Flotasyonda su kalitesinin köpük stabilitesi ve kabarcık-tane etkileşimi üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of water quality in flotation on froth stability and bubble-particle interaction
Yazar: SALEBAN MOHAMED MUSE
Danışman: PROF. DR. İLGİN KURŞUN ÜNVER ; PROF. DR. ORHAN ÖZDEMİR
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Maden Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Bu tezin çalışma amacı galen mineralinin flotasyonunda yeniden kullanılan tesis sularında sıklıkla bulunan iyonların flotasyon verim ve seçimliliğine etkisinin ortaya konulmasıdır. Bu kapsamda Na+, Ca+2, Mg+2, Pb+2, Zn+2, Cu+2, Fe+3, SO4-2, Cl-, CO3-2 ve NO3- iyonlarının galen mineralinin flotasyonunda hava-su ve mineral-su arayüzeylerine, kabarcık-kabarcık ve kabarcık-mineral etkileşimleri üzerindeki etkileri; yüzey gerilimi, kabarcık birleşme süresi, kabarcık boyut dağılımı, dinamik köpük stabilitesi, temas açısı, kabarcık-tane yapışma süresi, mikro-flotasyon ve klasik flotasyon deneyleriyle iyon konsantrasyonu, mineral tane boyutu ve hava akış hızı parametrelerine bağlı olarak ortaya konulmuştur.
Deneysel çalışmaların sonucunda köpürtücü olarak kullanılan Butil Glikol (BG) varlığının konsantrasyona bağlı olarak suyun yüzey gerilimini azalttığı, ancak yukarıda belirtilen iyonları içeren Yapay Tesis Suyu (YTS) varlığında konsantrasyona bağlı olarak suyun yüzey geriliminin arttığı saptanmıştır. Saf su ile yapılan deneylerde zeta potansiyel -24,3 mV olarak ölçülürken YTS5 varlığında bu değer -18,7 mV yükselmiştir.
Ortamda az miktarda iyon varlığı (YTS1) KEX yokluğunda galenin temas açısını ciddi oranda arttırmış ve 30. sn'de 38°den 52°ye çıkartmıĢtır. İyon konsantrasyonunun artması temas açısında bir düşüşe sebep olsa da YTS10'da dahi saf sudakinden yüksek temas açısı değerleri elde edilmiştir.
YTS konsantrasyonu arttıkça daha küçük ve dar bir boyut aralığında kabarcıklar oluşmaktadır. BG yokluğunda YTS kullanıldığında BG ile elde edilen kabarcık boyutuna yakın boyutta kabarcıklar elde edilebilmektedir. Saf suda 5,70 mm olan SMD (Sauter Mean Diameter), YTS1 varlığında 2,65 mm'ye düĢmektedir.
YTS varlığında konsantrasyona bağlı olarak BG yokluğunda dahi kabarcık birleĢmesi neredeyse tamamen engellenebilmektedir. YTS kullanımı ile daha stabil bir köpük elde edilebilmektedir. Köpük fazında mineral tanesi varlığı köpük stabilitesini daha da arttırmaktadır.
YTS konsantrasyona bağlı olarak kabarcık-tane yapışma olasılığı artmakta, kabarcık-tane yapışma süresi ise düĢürmektedir. Saf suda 25 gr/ton KEX varlığında 1000 ms olan kabarcık-tane yapışma süresi, YTS10'da 550 ms'ye düşmüştür. Buna bağlı olarak da YTS kullanımı ile daha yüksek mikro-flotasyon verimi elde edilmiştir. Fakat konvansiyonel flotasyonda daha düşük verimler elde edilmiştir. Mikro-flotasyon verimi YTS10'da %96, klasik flotasyonda ise %81,7 olarak gerçekleşmiştir.
Bu tez çalıĢmasında elde edilen deneysel sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde YTS bünyesindeki iyon varlığının galen flotasyonunu olumlu olarak etkilediği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
The aim of this thesis is to reveal the effects of ions, which are frequently found in plant waters reused in the flotation of galena mineral, on air-water and mineral-water interfaces, bubble-bubble and bubble-mineral interactions, and hence on flotation efficiency and selectivity. In this context, the effects of Na+, Ca+2, Mg+2, Pb+2, Zn+2, Cu+2, Fe+3, SO4-2, Cl-, CO3-2, and NO3- ions on air-water and mineral-water interfaces, bubble-bubble and bubble-mineral interactions in the flotation of galena mineral were revealed via surface tension, bubble coalescence time, bubble size distribution, dynamic froth stability, contact angle, bubble-particle attachment time, micro-flotation, and classical flotation experiments, depending on the ion concentration, mineral particle size, and air flow rate parameters.
As a result of experimental studies, it has been determined that the presence of butyl glycol (BG) reduces the surface tension of water depending on concentration, but in the presence of Synthetic Plant Water (SPW) containing the above-mentioned ions, the surface tension of water increases depending on the concentration.
While the zeta potential was measured as -24.3 mV in experiments conducted with pure water, this value increased to -18.7 mV in the presence of SPW5.
The presence of a relatively low amount of ions (SPW1) in the medium significantly increased the contact angle of the galena in the absence of KEX and increased it from 38° to 52° after 30 seconds. Although the increase in the ion concentration causes a decrease in the contact angle, higher contact angle values than those in pure water were also obtained in SPW10.
As the SPW concentration increases, bubbles form in smaller sizes with a narrower range. When SPW is used in the absence of BG, bubbles close to the bubble size obtained with BG can be obtained. SMD, which is 5.70 mm in pure water, decreases to 2.65 mm in the presence of SPW1.
As the SPW concentration increases, bubbles form in a smaller and narrower size range. When SPW is used in the absence of BG, bubbles close to the bubble size obtained with BG can be obtained. SMD (Sauter Mean Diameter), which is 5.70 mm in pure water, decreases to 2.65 mm in the presence of SPW1.
In the presence of SPW, bubble coalescence can be almost completely prevented, depending on the concentration, even in the absence of BG. Accordingly, a more stable foam can be obtained in the presence of SPW. The presence of mineral particles in the foam phase was also improved the foam stability.
Depending on the SPW concentration, the probability of bubble-particle adhesion increases and the bubble-particle adhesion time decreases. The bubble-particle adhesion time, which was 1000 ms in the presence of 25 gr/ton KEX in pure water, decreased to 550 ms in the presence of SPW10. Accordingly, higher micro-flotation efficiency was achieved with the use of SPW. However, the efficiencies in classical flotation were lower. Micro-flotation efficiency was 96% in SPW10 and 81.7% in classical flotation.
When the experimental results obtained in this thesis study are evaluated together, it can be concluded that the presence of ions in the SPW positively affects galena flotation.