Minerallerin optik ayırma ile ayrılabilirliğinin araştırılması

171 Pages·2013·9.47 MB·Turkish

by  Ergin Gülcan

Anne ve babama…
MİNERALLERİN OPTİK AYIRMA İLE
AYRILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI

INVESTIGATION OF BENEFICIATION OF MINERALS
BY OPTICAL SEPARATION

ERGİN GÜLCAN

Hacettepe Üniversitesi
Lisansüstü Eğitim – Öğretim ve Sınav Yönetmeliğinin
MADEN Mühendisliği Anabilim Dalı İçin Öngördüğü
YÜKSEK LİSANS TEZİ
olarak hazırlanmıştır.

2013

ii
Bu çalışma jürimiz tarafından MADEN MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI’ nda
YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir.

Başkan :

Üye (Danışman) :

Üye :

Üye :

Üye :

ONAY

Bu tez, Hacettepe Üniversitesi Lisansüstü Eğitim-Öğretim ve Sınav Yönetmeliği’nin
ilgili maddeleri uyarınca yukarıdaki jüri üyeleri tarafından .../…/2013 tarihinde uygun
görülmüş ve Enstitü Yönetim Kurulunca …/…/2013 tarihinde kabul edilmiştir.

Prof. Dr. Fatma Sevin DÜZ
Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü
iii
MİNERALLERİN OPTİK AYIRMA İLE AYRILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI
Ergin GÜLCAN
ÖZ
Bu çalışmada farklı renklerde taneler içeren minerallerin optik ayırıcı olarak
tanımlanan görünür ışığa duyarlı sensör entegre edilmiş ekipman ile ayrılabilirlik
davranımlarının ortaya konulması ve farklı mineraller içeren cevherlerin içinden
optik ayırıcı yardımıyla bu minerallerin ne oranda ayrılabildiklerinin araştırılması
hedeflenmiştir. Optik ayırma sistemleri, minerallerin görünümlerindeki farklara
dayalı ayrıma yapan sistemlerdir. Optik ayırma teknolojisinin kullanımı 1950’li yıllara
dayanmaktadır. Gıda güvenliğinden atık denetimi ve geri kazanımına kadar pek çok
sektörde kullanılmaktadır. Bilgisayar, elektronik ve havalı sistemlerdeki gelişmeler
modern optik ayırma cihazlarının tasarlanması ve endüstrinin çeşitli alanlarında
yaygınlaşmasına neden olmuştur. Yöntem madencilik sektöründe de artan bir
taleple kullanılmaya başlanmıştır. Kuvars, feldispat, altın, platin, bakır, nikel, krom,
sülfürlü cevherler, elmas, kireç taşı gibi birçok mineralde ve kömürde cevheri içerdiği
yantaşlarından arındırmak ve/veya kalitesine göre ayırmak optik ayırma kullanılarak
mümkün olabilmektedir. Optik ayırma genellikle kuru uygulanan bir yöntemdir.
Yüzeyi ıslatılmış tanelere de uygulanabilmektedir. Sınıflandırılmış olmak koşuluyla
2 mm’den 250 mm’ye kadar geniş bir aralıkta çalışabilmektedir. Çok geniş bir
aralıkta çalışabilmesine rağmen henüz madencilik alanında uygulaması son derece
sınırlı bir düzeydedir. Özellikle değerli mineral ve yan taş arasında gözle görülen
fark olduğunda kolaylıkla uygulanan yöntem, taneler arasında gözle görülür fark
olmadığında başarısını kaybetmektedir. Bununla birlikte minerallerin optik ayırma ile
zenginleştirilmesinin değerlendirilmesi konusunda çalışmalar oldukça kısıtlıdır. Bu
nedenle minerallerin optik ayırıcı ile ayrılabilirliği konusundaki teorik altyapıda
önemli bir eksiklik mevcuttur. Optik ayırıcı üreten firmaların da madencilikteki
tecrübesizlikleri mineral ayrımı konusunda önemli bir açıklığın halen devam
etmesine neden olmuştur. Bu çalışmanın amacı; yöntemin farklı minerallere
uygulanabilirliğinin araştırılması ve optik kamera uygulaması bazında değerlerinin
ortaya koyulmasıdır. Böylece yeni teknolojik gelişmelere dayanan bu yöntemin
uygulanmasına yönelik literatüre katkı sağlamak hedeflenmiştir. Bu amaçla farklı
cevher numuneleri toplanarak bunların Hacettepe Üniversitesi Maden Mühendisliği
Bölümü Laboratuvarında bulunan optik ayırıcı kullanılarak ayrılabilirliği
i
araştırılmıştır. Çalışmada farklı minerallerin ve kömürün optik ayırma ile
ayrılabilirliğinin ortaya konulmasının yanı sıra bazı işlem parametrelerinin de ayrım
üzerindeki etkileri incelenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Kömür, mineraller, optik ayırma
Danışman: Prof. Dr. Özcan Y. GÜLSOY, Hacettepe Üniversitesi, Maden
Mühendisliği Bölümü, Cevher Hazırlama ABD

ii
INVESTIGATION OF BENEFICIATION OF MINERALS BY OPTICAL
SEPARATION
Ergin GÜLCAN
ABSTRACT
In this study, behaviours of the mineral grains with different colors under visible light-
sensitive sensor was investigated. Also in what extent minerals could be seperated
via color camera mounted optical sorter was studied. Optical sorting systems are
based on the separation of minerals according to the differences in their colors. First
industrial use of the optical sorting systems dates back to 1950s. They are used in
so many industries from food safety control to recovery of waste. Developements in
computer, electronic and pneumatic systems has led the optical sorting systems to
become widespread in various fields of industry.
In the mining industry, optical separation is applicable with quartz, feldspar, gold,
platinum, copper, nickel, chromium, sulphide ores, diamonds, limestone, and to
purify coal from contaminants. It is commonly performed dry. In addition, grain
surface can be wetted in order to remove dust before application. Optical sorters
can run from 2 mm to 250 mm particle size as long as it is classified. However it can
be used in a wide range of applications, it is used in an extremely limited level in the
field of mining. Especially valuable minerals and minerals having visible color
differences, it is an easily applied method. When color difference among grains is
not visible, seperation success will be forfeited. Also, there are very limited studies
on the evaluation of seperability of the minerals with optical sorting in mineral
processing. For this reason, seperability of minerals with an optical sorter is a
significant deficiency in theoretical infrastructure. The inexperience of mining
companies producing optical sorters has caused the deficiency to continue.
Purpose of this study is to investigate the applicability of the optical sorting method
to various minerals and coal. Starting point of this study is difference of appearance
of the minerals’ and coal’s from their impurities which can be detected by optical
cameras.
Thus, study aimed to contribute to the literature for the implementation of this
method to the minerals. For this purpose, different ore samples collected from
iii
different mine sites are used to conduct optical sorting tests in Hacettepe University,
Department of Mining Engineering Laboratory. As well as the optical separation of
different minerals and coal, effects of the basic process parameters on optical
seperation were investigated.
.
Keywords: Coal, minerals, optical sorting
Advisor: Prof. Dr. Özcan Y. GÜLSOY, Hacettepe University, Department of Mining
Engineering, Mineral Processing Division

iv
TEŞEKKÜR
Bölüm imkanlarından yararlanmamı sağlayan Hacettepe Üniversitesi Maden
Mühendisliği Bölüm Başkanı, Sayın Prof. Dr. A. Hakan Benzer’e,
Tez çalışmalarım sırasında bilgisi ve engin tecrübesiyle yol gösterici olan, bu yeni
ve üzerinde çok az çalışılmış alana ilgi ve hevesle yaklaşmamı sağlayan, test
çalışmalarım esnasında çoğu zaman benimle birlikte laboratuvarda olan, gelişimim
için her türlü imkanı sağlayan ve manevi desteğini esirgemeyip yanımda olan tez
danışmanım Sayın Prof. Dr. Özcan Y. Gülsoy’a,
Çalışma kapsamında fikirleriyle destek veren Sayın Prof. Dr. Ş. Levent Ergün’e,
Çalışmam esnasında engin tecrübeleriyle, bazen cesaret verici bir söz ve bazen de
bir fincan kahveyle desteklerini benden esirgemeyen bölümümüz Öğretim Üyeleri
Prof. Dr. Zafir Ekmekçi, Yrd. Doç. Dr. Metin Can, Dr. İlkay Çelik ve Dr. E. Caner
Orhan’a,
Ekipmanı ve entegre yazılımı anlamam konusunda yardımlarını esirgemeyen ve her
daim zaman ayıran Şehsuvar Selmanoğlu’na,
Çalışma kapsamında RWTH Aachen Üniversitesi’nin optik ayırma ile ilgili değerli
çalışmalarını benimle paylaşan Dr. Lars Weitkämper ve Dr. Mathilde Robben ile
sempozyum ve kongrelerde benimle ayaküstü sıkılmadan saatlerce sensör temelli
ayırma ile ilgili sohbetler eden Dr. Christopher Kleine’e,
Deneysel çalışmalar esnasında yardımlarını esirgemeyen değerli arkadaşlarım
Serhat Özdoğan ve Tuğşan Altuğ’a,
Tez yazım sürecimde desteğini esirgemeyen değerli arkadaşım ve kardeşim Nevzat
Egemen Nakışçı’ya,
Yazım sürecinde desteklerini esirgemeyen Araş. Gör. Okay Altun, Araş. Gör. Deniz
Altun, değerli oda arkadaşım Araş. Gör. Emre Yılmazkaya ve diğer iş arkadaşlarım
ile bölümümüz teknisyenleri Mustafa Yılmaz, Işın Aslıyüksek ve bölümümüz
sekreterleri Sıddık Yılmazoğlu ve Birgül Atay’a,
Manevi destek ve ilgileri ile her zaman yanımda olan ailem ve arkadaşlarıma
teşekkür ederim.
v
İÇİNDEKİLER DİZİNİ
Sayfa
ÖZ ……………………………………………………………………………………….i
ABSTRACT ……………………………………………………………………………...iii
TEŞEKKÜR ………………………………………………………………………………v
İÇİNDEKİLER DİZİNİ ……………………………………………………………...vi
ŞEKİLLER DİZİNİ ……………………………………………………………………viii
ÇİZELGELER DİZİNİ ……………………………………………………………...xi
1. GİRİŞ.................................................................................................................. 1
2. SENSÖR TEMELLİ AYIRICILAR ...................................................................... 4
2.1. Gamma Sensörler ...................................................................................... 11
2.2. X-Işını Sensörleri ....................................................................................... 11
2.3. Mikrodalga Sensörleri ................................................................................ 12
2.4. Radyodalga Sensörleri ............................................................................... 13
2.5. Optik (Fotometrik) Sensörler ...................................................................... 13
2.5.1. Morötesi sensörler ............................................................................... 14
2.5.2. Kızılötesi Sensörler ............................................................................. 15
2.5.3. Görünür Işık Sensörleri ....................................................................... 18
2.6. LIF ve LIBS Sensörler ................................................................................ 21
2.7. Mineralin manyetik ve iletkenlik özelliğinden yararlanan ayrıma ekipmanları
………………………………………………………………………………….22
3. SENSÖR TEMELLİ AYIRICILARIN BİLEŞENLERİ ve İŞLEVLERİ ................ 24
3.1. Besleme Sistemi ........................................................................................ 24
3.1.1. Numune Hazırlama ............................................................................. 28
3.2. Tanımlama Sistemi .................................................................................... 28
3.2.1. Tanımlama Sistemi Parametreleri (Wotruba, 2006) ............................ 30
3.3. Ayırma Sistemi ........................................................................................... 32
4. MADENCİLİK ENDÜSTRİSİNDE ve ATIKLARIN DEĞERLENDİLİRMESİNDE
SENSÖR TEMELLİ AYIRICILAR ........................................................................ 36
4.1. Cevher Hazırlamada Sensör Temelli Ayırıcılar .......................................... 36
4.1.1. Ön-konsantre Kademesi ...................................................................... 41
4.1.2. İşlenmesi Mümkün Olmayan Düşük Tenörlü Kaynakların İşlenebilir
Rezervlere Yükseltgenmesi ........................................................................... 43
4.1.3. Nihai Konsantre ve Temizleme Kademesi ........................................... 43
4.2. Sensör Temelli Ayırma Ekipmanlarının Verim ve Kalite Optimizasyonu .... 44
5. DENEYSEL ÇALIŞMALAR VE SONUÇLARI ................................................. 51
5.1. Ekipman ve Teçhizat .................................................................................. 51
5.2. Optik Ayırıcının Performansının Değerlendirilmesine İlişkin Çalışmalar .... 60
5.3. Besleme Tane Boyu ile Kapasite İlişkisinin Belirlenmesi ........................... 65
5.4. Optik Ayırıcı ile Cevher Zenginleştirme Çalışmaları ................................... 75
vi
5.4.1. Optik Ayırıcı ile Kömür Zenginleştirme Çalışmaları ............................. 75
5.4.2. Optik Ayırıcı ile Demir Cevheri Zenginleştirme Çalışmaları ................. 90
5.4.3. Optik Ayırıcı ile Kurşun-Çinko Cevheri Ön Konsantre Alma Çalışmaları
……………………………………………………………………………….95
5.4.4. Optik Ayırıcı ile Altın Cevheri Ön Konsantre Alma Çalışmaları ........... 99
5.4.5. Optik Ayırıcı ile Manyezit Cevheri Zenginleştirme Çalışmaları .......... 109
5.4.6. Optik Ayırıcı ile Krom Cevheri Zenginleştirme Çalışmaları ................ 117
5.4.7. Optik Ayırıcı ile Bakır Cevheri Zenginleştirme Çalışmaları ................ 123
5.4.8. Optik Ayırıcı ile Kuvars Cevheri Zenginleştirme Çalışmaları ............. 134
6. SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ......................................................... 138
7. SONUÇLAR ................................................................................................... 144
8. ÖNERİLER ..................................................................................................... 146
KAYNAKLAR ..................................................................................................... 147
EK 1 ...................................................................... Error! Bookmark not defined.151
ÖZGEÇMİŞ……………………………………………………………………………..155

vii