iri kömürün flotasyonunda %40.7 iken, şlam kömürün flotasyonunda

%37.9’dur. Bu durum, siklojet hücresinin tasarım parametrelerinin iri kömürün

flotasyonunda daha hassas ayarlanması gerektiğinin bir kanıtıdır.

Çizelge 6.18 Besleme basıncına bağlı olarak konik jet uzunluğundaki değişimin etkileri.

Besleme Basıncı

(kPa)

Konik Jet Uzunluğu

(cm)


(%)


(%)

Yanabilir Verim

(%)

Ayırma Verimi

(%) 0 27.70 19.10 40.40 28.50

10 48.00 19.10 70.00 49.40 20 47.00 19.70 68.00 47.20

30 30 45.10 20.00 65.00 44.70 0 30.60 20.00 44.10 30.40

10 51.80 20.30 74.40 50.80 20 49.60 21.00 70.60 47.20

60 30 44.90 20.90 64.00 42.90 0 35.90 21.10 51.00 34.00

10 53.30 21.40 75.50 49.90 20 51.90 22.00 73.00 47.30

90 30 47.30 22.60 66.00 42.00

Toplam - 100.00 44.50 100.00 100.00

149

30 kPa

60 kPa

90 kPa

40

50

60

70

80

0 5 10 15 20 25 30 35


Ya

na

bilir

Veri

m (

%)

Şekil 6.24 Konik jet uzunluğunun yanabilir verime etkisi.

5.1

14.0

40.7

3.8

9.1

37.9

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 10 20 30


Ya

na

bilir

Ve

rim

de

ki A

za

lma (

%)

İri Kömür

Şlam Kömür

Şekil 6.25 Konik jet uzunluğuna bağlı olarak yanabilir verimdeki azalma.

150

6.5.2 Optimum Yıkama Suyu Hızının Belirlenmesi

İri kömür ile farklı yıkama suyu hızlarında yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar

Çizelge 6.19’da verilmektedir. Deneyler aşağıdaki koşullar altında yapılmıştır:


Yıkama Suyu Hızı : 0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3 cm/s








Siklojet hücresinde, iri boyutlu kömürün flotasyonunda optimum yıkama suyu miktarı,

şlam kömürünün flotasyonuna göre daha düşüktür (0.05 cm/s’ye 0.1 cm/s). Bu durum,

şlam kömürünün daha yoğun kil içermesi nedeniyle, yıkanma ihtiyacının daha fazla

olmasından kaynaklanmaktadır. Keza, az kil içeren ve şlam kömüre göre nispeten iri

boyutlu olan iri boyutlu kömürün flotasyonunda yıkama suyu, şlam kömür flotasyonunda

olduğu gibi, elde edilen temiz kömürün külünü çok fazla düşürmemekle birlikte ayırma

verimde ya da temiz kömür miktarında ciddi düşüşlere neden olmaktadır (Çizelge 6.19 ve

Şekil 6.26). Örneğin, yıkama suyunun 0.1 cm/s’den 0.3 cm/s’ye arttırılmasıyla temiz

kömür miktarı %48.80’den %39.6’ya düşmüştür. Temiz kömür kül içeriği ise %19.20’den

%15.90’a düşmektedir.

Çizelge 6.19 Yıkama suyu hızındaki değişimin etkileri.

Yıkama Suyu Hızı

(cm/s)


(%)


Yanabilir Verim

(%)

Ayırma Verimi

(%) 0 53.20 22.00 74.80 48.50

0.05 51.70 20.20 74.30 50.90 0.1 48.80 19.20 71.10 50.00 0.2 43.60 17.00 65.30 48.60 0.3 39.60 15.90 60.10 45.90

Toplam 100.00 44.50 100.00 100.00

151

Şekil 6.26’den görülebileceği gibi, yıkama suyuna bağlı olarak ayırma verimi, iri boyutlu

kömürlerin flotasyonunda daha dramatik düşmektedir. İri boyutlu kömürün flotasyonu için,

yıkama suyunun 0.05 cm/s olduğu durumda, ayırma verimi %48.5, 0.3 cm/s olduğu

durumda %45.9’dur. İnce boyut flotasyonunda ise, 0.05 ve 0.3 cm/s’lik yıkama suyu

hızları için ayırma verimleri sırasıyla %59.9 ve %57.1 bulunmuştur. Buna göre, iri boyutta

yaşanan ayırma verimi düşüşü %9.0, ince boyuttaki düşüş ise %4.1’dir. Bu da şlam kömür

flotasyonunda yıkama suyunun, iri boyut flotasyonuna göre daha faydalı olduğunun bir

göstergesidir.

Şlam

Kömür

İri Kömür

40

44

48

52

56

60

64

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4


Ay

ırm

a V

eri

mi (%

)

Şekil 6.26 Yıkama suyu hızının ayırma verimine etkisi.

6.6 SİKLOJET HÜCRESİNDE İRİ KÖMÜR NUMUNESİNİN FLOTASYONU İÇİN

ÇALIŞMA PARAMETRELERİNİN OPTİMİZASYONU

Siklojet hücresinde iri kömür ile yapılan flotasyon çalışmlarında, çalışma parametrelerinin

değişimi, şlam kömürün flotasyonunda olduğu gibi değişimler meydana getirmiştir. En

uygun çalışma parametrelerini belirlemek için toplayıcı miktarı, köpürtücü miktarı, pülpte

katı oranı ve köpük kalınlığının etkileri ayrıntılı olarak incelenmiştir.

152

6.6.1 Optimum Toplayıcı Miktarının Belirlenmesi

İri kömür ile farklı miktarlarlardaki toplayıcılarla yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar


yapılmıştır:


Topayıcı (Gazyağı) Miktarı : 600, 1200, 1800, 2400, 3000 g/t









Çizelge 6.20’den görülebileceği gibi, gazyağı miktarının 600 g/t’dan 3000 g/t’a

arttırılmasıyla yanabilir verim %65.70’den %77.70’e yükselmiştir. Temiz kömür kül

içeriği ise sırasıyla %17.20 ve %26 bulunmuştur. Toplayıcı miktarının çok yüksek olması

durumunda, yanabilir verim artmış ve ürün külü aşırı artmıştır. Bu yüzden optimum

toplayıcı miktarı 1200 g/t seçilmiştir.

Çizelge 6.20 Toplayıcı miktarındaki değişimin etkileri.

Toplayıcı (Gazyağı) Miktarı (g/t)

Temiz Kömür Miktarı (%)


Yanabilir Verim (%)

600 44.00 17.20 65.70 1200 51.70 20.20 74.30 1800 54.10 22.00 76.00 2400 56.10 24.00 76.90 3000 58.30 26.00 77.70

Toplam 100.00 44.50 100.00

Şekil 6.27’den görülebileceği gibi, iri boyutlu kömürün flotasyonunda, çalışma

parametrelerinin optimum değerleri, şlam kömürün flotasyonuna göre rakamsal olarak

farklılık göstermektedir. Örneğin optimum toplayıcı (gazyağı) miktarı, şlam kömürün

153

flotasyonu için 1800 g/t iken, iri kömürün flotasyonu için 1200 g/t’dur. Toplayıcı

sarfiyatının şlam kömür flotasyonuna göre daha düşük olmasının nedeni, flotasyonda iri

boyutlu tanelerin toplam yüzey alanın ince boyutlu tanelere göre daha düşük olmasından

kaynaklanmıştır. Başka bir deyişle, ince boyutlu taneler büyük özgül yüzey alanları nedeni

ile daha fazla toplayıcının emilmesine neden olmuştur. Bir diğer neden ise, şlam kömürün

yoğun miktarda kil içermesi ve toplayıcının killer tarafından emilmiş olmasıdır. Sonuç

olarak, siklojet hücresinde iri kömürün flotasyonunda toplayıcı tüketimi şlam kömür

flotasyonuna göre %25-%30 arasında daha düşük olmaktadır.

İri Kömür

Şlam Kömür

40

50

60

70

80

90

600 1200 1800 2400 3000 3600

Gazyağı Miktarı (g/t)

Ya

na

bilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.27 Gazyağı miktarının yanabilir verimlere etkisi.

6.6.2 Optimum Köpürtücü Miktarının Belirlenmesi

İri kömür ile farklı miktarlardaki köpürtücülerle yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar


yapılmıştır:


Köpürtücü (MIBC) Miktarı : 100, 150, 200, 250, 300 g/t



154


Toplayıcı (Gazyağı) Miktarı : 1200 g/t





Çizelge 6.21’den görülebileceği gibi, MIBC miktarının 100 g/t’dan 300 g/t’a arttırılmasıyla

yanabilir verim %52’den %76.60’a yükselmiştir. Temiz kömür kül içeriği ise sırasıyla

%15.10 ve %24 bulunmuştur. MIBC miktarının çok yüksek olması durumunda yanabilir

verim ve ürün külü artmaktadır. Bu yüzden optimum toplayıcı miktarı 200 g/t seçilmiştir.

Bu köpürtücü miktarında yanabilir verim %74.30; temiz kömür kül içeriği ise %20.20

bulunmuştur.

Çizelge 6.21 Köpürtücü miktarındaki değişimin etkileri.

Köpürtücü (MIBC) Miktarı (g/t)



Yanabilir Verim (%)

100 34.00 15.10 52.00 150 43.30 16.70 65.00 200 51.70 20.20 74.30 250 53.90 22.00 75.80 300 55.90 24.00 76.60

Toplam 100.00 44.50 100.00

Şekil 6.28’den görülebileceği gibi, iri boyutlu kömürün flotasyonunda, çalışma

parametrelerinin optimum değerleri, şlam kömürün flotasyonuna göre rakamsal olarak

farklılık göstermektedir. Örneğin optimum köpürtücü (MIBC) miktarı, şlam kömürün

flotasyonu için 250 g/t iken, iri kömürün flotasyonu için 200 g/t’dur. Köpürütücü

sarfiyatının şlam kömür flotasyonuna göre daha düşük olmasının nedeni, flotasyonda iri

boyutlu tanelerin toplam yüzey alanın ince boyutlu tanelere göre daha düşük olmasından

kaynaklanmıştır. Başka bir deyişle, ince boyutlu taneler büyük özgül yüzey alanları nedeni

ile daha fazla köpürtücünün emilmesine neden olmuştur. Bir diğer neden ise, şlam

kömürün yoğun miktarda kil içermesi ve köpürtücünün killer tarafından emilmiş olmasıdır.

Sonuç olarak, siklojet hücresinde iri kömürün flotasyonunda köpürtücü tüketimi şlam

kömür flotasyonuna göre %25-%30 arasında daha düşük olmaktadır.

155

İri Kömür

Şlam Kömür

40

50

60

70

80

90

100 150 200 250 300 350

MIBC Miktarı (g/t)

Ya

nab

ilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.28 MIBC miktarının yanabilir verime etkisi.

6.6.3 Optimum Pülpte Katı Oranın Belirlenmesi

İri kömür ile farklı pülpte katı oranlarında yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar


yapılmıştır:


Pülpte Katı Oranı : %4, 6, 8, 10










156

Çizelge 6.22’den görülebileceği üzere, pülpte katı oranın %4’den %10 çıkarılmasıyla

birlikte, yanabilir verimde önemli bir değişiklik olmamıştır. %4 katı oranında yanabilir

verim %70.50, %10 katı oranında yanabilir verim %70.60 bulunmuştur. Ancak temiz

kömür kül içeriği %18.80’den %21.90’a yükselmiştir. Temiz kömür kül içeriği ve yanabilir

verim gözönüne alınarak optimum pülpte katı oranı %8 seçilmiştir.

Çizelge 6.22 Pülpte katı oranındaki değişimin etkileri.




Yanabilir Verim (%)

4 48.17 18.80 70.50 6 49.90 19.50 72.40 8 51.66 20.20 74.30 10 50.15 21.90 70.60

Toplam 100.00 44.50 100.00

Şekil 6.29’dan görülebileceği üzere, iri boyutlu kömürün flotasyonunda pülpte katı oranı,

şlam boyutlu kömürün flotasyonundaki pülpte katı oranına göre daha yüksektir. Başka bir

deyişle, siklojet hücresinde iri kömürün flotasyonu için daha büyük katı oranlarında

çalışılabilmektedir. Bunun nedeni iri tanelerin yüzey alanlarının ince tanelere göre daha

küçük olması ve flotasyonda köpük yüzeyini daha az sarması ile açıklanabilir.

İri Kömür

Şlam Kömür

50

55

60

65

70

75

80

4 6 8 10


Ya

na

bilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.29 Katı oranının yanabilir verime etkisi.

157

6.6.4 Optimum Köpük Kalınlığının Belirlenmesi

İri kömür ile farklı köpük kalınlıklarında yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar Çizelge

6.23’de verilmektedir. Deneyler aşağıdaki koşullar altında yapılmıştır:


Köpük Kalınlığı : 5,10, 15, 20 cm













Yanabilir Verim (%)

5 60.60 26.90 79.90 10 55.60 22.50 77.70 15 51.70 20.20 74.30 20 37.20 16.40 56.00

Toplam 100.00 44.50 100.00

Şekil 6.30 Şlam kömür ve iri kömürün flotasyonunda oluşan köpük tabakası görüntüsü.

158

Siklojet hücresinde, iri kömürünün flotasyonunda; ulaşılabilen en yüksek köpük kalınlığı

25 cm’dir. Ancak bu kalınlığa nadiren ulaşılabilmekte ve temiz kömür miktarı çok düşük

(%18.40) olmaktadır. Şlam kömür flotasyonunda ise köpük kalınlığı 30 cm’e kadar

çıkabilmektedir. Bunun nedeni, Şekil 6.30’da şematize edildiği gibi, ince boyutlu tanelerin

güçlü kabarcık-tanecik bağları oluşturması ve ince tane boyutları nedeniyle birbirlerine

kenetli köpükler meydana getirebilmesidir. Oysa iri boyut flotasyonunda hem taneler

köpüğe daha zayıf bağlarla bağlanmakta hem de iri boyutlarıyla (ağırlıklarıyla) köpük

stabilitesini ve köpük formunu kolaylıkla bozabilmektedir.

6.7 SİKLOJET HÜCRESİNDE ŞLAM KÖMÜR VE İRİ KÖMÜR

NUMUNELERİNİN OPTİMUM KOŞULLARDA FLOTASYONU

Şlam ve iri kömürünün siklojet hücresinde flotasyonu için optimum tasarım ve çalışma

parametreleri Çizelge 6.24’de verilmiştir. Bu koşullar altında, farklı sürelerde (30, 60 ve 90

saniye) yapılan deney sonuçları Çizelge 6.25’de verilmiştir. Buna göre; şlam kömür için

30, 60 ve 90 saniyelik flotasyon süreleri sonunda sırasıyla %8.90, %11.32 ve %16.72 küllü

temiz kömürler %47.95, %72.95 ve %79.47 yanabilir verimle kazanılabilmektedir. Diğer

taraftan, iri boyutlu kömürün 30, 60 ve 90 saniyelik flotasyonunu sonucunda sırasıyla

%15.00, %20.21 ve %28.11 küllü kömürler %48.80, %74.30 ve %86.10 yanabilir verimle

kazanılabilmektedir.

Çizelge 6.24 Optimum tasarım ve çalışma parametreleri.

Siklojet Hücresi Tasarım ve Çalışma Parametreleri

Şlam Kömür İri Kömür

Hücre Çapı/Hücre Boyu (cm) 54/90 54/90 Konik Tüp Çapı (cm) 32 32 Besleme Basıncı (kPa) 60 60 Hava Hızı (cm/s) 0.2 0.2 Konik Jet Uzunluğu (cm) 10 10 Konik Tüp Daldırma Derinliği (cm) 15-20 15-20 Yıkama Suyu Hızı (cm/s) 0.1 0.05 Toplayıcı (Gazyağı) Miktarı (g/t) 1800 1200 Köpürtücü (MIBC) Miktarı (g/t) 250 200 Bastırıcı (g/t) / pH 0 / 6.5-7.5 0 / 6.5-7.5 Pülpte Katı Oranı (%) 6 8 Köpük Kalınlığı (cm) 20 15

159

Şlam ve iri boyutlu kömürün siklojet hücresinde değişik sürelerdeki flotasyonunda, ayırma

verimleri sırasıyla 43.04 ile 63.18 ve 39.80 ile 54.60 arasında değişmektedir. Buna göre,

siklojet hücresinde şlam boyutlardaki flotasyonun daha verimli olduğu söylenebilir. Her iki

kömür numunesi için ayırma veriminin en yüksek değerleri 60 saniyelik flotasyon süresi

sonunda elde edilmiş olup, bu sürenin altındaki veya üstündeki flotasyon sürelerinde ya

ürün külü aşırı artmakta ya da ayırma veriminde ciddi düşüşler meydana gelmektedir.

Tek kademeli zenginleştirmede (flotasyon süresi 30 saniye iken) artığın içerisindeki

yanabilir kayıp oldukça (%52.05 veya %51.22) fazladır. Bu yüzden, siklojet hücresinden

elde edilen ilk artık en az 1 sefer daha sistemden geçirilmelidir.

Çizelge 6.25 Optimum koşullar altında yapılan flotasyon deneylerinin sonuçları.

Kömür Numunesi

Flotasyon Süresi

(s)

Ürünler

Miktar

(%)

Kül

(%)

Yanabilir Verim

(%)

Ayırma Verimi

(%)

Temiz Kömür 26.95 8.90 47.95 43.04

30 (Kaba Flt.)

Artık 73.05 63.52 52.05 -

Temiz Kömür 42.12 11.32 72.95 63.18

60

(I.Süpürme) Artık 58.88 76.07 27.05

-

Temiz Kömür 48.86 16.72 79.47 62.73

Şlam

Kömür

(-212 µm) 90

(II.Süpürme) Artık 51.14 79.45 20.53

-

Toplam -

- 100.0 48.80 -

-

Temiz Kömür 29.40 15.00 48.80 39.80

30

(Kaba Flt.) Artık 70.60 56.41 51.22

-

Temiz Kömür 47.70 20.20 74.30 54.60

60

(I.Süpürme) Artık 52.30 66.70 25.70

-

Temiz Kömür 61.30 28.11 86.10 50.80

İri Kömür

(-1000 µm)

90

(II.Süpürme) Artık 38.70 70.50 13.90

-

Toplam

-

- 100.0 44.50 -

-

Şekil 6.31’de siklojet hücresinin iri ve ince boyutlardaki Zonguldak kömürünün tek

süpürmeli flotasyonunda kül giderme başarıları gösterilmiştir. Açıkça görüleceği üzere,

ince boyutlu kömürlerden kül uzaklaştırma başarısı iri kömürlere göre daha yüksek

160

olmaktadır. Örneğin; 60 saniyelik flotasyon süresi sonucunda şlam kömürden kül giderme

başarısı %76.80 iken, iri kömürden %54.60’dır. Bu durumun bir nedeni, iri boyutlu

kömürlerin yeterince serbest tanelerden oluşmamış olması (ara ürün bulundurması) ve

bağlı tanelerle birlikte köpük ürününe geçmiş olmasıdır. Zira, aynı kömürün ince taneli

olması durumunda kül giderme başarısı %76.80’lere yükselebilmektedir.

81.176.8

65.866.3

54.6

36.9

0

20

40

60

80

100

30 60 90

Flotasyon Süresi (s)

Kü

l G

ide

rme

(%

)

Şlam Kömür

İri Kömür

Şekil 6.31 Şlam kömür ve iri kömür için flotasyon süresinin kül giderimine etkisi.

Siklojet hücresinde, optimum koşullar altında şlam ve iri boyutlu kömürlerle yapılan deney

sonuçları release eğrisi ile karşılaştırmalı olarak Şekil 6.32’de verilmiştir. Siklojetten elde

edilen sonuçların eğrilere yakınlık derecelerinden de görülebileceği gibi, her iki kömür için

de oldukça iyi sonuçlar alınmıştır. Ancak, şlam boyutlu kömürün flotasyonunda sonuçlar

release eğrisine daha yakındır. Buna göre, siklojet hücresi, şlam kömürlerinin

zenginleştirilmesi için ideal bir flotasyon makinasıdır. Bunun altında yatan temel neden,

siklojet hücresinin çalışma mekanizması gereği “şlamla kaplanmayı” büyük ölçüde

önlemiş olmasıdır. Siklojet hücresinde, gerek hidrosiklon içerisindeki santrifuj kuvvetleri,

gerekse jetin çıkışı esnasında meydana gelen kesme kuvvetleri killerle kaplı kömür

tanelerini “ön yıkama işlemine” tabi tutmaktadır (Şekil 6.33). Bu yolla killerinden

serbestleşen kömür tanecikleri siklojet hücresinde oluşturulan kabarcıklarla daha verimli

bir şekilde yüzdürülebilmektedir. Ayrıca, konik jetin köpük tabakası içerisinde fışkırması

161

ve köpüğü yoğun bir şekilde keserek titreştirmesi de kül düşüşünde önemli etkiye sahiptir.

Ancak, bu titreşim iri boyutlu kömürün flotasyonunda “zayıf tanecik-kabarcık” bağlarını

bozmakta ve az da olsa verimin düşmesine neden olmaktadır.

Şlam Kömür

Release

İri Kömür

Release

30

40

50

60

70

80

90

100

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50


Ya

na

bilir

Ve

rim

(%

)

İri Kömür

Siklojet

Şlam

Kömür

Şekil 6.32 Siklojet hücresi sonuçlarının release eğrisi ile karşılaştırılması.

Şekil 6.33 Siklojet ve mekanik hücrede killerle kaplı tanenin hareketi.

162

6.8 SİKLOJET HÜCRESİNDE KÜKÜRT GİDERME ÇALIŞMALARI

Bu başlık altında Dursunbey (Balıkesir) ve Azdavay (Kastamonu) kömürlerinden piritik

kükürdün ve külün uzaklaştırılması için siklojet hücresinde değişik tasarım ve çalışma

parametreleri ile optimizasyon deneyleri yapılmıştır.

Dursunbey ve Azdavay kömür numuneleri, tesiste herhangi bir işleme tabi tutulmamış

olup, ocaktan çıkarılan kömürden alınmıştır. Laboratuara getirildikten sonra maksimum

tane boyutu 10 cm olan bu kömürler önce çeneli kırıcıdan, daha sonra konik kırıcıdan

geçirilmiştir. Flotasyon beslemesi için kömürün tamamı kademeli olarak merdaneli

öğütücü ile 212 µm’nin altına indirilmiştir. Öğütülen kömür örneklerinin yaklaşık %60’ı

150 µm’nin altındadır. Çok ince boyutun flotasyonda sorun yaratması nedeniyle öğütme

yeterli görülmüş ve daha ince öğütme yapılmamıştır.

Azdavay kömürü, bundan önceki çalışmalarda kullanılan Zonguldak kömürü gibi bitümlü

bir kömürdür. Bu bakımdan, Zonguldak kömürü için geçerli olan parametrelerin tamamı

Azdavay kömürü için de geçerlidir. Dursunbey kömürü ise linyit kömürü olup, gerek

reaktif tüketimi gerekse köpük kalınlığı bakımından bitümlü kömürlere göre farklılık

göstermektedir. Bu durum Şekil 6.34’de verilen resimlerde de açıkça görülmektedir.

Şekil 6.34 Dursunbey ve Azdavay kömürlerinin flotasyonunda köpük görüntüsü.

Azdavay kömürünün flotasyonunda yoğun ve sağlam bir köpük tabakası elde edilmekte

iken, Dursunbey kömürünün düşük hidrofobluğu nedeniyle daha güçsüz bir köpük tabakası

elde edilmiştir. Deneyler sırasında, Azdavay kömürünün flotasyonunda en yüksek köpük

163

tabakası yüksekliği 30 cm, Dursunbey kömüründe ise en yüksek köpük kalınlığı 12 cm

olarak ölçülmüştür.

Dursunbey kömürünün kuru bazda kül içeriği %33.6, kükürt içeriği ise %2.4’tür. Toplam

kükürdün %1.82 gibi yüksek bir oranı piritik kükürtten, %0.08’i ise sülfat kükürdündün

oluşmaktadır. Azdavay kömürünün ise kül içeriği %29.4, kükürt içeriği %1.6’dır. Toplam

kükürdün %0.8’i piritik kükürtten, %0.18’i ise sülfat kükürdünden oluşmaktadır.

Dursunbey ve Azdavay kömürlerinin yıkanabilirliğinin saptanması amacıyla Şekil 6.35’de

verilen akım şeması ile numunelere release test uygulanmıştır. Testler 3 litrelik Humbold

Wedag tipi klasik flotasyon teknesinde %10 katı içeren pülp ile (300 gr kömür ile)

yapılmıştır.

Şekil 6.35 Release test akım şeması.

Dursunbey kömürünün çok zor yüzmesi (düşük hidrofobitesi) nedeniyle yüksek

miktarlarda toplayıcı (Gazyağı) ve köpürtücü (MIBC) ilave edilmiştir. Ayrıca,

kıvamlandırma süresi diğer kömürlere göre daha yüksek (12 dakika) tutulmuştur.

Dursunbey kömürü için toplam gazyağı ilavesi 6 kg/t, MIBC miktarı ise 300 g/t’dur. Diğer

taraftan, bitümlü bir kömür olan Azdavay kömürünün çok kolay yüzebilmesi nedeniyle

oldukça düşük oranlarda gazyağı ve MIBC ilave edilmiştir. İlave edilen Gazyağı ve MIBC

miktarı sırasıyla 600 g/t ve 80 g/t’dur. Azdavay kömürünün flotasyonunda; karıştırma hızı

(900-1000 dev/dak) nispeten Dursunbey kömürünün karıştırma hızına (1400-1500

164

dev/dak) göre daha düşük tutulmuştur. Deneylerde bastırıcı kullanılmamıştır. Release test

deneyleri sonuçlarından çizilen eğriler sırasıyla Şekil 6.36 ve Şekil 6.37’de gösterilmiştir.

Dursunbey

Kömürü

Azdavay

Kömürü

0

20

40

60

80

100

5 10 15 20 25 30 35


Ya

na

bilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.36 Temiz kömür külüne bağlı olarak yanabilir verimin değişimi.

Dursunbey

Kömürü

Azdavay

Kömürü

0

20

40

60

80

100

1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8

Temiz Kömür Kükürt İçeriği (%)

Ya

na

bilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.37 Temiz kömür kükürt içeriğine bağlı olarak yanabilir verimin değişimi.

165

Release eğrilerinden de görülebileceği gibi, kömür kazanımı arttıkça (yani flotasyon süresi

uzadıkça), hem temiz kömürün kül içeriği hemde kükürt içeriği artmaktadır. Örneğin,

Dursunbey kömüründe ağırlıkça kazanımı %15.17 iken temiz kömür külü %8.01, toplam

kükürt içeriği ise %1.82’dir. Ağırlıkça kazanım %55.38’e çıktığı zaman temiz kömür kül

ve kükürt içeriği sırasıyla %20.35 ve %2.47’ye çıkmaktadır. Benzer durum Azdavay

kömürü için de geçerli olup, ağırlıkça kazanımın %16.33’den %87.33’e çıkması ile temiz

kömür külü %5.71’den %21.27’ye çıkmaktadır. Kükürt ise %1.51’den %1.72’ye

yükselmektedir. Bu durum, Dursunbey ve Azdavay kömürlerindeki kükürdün de belirli

ölçüde kül gibi davrandığının bir göstergesidir.

6.8.1 Siklojet Hücresinde Dursunbey Kömür Numunesinin Flotasyonu İçin Tasarım

ve Çalışma Parametrelerinin Optimizasyonu

Yapılan ön çalışmalarla, piritik kükürt giderimi üzerinde önemli etkiye sahip olan 5 farklı

tasarım ve çalışma parametresi optimize edilmiştir. Bu parametreler sırasıyla, konik jet

yüksekliği, yıkama suyu hızı, köpürtücü tipi, pH ve köpük kalınlığıdır. Diğer

parametrelerin kükürt giderimi üzerine önemli bir etkisinin olmamaması nedeni ile burada

ayrıntılı olarak ele alınmamıştır.

6.8.1.1 Optimum Konik Jet Uzunluğunun Belirlenmesi

Siklojet hücresinde oluşturulan konik jetin uzunluğu kükürt gideriminde önemli bir etkiye

sahiptir. Çünkü hücrede meydana gelen merkezi girdap akımı, konik jetin oluşturduğu

santrifuj kuvvetlerinin etkisiyle oluşturulur. Girdap akımının hızı veya şiddeti, doğrudan

konik jetin uzunluğuyla ilişkilidir. Genel olarak konik jet uzunluğu azaltıldıkça, girdap

akımının hızı veya şiddeti artmaktadır. Siklojet hücresinde gırdap akımının hızının tespiti

için içi hava ile dolu mika bir baloncuk kullanılmıştır. Gırdap akımının varlığında bu

baloncuğun hücrenin çeperleri boyuca hareket süresi ölçülmüştür. Jet yüksekliğinin

azalmasıyla bu baloncuğun hücre yüzeyinde daha hızlı hareket ettiği, jet yüksekliğinin

arttırılmasıyla hızının yavaşladığı tespit edilmiştir. Ayrıca pülpte katı oranın arttırılması da,

az da olsa girdap akımının hızını yavaşlatmaktadır. Bir tam dönüş süresi baz alınarak, %2

katı oranında baloncuğun ölçülen hızları; 0, 5 ve 10 cm’lik konik jet uzunlukları için

sırasıyla 30, 12 ve 3 cm/s bulunmuştur. 10 cm’in üzerindeki jet uzunluklarında girdap

akımı tamamen durmakta ve doğrusal bir jet akışı meydana gelmektedir. Bu durum, diğer

166

durumlarla karşılaştırmalı olarak Şekil 6.38’de gösterilmiştir. Hidrosiklon apeksinin

hücreye 3 cm daldırılması durumunda ise, 7 cm/s’lik bir hız elde edilmiştir. Daha derin

apeks daldırma derinliğinde hız daha da azalmaktadır. Şekil 6.39’da %0 (yalnız su) ve %2

katı oranı için girdap akımının görüntüleri gösterilmiştir.

Şekil 6.38 Jet yüksekliğine bağlı olarak köpük dönüş hızı ve emilen hava miktarları.

Şekil 6.39 Siklojet hücresindeki girdap akımının görüntüsü.

Farklı konik jet uzunluklarında yapılan flotasyon deneylerinin sonuçları Çizelge 6.26’da ve

Şekil 6.40, Şekil 6.41 ve Şekil 6.42’de gösterilmiştir. Deney koşulları aşağıda verilmiştir:

Kömür Numunesi : Dursunbey Kömürü

Konik Jet Uzunluğu : 0, 4, 8, 12, 16 cm

Pülp Besleme Basıncı : 60 kPa

167



Topayıcı (Gazyağı) Miktarı : 7 kg/t

Köpürtücü (MIBC) Miktarı : 0.4 kg/t





Deney sonuçlarına göre; konik jet uzunluğunun 0, 4, 8, 12 ve 16 cm olması durumunda,

temiz kömürün piritik kükürt içerikleri sırasıyla %0.76, 0.88, 0.97, 1.14 ve 1.62

olmaktadır. Piritik kükürt giderme oranları ise 0, 4, 8 12 ve 16 cm’lik jet uzunlukları için

sırasıyla %58.24, 51.65, 46.70, 37.36 ve 10.99 bulunmuştur. Benzer jet uzunlukları için,

temiz kömür külündeki azalma oranları ise sırasıyla %40.77, %41.61, %42.75, %40.86 ve

%33.18’dir.

Sonuç olarak, jet yüksekliğinin azaltılması ile hem piritik kükürt hemde kül giderimi

artmıştır. Ancak, buna bağlı olarak yanabilir verim de azalmıştır.

Çizelge 6.26 Konik jet uzunluğundaki değişimin etkileri.

Konik Jet Uzunluğu

(cm)


(%)


(%)

Temiz Kömür Piritik Kükürt

(%)

Yanabilir Verim

(%)

Küldeki Azalma

(%)

Piritik Kükürtteki

Azalma

(%) 0 32.83 19.90 0.76 39.60 41.77 58.24 4 42.79 19.62 0.88 51.80 41.61 51.65 8 43.66 18.90 0.97 53.32 42.75 46.70 12 45.29 19.87 1.14 54.65 40.86 37.36 16 45.64 22.45 1.62 53.30 33.18 10.99

Toplam 100.00 33.60 1.82 100.00 100.00 100.00

Konik jet yüksekliğinin azaltılması ile her ne kadar piritik kükürt ve kül giderimi artmış

olsa da, aynı durum kömür kazanımı için geçerli değildir. Çizelge 6.26’dan görülebileceği

gibi konik jet uzunluğunun azaltılmasıyla ağırlıkça kazanım da azalmıştır. Konik jet

uzunluğunun 0, 4, 8, 12 ve 16 cm olması durumunda, sırasıyla ağırlıkça kazanımlar

168

%32.88, %42.86, %43.72, %45.35, %45.71 bulunmuştur. Jet yüksekliğinin 0 cm olması

durumunda ise yanabilir verim %39.60’a kadar düşmüştür.

20

30

40

50

60

0 4 8 12 16 20


Ya

na

bilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.40 Konik jet uzunluğunun yanabilir verime etkisi.

10

20

30

40

50

60

0 4 8 12 16 20


Pir

itik

Kü

kü

rtte

ki A

za

lma (

%)

Şekil 6.41 Konik jet uzunluğunun piritik kükürtteki azalmaya etkisi.

169

0,3

0,6

0,9

1,2

1,5

1,8

2,1

0 4 8 12 16 20


T. K

. P

iritik

Kü

kü

rt İç

eriğ

i (%

)

Şekil 6.42 Konik jet uzunluğuna bağlı olarak temiz kömür piritik kükürt içeriği.

Şekil 6.40 ve Şekil 6.41’de görülebileceği üzere, makul bir yanabilir verimle en yüksek

piritik kükürt giderimini sağlayan 8 cm’lik bir konik jet yüksekliği optimum değer olarak

kabul edilmiştir. Söz konusu yükseklikte, yanabilir verim %53.32, piritik kükürtteki

azalma %46.70’dir. Temiz kömür külündeki azalma ise %42.75 bulunmuştur. Şekil

6.42’den görüleceği üzere, 8 cm’lik konik jet yüksekliğinde temiz kömürün piritik kükürt

içeriği %0.97’dir.

6.8.1.2 Optimum Yıkama Suyu Hızının Belirlenmesi

Siklojet hücresinde kül ve piritik kükürt giderme deneylerinde jet tipi yıkama suyu sistemi

kullanılmıştır. Yıkama suyu, oluşan girdap akımının etkinliğini arttıracak şekilde hücre

yüzeyine 4-5 cm yükseklikten ve yatayla 10-200 açı yapacak şekilde verilmiştir. Bu yolla

hücre yüzeyinde meydana gelen girdap akımının şiddeti belli ölçüde arttırılmıştır. Yapılan

ön çalışmalarda, dik verilen yıkama suyunun az da olsa girdap akımının etkinliğini (yada

hızını) azalttığı görülmüştür.

170

Siklojet hücresinde, farklı yıkama suyu hızlarında yapılan deneylerin sonuçları Çizelge

6.27’de ve Şekil 6.43, Şekil 6.44 ve Şekil 6.45’de gösterilmiştir. Deney koşulları ise

aşağıda verilmiştir.


Yıkama Suyu Hızı : 0.05, 0.10, 0.20, 0.30 cm/s











Yıkama Suyu Hızı

(cm/s)


(%)


(%)


(%)

Yanabilir Verim

(%)

Küldeki Azalma

(%)


Azalma (%)

0.00 44.91 21.20 1.10 53.30 36.90 39.56 0.05 43.61 20.21 0.90 52.40 39.85 50.55 0.10 42.53 19.76 0.83 51.40 41.19 54.40 0.20 39.15 19.10 0.74 47.70 43.15 59.34 0.30 33.63 18.70 0.65 41.18 44.35 64.29

Toplam 100.00 33.60 1.82 100.00 100.00 100.00

Çizelge 6.27’den görüleceği üzere, yıkama suyunun 0 ile 0.3 cm/s hızları arasında

değiştirilmesi durumunda yanabilir verim %53.30 ile %41.18 arasında değişmekte iken,

piritik kükürtteki azalma %39.56 ile %64.29 arasında değişmektedir. Küldeki azalma ise

%36.90 ile 44.35 arasında değişmiştir. Yüksek yıkama suyu hızlarında hem piritik kükürt

hemde kül giderimi daha yüksek olmaktadır (Şekil 6.45). Bu durum, Dursunbey

kömürünün piritik kükürdünün yıkama suyu ile yıkanabildiğinin bir göstergesidir. Başka

bir deyişle, köpüğe taşınan piritik kükürt, gangı oluşturan hidrofil kül gibi yıkanabilmekte

171

ve pülpe geri düşerek köpük ürünün piritik kükürt içeriğini azaltmaktadır. Bu mekanizma

Şekil 6.46’de şematik olarak gösterilmiştir. Şekil 6.46’ye göre, kül ve pirit taneleri kömüre

göre daha az hidrofob olduklarından yıkama suyuyla birlikte yıkanabilmektedir.

35

40

45

50

55

60

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4


Ya

na

bilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.43 Yıkama suyu hızının yanabilir verime etkisi.

30

40

50

60

70

80

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40


Pir

itik

Kü

kü

rtte

ki A

za

lma

(%

)

Şekil 6.44 Yıkama suyu hızının piritik kükürtteki azalmaya etkisi.

172

30

40

50

60

70

80

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40


Pir

itik

Kü

kü

rtte

ki A

za

lma

(%

)

Şekil 6.45 Yıkama suyu hızının temiz kömür piritik kükürt içeriğine etkisi.

Şekil 6.46 Yıkama suyunun kül ve piritik kükürdü yıkama mekanizması.

0.20 ve 0.30 cm/s gibi yüksek yıkma suyu hızlarında yüksek piritik kükürt ve kül

giderimleri sağlanmasına rağmen, yanabilir verimde (veya kömür kazanımında) ciddi

düşüşler meydana gelmiştir. Örneğin; yıkama suyu hızının sırası ile 0.00, 0.05, 0.10, 0.20

ve 0.30 cm/s’ye yükseltilmesi ile yanabilir verim %53.30, %52.40, %51.40, %47.70 ve

173

%41.18 olacak şekilde azalmıştır. Yanabilir verim, kül ve piritik kükürt giderimi gözönüne

alınarak optimum yıkama suyu hızı 0.1 cm/s olarak belirlenmiştir.

6.8.1.3 Optimum Köpürtücü Tipinin Belirlenmesi

Siklojet hücresinde kullanılan toplayıcının cinsi, konsantrenin piritik kükürt ve kül

içeriğini çok fazla etkilemezken, özellikle köpürtücü cinsi konsantrenin piritik kükürt

içeriğini önemli ölçüde etkilemektedir.

Genellikle gevşek ve iri boyutlu kabarcık oluşturan köpürtücüler (2EH gibi), ince, sağlam

ve sık kabarcık oluşturan köpürtücülere (Dowfroth-250) göre daha düşük küllü ve piritik

kükürtlü ürünler vermektedir. Buradaki temel neden, sık ve ince boyutlu kabarcıklar

arasından pirit taneciklerinin daha kolay köpük ürününe taşınmasıdır. Şekil 6.47’de

Dursunbey linyiti için yoğun mekanik taşınamaya neden olan Dowfroth-250 ve iri boyutlu

ve gevşek kabarcık oluşturan 2EH’un köpük görüntüleri gösterilmiştir.

Şekil 6.47 Dursunbey linyitinin Dowfroth-250 ve 2EH ile flotasyonu.

Dursunbey kömürünün siklojet hücresinde flotasyonunda MIBC, Dowfroth-250, Çamyağı

ve 2-Etil Hegzanol olmak üzere 4 farklı tipte köpürtücü denemiştir. Köpürtücülerin

%50’lik solüsyonları ile pH değerleri ölçülmüştür. Buna göre, MIBC ve 2EH yaklaşık

olarak 7 pH değerinde (nötr) iken, Çamyağı pH 6’da (asidik), Dowfroth-250 ise pH 8

(bazik) olarak bulunmuştur. Deneylerin sonuçları Çizelge 6.28’de sayısal olarak ve Şekil

6.48, Şekil 6.49, Şekil 6.50 ve Şekil 6.51’de grafikler halinde gösterilmiştir. Deney

koşulları ise aşağıda verilmiştir:

174

Kömür Numunesi : Dursunbey Kömürü,

Köpürtücü Tipi : MIBC, 2EH, Çamyağı, Dowfroth-250

Köpürtücü Miktarı : 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 kg/t








Çizelge 6.28 Köpürtücü tipine bağlı olarak köpürtücü miktarındaki değişimin etkileri.

Köpürtücü Tipi

İlave Miktarı

(g/t)


(%)


(%)


(%)

Yanabilir Verim

(%)

Küldeki Azalma

(%)


Azalma

(%) 100 28.82 18.20 0.80 35.50 45.83 56.04 200 35.41 18.80 0.82 43.30 44.05 54.95 300 39.59 19.00 0.81 48.30 43.45 55.49 400 42.73 19.70 0.84 51.68 41.37 53.85

MIBC

500 44.46 20.87 0.90 52.98 37.89 50.55 100 31.81 19.00 0.97 38.80 43.45 46.70 200 37.57 19.40 1.00 45.60 42.26 45.05 300 41.42 20.00 1.07 49.90 40.48 41.21 400 44.85 21.23 1.12 53.20 36.82 38.46

Dowfroth-250

500 46.90 23.55 1.24 54.00 29.91 31.87 100 27.55 17.70 0.97 34.15 47.32 46.70 200 34.01 18.00 0.99 42.00 46.43 45.60 300 38.56 18.90 1.00 47.10 43.75 45.05 400 40.99 19.00 1.08 50.00 43.45 40.66

Çamyağı

500 42.50 20.00 1.20 51.20 40.48 34.07 100 25.70 16.80 0.70 32.20 50.00 61.54 200 32.31 17.60 0.73 40.10 47.62 59.89 300 37.06 18.30 0.80 45.60 45.54 56.04 400 39.82 19.00 0.81 48.58 43.45 55.49

2-Etil

Hegzanol

500 42.50 19.70 0.84 51.40 41.37 53.85 Toplam - 100.00 33.60 1.82 100.00 100.00 100.00

Şekil 6.48’den görülebileceği üzere, en düşük piritik kükürtlü kömürler sırasıyla 2EH,

MIBC, Çamyağı ve Dowfroth-250 ile elde edilmiştir. Belirli bir köpürtücü

konsantrasyonunda ise en yüksek yanabilir verim değerleri sırasıyla Dowfroth-250, MIBC,

Çamyağı ve 2EH ile elde edilmiştir.

175

Optimum miktar olarak belirlenen 400 g/t Dowfroth-250, MIBC, Çamyağı ve 2EH

ilavelerinde yanabilir verimler sırasıyla %53.20, %51.60, %50.00 ve %48.58 iken, temiz

kömürün piritik kükürt içeriği sırasıyla %1.12, %0.84, %1.08 ve %0.81 bulunmuştur. Buna

göre, flotasyonda Dowfroth-250, MIBC, Çamyağı ve 2-etil hegzonal’un kullanılması

durumunda, piritik kükürtteki azalma oranları sırasıyla %38.46, %53.85, %40.66 ve

%55.49’dur (Şekil 6.49). Sonuçlardan görülebileceği gibi, piritik kükürt giderimi

bakımından alkol tipi ve nötr pH değeri veren MIBC ve 2EH yaklaşık olarak benzer

sonuçlar vermişlerdir.

Her iki köpürtücü tipinin sağladığı yanabilir verim değerlerine baktığımız zaman,

MIBC’nin 2EH’a göre oldukça yüksek yanabilir verim değerleri sağladığını görmekteyiz.

Bu yanabilir verim değerleri de sırasıyla %51.68 ve %48.58 bulunmuştur.

MIBCDowfroth-250Çamyağı

2EH

30

35

40

45

50

55

60

100 200 300 400 500 600


Ya

na

bilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.48 Farklı köpürtücü tipinin ve miktarının yanabilir verime etkisi.

176

40.6638.46

53.85 55.49

0

10

20

30

40

50

60

MIBC Dowfroth-250 Çamyağı 2-Etil Hegzanol

Pir

itik

Kü

kü

rtte

ki A

za

lma

(%

)

Şekil 6.49 Köpürtücü tipine bağlı olarak piritik kükürtteki azalmalar.

MIBC

Dowfroth-250

Çamyağı

2EH

30

35

40

45

50

55

60

65

100 200 300 400 500 600


Pir

itik

Kü

kü

rtte

ki A

za

lma

(%

)

Şekil 6.50 Farklı köpürtücü tipinin ve miktarının piritik kükürtteki azalmaya etkisi.

MIBC ile Dowfroth-250’nin kullanıldığı flotasyon çalışmalarında, performansın yanabilir

verim yönünden karşılaştırılması durumunda, her iki köpürtücü tipinin yaklaşık olarak

benzer sonuçlar verdiği görülmektedir. Örneğin, 400 g/t’luk bir köpürtücü dozajında MIBC

177

ile yanabilir verim değeri %51.68 iken, Dowfroth-250 ile %53.20’dir. Diğer taraftan hem

kül hem de piritik kükürt giderimi bakımından MIBC köpürtücüsü oldukça iyi sonuçlar

vermiştir. MIBC ile temiz kömür kül içeriği %19.70, piritik kükürt içeriği ise %0.84 iken,

Dowfroth-250 köpürtücüsü ile temiz kömür kül ve piritik kükürdü sırasıyla %21.23 ve

%1.12’dir. MIBC köpürtücüsünün kül ve piritik kükürtte meydana getirdiği azalmalar

sırasıyla %41.37 ve %53.85 iken, Dowfroth 250’nin kül ve piritik kükürtte meydana

getirdiği azalma sırasıyla %36.82 ve %38.46’dır.

43.45

36.82

41.37 43.45

0

10

20

30

40

50

MIBC Dowfroth-250 Çamyağı 2-Etil Hegzanol

Kü

lde

ki A

za

lma

(%

)

Şekil 6.51 Köpürtücü tipine bağlı olarak küldeki azalmalar.

Çamyağı’nın diğer köpürtücülerle karşılaştırılması durumunda, ne yanabilir verim

yönünden ne de kükürt ve kül giderimi yönünden diğerlerine göre daha iyi olduğunu

söylemek mümkündür. Çamyağı, diğer köpürtücülere göre orta derecede iyi olan bir

köpürtücüdür. MIBC ile karşılaştırılması durumunda ise hem verim hem de kül ve kükürt

giderimi yönünden daha başarısızdır. Dowfroth-250 ile karşılaştırılması durumunda ise

verim yönünden daha zayıftır.

Sonuç olarak sistem için değişik köpürtücülerin kullanılması mümkün olmakla birlikte,

bundan sonraki çalışmalar için 400 g/t MIBC kullanımı en uygun köpürtücü miktarı ve

cinsi olarak belirlenmiştir.

178

6.8.1.4 Optimum pH Değerinin Belirlenmesi

Yapılan pek çok çalışmada, piritik kükürdü bastırmak için kolay bulunur ve zararsız olması

nedeniyle kireç (CaO) tercih edilmektedir. Kireç ilavesinin amacı, ortamı bazik yaparak

piritin bastırılmasını sağlamasıdır. Piritin asidik ortamda daha kolay yüzmesi nedeniyle

böyle bir yol izlenmektedir (Leja 1982, Chander and Aplan 1989, Kawatra and Eisele

1997, Demirbaş 2002, Bentli ve Kaya 2004).

Farklı pH’larda yapılan deneylerin sonuçları Çizelge 6.29’da ve Şekil 6.52, Şekil 6.53 ve

6.54’de gösterilmiştir. Tüm deneyler aşağıdaki koşullar altında yapılmıştır:


pH Değeri : 3, 5, 7, 9, 11









Çizelge 6.29 pH değerindeki değişimin etkileri.

pH

Değeri


(%)


(%)


(%)

Yanabilir Verim

(%)

Küldeki Azalma

(%)


Azalma

(%) 3 40.45 20.10 0.98 48.60 40.18 46.15 5 42.00 19.68 0.87 50.80 41.43 52.20 7 42.77 19.69 0.85 51.73 41.41 53.30 9 41.47 19.75 0.89 50.12 41.22 56.59

11 40.95 21.60 0.81 48.28 35.71 55.49 Toplam 100.00 33.60 1.82 100.00 100.00 100.00

179

30

35

40

45

50

55

60

3 5 7 9 11 13

pH Değeri

Ya

na

bilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.52 pH değerinin yanabilir verime etkisi.

30

35

40

45

50

55

60

3 5 7 9 11 13

pH Değeri

P. K

ük

ürt

tek

i A

za

lma

(%

)

Şekil 6.53 pH değerinin piritik kükürtteki azalmaya etkisi.

Çizelge 6.29’daki deney sonuçlarına göre, genel olarak pH değeri artıkça temiz kömürün

piritik kükürt içeriği azalmıştır. Ancak, belli bir pH değerinden sonra piritik kükürt

giderimi değişmemiştir. Asidik bir ortamda (pH 3 iken) temiz kömürün piritik kükürt

180

içeriği %0.98 iken, bazik bir ortamda (pH 9 iken) piritik kükürt içeriği %0.89 olmaktadır.

Temiz kömürün kül içeriğinin pH değeri ile değişimi incelendiğinde, 5-9 aralığında külün

çok fazla değişmediği, çok düşük ve çok yüksek pH’larda ortam koşullarının bozulması

nedeniyle temiz kömür kül içeriğinin arttığı görülmüştür. Örneğin, pH 7’de temiz kömür

külü %19.69 iken, pH 11’de %21.60’a yükselmiştir.

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

3 5 7 9 11 13

pH Değeri

Pir

itik

Kü

kü

rt İç

eriğ

i (%

)

Şekil 6.54 pH değerlerinin temiz kömür piritik kükürt içeriğine etkisi.

Şekil 6.52’den, pH değerinin değişimine bağlı olarak yanabilir verimdeki değişime

bakıldığı zaman, çok yüksek ve çok düşük pH değerlerinde yanabilir verimin düştüğü

görülmüştür. Başka bir deyişle, ortamın çok asidik veya bazik olması kömür kazanımını

olumsuz yönde etkilemiştir. En yüksek yanabilir verim ise pH 6-7 civarında elde edilmiştir.

Bu aralıkta yanabilir verim değeri yaklaşık %51’dir. pH’nın 3 ve 11 olması durumunda ise

yanabilir verimler sırasıyla %49.60 ve %49.28 bulunmuştur.

Sonuç olarak, siklojet flotasyonu için en uygun pH değeri yanabilir verim, kül ve kükürt

giderimi açısından farklılık göstermektedir. Dursunbey kömürünün temizlenmesinde

özellikle piritik kükürdün giderimi hedeflendiği için optimum pH değeri 9 olarak

seçilmiştir. Ancak, piritik kükürt giderimi göz ardı edildiğinde, yanabilir verim daha

yüksek olduğu için doğal pülp pH’sında çalışılması daha uygundur.

181

6.8.1.5 Optimum Köpük Kalınlığının Belirlenmesi

Bundan önce yapılan deneylerde (şlam ve iri kömürde) olduğu gibi, köpük kalınlığının

arttırılması ile temiz kömürün külü önemli ölçüde azalmaktadır. Ancak, Dursunbey

kömürünün düşük hidrofobluğu nedeniyle çok yüksek köpük tabakaları elde edilememiştir.

Bu yüzden, siklojet hücresinde elde edilen en yüksek köpük kalınlığı yaklaşık 12-13 cm

kadardır. Bu da özellikle kül ve piritik kükürt giderimini önemli ölçüde etkilemiştir.

Siklojet hücresinde, değişik köpük kalınlıklarında yapılan deney sonuçları Çizelge 6.30’da

ve Şekil 6.54, Şekil 6.55 ve Şekil 6.56’de gösterilmiştir. Deney koşulları ise aşağıda

verilmiştir:


Köpük Kalınlığı : 4, 6, 8, 10, 12 cm







pH Değeri : 9




(cm)


(%)


Temiz Kömür P.

Kükürt (%)

Yanabilir Verim

(%)

Küldeki Azalma

(%)


Azalma (%)

4 49.28 27.10 1.02 54.10 19.35 43.96 6 45.87 24.00 0.88 52.50 28.57 51.65 8 42.30 19.75 0.79 51.12 41.22 56.59 10 35.33 19.00 0.72 43.10 43.45 60.44 12 16.70 18.10 0.69 20.60 46.13 62.09

Toplam 100.00 33.60 1.82 100.00 100.00 100.00

Çizelge 6.30’dan görülebileceği üzere, köpük kalınlığının 2 cm’den 12 cm’e çıkarılmasıyla

hem piritik kükürt hem de kül giderimi önemli ölçüde artmıştır. Köpük kalınlığının 4 cm

182

olması durumunda, temiz kömür kül ve kükürt içeriği sırasıyla %27.10 ve %1.02

bulunmuştur. Köpük kalınlığının 12 cm’e çıkarılması durumunda ise temiz kömür külü

%18.10’a, piritik kükürt içeriği ise %0.69’a düşmüştür.

20

25

30

35

40

45

50

55

60

4 6 8 10 12 14


Ya

nab

ilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.55 Köpük kalınlığının yanabilir verime etkisi.

30

35

40

45

50

55

60

65

70

4 6 8 10 12 14


Pir

itik

Kü

kü

rtte

ki A

za

lma (%

)

Şekil 6.56 Köpük kalınlığının piritik kükürtteki azalmaya etkisi.

183

Köpük kalınlığına bağlı olarak temiz kömür külündeki azalmanın en büyük ve en küçük

değerleri sırasıyla %46.13 ve %19.35 iken, piritik kükürtteki azalma değerleri sırasıyla

%62.09 ve %43.96’dır. O halde, flotasyonda mekanik yada hidrolik olarak taşınan kül ve

piritik kükürdü önemli ölçüde yüksek köpük kalınlıklarıyla gidermek mümkün olmaktadır.

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

4 6 8 10 12 14


Pir

itik

Kü

kü

rt İç

eriğ

i (%

)

Şekil 6.57 Köpük kalınlığının temiz kömür piritik kükürt içeriğine etkisi.

Yanabilir verim değerlerine baktığımız zaman en yüksek kül ve piritik kükürt gideriminin

olduğu durumda (12 cm köpük kalınlığında), yanabilir verim en düşük değerini almış ve

%20.60 bulunmuştur. Köpük kalınlığının sırasıyla 10, 8, 6 ve 4 cm’e düşürülmesiyle

yanabilir verimler sırasıyla %43.10, %51.12, % 52.50 ve %54.10 bulunmuştur.

Deney sonuçlarından da görülebileceği gibi, köpük kalınlığının arttırılması ile hem kül

hem de piritik kükürt önemli ölçüde giderilmiştir. Ancak, linyit kömürünün flotasyonunda

çok yüksek köpük kalınlıklarının elde edilememesi önemli bir dezavantaj oluşturmuştur.

Öyle ki, yüksek kül ve kükürt giderimine rağmen, çok yüksek olmayan bir köpük

tabakasında bile (örneğin 12 cm gibi), yanabilir verimi önemli ölçüde azaltmıştır. Sonuç

olarak, sistem için en uygun köpük kalınlığı 8 cm olarak belirlenmiştir.

184

6.8.2 Siklojet Hücresinde Azdavay Kömür Numunesinin Flotasyonu İçin Tasarım ve

Çalışma Parametrelerinin Optimizasyonu

Azdavay bitümlü kömürü, Dursunbey linyit kömürüne göre oldukça kolay yüzebilen ve

siklojet hücresinde oldukça yüksek köpük kalınlıkları verebilen bir kömürdür. Bu kömürün

piritik kükürt %0.80, sülfatik kükürt içeriği ise %0.18’dir. Kül içeriği %29.40’dır.

Azdavay kömür numunesinin siklojet hücresinde flotasyonunda çeşitli paramerelerin

değişimi ile elde edilen kül değişimi şlam kömürün flotasyonunda olduğu gibi sonuçlar

vermiştir. Bunun temel nedeni, Azdavay kömürü ve şlam kömürün kolay yüzebilen

bitümlü kömür olmasıdır. Deneylerde kullanılan Azdavay kömürünün ve şlam kömürün

tane boyutu da benzer olup, -212 µm’dir. Bu yüzden, flotasyon işleminde tasarım ve

çalışma parametrelerin değişimi, her iki kömür numunesinin flotasyonunda da benzer

değişimler meydana getirmiştir.

6.8.2.1 Optimum Konik Jet Uzunluğunun Belirlenmesi

Siklojet hücresinde farklı konik jet uzunluklarında yapılan flotasyon deneylerinin sonuçları

Çizelge 6.31’de verilmiştir. Deneyler aşağıdaki koşullar altında yapılmıştır.

Kömür Numunesi : Azdavay Kömürü

Konik Jet Uzunluğu : 0, 4, 8, 12, 16 cm










Çizelge 6.31’deki sonuçlardan görüleceği üzere; konik jet uzunluğunun 0, 4, 8, 12 ve 16

cm olması durumunda, temiz kömürün piritik kükürt içerikleri sırasıyla %0.38, 0.40, 0.42,

0.49 ve 0.55 olmaktadır. Piritik kükürtteki azalma oranları ise 0, 4, 8 12 ve 16 cm’lik jet

185

uzunlukları için sırasıyla %52.50, 50.00, 47.50, 38.75 ve 31.25 bulunmuştur. Benzer jet

uzunlukları için, temiz kömür külündeki azalma oranları ise sırasıyla %461.90, %62.21,

%62.59, %61.73 ve %59.86 olmaktadır.

Deney sonuçlarına göre, konik jet yüksekliği azaldıkça, piritik kükürt giderimi artmıştır.

Ancak jet yüksekliğine bağlı olarak yanabilir verim de düşme eğilimindedir. Bu bakımdan,

yanabilir verim de göz önüne alınarak, 8 cm’lik bir konik jet yüksekliği optimum değer

olarak seçilmiştir.

Çizelge 6.31 Konik jet uzunluğundaki değişimin etkileri.

Konik Jet Uzunluğu

(cm)


(%)


(%)

Temiz Kömür P.

Kükürt (%)

Yanabilir Verim

(%)

Küldeki Azalma

(%)


Azalma (%)

0 34.43 11.20 0.38 43.30 61.90 52.50 4 55.60 11.11 0.40 70.00 62.21 50.00 8 56.40 11.00 0.42 71.10 62.59 47.50 12 57.38 11.25 0.49 72.13 61.73 38.75 16 54.59 11.80 0.55 68.20 59.86 31.25

Toplam 100.00 29.40 0.80 100.00 100.00 100.00

6.8.2.2 Optimum Yıkama Suyu Hızının Belirlenmesi

Siklojet hücresinde farklı yıkama suyu hızlarında yapılan flotasyon deneylerinin sonuçları



Yıkama Suyu Hızı : 0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3 cm/s

Konik Jet Uzunluğu : 8, 12, 16 cm










186

Çizelge 6.31’deki sonuçlardan görüleceği üzere; yıkama suyu hızının 0’dan 0.30 cm/s’ye

çıkarılmasıyla, piritik kükürt içeriği %0.54’den 0.31’e düşmüştür. Temiz kömür kül içeriği

ise %13.20’den %7.65’e düşmüştür. Ancak benzer düşüş yanabilir verim değeri için de

geçerli olup, yanabilir verim % 73’den %58.80’e düşmüştür. Bu bakımdan, yanabilir verim

de göz önüne alınarak, 0.10 cm/s’lik yıkama suyu hızı optimum yıkama suyu hızı olarak

kabul edilmiştir.


Yıkama Suyu Hızı

(cm/s)


(%)


(%)

Temiz Kömür P.

Kükürt (%)

Yanabilir Verim

(%)

Küldeki Azalma

(%)


Azalma (%)

0.00 59.38 13.20 0.54 73.00 55.10 32.50 0.05 57.76 11.97 0.48 72.02 59.29 40.00 0.10 56.40 11.00 0.42 71.10 62.59 47.50 0.20 50.68 9.45 0.37 65.00 67.86 53.75 0.30 44.95 7.65 0.31 58.80 73.98 61.25

Toplam 100.00 29.40 0.80 100.00 100.00 100.00

6.8.2.3 Optimum Köpük Kalınlığının Belirlenmesi

Siklojet hücresinde farklı yıkama suyu hızlarında yapılan flotasyon deneylerinin sonuçları



Köpük Kalınlığı : 10, 15, 20, 25, 30 cm


Konik Jet Uzunluğu : 8, 12, 16 cm









187

Çizelge 6.33’den görülebileceği üzere, köpük kalınlığının 10, 15, 20, 25 ve 30 cm olacak

şekilde arttırılmasıyla; temiz kömür piritik kükürt içeriği sırasıyla %0.54, 0.50, 0.41, 0.38

ve 0.34 şeklinde azalmakta iken, temiz kömür kül içeriği %15.50, 13.30, 11, 9.96 ve 8.80

şeklinde azalmıştır. Yanabilir verim değerleri ise sırasıyla %71.75, 72, 71.10, 67.70 ve

42.70 bulunmuştur. Piritik kükürt, kül ve yanabilir verim dikkate alınarak optimum köpük

kalınlığı 20 cm seçilmiştir.



(cm)


(%)


Temiz Kömür P.

Kükürt (%)

Yanabilir Verim

(%)

Küldeki Azalma

(%)


Azalma (%)

10 59.95 15.50 0.54 71.75 47.28 32.50 15 58.63 13.30 0.50 72.00 54.76 37.50 20 56.40 11.00 0.41 71.10 62.59 48.75 25 53.08 9.96 0.38 67.70 66.12 52.50 30 33.06 8.80 0.34 42.70 70.07 57.50

Toplam 100.00 29.40 0.80 100.00 100.00 100.00 6.8.3 Siklojet Hücresinde Dursunbey ve Azdavay Kömürlerinin Optimum Koşullarda

Flotasyonu

Dursunbey ve Azdavay kömürlerinin siklojet hücresinde flotasyonu için optimum tasarım

ve çalışma koşulları Çizelge 6.34’de verilmiştir. Bu değerlerden, Dursunbey kömürünün

Azdavay kömürüne göre çok zor yüzdüğü ve çok yüksek miktarlarda toplayıcı ve

köpürtücü sarfiyatına neden olduğu görülmektedir. Dursunbey kömüründe optimum

toplayıcı miktarı 7000 g/t iken, Azdavay kömüründe 1000 g/t’dur. Tüketilen MIBC miktarı

ise sırasıyla 400 g/t ve 150 g/t’dur.

Dursunbey kömürünün köpük kalınlığı Azdavay kömürüne göre yaklaşık 2 kat daha düşük

bulunmuştur. Bunun nedeni Dursunbey kömürünün daha az hidrofob olmasıdır. Bu durum

çalışılan pülpte katı oranlarını da etkilemiş ve optimum katı oranları Dursunbey kömürü

için %8, Azdavay kömürü için %6 olarak tespit edilmiştir.

Optimum koşullar altında farklı sürelerde, by-pass açık bir şekilde 30 (kaba flotasyon), 60

(I.süpürme) ve 90 (II.süpürme) saniyelik fotasyon süreleri sonucunda elde edilen ürünlere

ait sonuçlar Çizelge 6.27’de verilmiştir. Çizelge 6.27’den; Dursunbey kömürü için 30, 60

188

ve 90 saniyelik flotasyon süreleri sonunda sırasıyla %13.78, %19.75 ve %24.10 küllü

temiz kömürler %28.80, %51.12 ve %62.80 yanabilir verimle kazanılmıştır. 30, 60 ve 90

saniyelik flotasyon sürelerinde elde edilen temiz kömür toplam kükürt içerikleri ise

sırasıyla %1.16, %1.20 ve %1.48 bulunmuştur.

Çizelge 6.34 Dursunbey ve Azdavay kömürlerinin flotasyonu için optimum koşullar.

Siklojet Hücresi Tasarım ve Çalışma Parametreleri

Dursunbey Kömürü (Linyit)

Azdavay Kömürü (Bitümlü Kömür)

Hücre Çapı/Hücre Boyu (cm) 54/90 54/90 Konik Tüp Çapı (cm) 32 32 Besleme Basıncı (kPa) 60 60 Hava Hızı (cm/s) 0.2 0.2 Konik Jet Uzunluğu (cm) 8 8 Konik Tüp Daldırma Derinliği (cm) 20 20 Yıkama Suyu Hızı (cm/s) 0.1 0.1 Toplayıcı (Gazyağı) Miktarı (g/t) 7000 1000 Köpürtücü (MIBC) Miktarı (g/t) 400 150 Çalışma PH’sı 9 8.5 Pülpte Katı Oranı (%) 8 6 Köpük Kalınlığı (cm) 8 20

Optimum koşullar altında 30, 60 ve 90 saniyelik flotasyon sürelerinde yapılan deney

sonuçları Çizelge 6.35’de verilmiştir. Çizelge 6.35’den görülebileceği gibi; Dursunbey

kömürü için 30, 60 ve 90 saniyelik flotasyon süreleri sonunda sırasıyla %13.78, %19.75 ve

%24.10 küllü temiz kömürler %28.80, %51.12 ve %62.80 yanabilir verimle

kazanılabilmektedir.

30, 60 ve 90 saniyelik flotasyon süreleri için piritik kükürtteki azalma değerleri sırasıyla

%59.34, %57.14, %41.76; toplam kükürtteki azalma değerleri ise sırasıyla %51.67,

%50.00 ve %38.33 bulunmuştur.

189

Çizelge 6.35 Dursunbey ve Azdavay kömürlerinin optimum koşulda flotasyon sonuçları.

Kömür

Numunesi

Flotasyon Süresi

(Saniye)

Ürünler Miktar

(%)

Kül

(%)

Toplam Kükürt

(%)

Yanb. Verim

(%)

Temiz Kömür 22.18

13.78 1.16 28.80

30

(Kaba Flot.) Artık 77.82

39.25 2.75 71.20

Temiz Kömür 42.30

19.75 1.20 51.12

60

(I.Süpürme) Artık 57.70

43.75 3.28 48.88

Temiz Kömür 54.94

24.10 1.48 62.80

Dursunbey kömürü

90

(II. Süpürme) Artık 45.06

45.18 3.52 37.20

Toplam -

- 100.0

33.60 2.40 -

Temiz Kömür 33.33

7.65 0.81 43.60

30

(Kaba Flot.) Artık 66.67

40.27 1.99 56.40

Temiz Kömür 56.40

11.00 0.83 71.10

60

(I.Süpürme) Artık 43.60

53.20 2.60 2.90

Temiz Kömür 73.74

14.88 0.95 88.90

Azdavay Kömürü

90

(II.Süpürme) Artık 26.26

70.16 3.42 11.10

Toplam -

- 100.0

29.40 1.60 -

Çizelge 6.35’den görülebileceği üzere, siklojet hücresinde Dursunbey kömürünün

flotasyonunda, 60 saniyelik optimum bir flotasyon süresi sonunda; makul bir yanabilir

verimle, kül %33.60’dan %19.75’e, toplam kükürt ise %2.40’tan %1.20’ye

düşürülebilmektedir.

Azdavay kömürü için 30 (Kaba), 60 (I.Süpürme) ve 90 (II.Süpürme) saniyelik flotasyon

süreleri sonunda sırasıyla %7.65, %11.00 ve %14.88 küllü temiz kömürler %43.60,

%71.10 ve %88.90 yanabilir verimle kazanılmıştır. Toplam kükürt içerikleri ise sırasıyla

%0.81, 0.83 ve 0.95 bulunmuştur. Her iki kömür numunesinin flotasyonundan da

görüldüğü gibi, flotasyon kademesinin arttırılması ile elde edilen temiz kömürün hem külü

hemde piritik kükürt içeriği artmaktadır. Başka bir deyişle, kül arttıkça piritik kükürt

içeriği de artma eğilimindedir.

190

59.34

41.76

57.14

37.50

52.5055.00

0

10

20

30

40

50

60

70

80

30 60 90

Flotasyon Süresi (s)

Pir

itik

Kü

kü

rtte

ki A

za

lma

(%

)

Dursunbey Kömürü

Azdavay Kömürü

Şekil 6.58 Flotasyon süresine bağlı olarak piritik kükürtteki azalma oranları.

Şekil 6.58’de siklojet hücresinde flotasyon süresine bağlı olarak, Dursunbey ve Azdavay

kömürlerinden piritik kükürtteki azalma oranları gösterilmiştir. Şekil 6.58’de

görülebileceği gibi, flotasyon süresi arttıkça piritik kükürt giderimi azalmaktadır.

Dursunbey kömürü için 30 saniyelik bir flotasyon süresinde piritik kükürtteki azalma

%59.34 iken; 60 saniye sonunda %57.14 ve 90 saniye sonunda %41.76 değerine

düşmektedir. 30, 60 ve 90 saniyelik flotasyon sürelerinde Azdavay kömüründeki pirirtik

kükürt azalma oranları ise sırasıyla %55, %52.50 ve %37.50 olarak bulunmuştur.

Siklojet hücresinde optimum koşullarda, Dursunbey ve Azdavay kömürlerinin

flotasyonundan elde edilen sonuçlar release eğrisi ile karşılaştırmalı olarak Şekil 6.59 ve

6.60’da gösterilmiştir.

Şekil 6.59’dan görülebileceği gibi, siklojet hücresi özellikle bitümlü bir kömür olan

Azdavay kömürünün flotasyonunda oldukça iyi sonuçlar vermiştir. Siklojet hücresinde

Dursunbey kömürünün flotasyon sonuçları, release eğrisi ile karşılaştırıldığında Azdavay

kömürünün flotasyon sonuçları kadar iyi sonuç vermemiştir. Başka bir deyişle, kömür

tiplerinin realease eğrisine yakınlık derecelerine bakılırsa, Dursunbey kömürünün siklojet

hücresinde flotasyonu çok başarılı değildir. Bunun temel nedeni, Siklojet hücresinin köpük

zonunda meydana gelen titreşimin ve yıkama suyunun “zayıf tanecik-kabarcık” bağlarını

bozmuş olmasıdır. Başka bir deyişle, konik jetin köpük zonu içerisinden geçişi esnasında

191

oluşan “titreşim” ve “yoğun karışma” kabarcığa zayıf bağlarla bağlı olan hidrofobluğu

düşük linyit taneciklerinin de kolayca kopmasına neden olmuş ve pülpe geri düşürmüştür.

Dursunbey kömürünün flotasyonunda elde edilen düşük köpük kalınlığı, konik jetin köpük

zonunda daha yoğun bir karışma sağlamasına neden olmuş ve daha yüksek tanecik-

kabarcık kopmaları meydana getirerek kömür kazanımını düşürmüştür.

Dursunbey

Kömürü

Release

Azdavay

Kömürü

Release

Dursunbey

Kömürü

Siklojet

Azdavay

Kömürü

Siklojet

0

20

40

60

80

100

5 10 15 20 25 30


Ya

nab

ilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.59 Siklojet sonuçlarının kül bakımından release eğrisi ile karşılaştırılması.

Şekil 6.60’dan her iki kömür numunesi için kükürt giderimine baktığımız zaman, klasik

flotasyona göre daha iyi sonuçların elde edildiğini görmekteyiz. Bunun altında yatan temel

neden, düşük jet yüksekliğinde (< 5 cm) oluşturulan siklonik jet hareketi, sistemde bulunan

yıkama suyunun varlığı ve yüksek köpük kalınlıklarının (özellikle Azdavay kömürünün

flotasyonunda) elde edilebilmesidir. Ayrıca, siklojet hücresinde fışkıran pülpün köpük

zonu içerisinden geçmesi ve köpüğü titreştirmesi de kül gibi davranan piritik kükürdün

pülpe geri düşmesine olanak sağlamıştır. Diğer taraftan, uygun pH aralığında (8-9)

çalışılması da piritik kükürdün belli ölçüde giderilmesinde avantaj sağlamaktadır.

192

Azdavay

Kömürü

Release

Azdavay

Kömürü

Siklojet

Dursunbey

Linyiti

Release

Dursunbey

Kömürü

Siklojet

0

20

40

60

80

100

0,5 0,8 1,0 1,3 1,5 1,8 2,0 2,3 2,5 2,8 3,0

Temiz Kömür Kükürt İçeriği (%)

Ya

na

bilir

Ve

rim

(%

)

Şekil 6.60 Siklojet sonuçlarının piritik kükürt bakımından release eğrisi ile karşılaştırması.

193

BÖLÜM 7

SİKLOJET HÜCRESİ FLOTASYON PERFORMANSININ MEKANİK VE

KOLON FLOTASYONU HÜCRELERİ İLE KARŞILAŞTIRILMASI

Bundan önceki çalışmalarda siklojet flotasyon hücresinin şlam boyutlu kömürlerin

temizlenmesinde yüksek verim ve düşük kül içerikli temiz kömürler vermesi nedeni ile

özellikle bu boyutta karşılaştırma yapılması uygun görülmüştür. Buradaki amaç, şlam

kömürlerinin temizlenmesi için en uygun olabilecek flotasyon makinesinin tespitidir.

7.1 DENEYLERDE KULLANILAN NUMUNENIN ÖZELLİKLERİ

Deneylerde, Zonguldak merkeze bağlı özel bir maden işletmesinin kömür hazırlama

tesisinde hidrosiklon ünitesinden çıkan çok ince boyutlu şlam kömürler kullanılmıştır.

Sözkonusu tesiste, toz diye tabir edilen ve %90’ı 1 mm’nin altında olan kömürler önce 350

mm’lik bir hidrosiklona beslenmekte ve siklon üst akımı ürün “şlam kömür” olarak

nitelendirilmektedir. Bu şlamlar piyasa koşullarına göre zaman zaman düşük fiyatlarla

Çatalağzı Termik Santralına satılmakta veya daha sonra değerlendirmek üzere

stoklanmaktadır. Zonguldak ilindeki diğer bazı tesislerde ise bu şlamlar artık olarak

derelere akıtılmaktadır. Şlam kömürünün kısa kimyasal analizi ve tane boyut dağılımına

göre kül içerikleri Çizelge 7.1 ve Çizelge 7.2’de verilmiştir.

Çizelge 7.1 Deneylerde kullanılan şlam kömür numunesinin kimyasal analizi.

Analizler Orijinal Kömürde Kuru Kömürde


33.00 32.70 14.40 19.90 0.50 2901 2600

- 48.80 21.40 29.80 0.70 4330 4178

194

Çizelge 7.2 Şlam kömür numunesinin boyut dağılımı ve boyut gruplarında kül içerikleri.

Elek Açıklığı

(µm)

Miktar

(%)

Kül

(%)

Yanabilir Verim

Dağılımı (%)

Toplamlı Miktar

(%)

Toplamlı Kül

(%)

Toplamlı Yanabilir

Verim (%)

-300+212 -212+150 -150+75 -75+53 -53+38 -38

2.50 2.30 9.70 5.10 5.10

75.20

9.00 9.10

13.50 23.50 27.90 59.10

4.40 4.10 16.40 7.60 7.20 60.20

2.50 4.80 14.60 19.70 24.80 100.0

9.00 9.00

12.00 15.00 17.60 48.80

4.40 8.60

25.00 32.70 39.80 100.0

Toplam 100.0 48.80 100.0 - - -

Şlam kömürünün nihai yıkanabilirlik sınırlarının tespiti için Dell (1964) tarafından

geliştirilmiş olan “release test” uygulanmıştır. Release testin yapılış yöntemi Şekil 7.1’de

gösterilmiştir. Release test Humbold-Wedag tipi laboratuar ölçekli klasik bir flotasyon

teknesinde yapılmıştır. Pülpte katı oranı %8, karıştırma hızı 900-1200 dev/dak’dır.

Kullanılan gazyağı miktarı 1500 g/t, MIBC miktarı ise 200 g/t’dur. Release testten elde

edilen sonuçlar Çizelge 7.3’de verilmiştir.

Şekil 7.1 Release test yönteminin akım şeması.

195

Çizelge 7.3 Zonguldak şlam kömürünün release flotasyon testi sonuçları.

Test No

Miktar (%)

Kül (%)

Toplamlı Miktar (%)

Toplamlı Kül (%)

Yanabilir Verim (%)

1 28.70 6.80 28.70 6.80 52.30 2 9.70 13.20 38.40 8.40 68.70 3 6.50 34.10 44.90 12.10 77.10 4 4.50 54.90 49.50 16.10 81.10 5 11.70 69.90 61.20 26.40 88.00 6 38.80 84.20 100.0 48.80 100.0

Toplam 100.0 48.80 - - 100.0

7.2 SİKLOJET HÜCRESİ DENEYLERİ

Deneyler bundan önceki çalışmalarda kullanılan, 54 cm çapında ve 90 cm yüksekliğindeki

Siklojet hücresinde yapılmıştır. Şlam kömür numunesi konileme dörtleme yapılarak

azaltılmış ve 3 eşit parçaya bölünmüştür. Sözkonusu 3 numune ile farklı sürelerde siklojet

hücresinde ayrı ayrı flotasyon çalışması yapılmıştır. Şekil 7.2’de deneylerde kullanılan

siklojet hücresi ve bazı önemli çalışma koşulları özetlenmiştir.

.

Şekil 7.2 Sikojet hücresi deneylerinde kullanılan makine ve deneylerin yapılış yöntemleri.

Birinci numune (I.Deney), yalnızca kaba flotasyona tabi tutulmuş ve elde edilen “artık” ve

“temiz kömür” iyice yıkandıktan sonra kurutularak analize gönderilmiştir. Kaba

flotasyonun toplam flotasyon süresi 0.5 dakikadır. İkinci numune (II.Deney); önce kaba

flotasyona tabi tutulmuş daha sonra by-pass açılarak, artığın tekrar sisteme beslenmesi ile

I.süpürme kademesi de gerçekleştirilmiştir. Konsantreler birleştirilmiş ve sistemden bir

196

“artık” ve bir “temiz kömür” alınmış ve kurutulduktan sonra analize gönderilmiştir. Bu

işlemde toplam flotasyon süresi 1 dakikadır. Üçüncü numune ise önce kaba flotasyona,

daha sonra I.süpürme flotasyonuna ve en son aşamada II.süpürme flotasyonuna tabi

tutulmuştur. Tüm konsantreler birleştirilerek bir konsantre olarak toplanmış ve sistemden

bir “artık” ve bir “temiz kömür” elde edilmiştir. Bu işlemde toplam flotasyon süresi 1.5

dakika olarak kaydedilmiştir.

Siklojet hücresinde, yaklaşık olarak 1800 g/t gazyağı ve 250 g/t MIBC kullanılmıştır.

Pülpte katı oranı %6, kıvamlandırma süresi 7 dakikadır. Tasarım parametrelerinden konik

jetin yüksekliği 13 cm, daldırma derinliği 10 cm, jet tipi yıkama suyu hızı 0.1 cm/s ve hava

hızı 0.2 cm/s’dir. Hidrosiklon içerisine pülpün pompa ile beslenme basıncı 60 kPa’dir.

7.3 MEKANİK HÜCRE DENEYLERİ

Mekanik hücre deneyleri, 3 lt hacme sahip Humbold Wedag tipi deneysel ölçekli klasik bir

flotasyon makinesinde yapılmıştır. Şekil 7.2’den görülebileceği gibi, konileme dörtleme

yöntemi ile şlam kömür numunesi 3 ayrı numuneye bölünmüş ve farklı flotasyon

sürelerinde 3 farklı deney yapılmıştır.

Şekil 7.3 Mekanik hücre deneylerinde kullanılan makine ve deneylerin yapılış yöntemleri.

Birinci numune (I.Deney) ile mekanik hücreden yanlızca en çok (en kolay) yüzen taneler,

0.5 dakika gibi kısa bir sürede toplanmıştır. Buradaki amaç düşük küllü bir ürünün elde

edilmesidir. İkinci deneyde (ikinci numune ile), 2 dakika süresince köpük alınmış ve daha

197

yüksek miktarda kömür kazanımı sağlanmıştır. Üçüncü deneyde (üçüncü numune ile) ise 6

dakika süresince köpük alınmış ve hemen hemen yüzebilen tüm taneler konsantreye

taşınmıştır. Sistemden her defasında bir “artık” ve bir “temiz kömür” elde edilmiştir. Tüm

deneylerde gazyağı (1500 g/t) ve MIBC (200 g/t) miktarı sabit tutulmuştur. Pülpte katı

oranı %10, kıvamlandırma süresi 7 dakikadır. Kaba flotasyonda karıştırma hızı 900

dev/dak, süpürme kademelerinin uygulanması durumunda ise 1000 dev/dakikadır.

Karıştırma devrinin arttırılmasının nedeni, süpürme kademelerinde alt kısımda kalan

hidrofob tanecikleri de yukarıya taşıyabilmektir.

7.4 KOLON HÜCRESİ DENEYLERİ

Deneysel çalışmalarda kullanılan kolon hücresi, dairesel kesitli olup, 7 cm çapında ve 150

cm yüksekliğindedir. Yıkama suyu sistemi duş tipi olup, kolonun 5 cm yukarısından

verilmiştir. Hava, bir kompresör ile kolon içine dipten 10 cm yukarıda monte edilmiş 5 cm

çapındaki bir disk filtreden geçirilmek suretiyle verilmiştir. Hava hızının kontrolü bir akış

ölçer ile besleme ve artık çıkışları ise peristaltik pompalarla sağlanmıştır. Her bir deneyde

besleme tankına reaktif ilavesi (1800 g/t gazyağı ve 250 g/t MIBC) yapıldıktan sonra pülp

7 dakika süresince kıvamlandırılmış ve daha sonra kolona sabit bir hızla beslenmiştir.

Kolon flotasyonu deney düzeneği ve bazı çalışma koşulları Şekil 7.4’de gösterilmiştir.

Şekil 7.4 Kolon flotasyonu deney düzeneği ve deneylerin yapılış yöntemleri.

198

Kolon deneylerinde, birinci numune (I.Deney) yalnızca kaba flotasyona tabi tutulmuş ve

elde edilen “artık” ve “temiz kömür” analize gönderilmiştir. Kaba flotasyonun toplam

süresi 2 dakikadır. İkinci numune (II.Deney); önce kaba flotasyona tabi tutulmuş daha

sonra artık alınarak tekrar sisteme beslenmiş ve I.süpürme kademesi de gerçekleştirilmiştir.

Konsantreler birleştirilerek sistemden bir “artık” ve bir “temiz kömür” alınmış ve

kurutulduktan sonra analize gönderilmiştir. Bu işlemde toplam flotasyon süresi 4 dakika

sürmüştür. Üçüncü numune (III.Deney) ise önce kaba flotasyona, daha sonra I.süpürme

flotasyonuna ve en son aşamada II.süpürme flotasyonuna tabi tutulmuştur. Tüm

konsantreler birleştirilerek bir konsantre olarak toplanmış ve sistemden bir “artık” ve bir

“temiz kömür” elde edilmiştir. Bu işlemde toplam flotasyon süresi 6 dakikadır.

7.5 FLOTASYON PERFORMANSLARININ KARŞILAŞTIRILMASI

Yukarıdaki koşullar altında yapılan deneyler sonucunda siklojet, mekanik ve kolon

hücrelerinden Çizelge 7.4’de verilen sonuçlar elde edilmiştir. Bu sonuçlardan da

görülebileceği gibi en düşük küllü ürünler (%8.45; %10.50 ve %14.90) kolon hücresi ile

elde edilmiştir. Ancak, temiz kömür miktarı ve yanabilir verim yönünden bakılacak olursa,

en düşük temiz kömür miktarları (%22.40; %32.30 ve %43.60) ve yanabilir verim

değerleri (%40.05; %56.46 ve %2.47) kolon hücresi ile elde edilmiştir. Bunun altında

yatan temel neden, kolon hücresinde göreceli olarak köpük tabakasının siklojet ve mekanik

hücreye göre daha yüksek olması ve gang tanelerini yıkama suyu ile kolaylıkla pülpe geri

yıkayabilmesidir. Keza, çalışma esnasında mekanik hücrede köpük tabakası birkaç

santimetre iken, siklojet hücresinde 20 cm, kolon flotasyonunda ise 25 cm’dir. Kolon

hücresinde, hücre (=köpük) kesit alanının dar olması nedeni ile köpüğün stabilitesi

artmakta ve köpük tabakasının yüksekliği 35 cm’e kadar ulaşabilmektedir.

Çizelge 7.4’de görülebileceği gibi en yüksek temiz kömür miktarları (%35.50; %51.10 ve

%56.60) ve en yüksek kül içerikli ( %15.68; %21.40 ve %24.40) temiz kömürler mekanik

hücre flotasyonu ile elde edilmiştir. Mekanik hücredeki yoğun türbülans, düşük köpük

kalınlığı ve yıkama suyunun olmayışı seçimliliği düşürmüş ve killerin de yüzmesine neden

olarak hem ürün külünü hemde ürün miktarını arttırmıştır. Ayrıca, şlamla kaplı taneler

hücre içerisinde yeterince serbest hale gelememiş ve köpükle birlikte yüzmüştür.

199

Çizelge 7.4 Siklojet, mekanik ve kolon hücrelerinin deney sonuçları.

Hücre Tipi

Flotasyon Kademesi

Ürünler Miktar (%)

Kül (%)

Yanabilir Verim (%)

Ayırma Verimi

Temiz Kömür 26.95 8.90 47.95 43.04

Kaba Flotasyon

(0.5 dak) Artık 73.05 63.52 52.05

-

Temiz Kömür 42.12 11.32 72.95 63.18

Kaba+

I.Süpürme (1 dak.)

Artık 57.88 76.07 27.05

-

Temiz Kömür 48.86 16.72 79.47 62.73

SİKLOJET HÜCRESİ

Kaba+

II.Süpürme (2 dak.)

Artık 51.14 79.45 20.53

-

Toplam -

- 100.0 48.80 -

-

Temiz Kömür 35.50 15.68 58.46 47.06

Kaba Flotasyon

(0.5 dak) Artık 64.50 67.03 41.54

-

Temiz Kömür 51.10 21.40 78.45 56.04

Kaba+

I.Süpürme (2 dak)

Artık 48.90 77.43 21.55

-

Temiz Kömür 56.60 24.40 83.57 55.27

MEKANİK HÜCRE

Kaba+


Artık 43.40 80.62 16.43

-

Toplam

-

- 100.0 48.80 -

-

Temiz Kömür

22.40

8.45

40.05

36.17

Kaba Flotasyon

(2 dak) Artık

77.60

60.45

59.95

-

Temiz Kömür

32.30

10.50

56.46

49.51

Kaba+

I.Süpürme (4 dak.)

Artık

67.70

67.07

43.54

-

Temiz Kömür

43.60

14.90

72.47

59.16

KOLON

HÜCRESİ

Kaba+


Artık

56.40

75.01

27.53

-

Toplam

-

-

100.0

48.80

-

-

Çizelge 7.4’de siklojet hücresinin flotasyon sonuçlarına baktığımız zaman, temiz kömür

miktarı bakımından mekanik hücrenin siklojet hücresine göre biraz daha iyi (%26.95’e

%35.50; %42.12’ye %51.10 ve %48.86’ya %56.60) sonuçlar verdiğini görmekteyiz.

Ancak temiz kömür kül içeriğine baktığımız zaman, Siklojet hücresi mekanik hücreye göre

oldukça düşük küllü ürünler vermiştir. Örneğin, kaba flotasyon için siklojet hücresinin

ürün külü %8.90 iken, mekanik hücrenin ürün külü %15.68 bulunmuştur. I.Süpürme ve

200

II.süpürme için siklojet ve mekanik hücrenin ürün kül değerleri sırasıyla %11.32’ye

%21.40 ve %16.72’ye %24.40 bulunmuştur.

Şekil 7.5’de siklojet, mekanik ve kolon hücrelerinin flotasyon sonuçlarının release eğrisi

ile karşılaştırması gösterilmiştir. Buradan da görülebileceği gibi release eğrisine en yakın

sonuçlar siklojet hücresi ile elde edilmiştir.

Release

Eğrisi

Mekanik

Hücre

Kolon

Hücresi

Siklojet

Hücresi

30

40

50

60

70

80

90

100

5 10 15 20 25 30 35 40 45


Ya

na

bilir

V

eri

m (

%)

Şekil 7.5 Flotasyon makinelerinin performanslarının release eğrisi ile karşılaştırması. Şekil 7.6’da kaba, I.süpürme ve II.süpürme flotasyonlarının uygulanması durumunda her 3

hücre tipi için artıktaki yanabilir kayıplar şematize edilmiştir. Buna göre, kaba flotasyonun

kolon hücresi artığında %59.95’lik bir yanabilir madde kaybı bulunmaktadır. Siklojet

hücresindeki kayıp %55.05, mekanik hücre artığındaki kayıp ise %41.54’tür. Bir kademe

süpürme uygulanması durumunda kayıp, kolon flotasyonu artığında %43.54’e, Siklojet

hücresi artığında %27.05’e, mekanik hücre artığında ise %21.55’e düşmektedir. II. kademe

süpürme uygulanması durumunda ise yanabilir kayıplar sırasıyla %27.53, %20.53 ve

%16.43 olmaktadır. Kül giderme oranları ise kolonda en yüksek (%82.68), mekanik hücre

flotasyonunda en düşüktür (%67.87).

Sonuç olarak siklojet hücresi, diğer flotasyon hücreleri ile karşılaştırıldığında, yüksek

kazanımları ile oldukça düşük küllü ürünler verebilmektedir. Yüksek kömür kazanımı,

201

hücre içerisinde oluşturulan çok ince boyutlu ve çok sayıdaki kabarcıklarla elde edilmekte

iken, düşük küllü ürün vermesi yüksek köpük kalınlığı, yıkama suyunun varlığı ve

siklonik jetin köpüğü titreştirmesi ile açıklanabilir. Ayrıca, hidrosiklon içerisindeki

santrifuj kuvvetleri ve pülpün fışkırdığı andaki kuvvetler de şlamla kaplı taneleri

serbestleştirmekte ve bir anlamda “ön yıkama” yaparak kül içeriğinin düşürülmesinde

fayda sağlamaktadır.

Kaba Flotasyonda

Yanabilir Madde Kaybı (%)

Mekanik

Hücre;

41.54Siklojet

Hücresi;

52.05

Kolon

Hücresi;

59.95

I.Süpürme Sonunda


Kolon

Hücresi;

43.54

Mekanik

Hücre;

21.55Siklojet

Hücresi;

27.05

II.Süpürme Sonunda


Mekanik Hücre;

16.43

Kolon Hücresi;

27.53

Siklojet Hücresi;

20.53

Şekil 7.6 Siklojet, mekanik ve kolon hücrelerinde artıktaki yanabilir madde kayıpları.

202

203

BÖLÜM 8

SONUÇLAR VE ÖNERİLER

8.1 SONUÇLAR

Siklojet hücresine ait tasarım ve çalışma parametreleri optimize edilmiş ve bu

parametrelerin ve verim üzerine olan etkileri aşağıda özetlenmiştir:

Siklojet hücresinin kalbi, bir hidrosiklon ile oluşturulan konik pülp jetidir. Konik jetin belli

bir yükseklikte olması, emilen hava miktarı ve girdap akımının şiddeti bakımından

önemlidir. Konik jet yüksekliği azaltıldıkça hava emilimi azalmaktadır. Jet yüksekliğinin

11, 0 ve -3 cm’lik uzunluklarında emilen hava miktarları sırasıyla 450, 210 ve 74 cm3/dak

bulunmuştur. Ayrıca, jet yüksekliği hücre yüzeyinde oluşturulan girdap akımı ile de ilişkili

olup, jet yüksekliği arttıkça girdap akımının hızı da artmaktadır. 11, 0 ve -3 cm’lik konik

jet uzunluklar için girdap akımı hızları sırasıyla 0, 30 ve 7 cm/s bulunmuştur. Tamamı 212

µm’nin altına öğütülmüş olan Dursunbey kömürü için, Jet yüksekliğinin 12 cm olması

durumunda; yanabilir verim %54.65, kül uzaklaştırma %40.68, piritik kükürt uzaklaştırma

ise %58.24’tür. Jet yüksekliğinin 0 cm’e düşürülmesi durumunda ise; yanabilir verim

%39.60, kül uzaklaştırma %41.77, piritik kükürt uzaklaştırma ise %58.24’tür. Benzer

durum, Azdavay kömürü içinde geçerli olup, jet yüksekliğinin 16, 8 ve 0 cm şeklinde

azaltılması ile piritik kükürt %31.25, %47.50 ve %52.50 oranlarında azalmıştır. Burada kül

ve kükürtteki azalmanın nedenleri; hava emiliminin azalması ve santrifuj kuvvetlerinin

köpüğü titreştirerek gang tanelerini pülpe geri yıkamasıyla açıklanabilir.

Siklojet hücresinde, hidrosiklon içerisine teğetsel pülp beslemesi bir santrifuj pompa

yardımı ile yapılmaktadır. Besleme basıncı, oluşturulan konik jetin pülpü kesme kuvvetini,

dolayısıyla kabarcık oluşumunu -ya da yanabilir verimi- önemli ölçüde etkilemektedir.

Zonguldak şlam kömürünün flotasyonunda besleme basıncının 90, 60 ve 30 kPa olacak

şekilde azaltılması ile yanabilir verim %71.00, %66.60 ve % 64.60 şeklinde azalmıştır. Kül

204

ise besleme basıncının düşürülmesiyle sırasıyla %16.60, %12.20 ve %12.10 şeklinde

azalmıştır. Ayrıca, pülpün besleme basıncı arttıkça hücrede meydana gelen çalkalanmalar

da artmakta ve köpük tabakası bozulmakadır.

Zonguldak şlam kömürünün flotasyonunda konik tüp daldırma derinliğinin 10 cm’den 30

cm’e çıkarılmasıyla yanabilir verim %70.00’den %68.20’ye düşmüştür. Daldırma derinliği

arttıkça, tüpün altından çıkan kabarcık üzerine etkiyen basınç da artmış ve kabarcık

oluşumu yavaş meydana gelmiştir. Ayrıca kabarcıkların boyutu da küçülmüştür. Konik

tüpün gereğinden düşük daldırma derinliklerinde (<10 cm) ise, pülp hücrenin ortalarına

kadar dalamamış ve kısa devre yaparak direkt yüzeye doğru yönelmiştir. Ayrıca,

kabarcıklar üzerindeki basıncın az olması nedeniyle daha iri boyutlu kabarcıklar

oluşmuştur. Zonguldak şlam kömürü için 0 cm’lik daldırma derinliğinde ürün külü

%12.90, yanabilir verim %66.10 bulunmuştur. Optimum koşulda (10 cm’de) kül %12.30,

yanabilir madde verimi ise %70.00 bulunmuştur.

Jet ve duş tipi yıkama sularının test edilmesi durumunda, duş tipi yıkama suyu daha temiz

ürünler vermiştir. Ancak, duş tipi sistemde kömür kazanımı daha düşük bulunmuştur. 0.03

cm/s’lik duş tipi yıkama suyu hızında temiz kömür külü %8 iken, aynı miktardaki jet tipi

yıkama suyunda kül %8.60’dır. Ağırlıkça kömür kazanım miktarları ise sırasıyla %34.50

ve %36.20’dir. Bunun nedeni, duş tipi yıkama suyunun su damlacıklarının daha iri olması

ve kabarcığa darbesi ile büyük ölçüde köpüğün sönmesine neden olmasıdır.

Siklojet flotasyonu için en uygun köpürtücü ve toplayıcı tipleri sırası ile MIBC ve gazyağı

ikilisidir. Dowfroth-250 en yüksek küllü ürünü ve en yüksek yanabilir verimi sağlarken,

benzin en düşük küllü ve en düşük yanabilir verimli ürünü sağlamıştır.

Zonguldak şlam kömürünün flotasyonunda bastırıcı (Na2SiO3) miktarının çok büyük

etkisinin olmadığı ancak ilave miktarının artmasıyla hem ürün külü hem de kömür

kazanımı az miktarda düşmüştür. 0 g/t bastırıcı ilavesinde %11.30 küllü kömür %72.80

yanabilir verimle kazanılmakta iken, 2000 g/t bastırıcı ilavesinde %10.40 küllü kömür

%70.30’luk bir yanabilir verimle kazanılmıştır. pH’a değeri ise kayda değer bir etki

yaratmamıştır. Ancak, Dursunbey kömüründe pH’nın 3’den 9’a çıkarılmasıyla piritik

kükürt giderimi %46.15’den %56.59’a çıkmıştır. Başka bir deyişle, pH’nın arttırılması

piriti bastırmıştır.

205

Siklojet hücresinde, Zonguldak şlam kömürünün flotasyonunda 25 cm’lik bir köpük

kalınlığında %9.80 küllü ürün elde edilmiştir. Kalınlığın 10 cm’e düşürülmesi durumunda

kül %17.20’ye yükselmiştir. Ancak yanabilir verim %53.30’dan %74.80’e çıkmıştır. En

hacimli ve yüksek köpük kalınlıkları, benzer boyut grubu için, sırasıyla Azdavay (30 cm),

Zonguldak (25 cm) ve Dursunbey (12 cm) kömürleri ile elde edilmiştir. Tüm kömür

numuneleri için katı oranı %10’dan daha düşük tutulmuştur. Zonguldak şlam kömürünün

flotasyonunda katı oranın %4’den %10 çıkarılmasıyla kül %11.00’dan %13.10’a

yükselmiştir. Yanabilir verim ise %72.00’dan %56.60’a düşmüştür. Siklojet hücresinde,

kabarcık oluşumunun olumsuz etkilenmemesi için düşük katı oranlarında çalışılması

gerekir.

Siklojet hücresi ile %48.80 küllü Zonguldak şlam (d80~ 60 µm) kömürden %8.90, %11.32

ve %16.72 küllü temiz kömürler sırasıyla %47.95, %72.95 ve %79.47’lık yanabilir verim

değerleriyle kazanılabilmektedir. %44.50 küllü Zonguldak iri (d80~ 600 µm) kömürden ise

%15.00, %20.20 ve %28.10 küllü kömürler sırasıyla %48.80, 74.30 ve 86.10’luk yanabilir

verim değerleri ile elde edilebilmektedir.

Kül ve kükürt içeriği sırasıyla %29.40 ve %1.60 olan Azdavay toz kömüründen (d80~ 150

µm) %7.65 küllü ve %0.81 kükürtlü temiz kömür %43.60’lık bir yanabilir verimle

kazanılabildiği gibi; %11.00 küllü ve %0.83 kükürtlü temiz kömür %71.10’luk bir

yanabilir verimle kazanılabilmektedir. Diğer taraftan II. kademe süpürme uygulanarak (90

saniyelik flotasyon) %14.88 küllü ve %0.95 toplam kükürtlü ürün %88.90’lık bir yanabilir

verim değeri ile kazanılabilmektedir. Diğer taraftan, Sırasıyla %33.60 kül ve %2.40 toplam

kükürt içeriğine sahip olan Dursunbey kömüründen (d80~ 150 µm) tek geçiş ile % 13.78

küllü ve %1.16 toplam kükürtlü temiz kömür %28.80’lik bir yanabilir verimle

kaanılabilmektedir. Tek kademe süpürme uygulanarak % 19.75 küllü ve %1.20 toplam

kükürtlü temiz kömür %51.12’lik bir yanabilir verimle kazanılmıştır. İkinci süpürmenin

uygulanması durumunda ise % 24.10 küllü ve %1.48 toplam kükürtlü temiz kömür

%62.80’lik bir yanabilir verimle kazanılmıştır.

Siklojet hücresinin en büyük dezavantajı; linyitlerin (düşük hidrofobluğa sahip kömürlerin)

ve iri boyutlu bitümlü kömürlerin flotasyonunda çok iyi sonuç vermemesidir. Linyitten

piritik kükürt gideriminde etkili olmasına karşın, kükürt giderimi arttıkça verimde önemli

düşüşler meydana gelmektedir.

206

8.2 ÖNERİLER

Siklojet hücresi, özellikle çok ince boyutlu bitümlü kömür şlamlarının temizlenmesi için

kullanılabilecek ideal bir flotasyon makinesidir. Makinenin yapısı gereği şlamla (veya

killerle) kaplı taneler santrifuj ve kesme kuvvetlerinin etkisi ile serbestleştirilmekte

(yıkanmakta) ve daha temiz ürünler yüksek verimlerle elde edilebilmektedir. Siklojet

hücresi, Zonguldak Havzasında kurulu bulunan mevcut kömür yıkama tesislerinden ortaya

çıkan çok ince boyutlu bitümlü kömür şlamlarının ekonomiye kazandırılmasında önemli

bir seçenek olarak görülmektedir. Yüksek kapasitesi, basit yapısı, kontrolunun ve bakım-

onarım maliyetinin düşük olması ve yüksek selektivitesi sayesinde siklojet hücresi, diğer

flotasyon makinelerine göre önemli avantajlar sunmaktadır.

Siklojet hücresi, linyitlerin (Dursunbey linyiti) ve iri boyutlu bitümlü kömürlerin (-1 mm)

flotasyonunda çok iyi sonuç vermemiştir. Ancak tasarım parametrelerinin linyit ve iri

boyutlu bitümlü kömürin flotasyonu için daha hassas ayarlanması gerektiği deneyler

süresince de gözlemlenmiştir.

Siklojet hücresi, piritik kükürdü belirli ölçüde giderebilmektedir. Ancak, piritik kükürdün

gideriminde jet uzunluğu, hava miktarı, girdap ve türbülans gibi pek çok parametrenin

etkili olduğu görülmüştür. Daha sonraki çalışmalarda bu parametrelerin etkileri ayrı ayrı

araştırılabilir. Ayrıca, piritik kükürt giderimi arttıkça (jet yüksekliği azaldıkça) verim

düşmektedir. Verim artışının sağlanması için çeşitli yöntemler izlenebilir. Örneğin, jet

yüksekliği azaldıkça hava emilimi azaldığı için sisteme üst kısımdan kompresörle hava

takviyesi yapılabilir.

207

KAYNAKLAR

Abakay H (2007) Adıyaman-Gölbaşı Linyitinin Değerlendirilme Olanaklarının

Araştırılması, Doktora Tezi (yayımlanmamış), Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Maden Mühendisliği ABD, Eskişehir, 178 s.

Abakay H, Ayhan F D and Kahraman F (2004) Selective oil agglomeration in Sirnak

asphaltite benefication, Fuel, Vol.83, 2081-2086.

Abdollahy M, Moghaddam A Z and Rami K (2006) Desulfurization of mezino coal using combination of flotation and leaching with potassium hydroxide/metanol, Fuel, Vol.85, pp.1117-1124.

Açışlı Ö (2002) Değişik Gaz Atmosferinde Baklaya Linyitinin Desülfürizasyonu, Yüksek

Lisans Tezi (yayımlanmamış), Atatürk Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi, Erzurum, s.50.

Akdemir Ü and Sönmez İ (2003) Investigation of coal and ash recovery and

entrainment in flotation, Fuel Processing Technology, Vol.82, pp.1-9. Aksani B (1998) Flotasyon kolonları karşılaştırmalı çalışmalar, uygulamada karşılaşılan

sorunlar ve alternatif kolon tasarımları, Madencilik, Cilt:37, Sayı:2, s.41-54. Aksanı B (1998) Flotasyon kolonları temel çalışma prensipleri ve ayırma işlemine etki

eden parametreler, Madencilik, Cilt: 37, Sayı: 2, s.21-40. Aktaş Z (2002) Some factors affecting spherical oil agglomeration performance of coal

fines, International Journal of Mineral Processing, Vol. 65, pp.177-190. Akyürek M (1998) Aşkale Linyitinden Nitrik Asit Çözeltileri ile Piritik Kükürt Giderimi,

Yüksek Lisans Tezi (yayımlanmamış), Atatürk Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü, Erzurum, 42 s.

Aminpro (2005) Contactcell, http://www.aminpro.com/pages_spanish/Contact %20Cell% 20Info%20-%20Gen.pdf. (20.12.2005). Anonimous (2000) Investigations into the sulfur reduction potential of selected chineese

coals, Cleaner Coal Technology Programme, Department of Trade and Industry, Project Summary 238.

Aplan F F (1993) Coal properties dictate coal flotation strategies, Mining Engineering,

pp.83-96, Jenuary. Arbiter N (1985) Mining Processing Handbook, Flotation, SME NewYork, pp.5-43.

208

KAYNAKLAR (devam ediyor)

Arslan V (1999) Tunçbilek kömürü kükürt içeriğinin yıkama yoluyla azaltılabilme

imkanlarının araştırılması, Cevher ve Kömür Hazırlamadaki Yenilikler, G.Önal, Arslan, F., Perek, T. (ed.), s.315-320.

Arslan V (2006) Kuru kömür hazırlama yöntemleri, Madencilik Dergisi, Vol.45, No.3,

pp.9-18. Aslan N, Canbazoğlu M ve Ulusoy U (1999) Yeniçubuk-Gemerek linyit kömürlerinin

MGS ile yıkanabilirliğini araştırılması, Türkiye 16. Madencilik Kongresi ve Sergisi, ed. Atalay et al., Ankara, pp.321-326.

Atkinson B W, Griffin P T, Jameson G J and Espinoza-Gomez R (1993) Jameson cell

test work on copper streams in the copper concentrator of MIM Ltd., 18th.Int.Mineral Processing Congress, Australia, February, pp.44-47.

Ata S ve Önder Ü Y (1997) Yeni bir flotasyon teknolojisi: Jameson flotasyon hücresi,

Madencilik, Cilt: 36, Sayı: 4, s.21-29. Atak S (1982) Flotasyon İlkeleri ve Uygulaması, İTÜ Maden Fakültesi Yayınları, Sayı

101, İstanbul. Atak S ve Güney A (1988) Bazı linyitlerin yapısal özellikler ve kükürt bakımından

incelnmesi, Türkiye 6. Kömür Kongresi, Zonguldak, s.205-217. Atak S ve Tolun R (1994) Cevher Hazırlama El Kitabı, Flotasyon, ed. G.Önal&G.Ateşok,

Yurt Madenciliğini Geliştirme Vakfı Yayını, s.207-295.

Atasoy Y and Spottiswood D J (1995) A Study of particle speration in a spiral concentrator, Minerals Engineering, Vol.8, No.10, pp.1197-1208.

Ateşok G (1986) Kömür Hazırlama, Kömürlerin tüketime hazırlanması: flotasyon

yöntemi, Kurtiş matbaası, İstanbul, s.97-146. Ateşok G (2004) Kömür Hazırlama ve Teknolojisi, Yurt Madenciliğini Geliştirme Vakfı,

Beril matbaası, İstanbul, s.375. Ateşok G (1994) Kömürün Özellikleri, Cevher Hazırlama El Kitabı, ed.

G.Önal&G.Ateşok, Yurt Madenciliğini Geliştirme Vakfı Yayını, s.317-347. Ateşok G, Sağlam M ve Şirin Y (1998) Kömürün koklaştırması, Kömür, ed. O. Kural,

Özgün Ofset Matbacılık A.Ş., İstanbul, s.269-295. Ateşok G, Boylu F and Çelik M S (1998) Carrier flotation for desulfurization and

deashing of difficult to float coals, Minerals Engineering, Vol.14, No.6, pp.661-670. Ballag Liquid Tegnologies Inc. (2005) Centrifloat, http://www.bliquidtech.com/

Centrifloat.htm.( 22.10.2005).

209

KAYNAKLAR (devam ediyor) Baruah M K and Gogoi P C (1998) A new form of sulfur in coal, Fuel, Vol.77, No.9110,

pp.979-985. Bayraktar İ (1994) Cevher Hazırlama El Kitabı, Sınıflandırma, ed. G.Önal&G.Ateşok,

Yurt Madenciliğini Geliştirme Vakfı Yayını, s.110-130. Beniuk V G, Vadeikis C A and Enraght-Moony J N (1994) Centrifugal jigging of

gravity concentrate and tailing at Renison limited, Mineral Engineering, Vol. 7, No. 516, pp. 577-589.

Bentli İ ve Kaya M (2004) Kütahya-Değirmisaz -0.5 mm Linyit Kömürünün Modifiye

Flotasyon Hücresinde Zenginleştirilmesi, Türkiye 14. Kömür Kongres, s. 229-237. Beker Ü G (1998) Kömür, Kömürün Kullanım Alanları, ed. O. Kural, Özgün Ofset

Matbacılık A.Ş., İstanbul, s.325-335. Bethell P and Moorhead R G (2000) Operating characteristics of water-only

cyclone/spiral circuits cleaning fine coal, Technical Report, Massey Energy Company, Chapmanville, WV 25508.

Bilgin N, Yazıcı S ve Hanna K (1998) Kömür, Kömürün Mekanik Özellikleri, ed. O.

Kural, Özgün Ofset Matbacılık A.Ş., İstanbul, s.127-138. Bilir K (1993) Kömürden Piritik Kükürdün Uzaklaştırlması, Eskişehir Osmangazi

Üniversitesi, Doktora Tezi (yayımlanmamış), Eskişehir. Bolat E, Sağlam S and Pişkin S. (1998) The effect of oxidation on the flotation properties

of a Turkish bituminous coal, Fuel Processing Technology, Vol.55, pp.101-105. Boylu, F. ve Ateşok, G. (2000) Kömür-Sıvı Karışımları ve Kömür Su Karışımları

Teknolojisi, Kömür Teknolojisi ve Kullanımı Semineri V Kitabı, ed. G. Önal ve H. Dinçer, Yurt Madenciliğini Geliştirme Vakfı Yayınları, İstanbul, s.189-205.

Boylu F, Ateşok G ve Doğan M Z (2000) Effect of dispersant addition on separation of

sulfur from coal by magnetic separation, Minral Processing on the Verge of the 21st

Century, Özbayoğlu et al., (ed), Balkema, Rotterdam, ISNB: 90 58091724, pp.379-383.

Bozdemir T, Bayram Z, Durusoy T and Yürüm Y (2002) Biodesulfurization of Mengen

Lignite with Rhodoccocus rhodochrous : Effects of Lignite Concentration and Retreatment, Energy-Sources, Vol.24, pp. 625-631.

Bozkurt V, Bilir V ve Bozkurt R (1990) Tunçbilek 0-30 mm kriblaj ürününün kalite

arttırımı, III. Uluslararası Cevher Hazırlama Sempozyumu, ed. G.Önal, 11-13 Eylül, İstanbul, s.294-301.

210

KAYNAKLAR (devam ediyor) Brown D J (1962) Froth flotation, Coal Flotation, 50th Anniversary Vol. Fuerstenau,

D.W.,ed., AİME, New York, pp.518-538. Carretta M F, Graham J N and Dawson W J (1997) Jameson cell scale up experiences

at BHP coal’s Goonyella coal preparation plant, Coal Preparation 97, Lexington, Kentucky.

Cebeci Y (1996). Endüstriyel ölçekte kullanılan yağlarla linyit kömürlerin flotasyonu ile

ilgili bir çalışma, C.Ü. Mühendislik Fakültesi, Madencilik Bilim ve Teknolojisi

Dergisi, C.1, S.2. s. 55-62. Cebeci Y (2002) The investigation of the floatability improvement of Yozgat Ayrıdam

lignite using various collectors, Fuel, 81, 281-289. Ceylan K and Küçük M Z (2004) Effectiveness of the dense medium and the froth

flotation methods in cleaning some Turkish lignites, Energy Conversion&Management 45, 1407-1418.

Chander S and Aplan F F (1989) Surface and electrochemical studies in coal cleaning,

Final Report to the U.S. Department of Energy, DOEPC/80523-T.11.

Colic M, Morse D E, Morse W O, Matherly T G, Carty S and Miller J D (2001) From air-sparged hydrocyclone to bubbleaccelerated flotation: Proceedings of the Froth

Flotation/Dissolved Air Flotation: Bridging TheGap, UEF Conference, Tahoe.

Cowburn J, Harbort G, Manlapig E, and Pokrajcic Z (2006) Improving the recovery of coarse coal particles in a Jameson cell, Minerals Engineering, 19, 6-8, 609-618.

Crozier R D (1992) Flotation, ISNB:008-041864-3, Pregmon Pres, Oxford.

Çelik M S, Stallard M L and Yoon R H (1990) Kömürden Kükürdün Flotasyonla arındırılmasında yeni bir pirit bastırıcısının geliştirilmesi, III. Uluslararası Cevher

Hazırlama Sempozyumu, ed. G.Önal, 11-13 Eylül, İstanbul, s.256-266. Çınar F, Şahbaz O, Çınar M, Ötekaya B and Kelebek Ş (2007) A parametric study on

Jameson cell flotation of quartz, XII Balkan Mineral Processing Congress, 10-14 June, Delphi, Greece, pp.251-256.

Çilek C E (2006) Mineral Flotasyonu, Süleyman Demirel Üniversitesi Yayın No:59,

Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Isparta, s.158

Çinpolat E (1998) Oksitleyici Kükürt Giderme Yöntemlerinin Bazı Türk Linyitlerinin Fiziksel ve Kimyasal Özelliklerine Etkilerinin Araştırılması, Yüksek Mühendislik

Tezi (yayımlanmamış), İTÜ Mühendislik Fak. , Kimya Müh. Böl., İstanbul, 71 s.

211

KAYNAKLAR (devam ediyor) Dell C C (1964) An Improved Release Analysis Procedure for Determining Coal

Washability, Journal of the Institute of Fuel, Vol. 37, 149-160.

Demirbaş A (2002) Demineralization and Desulfurization of coals via column froth flotation and differents methods, Energy Conversion and Manegement, Vol.43, pp.885-895.

Demirel H (1988) Linyitlerde Piritik Kükürdün İki Aşamalı Flotasyonla Temizlenmesi,

Türkiye 6. Kömür Kongresi, TMMOB Maden Mühendisleri Odası, Zonguldak Şubesi, s.191-204.

Denby B, Elverson C and Hal S (2002) The use of short chain volatile fatty acids in fine

coal preparation, Fuel, Vol.81, 595-603. Deniz V, Kibirci Y, Yamık A ve Çilek C A (1996) Çivril (Denizli) Linyitlerinden

flotasyon ile kükürüdün uzaklaştırlması, Türkiye 10. Kömür Kongresi, TMMOB Maden Mühendisleri Odası, Zonguldak Şubesi, s.93-102.

Deniz V, Dinler E ve Güneş A N (2000) Mihalıççık (Eskişehir) kömürlerinin

zenginleştirme olanaklarının araştırılması, Türkiye 12. Kömür Kongresi, TMMOB Maden Mühendisleri Odası, Zonguldak Şubesi, s.193-201.

Ding K and Lawskowski J S (2006) Coal reverse flotation. Part I: seperation of a mixture

of subbituminous coal and gangue minerals, Minerals Engineering, Vol.19, pp.72-78. Drummond R, Graham J, Schneider J and Duczmal T (1994) Evaluation of plant scale

Centrifloat flotation cell at BHP Australia Coal Limited, Goonyella Coal Preparation Plant. Coal Preparation, Vol.94, pp.27-38.

Doğan Z (1988) Kömürün kükürtten arındırılması. Kömür Kimyası ve Teknolojisi, O.

Kural (ed.), İstanbul, s.169-177. Doğan Z (1990) Coal desulfurization by microbial benefication, Proceeding of

International Seminar on Biohydrometallurgy, ed. Karavaiko, G.I., Rossi, G., Avakyan, Z.A., Moskow.

Doğan Z M, Özbayoğlu G, Hiçyılmaz C, Sarıkaya M ve Özcengiz G (1984) Bakterilerle

şartlandırma ve flotasyon yöntemiyle Aşkale linyitlerindeki piritik kükürdün arıtılması. Türkiye 4. Kömür Kongresi Bildirileri Kitabı, TMMOB MMO Zonguldak Şubesi, Zonguldak, s.275-282.

Drummond R, Graham J, Schneider J and Duczmal T (1994) Evaluation of plant scale

centrifloat flotation cell at BHP Australia Coal Limited, Goonyella Coal preparation Plant, Coal Preparation, 94, Lexington, USA.

212


Donelly J (1999) Potential revival of dry cleaning of coal, The Australian Coal Review, October.

Dural A (2005) Kömürden Aktif Karbon Üretimi ve Ağır Metal Adsorpsiyonu, Yüksek

Lisans Tezi (yayımlanmamış), Zonguldak Karaelmas Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Anabilim Dalı, 91 s.

DPT (2006) Dokuzuncu Kalkınma Planı (2007-2013),Taşkömürü Çalışma Grubu Raporu,

Ankara, http://www.dpt.gov.tr (22.01.2006). DTI (2005) Department of Trade and Industry, Coal Preparation, http://www.dti.gov.tr.uk/

energy/coal/cfft/cct/pab/tsr015.pdf.(22.01.2008). Elsamak G, Öztaş A N and Yürüm Y (2003) Chemical Desulphurisation of Turkish

Cayırhan Lignite with HI using microwave and thermal energy, Fuel, Vol.82, pp.531–537.

Ekmekçi Z ve Şahin A N (2006) Köpük görüntüsü ve flotasyon performansı arasındaki

ilişkinin görüntü analiz sistemi ile incelenmesi, Madencilik Dergisi, 45, 2, s.27-38. Erol M, Colduroğlu C and Aktas Z (2003) The effect of reagents and reagent mixtures

on froth flotation of coal fines, International Jounal of Mineral Processing, Vol.71, pp.131-145.

Evans G M (1990) A study of plunging jet jet bubble column, Ph.D. Thesis, Newcastle

University, Australia. Falcon Concentrators (2005) http://www.concentrators.net/C.html. (21.03.2005) Feris L A, Leon A T, Santander M and Rubio J (2004) Advances in the adsorptive

particulate flotation process. International Journal of Mineral Processing, Vol.74, pp.101-106.

Garcia A B, Martinez T M R, Vega J M G and Nava A (1996) Cleaning of Spanish

high-rank coals by agglomeration with vegetable oils, Fuel, Vol.75, No.7, pp.885-890.

Garibay R P, Gallegos P M, Uribe A S and Nava A (2002) Effect of collection height

and operating variables on recovery of overload flotation columns, Minerals Engineering, Vol.15, pp.325-331.

Goodal C M and O’Connor C T (1992) Residence time distribution studies in a flotation

column. Part 2-The relationship between solids residence time distribution and metallurgical performance, Internationel Journal of Mineral Processing, Vol.36, pp.219-228.

213


Gupta A K, Benerjee P K, Mishra A ve Satish P (2007) Effect of alchol and poliglycol

eter frothers on foam stability bubble size and coal flotation, Int. Jour. of Mineral

Processing, 82, pp.126-137. Guo J X (2001) Development and Theory of Centrifugal Flotation Cell, Queen’s

University, Ph.D.Thesis, Ontorino, Kanada. Güney A, Ateşok G, Önal G ve Atlaş A (1995) Kömür zenginleştirme teknolojisindeki

yenilikler, Kömür Teknolojisi ve Kullanımı Semineri, ed. G. Önal vd., Yurt Madenciliğini Geliştirme Vakfı Yayınları, İstanbul, s.59-75.

Güney A, Önal G ve Ergut Ö (2002). Benefication of fine coal by using the free jet

flotation system, Fuel Processing Technology, Vol.15, pp.141-150. Hacıfazlıoğlu H (2006) Bitümlü kömür şlamının mekanik, kolon ve Jameson hücresinde

Flotasyonu, Madencilik Dergisi, Vol.45, No.4, s.3-9. Hacıfazlıoğlu H (2007) Alternatif flotasyon yöntemlerinin tanıtılması, Madencilik Dergisi,

Vol.46, No.3, s.23-41. Hacıfazlıoğlu H and Toroğlu İ (2007) Optimisation of design and operating parameters

in a pilot scale Jameson cell for slime coal cleaning, Fuel Processing Technology, Vol.88, pp.731-736.

Hacıfazlıoğlu H and Sütcü H (2007) Optimization of some parameters in column

flotation a comparison of conventional cell and column cell in terms of flotation performance, Jour. of The Chinese Inst. of Chemical Engineers, Vol.38, pp.287-293.

Hacıfazlıoğlu H and Toroğlu İ (2008) Siklojet Hücresinde Bitümlü Şlam Kömürün

Flotasyonu ve Jameson Hücresi ile Flotasyon Performanslarının Karşılaştırılması, Madencilik Dergisi, Vol.47, No.1, s.3-12.

Harbort G, De Bono S, Carr D and Lavson V (2003) Jameson cell fundamentals- a

revised perspective, Minerals Engineering, Vol.16, pp.1091-1101. Hoşten Ç. ve Uçbaş Y (1989) Zonguldak Toz Kömürleri Üzerinde Yağ aglomerasyonu

çalışmaları, Türkiye 11.Madencilik Kongresi, TMMOB Maden Mühendisleri Odası, Ankara, s.355-365.

Heiser N (1996) Coal flotation technical review, The Australian Coal Review, pp.34-36. Honaker R Q and Das A (2004) Ultra-fine coal cleaning using a centrifugal fluidized-bed

separator, Coal Preparation, Vol.24, pp.1-18. Honaker R Q, Wang D and Ho K (1996) Application of the falcon concentrator for fne

coal cleaning, Minerals Engineering, Vol.9, No.11, pp.1143-1156.

214


Honaker R Q and Patil D P (2002) Parametric evaluation of a dense-medium process

using an enhanced gravity separator, Coal Preparation, Vol.22, No.1, pp.1-17. Hucko R E, Gala H B ve Jakobsen P S (1988) Status of DOE-Sponsored Advanced Coal

Cleaning Projects, Industrial Practice of Fine Coal Cleaning, ed.R.R.Klimpel, P.T. Luckie, SME Publication, pp.159-210.

Hussain S A (1990) Laghra linyitinin kerosenle flotasyonu, III. Uluslararası Cevher

Hazırlama Sempozyumu, ed. G.Önal, 11-13 Eylül, İstanbul, s.284-294. Ireland P, Cunnigham R and Jameson G J (2006) The behaviour of wash water injected

into a froth, International Journal of Mineral Processing, Vol.84, No.1-4, pp.99-107. İbişoğlu M (1995) Akışkan Yatakta Kömürün Biyodesülfürizasyonu, Yüksek Mühendislik

Tezi (yayımlanmamış), Hacettepe Üniversitesi, Ankara, 89 s. İman M E (2006) Yarı Bitümlü Kömürlerin Flotasyon Yolu ile Temizlenebikirliğinin

Araştırılması, Yüksek Lisans Tezi (yayımlanmamış), Dokuz Eylül Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü, 54 s.

Jakabsky S, Heredzag S, Lovas M and Turcaniova L (1998) Aplikacia

Multigravitacneho Separatora Mozley pri uprave energetickeho Uhlia Z Bane Cigel, Acta Montanistica Slovaca, Rocnik 3, pp.425-428.

Jia R, Haris G H ve Fuerstenau D W (2002) Chemical reagents for enhanced coal

flotation, Coal Preparation, 22, pp.123-149. Jiang X and Tao D (2003) Enhancement of dry triboelectric separation of fly ash using

seed particles, Coal Preparation, Vol.23, pp.47-55.

Jorjani E, Rezai B and Vossoughi M (2004) Oxidation Pretreatment for Enhancing Desulphurization of Coal with Sodium Butoxide, Minerals Engineering, Vol.17, pp. 545-552.

Kangal O and Güney A (2002) Benefication of low grade feldspars using free jet

flotation, Mineral Processing and Extractive Metallurgy, Vol.23, pp.129-140. Kemal M ve Arslan V (1999) Kömür Teknolojisi, D.E.Ü. Mühendislik Fakültesi Basım

Ünitesi, No.33, İzmir, ISBN: 975-441-142-5.

Karaca H and Ceylan K (1997) Chemical Cleaninig of Turkish Lignites by Leaching with Aqueous Hydrogen Peroxide, Fuel Processing Technology, Vol. 50, pp.19-33.

Karatepe N, Meriçboyu A E ve Küçükbayrak S (1998) Kömür, Baca Gazlarındaki

Kükürt Dioksidin Giderilmesi, ed. O. Kural, Özgün Ofset Matbacılık A.Ş., İstanbul, s.423-434.

215


Kawatra S K and Eisele T C (1996) Pyrite recovery mechanisms in coal flotation,

International Journal of Mineral Processing, Vo.50, pp.187-201. Kelland D R, Lai-Fook M, Maxwell K and Takayasu M (1988) HGMS coal

desulfurization with microwave magnetization enhancement, IEEE Transactions on

Magnetics, 24-26. Kemal M ve Arslan V (1999) Kömür Teknolojisi, D.E.Ü. Mühendislik Fakültesi Basım

Ünitesi, No.33, İzmir, ISBN: 975-441-142-5.

Kemal M ve Yılmaz H (1994) Cevher Hazırlama El Kitabı, Elektostatik Ayırma ile

Zenginleştirme, ed. G.Önal&G.Ateşok, Yurt Madenciliğini Geliştirme Vakfı Yayını, s.197-205.

Keskin Y (1986) Kömür Hazırlama Yöntemleri, İnsangücü Eğitim Şube Müdürlüğü

Yayınları, No:50, Zonguldak, 232s. Kural O (1991) Kömürden kükürdün giderilmesi, Kömür, İTÜ, İstanbul, s.230-248.

KHD Humboldt Wedag (2005) http://www.humboldt-wedag.de/cc (22.06.2005). Khan L A ve Roy W R (2003) Design, Fabrication and Testing of an Automated

Motorless/Rotorless (M-R) Cell for Use with the ISGS Washer, Final Technical

Report for the Illinois Clean Coal Institute, ICCI Project No. 02-1/4.1B-1. Klimpel R R (1993) Froth flotation-An old process with a new Outlook, Mining

Magazine, May, pp.268-276. Knelson B (1992) The knelson concentrator metamorphosis h m cmde beginning to

sophistticated world wide acceptance, Minerals Engineering, Vol. 5. No.10, pp.1091-1097.

Kızgut S (2001) A case study on the selective separation of coal macerals by flotation on

pilot scale, Ore Dressing, No.6, pp.9-17. Laskowski J and Ding K (2009) Effect of fotation on preparation of coal-water slurries,

International Journal of Coal Preparation and Utilization,Vol.29, No.2, pp.84-98. Lai R 2002. Cyclonic flotation column for minerals benefication, Mining Engineering, 54,

No.3, March. Leja J (1982) Surface Chemistry of Froth Flotation, Plenium Press, New York.

216


Li B, Tao D, Ou Z and Liu J (2003) Cyclo-microbuble column flotation of fine coal,

Seperation Science and Technology, Vol.38, No.5, pp.1124-1140. Manrique C, Kaineg J ve Chambers J (2005). Full Scale Performance Testing of the

Motorless-Rotorless Froth Flotation Cell, Report by the Subcontractor, Dynamic Separations, to the Illinois State Geological Survey.

Melo F and Laskowski J S (2005) Fundemental properties of flotation frothers and their

effect on flotation, Minerals Engineering, Vol.46, pp.126-140. Metso Minerals (2005) Flotation columns, http://www.svedala-cisa.com (04.05.2005). Mohanty M K (2001) In plant optimization of a full scale Jameson flotation cell, Minerals

Engineering, Vol.14, No.11, pp.1531-1536. Mohanty M K and Honaker R Q (1999a) A comparative evaluation of the leading

advanced flotation Technologies, Mineral Engineering, Vol.12, No.1, pp.1-13. Mohanty M K and Honaker R Q (1999b) Performance optimisation of Jameson flotation

technology for fine coal cleaning. Minerals Engineering, Vol.12, No.4, pp.367-381. MIM Process Technologies (2005) Jameson cell, http://www.kapital.com.au/test/mimpt. Naik P K, Reddy P S R and Misra V N (2004) Optimization of coal flotation using

statistic technique, Fuel Processing Technology, Vol.85, pp.1473-1485. Nasaco Solutions (2007) www.nasaco.ch (04.05.2005). Neethling S J and Chilliers J J (2002) The entrainment of gangue into a flotation froth,

International Jpurnal of Mineral Procesing, Vol.64, pp.123-134. Oruç F (2006) Kil İçerikli Kömür Hazırlama Tesisi Artıklarından Temiz Kömür Üretimi

ve Atık Kilin Tuğla Üretiminde Kullanımı, Yüksek Lisans Tezi (yayımlanmamış), AKÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Maden Mühendisliği ABD, 107 s.

Önal G Sirkeci A ve Çelik M S (1994) 21 Yüzyılın Enerji Kaynağı Kömür, Energy With

All Aspects in XXI. Century Symposium, İstanbul. Önal G ve Acarkan N (1988) Gediz kömürlerinin zenginleştirlmesi, Türkiye 6. Kömür

Kongresi, Zonguldak, s. 229-244. Önal G ve Güney A (1998) Kömür, Kömür hazırlama yöntemleri ve tesisleri ed. O. Kural,

Özgün Ofset Matbacılık A.Ş., İstanbul, s.269-295. Öney Ö (1993) The enrichment of Zonguldak fine coal by flotation, Yüksek Lisans Tezi

(yayımlanmamış), D.E.Ü., İzmir, 130 s.

217


Özbayoğlu G (1977) Determination of the flotation characteristics of several Turkish

bituminous coal seams in Zonguldak, Ph.D. Thesis (yayımlanmamış), METU, Ankara, 78 s.

Özbayoğlu G (1986) Desulfurization of lignites by high gradient magnetic seperation, 1st

International Mineral Processing Symposium, Konak, İzmir, pp.635-645. Özbayoğlu G (1994) Cevher Hazırlama El Kitabı, Kömür Zenginleştirme yöntemleri ed.

G.Önal&G.Ateşok, Yurt Madenciliğini Geliştirme Vakfı Yayını, s.349-367. Özbayoğlu G (1998) Advanced coal cleaning techniques for fines, Ore Dresssing, Vol.1,

pp.1-11. Özbayoğlu G ve Arol A İ (1994) Cevher Hazırlama El Kitabı, ed. G.Önal&G.Ateşok,

Yurt Madenciliğini Geliştirme Vakfı Yayını, s.173-205. Özdoğan S ve Ünver Ö (1998) Kömür, Türkiyenin Taşkömürü ve Linyit Envanteri ile

İlgili Ekonomik Değerlendirme ed. O. Kural, Özgün Ofset Matbacılık A.Ş., İstanbul, s.7-16.

Özkul S (2003) Alt bitümlü kömürlerde kimyasal mineral giderme, Yüksek Lisan Tezi

(yayımlanmamış), ZKÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Zonguldak, 86 s. Phillips D I (1998) Optimum processing of 1 mm by zero coal, Department of Mining and

Minerals Engineering, Faculty of the Virginia Polytechnic Institute and State University, Ph.D.Thesis, Blackburg, Virginia, pp.177.

Palowitch E R, Deurbrouck A W and Parson T H (1991) Coal Preparation, Part 2: Wet

Fine Particle Cocentration, (ed). Joseph Leonard & Byron Hardince, Society For Mining, Metallurgy and Exploration INC, Port City Pres, US, pp.414-449.

Penha F G, Oliveire M P and Debacher N A (2004) Coal and clay flotation using

C12TAB and SDS, Applied Mineralogy, pp.1025-1028. Pradyumma K, Reddy Sita R and Vibhuti M (2004) Interpretation of interaction effect

and optimization of reagent dosages for fine coal flotation, International Journal of

Mineral Processing, Vol.75. pp.83-90. Pratten S J, Bensley C N and Nicol S K (1989) An evaluation of the flotation response of

coals, International Journal of Mineral Processing, Vol.27, pp.243-262. Polat M, Polat H ve Chander S (2003) Physical and chemical interactions in coal

flotation, International Journal of Mineral Processing, Vol.72, pp.199-213. Rastogi R C and Aplan F F (1985) Coal flotation as a rate process. Minerals and

Metallurgical Processing Vol. 2, pp. 137–146.

218


Ratanakandilok S, Ngamprasertsith S and Prasassarakich P (2001) Coal

desulfurization with methanol/water and methanol/KOH, Fuel, Vol.80, pp.1937-1942.

Reddy P R S, Kumar S G, Bhattacharyya K K, Sastri S R S and Narasimhan K S

(1988) Flotation column for fine coal benefication, International Journal of Mineral

Processing, Vol.24, pp.161-172. Rubiera F, Hall T S and Shah C L (1997) Sulfur removal by fine coal cleaning

processes, Fuel, Vol.76, No.13, pp.1187-1194. Şapçı K (2006) Çan Linyit Kömürünün Flotasyonla Zenginleştirilebilirliği ve Fizibilitesi,

Yüksek Lisans Tezi (yayımlanmamış), D.E.Ü Maden Mühendisliği Bölümü, s.328. Saklar S, Ersayın S ve Bayraktar İ (1998) Flotasyon modelleri, Madencilik, Cilt: 37,

No:2, s.3-20. Savona Equipment Ltd (2005) Flotation cells, http://www.savonaequip.com/

floatcells.asp (04.05.2005). Semerkant O ve Kemal M (1988) Sert Linyit tozlarının su siklonuyla yıkanabilirliğinin

incelenmesi, Türkiye 6.Kömür Kongresi, Zonguldak, s.287-301. Silva M (1986) Pacer Gold Recovery Methods, Special Pubblication 87, Department of

Conservation Devision of Mines and Geology, California, 95814. Schobert H H (1987) Coal-The Energy Source of the Past and Future, American Chemical

Society, Washington. Sirkeci A (2000) Rusya’da enerji ve Kimya alanlarında kömür kullanımındaki problemler,

Kömür Teknolojisi ve Kullanımı Semineri V Kitabı, ed. G. Önal ve H. Dinçer, Yurt Madenciliğini Geliştirme Vakfı Yayınları, İstanbul, s.113-136.

Sis H, Özbayoğlu G ve Sarıkaya M (2003a). Comparison of non-ionic and ionic

collectors in the flotation of coal fines, Minerals Engineering, 16, pp.399-401.

Sis H, Özbayoğlu G ve Sarıkaya M (2003b). Utilisation of fine coal tailings by flotation using ionic reagents, Energy Source, 26, pp.941-949.

Sönmez Ö (2000) Seçici Oksidasyon Yöntemiyle Yüksek Kükürt İçerikli Linyitlerin

Kimyasal Olarak Temizlenmesi, Yüksek Lisans Tezi (yayımlanmamış), Mersin Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü, Mersin, 45 s.

SNF Flomin Inc. (2009) www.flomin-mining.com (04.05.2009).

219


Sönmez İ ve Cebeci Y (2006). Performance of classic oils and lubricating oils in froth

flotation of Ukraine coal, Fuel, 85, pp.1866-1870. Stevenson P (2007) Hydrodynamic theory of rising foam, Minerals Engineering, Vol.20,

pp.282-289. Sütcü H, Toroğlu İ and Dalahmetoğlu O (2003) Recovery of coal from waste fines by

column flotation, Journal of Solid Waste Technology and Management, Vol.29, No.3, pp.168-178.

Tan S N, Pugh R J, Farnasiero D, Sedev R ve Raltson J (2005).Foaming of

polypropylene glycols and glycol/MIBC mixtures, Minerals Engineering,18, pp.179-188.

Tan S N, Pugh R J, Farnasiero D, Sedev R ve Raltson J (2005).Foaming of

polypropylene glycols and glycol/MIBC mixtures, Minerals Engineering,18, pp.179-188.

Taşdemir T (2006). Jameson hücresinde hold-up’ın modellenmesi ve bazı çalışma

parametrelerinin flotasyon verimine etkisi, Doktora Tezi (yayımlanmamış), Osmangazi Üniversitesi, Eskişehir, 143 s.

Tavera F J, Escudero R and Finch J A (2001) Gas Holdup in flotations columns:

laboratuary measurements, Int. Journal of Mineral Processing, Vol.61, pp.23-40. Tao D, Luttrell G H and Yoon R H (2000) A parametric study of froth stability and its

effect on column flotation of fine particles. International Journal of Mineral

Processing, Vol.59, pp.25-43. Tao D, Li B, Johnson B K and Parekh B K (2000) A flotation study of refuse pond coal

slurry, Fuel Processing Technology, Vol.76, pp.201-210. Tefek M (1989) Selektif flokülasyon ile linyitlerin piritik kükürtten temizlenmesi, Türkiye

11. Madencilik Kongresi, TMMOB Maden Mühendisleri Odası, Ankara. s.367-377. Tüpraş (2007) Ürünler, www.tupras.com.tr/urunler (04.05.2007). Tuteja R K, Spottiswood D J and Misra V N (1995) Recent Progress in the

understanding of column flotation-a review. The AusIMM Proceedings, No.2, pp.25-31.

Xiao J (1998) Testing a New Gold Centrifugal Concentrator, Department of Mining and

Metallurgical Engineering, Master Thesis, McGill University, Montreal, Canada. Xstrata Technology (2005) Jameson cell, http://xstratatech.com/doc/jc_brochure_2004/

001.pdf (04.05.2005).

220


Uslu T (2002) Microwave Heating Characteristcs of Pyrite and Microwave Asisted Coal

Desulphurization, Yüksek Mühendislik Tezi (yayımlanmamış), Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Maden Mühendisliği Bölümü, Ankara, 153 s.

Ünal İ, Aktaş Z ve Olcay A (2000) Bitümlü kömür ve linyitin yağ aglomerasyonu,

Türkiye 12.Kömür Kongresi, Zonguldak, Ereğli, 251-260. Vamvuka D and Agridiotis V (2001) The effect of chemical reagents on lignite flotation,

International Journal of Mineral Processing, Vol. 61, pp.209-224. Wills B A (1997) Mineral Processing Technology, Sixth Edition, Pregmon International

Library, England, Chapter 7; s.440. Yaman S, Çelik M S ve Küçükbayrak S (1998) Kömürün kükürdünün giderilmesi.

Kömür, ed. O.Kural, Kurtiş Matbaası, İstanbul, s.337-351. Yamık A, Tosun Y İ ve Güneş N (1994) Kömürden Külün ve Kükürdün Arındırılması,

Türkiye 9. Kömür Kongresi, TMMOB Maden Mühendisleri Odası Zonguldak Şubesi, s.201-210.

Yıldırım İ, Ateşok G ve Çelik M (1995) Laboratuar pilot tip Multi Gravite cihazı ile

kömür-su karışımları için süper düşük küllü kömür üretimi, Türkiye 14. Madencilik

Kongresi, pp.444-448. Yıldız N (2007) Cevher Hazırlama, Ertem Basım Yayın Dağıtım Sanayi ve Ticaret Ltd.Şti.

Ankara, s.504, ISBN: 978-975-96779-1-6. Yılmaz S (2004) Katı fosil yakıtlarda mineral gidermenin yanma üzerine etkisi, Yüksek

Lisan Tezi (yayımlanmamış), ZKÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Zonguldak, 105 s. Yoon R H (1993) Microbubble flotation, Minerals Engineering, 6, 4, pp. 619-630.

Yoon R H (2006) Advanced Coal Cleaning and Coal Recovery, US-India Coal Working

Group Meeting, April, 4-5, Virginia. Zheng X, Johnson N W and Franzidis J P (2006) Modelling of entrainment in industrial

flotation cells; water recovery and degree of entrainment, Minerals Engineering, 19, pp.1191-1203.

221

BİBLİYOGRAFYA

Arbiter N and Haris C C (1962) Flotation Machines, Froth Flotation 50th anniversary

volume, (ed: D.W. Fuerstenau), AIMME, New York, pp.347-364.

Chartiar R (1992) Report on the test work on the operating parameters of the Jameson

cell, Internal Report, Dept.of Chemical Eng., The University of Newcastle, Australia. Espinoza-Gomez R and Johnson N W (1991) Technical experience with conventional

columns at Mount Isa Mines, Column’91, pp.511-524. Espinoza-Gomez R, Yianatos J A and Dobby G S (1988a) Flotation column carrying

capacity, particle size and density effects, Mineral Engineering, Vol.1, No:1, pp.77-79.

Evans G, Atkinson B W and Jameson G J (1995) The Jamson cell, Flotation Science

and Engineering, ed. Matis, Marcel Dekker Inc. Pres. pp.558. Finch J A and Dobby G S (1990) Column flotation, Pergamon Pres, Oxford. Falutsu M and Dobby G S (1992) Froth performance in commercial sized flotation

columns, Minerals Engineering, Vol.5, No:12, pp.1207-1223. Gumz W (1962) Kurzes Handbuch der Brennstoff und Feuerungstechnik, Springer Verlag,

Berlin. Harbort G J, Jackson B R and Manlaig E V (1994) Recent advances in Jameson cell

technology. Mineral Engineering, Vol.7, No.2, pp.319-332. Morrison G F (1981) Chemical desulfurization of coal, Report Number ICTIS/TR15, IEA

Coal Research, London Miller K J and Deurbrouck A W (1978) New Pysical methods for cleaning coals,

Y.A.Liu (ed)., Marcel Dekker, Inc., New York, pp.255-291. Tsai S C (1982) Coal science and technology 2, Fundamentals of coal benefication and

utilization, Elsevier Science Publishers, Amsterdam. Tefek M (1984) İnce Kömür Flotasyonunda Parçacıkların Davranışları, Türkiye 4.Kömür

Kongresi, Maden Mühendisleri Odası Yayını, Zonguldak, s. 261-267. Tomlinson H S and Fleming M G (1963) Flotation rate studies, in a. Roberts, Proc. 6

th

Int. Miner. Process. Congr., Cannes, Pregmon, pp.563-579.

222

223

EK AÇIKLAMALAR A

KÖMÜR ANALİZLERİNİN YAPILIŞ YÖNTEMLERİ

224

225

1. Nem Analizi (ASTM D3173)

Havada kuru olarak tartılmış 1 g kömür numunesi sabit tartıma getirilmiş bir kroze

içerisine konulmuştur ve 104-110 oC’ye kadar ısıtılmış etüvde H2SO4 ile kurutulmuş hava

atmosferinde 1 saat bekletilmiştir. Kömürdeki nem oranı aşağıdaki eşitlikten

hesaplanmıştır.

Nem (%) = (A-B)×100/A

Burada; A, nem tayininde kullanılan kömür ağırlığı (g), B, nemi uzaklaştırılan kömür

numunesinin ağırlığı (g)’dır.

2. Kül Analizi ( ASTM D3175)

Havada kuru olarak tartılmış 1 g kömür numunesi sabit tartıma getirilmiş olan kroze içine

ince bir tabaka olacak şekilde yerleştirilmiştir. Kül fırınında 1 saat içerisinde 500 oC

sıcaklığa ve 2 saat içinde 750 oC sıcaklığa erişecek bir hızda ısıtılmıştır. Örnek, bu

sıcaklıkta sabit tartıma gelinceye kadar bekledikten sonra, çıkarılıp bir desikatörde

soğutulmuş ve tartılmıştır. Örnekteki külün yüzde olarak miktarı aşağıdaki eşitlikten

hesaplanmıştır.

Kül (%) = (G2×100)/ G1

Burada, G1, alınan örneğin ağırlığı, G2 ise külün ağırlığı (g)’dır.

3. Uçucu Madde Analizi (ASTM D3173)

Kuru kömür numunesinden 0.5 gr alınarak kuvars kroze içinde 950oC±20 oC’deki fırında

7 dakika tutulmuştur. Daha sonra, kömür numunesindeki uçucu madde yüzdesi, aşağıdaki

eşitlikten hesaplanmıştır:

Uçucu Madde (%) = [(m2×100)/m1]

Burada, m1, ısısal işlem öncesi ağırlığı (g), m2 ise ısısal işlem sonrası ağırlığı (g)’dır.

226

4. Sabit Karbon Analizi (Ateşok, 1986)

Kömürün sabit karbon içeriği, uçucu madde ve kül yüzdeleri toplamını 100’den

çıkarılmasıyla bulunur. Buna göre kömürdeki sabit karbon yüzdesi;

Sabit Karbon (%) = [100 - (Kül (%) + Uçucu Madde (%))]

5. Toplam Kükürt Analizi (ASTM D3177)

Kömür örneklerindeki toplam kükürt analizi için ESCHKA yöntemi kullanılmıştır. Bunun

için porselen bir kroze içerisine 2 g Eschka reaktifi (iki kısım kalsine edilmiş MgO+ bir

kısım susuz Na2CO3) konulmuştur. 1 g kömür örneği ve 2 g ESCHKA reaktifi iyice

karıştırılmıştır ve karışım porselen krozeye yerleştirilmiştir. Karışımın üzeri 2 g ESCHKA

ile kapatılmıştır. Soğuk fırına konulup fırının sıcaklığı kademeli olarak 800±25 oC’ a

çıkarılmıştır. Bu sıcaklıkta 90 dakika bekletildikten sonra çıkartılıp soğumaya bırakılmıştır.

Yanmış olan karışım, içinde 30–40 mL su bulunan behere alınmıştır. Isıtıcı üzerinde

kaynama sıcaklığına yakın bir sıcaklığa kadar ısıtılmıştır ve bu sıcaklıkta içine 17 mL HCl

ilave edilmiştir. İçinde bulunan CO2’ nin uçması için 5 dakika kaynatılmıştır ve karışım

süzülmüştür. Süzgeç kâğıdı birkaç kez sıcak su ile yıkanmıştır. Ortamın asidik olması

sağlanmıştır. Bunun sonunda % 10’luk BaCl2 ilave edilerek mevcut sülfat, baryum sülfat

halinde çöktürülmüştür. Çöken BaSO4 mavi bant süzgeç kağıdından süzülmüştür. Daha

önce sabit tartıma getirilip tartımı alınmış kroze içerisine yerleştirilmiştir. Analizin

güvenilirliği için kör deneme yapılmıştır. Böylece örnekteki toplam kükürdün yüzde olarak

miktarı aşağıdaki eşitlikten hesaplanmıştır.

ST (%)= [13.73 (a-a0)/g]

Burada; a , esas tayinde bulunan baryum sülfatın miktarı (g), a0 kör denemede bulunan

baryum sülfatın miktarı (g), g ise alınan kömür örneğinin miktarı (g)’dır.

227

6. Sülfat Kükürt Analizi (ASTM D2492)

Havada kuru ve tartılmış olan 5 g kömür örneği, rodajlı bir erlen içerisinde 50 mL HCl ( 2

hacim HCl + 3 hacim su) ile geri soğutucu altında 30 dakika kaynatılmıştır. Karışım

süzgeç Whatman 41 süzgeç kâğıdından süzülmüştür. Seyreltik HCl çözeltisi ve saf su ile 5

kere yıkanmıştır. Süzüntüye bromlu su ilave edilmiştir ve brom tamamen uzaklaşıncaya

kadar kaynatılmıştır. Bu işlemden sonra sülfatik kükürt, toplam kükürt analizindeki gibi

gravimetrik olarak analiz edilmiştir.

7. Piritik Kükürt Analizi ( ASTM D2492)

Havada kuru ve tartılmış olan 1 g kömür örneği (1:3 oranında) 100 mL HNO3 ile

karıştırılarak 30 dakika kaynatılmıştır. Karışım beyaz banttan süzülüp, katı artık HNO3 ile

iyice yıkandıktan sonra atılmıştır. Süzüntüye 2 mL %30’luk H2O2. ilave edilerek

karıştırılmıştır. Süzüntüye 5 N NaOH ilave edilerek Fe+3’ ün Fe(OH)3 şeklinde çökmesi

sağlanmıştır. Çökme işlemi gerçekleştirildikten sonra %20’lik HCl ile çökmüş olan

Fe(OH)3’ün çözünmesi sağlanmıştır. Çözelti kaynama sıcaklığa yakın bir sıcaklığa kadar

ısıtılarak Bölüm 5.2.1’de anlatıldığı şekilde gravimetrik olarak analiz edilmiştir.

8. Organik Kükürt Analizi (ASTM D2492)

Kömür numunelerinin organik kükürt içerikleri, toplam kükürt miktarı ile sülfat ve piritik

kükürt miktarları toplamı arasındaki farktan hesaplanmıştır. Buna göre, organik kükürt

yüzdesi:

Organik Kükürt (%) = [ST - ( SS + SP)]

Burada, ST, kömür numunesindeki toplam kükürt (%), SS, kömür numunesindeki sülfat

kükürdü (%), SP ise kömür numunesindeki piritik kükürt (%)’tür.

228

229

ÖZGEÇMİŞ

Hasan HACIFAZLIOĞLU, 1980 yılında Rize’nin Pazar ilçesinde doğdu; ilk ve orta

öğrenimini aynı şehirde tamamladı; Pazar Lisesi’nden mezun olduktan sonra 1997 yılında

İTÜ Maden Fakültesi, Maden Mühendisliği bölümüne girdi; 2002’de bölüm üçüncüsü

olarak mezun oldu; bu arada, 2000-2001 yılları arasında PRnet’te Part-Time Headmarker

olarak çalıştı; 2004 yılında vatani görevini tamamladı ve aynı yıl ZKÜ Fen Bilimleri

Enstitüsü Maden Mühendisliği Anabilim Dalı’nda yüksek lisans eğitimine başladı; 2006

yılında aynı bölümden Maden Yüksek Mühendisi olarak mezun oldu; yine 2006’da ZKÜ

Fen Bilimleri Enstitüsü Maden Mühendisliği Anabilim Dalı’nda doktora programına

katıldı. Bu arada kısa bir süre Metek Madencilik ve Enerji Teknolojileri San. Tic. Ltd.

Şti’de Proje Müdürü olarak çalıştı ve ardından Karbomet Madencilik Tic. Ltd. Şti’ye

geçerek çalışmalarına kömür zenginleştirme alanında devam etti. 20’nin üzerinde bilimsel

makale, patent ve ödülleri bulunan Hacıfazlıoğlu, iyi derecede ingilizce bilmektedir. İTÜ

Mezunlar Derneği ve Maden Mühendisleri Odasında üyelikleri bulunmaktadır.

ADRES BİLGİLERİ

Adres : Şehit Muhtar Mah.

Kapanca Sok. No.10

Taksim/İSTANBUL

Tel : 0 534 947 30 58

E-posta : [email protected]


Documents

Siklojet FLotasyon Hücresi