MINERAL PROCESSING SITEby Eren Caner ORHAN |
This site is visited times since 15 October
1997
Flotasyon, cevherleri yüzdürme yoluyla zenginleştirme metodudur. Tariften de anlaşılacağı gibi, yaş usulle çalışan bir metoddur. Bu metodla, cevherlerin zenginleştirilmesi, mineral tanelerini gangından ayırıp sıvı üzerinde teşekkül ettirilen köpükte toplamak, gangı ise sıvı altında bırakmak suretiyle sağlanır.
Flotasyon yoluyla zenginleştirmede 45 meş tane iriliği azami, değirmenlerde meydana gelen en ufak toz tane iriliği de asgari sınırı teşkil eder. 45 meşten büyük ve 5 mikrondan küçük taneler, metodda genellikle düşük randıman verir.
Flotasyon, başlangıcından bugüne kadar esaslı tekamül safhaları geçirmiş ve neticede modern flotasyon işlemi, yani “Köpük Flotasyonu” sistemi bulunmuştur. Köpük flotasyonu yanı sıra benzer birçok Flotasyon metodu, uygulama alanı bulmuşsa da bugün için Flotasyon deyiminden Köpük Flotasyonu anlaşılır.
Flotasyon yolu ile cevher zenginleştirmenin karakteri aşağıda verilen asgari limitlerle daha iyi anlaşılır.
Flotasyonla,
1. % 1 tenörlü Kurşun cevherleri,
2. % 0.5 tenörlü Bakır cevherleri,
3. % 0.3 tenörlü Molibden cevherleri,
4. Tonda 5 gram altın ihtiva eden Altın mineralleri, bu metod sayesinde ekonomik olarak zenginleştirilmektedirFLOTASYONDA GENEL KAİDELER
Flotasyon olayının meydana gelebilmesi için aşağıdaki şartların ortamda bir arada bulunması gereklidir:
1. Esas malzemedeki yani komhavaya karşı küçük bir yüzey gerilimine sahip olması gereklidir. ponentlerden biri, su diğeri tarafından zor ıslatılabilir veya ıslatılamaz (Hidrofob komponent) kolay ıslatılabilir (Hidrofil komponent) olmalıdır. Hidrofob veya Hidrofil çeşitli mineral inin birinin diğerine göre suya karşı büyük, özelliği sun’i olarak temin edilebilir.
2. Flotasyon suyu, yüzegerilimini
aktif yapan maddeleri içermelidir. Bu maddelerden biri su-hava
yüzey gerilimini azaltmalı, diğeri de köpük yapmalı ve
miktarı da stabil bir köpük yaratacak kadar olmalıdır.
3. Hidrofob mineral tanecikleri hava habbecikleri tarafından taşınabilmelidir. Bu olayda hava habbeciği ve mineral tane iriliğinin önemli rolü vardır.
Flotasyon olayının devamlı olabilmesi için:
a- Bir mineralin diğerinden ayrılması için, cevherin yeterli derecede öğütülmüş olması (seperasyon temini),
b- Köpüğün devamlılığının sağlanması,
c- Mineral taneciklerini, hava habbeciklerine yapıştıran ortamın devamlı olması gereklidir.
Bütün bu şartların bir araya getirilmesi ile istenilen mineralin yoğunluğu sun’i olarak değiştirilmekte ve o mineral yüzdürülebilmektedir.
Bu gaye için kullanılan kimyasal maddelere “Flotasyon Reaktifleri” denir.
Flotasyon olayına tesir eden bu iki özellikten başka olayda rolü olan birçok termodinamik özellik daha vardır. Olayın iyi anlaşılabilmesi için, maddelerin hidrofobi ve hidrofili özelliklerinin açıklanması gerekir.
Flotasyon olayında kolay yüzebilen tanecikler, hidrofob özelliğe sahip olanlardır. Bu özellikte olmayan mineral taneciğini yüzdürebilmek için, tanecik tabii hidrofob değil ise yüzeyi değiştirilir. Aksi halda tanecik çöktürülmek isteniyorsa hidrofil yapmak gerekir.
Hidrofob tanecikler hava habbeciği tarafından iyice kavranırlar. Hava habbeciği, tane yüzeyinden alınmak istenirse, bir dirençle karşılaşılır ki, bu hidrofob yüzey ile hava arasındaki adhezyon kuvvetinin varlığını gösterir. Demek oluyor ki, flotasyon olayında mineral taneciği adhezyon kuvveti yardımıyla sıvı yüzüne taşınmaktadır. Hidrofil özelliğe sahip minerallerde ise, hava ile tanecik arasında adhezyon kuvveti olmadığından, mineral habbecik tarafından kavranamamakta ve dibe çökerek yüzme olayına katılamamaktadır.
Temas açısını büyük veye küçük oluşu, mineral taneciğinin kavranmasına tesir ettiğinden, yüzdürme olayında tanenin iyi kavranması gereklidir. Bu açının da büyük olması yüzme olayını kolaylaştırmaktadır.
Flotasyon olayının devamlı ve muntazam olması için, ortama köpürtücü ilave edilir ve mekanik yolla karıştırmak suretiyle köpük oluşumu sağlanır. Ortama flotasyon reaktifleri ilave edilerek mineral taneciklerinin hava habbecikleri tarafından yakalanıp yüzeye taşınması temin edilir.
Flotasyon reaktifleri, besleyiciler vasıtasıyla ortamdaki şartları istenilen tarzda ayarlamak ve aynı şekilde tutmak gayesiyle devreye muntazam olarak verilir. Bu şartlar yerine getirilerek flotasyon olayının, muntazam bir tempo ile devamı sağlanır.
Selektif flotasyon, bir mineral veya mineral grubunun diğer bir gruptan yüzdürme yoluyla ayrılmasıdır. Ayrılacak mineralin sayısına göre bir veya daha çok safhalı flotasyon işlemi uygulanır. Bu tip flotasyonda ayrılan mineraller, ayrı konsantreler halinde toplanırlar. Selektif flotasyonda, herbir safhada yüzdürülecek mineral için ayrı bir yüzdürme ortamı hazırlanır. Genel olarak her mineral nisbi bir yüzebilme özelliğine sahiptir. Bu özellik neticesi herbir mineral diğerine göre farklı bir yüzebilme karakteristiğine sahiptir. Bu özelliklerden yaralanarak kazanılması istenen mineraller, sırayla yüzdürülerek ortamdan konsantreler halinde alınır.
Selektif flotasyonun kontrolü organik veya inorganik reaktiflerle yapılır.
Flotasyon reaktifleri denilen bu maddelerin sınıflandırılması aşağıdaki gibidir:
Kollektörler.
Düzenleyiciler.
1. pH düzenleyicileri,
2.Aktifleştiriciler,
3. Pasifleştiriciler,
4. Kuvvetlendiriciler,
5.Koruyucular.
Köpürtücüler.
I- Kollektörler:
Kollektörlerin görevi, minerali hidrofob yapmak, yani yüzeyini değiştirerek aktif hale getirmektir. Kollektörlerin etkili olabilmesi için suda erimeleri gerekir. Bir kollektör reaktifin kuvveti ile, mineralin flotasyonu için ihtiyaç duyulan zaman ve olayın verimi ifade edilir.
Kollektörler, mümkün olduğu kadar çabuk zenginleştirme özelliğine sahip olacak şekilde ve korozyona mani olacak tarzda imal edilmek istenir.
Kollektörler başlıca iki grup altında toplanır:
1- Anyon aktif grubu
2- Katyon aktif grubu
Esas olarak anyon aktif grubu sülfür flotasyonunda, katyon aktif grubu ise oksit flotasyonunda kullanılır.
Kollektörlerin yapısında bir polar bir de apolar kısım vardır ki, hidrofobi teşekkülüne etkili olan kısım, polar yapıdır. Polar ve apolar yapının tesiri, aynı şekilde olmaktadır.
Mineral taneciklerinin kollektör tarafından kuşatılması;
a- Minerallerin kollektörü absorbe etmesi,
b- Islanmayan hidrokarbon grubunun bir yağ filmi teşkil etmesi,
neticesinde meydana gelmektedir.
Mineral yüzünü kaplayan bu yağ filmi ile hava habbeciği arasında büyük bir adhezyon kuvveti vardır. Kollektörlerin sayılan bu özelliklere sahip olmaları nedeniyle ksantat tipindeki kollektörler, flotasyon problemlerinde tercih edilirler.
II- Düzenleyiciler:
1- pH Düzenleyicileri:
Selektif flotasyonda ortamın pH’ı değiştirilerek cevheri teşkil eden mineraller sırasıyla kazanılmaktadır. Karışık bir olay gibi görünen bu olay, aslında ortamdaki serbest H iyonu sayısının değiştirilmesinden ibarettir. Yani, ortamın karakterini asidik veya bazik yapmaktır.
Formül olarak ifade edilen kw= [ H+] [ OH-] = 1x 10-14 yani, ortamdaki H+ iyanları ile [ OH-] çarpımı sabittir. Bu değer 22°C’deki şartlarda ölçülmüştür. Bu ifadenin değişik bir şekilde geliştirilmesiyle, pH=-log [ H+] =log 1/[ H+] formülü bulunur. Saf su için, pH değeri 7’dir. Yani ortam nötr karakterdedir. pH < 7 asit, pH > 7 oluşu baziklik ifade eder. pH’ın en büyük değeri 14’tür. Flotasyon devrelerinde pH, elektrometrik veya kalorimetrik yolla devrenin bir noktasında devamlı olarak ölçülür ve konrol altında tutulur. pH , ± 0.5, ± 0.1 mertebesinde ölçülür.
Minerallerin yüzdürülme özelliklerine göre asit veya bazik ortamda çalışmak gerekir ki, bu taktirde pH azalır veya artar.
pH’ı düşürmede sülfürik asit, yükseltmede ise genellikle sodyum hidroksit veya kalsiyum hidroksit kullanılır.
pH faktörü ile kullanılan kollektörler arasında yakın bir ilgi vardır. Bu ilgi pH kademeleriyle kollektör konsantrasyonunu sınırlamaktadır. Yani belirli bir pH kademesi için belirli bir kollektör konsantrasyonuna ihtiyaç vardır. Demek oluyor ki, istenilen bir pH kademesi için belirli konsantrasyonda kollektör, -veya tersi pH için- kullanıldığı takdirde, pH değeri değişir. Flotasyon problemlerinin çoğunda sülfürleştirici madde olarak genellikle sodyum sülfür kullanılmaktadır.
2- Aktifleştiriciler:
Flotasyon problemlerinin bir çoğunda kullanılan kollektörler bazı minerallerin yüzeyini değiştiremezler. Bunun aksine mineral kazanılmak isteniyorsa, bir yardımcı kullanılarak kollektörle mineralin bir yüzey teşkil etmesi sağlanır. Bu maksatla “aktifleştiriciler” kullanılır. Aktifleştirme olayının prensibi, sfaleritin bakır sülfat ile aktifleştirilmesi olayı ile izah edilir. Genellikle çok taze bir sfalerit organik kollektörler ile yüzdürülebilirse de sfalerit bakır sülfat ile birkaç dakika muamele edildikten sonra organik kollektörlerle gayet kolay yüzdürülmektedir. Bu işlemde bakır sülfatla sfalerit kimyasal bir reaksiyon yapmakta ve sfaleritin yüzünde Kovellin mineraline özdeş bir zar oluşmaktadır. Bunun gibi bakır sülfat birçok minerali da aktifleştirmektedir.
3- Pasifleştiriciler:
Bu reaktifler, bazı mineral veya mineral grubunun yüzey gerilimini belirli bir zaman veya flotasyon olayının devamı süresince değiştirmek için kullanılır. Pasifleştiricilerin çoğu anorganiktir, fakat organik olanlar da vardır. Örnek olarak pirit için CaO, galen için ise bi kromat iyi birer pasifleştiricidir. En önemli pasifleştiricilerden biri de siyanürdür. Gang çamurunu pasifleştirmede Na2SiO3 de iyi netice vermektedir.
4- Kuvvetlendiriciler
Esas olarak aktifleştirme olayından pek farklı değildir. Bu olayda mekanizma biraz daha değişiktir. Belirli bir süre için pasifleştirilmiş bir kısım mineral yeniden kazanılmak istendiği takdirde ortama kuvvetlendirici reaktifler ilave edilir. Bu şekilde bunların aktifleştiricilere göre daha zayıf olan toplama özelliklerinden yararlanılmış olur. En önemlilerinin başında sodyum sülfür gelir. Ayrıca bakır sülfat ve çeşitli asitler de bu maksatla kullanılmaktadır.
5- Koruyucular
Bunların görevi flotasyon olayına mani olan unsurları zararsız hale getirmektir. Flotasyona mani olan unsurlar “flotasyon zehirleri”, ya cevherle birlikte devreye girmekte ya da kullanılan suda tabii olarak bulunmaktadır. Flotasyon sularında genellikle humin asidi mevcuttur ki bu asit, bitki köklerinin ürettiği bir madde olup flotasyon olayına engel olmaktadır. Çamur zerreleri mineral taneciklerinin yüzünü kapladığından kollektörler görevini yapamamaktadır. Ferrik ve alüminyum tuzları ise flotasyona durdurucu etki gösterirler.
Koruyuculardan istenen, bu hallerden her birine yerine göre mani olmaktır.
Alkaliler bu problemlere karşı kullanılır. Su camı, çamur bastırıcı ve iyi bir koruyucudur. Çamur bastırmada kullanılan kotuyucuların iyonları, çamur zerrelerinin elektrik yüküyle zıt işarette olduklarından, bu eriyikler devreye girince, çamur zerrelerine yapışmakta ve ufak yumaklar halinde çökmektedirler. Bu şekilde faydalı mineral tanecikleri de serbest kalır.
III- Köpürtücüler:
Flotasyon olayında gerekli köpük, sadece temiz su ile yapılamamaktadır. Köpük yapmak için muhakkak surette bir köpürtücü unsur kullanmak gerekir. Köpürtücülerin asıl görevi, flotasyon suyunun yüzey gerilimini azaltmaktır. Bundan gaye, mineral yüklü hava habbeciklerinin su yüzeyine çıktıkları zaman dağılmadan bir köpük yığını teşkil etmesinin teminidir. Yüzey gerilimi azalmadığı zaman yüzeye çıkan bir habbecik sert bir zemine çarpmış gibi olmakta ve patlayarak taşıdığı tanecikleri bırakmaktadır.
Köpürtücüler, kompleks moleküllü organik veya anorganik maddelerdir. Molekül yapıları polar ve apolar kısımlardan müteşekkildir. Köpürtücü molekül ise heteropolardır. Bu kutuplardan birinin suya diğerinin havaya karşı afinitesi büyüktür. Bu şekilde ıslanmayan parça en üst tarafında toplana hidrokarbon grubundan müteşekkildir. Bu yüzeyin hidrokarbon grubuyla kaplanması, bu kısımda hava habbeciklerinin suyun en üst tabakasından kolaylıkla geçip su-hava arakesitine istenen özellikte varmasına yardım edecek elastikiyeti temine hizmet eder.
Köpürtücü suda fazla eriyorsa köpüğü zayıftır. Çünkü bu halde ıslanmayan hidrokarbon grubu, suyun içinde kalmakta, su yüzüne toplanmamaktadır. Buna karşın köpürtücü suda çok az eriyorsa, suyun yüzüne toplanacak ve istenilen elastikiyeti verecek kâfi hidrokarbon grubu mevcut olmayacaktır.
Köpürme olayında köpürmenin azami olduğu bir an vardır ve ortam köpürtücüye doyduğu an köpürme durmaktadır.
Ortamdaki köpürtücü konsantrasyonu ile yüzey gerilimi arasındaki bağıntı: Konsantrasyon arttıkça yüzey gerilimi düşmektedir. Yukarıda değinildiği gibi, ortam köpürtücüye doyduğu an köpürme durmakta ve yüzey gerilimi, sıfır olmaktadır. Yüzey geriliminin düşük olması istenilen hal olmakla beraber, flotasyona en uygun durum azami köpürme anıdır.
Köpürtücü dozunu, bu noktada sabit tutmak gerekmektedir. Bu zorunluluk ise kullanılan köpürtücü miktarını kısıtlar.
Genellikle kollektörlerle köpürtücülerin birbirini takiben ayarlı olması istenir. Yani, hangi kollektörde ne miktar ve cinste köpürtücü kullanılacağının bilinmesi gereklidir. Fakat bütün kollektörler meyanında hangi yapıda ve kullanma tarzında olursa olsun, köpürtücüler aynı karakterdedirler. Sadece köpürtücü miktarı az veya çok olabilir.
Köpürtücülerin genel formülleri, R-G şeklindedir.
R: 6 dan yukarı sayılı karbonhidrat.
G: Polar grup. -OH, -COOH, NH2 vs.
En önemli köpürtücülerden biri de çamyağıdır. Cevher flotasyonunda oldukça fazla kullanılır. Açık sarı renkte, terebentin kokuludur. Oldukça dayanıklıdır. Uzun bir zaman sonra bozularak kahverengine yakın bir renk almakta ve tesirini kaybetmektedir. 1 gr/lt. konsantrasyonlu sulu bir eriyik halinde kullanılır. Sarfiyat, genellikle 10-50 gr/t’dur.
Diğer bazı köpürtücüler: Terpen, Terpin, Pinen, Terpinöl, Kinöl, Şampon. Bunların dışında sun’i köpürtücüler de vardır: Flotol, Flotigol gibi ticari isimler altında satılırlar.
Tabii bir köpürtücü olan okaliptüs yağı, molibden gibi kolay flote olan cevherlerin hazırlanmasında fazlaca kullanılır.
1- Bir öğütme esnasında taze cevher yüzeyleriyle ön sülfürleştirme yapılacaksa sülfürleştiriciler, karşılaştırmak idevresine verilir. Bu şekilde iyi bir sülfür yüzü elde edilmiş olur.çin değirmen
2- Aktifleştirici ve pasifleştiriciler, bütün malla iyi temas edecek tarzda devrenin devrenin uygun bir yerinden verilir.
3- Kolektörler, normal olarak koyulaştırmadan sonra, yağlar, yağ sülfürleri ve köpürtücüler ise, kaide olarak flotasyon makinalarına verilirler.
Genellikle reaktiflerin dozaj toleransı, ± %10 olmakla beraber hakiki miktarlar, cevher karakterine uygun olarak deneysel yolla tesbit edilir.
Mustafa Zafer
Erdoğdu
Hacettepe Üniversitesi
